有机肥中重金属特征及其控制技术研究进展

鲁洪娟，马友华，樊霆，张国漪，叶文玲，陈海燕

有机肥中重金属特征及其控制技术研究进展

鲁洪娟，马友华*，樊霆，张国漪，叶文玲，陈海燕

安徽农业大学资源与环境学院，安徽 合肥 230036

随着工业的快速发展，农药、肥料及地膜等系列农用化学物质的广泛使用，农田土壤重金属污染越来越严重。重金属进入土壤后，其难移动性导致大量积累，造成土壤环境污染，影响植物生长，危及人类的健康。有机肥是我国农业生产中非常重要的肥料，其来源也十分广泛。施用有机肥是提高作物产量的必要措施，同时也是土壤重金属的主要输入途径之一，研究有机肥的重金属特征及其有关控制技术对农产品安全和有机废弃物的再利用具有重要意义。文章就畜禽排泄物堆肥、污泥堆肥、生活垃圾堆肥和沼肥等主要有机肥料的重金属来源、含量以及不同溯源有机肥料对土壤中重金属有效性的影响进行综述，重点介绍了畜禽排泄物堆肥中重金属含量和饲料添加剂之间的关系，为农田土壤重金属污染防治和农产品安全提供科学依据。除从有机肥的源头控制重金属外，文章主要介绍了化学法、生物吸附法、生物淋滤法和电化学法等重金属控制技术，针对各种控制方法，阐述了其原理、应用实例、优缺点及研究进展情况，提出了解决有机肥重金属污染问题的思路和方法，为有机肥料的资源化利用提供了参考。最后指出，为了实现养殖业与种植业的安全链接，除选用重金属含量低的有机肥，通过相关技术有效控制有机肥中的重金属外，还要注重肥料用量、施肥时间、施肥技术的合理选择，从最大程度上避免有机肥料给作物和人类带来的副作用。

有机肥；重金属；来源；含量；控制技术

有机肥富含有机质、作物生长必需的养分、有机酸及糖类等物质，具有培肥、改良土壤的功效，是无公害农业、绿色农业和有机农业生产中的主要肥料。施用有机肥是维持农业生态系统物质与能量平衡的重要措施，能提高农业生产效率及生态系统对于扰动的抵抗力和恢复力（Gabhane，2012）。但由于有机肥生产原料如规模化养殖场的畜禽粪便、生活垃圾、污泥、工农业废弃物等存在不同含量的重金属，且在堆制过程中难以降解，并随微生物的作用以及碳和水分的损失而浓缩，最终进入农业生态环境（Li，2010；王开峰，2008）。施用不同溯源的有机肥料后，土壤Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As、Hg等重金属元素含量均明显增加（Zhao，2014）。许多重金属既是植物生长的必需营养元素，同时又是环境污染源。这些元素一旦过量，就会造成土壤环境污染，对土壤动物、微生物、土壤酶的活动产生潜在威胁，致使土壤肥力和质量降低，影响植物生长，引发系列食品安全问题，最终危及人类的健康（Kleckerova和Kleckerova，2014；徐良骥，2014）。资料显示，目前我国受重金属污染的耕地面积约占耕地总面积的20%，全国每年受重金属污染的粮食多达1200万t，因重金属污染而导致粮食减产高达1000多万t（骆永明和滕应，2006）。全国大约10%的粮食、24%的农畜产品和48%的蔬菜存在重金属含量超标问题（滕葳，2010）。

有机肥除携入一定量的重金属直接污染土壤外，还通过改变土壤中重金属的存在形态，影响植物对重金属的吸收和积累（Xu，2014；Lu，2014），因此，如何有效控制有机肥中重金属、降低有机肥对农田重金属的输入量成为国内外研究的热点。目

前有关研究主要集中于有机肥施用后土壤重金属有效性和作物重金属含量的变化，对有机肥重金属控制技术方面取得了一定的进展，主要包括化学法、生物吸附法、生物淋滤法和电化学法等。本文就主要有机肥料（畜禽排泄物堆肥、污泥堆肥、生活垃圾堆肥和沼肥等）中重金属的来源、含量以及有机肥料对土壤中重金属有效性的影响进行综述，为农田土壤重金属治理提供科学依据。同时提出有机肥中重金属的控制技术，对控制食品重金属污染具有重要意义。

1 主要有机肥料的重金属含量

有机肥料按其来源不同主要分为畜禽排泄物堆肥、污泥堆肥、生活垃圾堆肥、沼肥等。不同有机肥由于其原料不同以及堆制工艺的差别，重金属含量悬殊较大。对于同一种有机肥来说，其不同重金属的含量也相差较大。

1.1畜禽排泄物堆肥

1.1.1 畜禽排泄物堆肥中重金属的来源

为了防治畜禽疾病、促进畜禽生长和提高饲料利用率，Cu、Zn、Fe、Mn、Co、Se、I、As等中微量元素被广泛添加到畜禽饲料中。在仔猪和生长猪日粮中添加无机Cu（CuSO4）达100～250 mg·kg-1，有的高达200～300 mg·kg-1；在猪的浓缩料中Cu的含量高达1000～1500 mg·kg-1；仔猪日粮中Zn含量达2000～3000 mg·kg-1（邢廷铣，2001）。Cu和Zn在畜禽体内的消化、吸收率极低，大多被排出体外，其中畜禽粪便中的排泄量占95%以上，造成粪便中重金属含量较饲料要高数倍以上（Coggins，2006；彭来真，2010；徐庆贤，2011；Zhao L，2010；王飞，2013；Cang，2004）。Nicholson等（1999）对英国境内183份畜禽饲料85份动物粪便样品的重金属含量进行了分析，结果表明：猪的不同生长期饲料中Cu和Zn浓度范围分别在18～217 mg·kg-1和150～1920 mg·kg-1，而在禽类饲料中Cu和Zn浓度范围分别在5～234 mg·kg-1和28～4030 mg·kg-1。并且，猪粪中的Cu和Zn含量高于其他粪便，均值为360 mg·kg-1和500 mg·kg-1。

畜禽对无机Cd的吸收率仅为1%～3%，对饲料中有机Cd的吸收率为10%～25%（Odlare，2008）。Li等（2010）发现猪饲料及其相应的粪便中均有As检出，并且二者呈现一定的相关性。北京郊区几个养猪场中猪饲料As的浓度范围在0.15～37.8 mg·kg-1，而猪粪中As的浓度达到0.42～119.0 mg·kg-1，约是猪饲料中As含量的3倍。

1.1.2 畜禽排泄物堆肥中重金属的含量

张树清等（2005）对国内规模化养殖的猪/鸡厂中55个粪便样品进行了测定，发现Cu、Zn、As、Cr等含量较高，其最高含量分别是159l、8710、65.4、688 mg·kg-1。杭州城郊猪粪中Cu、Zn和As平均含量分别高达437.71、1356.30、24.55 mg·kg-1，与我国农用污泥中污染物控制标准（GB4284-1984）相比，其超标率分别为70%、70%、50%；鸡类中Cu、Zn和As平均含量分别为75.16、287.06、8.04 mg·kg-1，Zn、As超标率分别为14.28%、14.3%（王丽，2014）。福建烟区猪粪Cu、Zn、Cd、As含量超标率分别为100%、95%、86.36%、31.82%（姜娜，2011）。畜禽粪便已成为土壤中Cu、Zn等重金属元素的主要来源之一。

在英格兰和爱尔兰每年通过畜禽粪便施入到农田中的Cu、Zn和Ni分别达到5247、1821和225 t，约占土壤中这些元素施入总量的25%～40%（Nicholson，2003）。Christen（2001）发现，土壤中水提取态的As与家禽粪肥的施用量具有直接相关性，说明家禽粪便己成为土壤中As的主要来源之一。在美国东部沿海德拉威州-马里兰-弗吉利亚半岛一带，每年约有2050 t的As以饲料添加剂的形式带到环境中。据预测，一个万头猪场按美国FDA允许使用的As制剂剂量推算，若连续使用含砷药物饲料，5─8年之后将可能向猪场周边排放近1吨As，16年后土壤中As含量则可翻一番。

畜禽粪便中Cu、Zn、As污染比较严重，不同畜禽间比较，以猪粪中最高，鸡粪次之，而牛粪和羊粪最低（潘霞，2012；刘荣乐，2005）。总体来看，我国畜禽粪便中Cu、Zn、As的残留量依次为Zn＞Cu＞As。

1.2污泥堆肥

污水中50%～80%以上的重金属通过细菌吸收、细菌和矿物颗粒表面吸附，以及无机盐（磷酸盐、硫酸盐）共沉淀等多种途径浓缩到产生的污泥中，导致污泥中含有Cu、Zn、Cd、Ni、Cr、Pb、Hg和As等有毒重金属。泰国曼谷一污水处理厂污泥中Zn、Mn、Cu、Ni、Pb、Cd和Cr平均含量分别为2061.0、471.0、218.0、24.95、12.2、2.1、19.6 mg·kg-1（Parkpian，2002）。美国宾夕法尼亚的18个农场施用的污泥As、Cd、Cr、Cu、Pb、Hg、Ni、Se、Zn平均含量分别为3.4、2.2、35.1、505.0、62.0、

1.5、22.0、4.4、694.0 mg·kg-1（Shober，2003）。王雨生等（2014）统计了贵州省2009─2012年典型污水处理厂污泥中重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Cr、As、Hg的含量，发现城市污泥中重金属含量受到各地区工矿业发展的影响，部分重金属在某一污水处理厂出现了远大于其它地区的极值，具有明显的地域特征。且污泥重金属中As、Hg含量呈现上升趋势，2012年全省污泥As、Hg含量分别较2009年上升了36.22%、88.12%。不同城市污泥的Ni、Pb、Cr、Cu和Zn含量变化幅度也很大，极差最高达几千个mg·kg-1，如意大利Pinamonti等（1997）研究的污泥堆肥中Cu和Zn含量是Goi等研究的堆肥中的3倍，加拿大污泥堆肥中Pb含量相差十几倍（Zheljazkov，2006），西班牙污泥堆肥中Zn含量相差6倍多（Millares，2002；Casado-Vela，2007），这可能与污水来源、污水量及处理工艺有关。工业废水处理污泥中重金属总量相比生活污水处理污泥一般较高；化工厂污泥中Cd、Cu、Zn和Pb含量均高于机械厂污泥，啤酒厂污泥中Cr含量较高，而污水处理厂污泥中Ni含量较高（胡承孝，2002）。

各种资料表明，污泥中Zn含量普遍较高，这可能是因为我国城市大量使用镀锌管道，导致城市污水中Zn含量较高的缘故；其次是Cu，再次是Ni和Pb。而Cd、Hg、As含量除极个别污水厂外，通常含量低，在几个到几十个mg·kg-1范围内（陈同斌，2004）。郭鹏然等（2014）分析了广州市4个不同来源污泥的重金属含量，结果表明，Cu、Cr、Pb和Zn含量较高。污泥中绝大部分重金属以非稳定态（酸溶态、还原态和氧化态之和）存在，说明城市污泥中重金属具有较强的迁移能力，随环境条件变化而释放到环境中，具有较高的潜在性生态风险。

1.3生活垃圾堆肥

城市生活垃圾肥也是施用有机肥的途径之一，是以生活垃圾为原料，再添加适当的无机氮磷钾养分，经过一定的工艺处理而生产的有机肥。生活垃圾成分复杂，其中重金属污染是生活垃圾农用的最大风险，长期施用城市垃圾肥导致农田中重金属含量积累（赵树兰和多立安，2011）。蔬菜田在施用垃圾堆肥后，菜田土壤重金属含量均高于农业土壤背景值，特别是Hg含量高于背景值32倍，Pb、Cd含量高近2倍（宋东涛，2008）。中国西南某市郊农田因长期施用未经严格处理的垃圾肥，致使土壤中Hg浓度已超过本底8倍，Cu、Pb分别增加87%和55%，对农作物的生长带来了危害。

1.4沼肥

沼肥中的重金属含量与发酵原料密切相关。沼肥中的重金属主要来自于动物饲养中微量元素添加剂和农业种植中农药、化肥的过度使用。随着畜禽养殖业的发展，绝大多数的养殖场都采用配合饲料养殖。配合饲料中的一些重金属通过畜禽的进食，经新陈代谢残留于畜禽粪便中，从而使得沼肥中的重金属含量发生了变化。

沼肥中的重金属以Cu和Zn居多，同时，还有As、Hg、Cd等。Makádi等（2007）对匈牙利东北部地区生产沼气后沼渣进行分析，发现Zn高达2030 mg·kg-1。重庆沼液中As的总超标率达到60%，Cr、Hg、Cd其次（钟攀，2007）。Ramirez等（2008）通过对用猪粪的沼渣分析，发现Cu和Zn分别高达780和2060 mg·kg-1；Marcato等（1999）测得猪粪干沼渣中Zn高达2628 mg·kg-1，Cu高达1016 mg·kg-1。通过不同研究者的研究可以看出，由于沼气生产的原料、配比、条件控制等差别较大，因此沼渣和沼液中重金属种类及含量差异也较大。长期施用沼肥的土壤中Cu、Zn含量显著高于对照土壤（段然，2008）。

2 施用有机肥对土壤中重金属有效性的影响

增施有机肥后，有机肥料分解所产生的腐殖质含有一定量的有机酸、糖类、酚类及N、S的杂环化合物具有活性基团，与土壤中Cu、Zn、Fe、Mn等金属元素发生络合或螯合反应，影响土壤微量元素的有效性（Lu，2014；刘秀珍，2014）。另外，有机质在土壤中具有一定的还原能力，可促进土壤溶液中Hg和Cd形成硫化物而沉淀，减少水溶态，降低毒性。因此，有机肥可以改变土壤中重金属的化学行为，影响作物对重金属的吸收。有机肥对土壤重金属有效态含量的影响比较复杂，与有机肥种类、施用量、土壤类型有关。

（1）畜禽粪便等富含有机物质的有机肥可明显促进土壤重金属的活化和迁移淋滤。王开峰等（2008）研究表明，长期施用中、高量猪厩肥处理明显提高了稻田土壤Cu、Zn和Cd的有效性，高量有机肥处理土壤Cu、Zn和Cd有效态含量分别比对照增加了65.8%、87.3%和41.4%。在水稻土和赤红壤中施入含Cu、Zn和As的鸡粪和猪粪，粪肥

处理土壤有效态Cu、Zn、As分别提高5.2～19.4 mg·kg-1、4.0～65.9 mg·kg-1、0.011～0.034 mg·kg-1（姚丽贤，2008）。Qian等（2003）研究表明，连续施用猪粪水，土壤DTPA-Cu、DTPA-Zn含量明显增加。施用鸡粪、牛粪和猪粪后，土壤的有效Cu的含量比对照分别增加5.2%、2.6%和32.4%（赵征宇，2006）。施用鸡粪对土壤Zn含量影响不大，但显著增加土壤Cu、Cd、Cr、Pb含量，畜禽粪便能增加土壤重金属的移动性，因为其所含有机酸能与金属结合形成水溶性化合物或胶体；而且有机酸能降低土壤pH，增加重金属的可溶性（吴清清，2010）。

（2）施用污泥会造成土壤pH值降低，而且污泥中有机物质的矿化作用会促进可溶性重金属的形成，从而使土壤中重金属的有效态含量增加，特别是使Zn、Cu的有效性增加。将污泥和煤灰混合施用后，土壤活性Zn、Cd和Ni的含量明显上升（Chaudhuri，2003）。施加污泥干土含量60 g·kg-1的土壤经过100 d盆栽植物后，有效Cr的含量比污泥中有效Cr的含量还高，原因可能是原来被污泥中藻类吸收的Cr经过100 d的分解，有较多部分已成为植物可吸收的有效态，也即污泥的使用增加了土壤中Cr的有效性。污泥应用多年后，土壤表层因Cd含量及溶解性增加而导致大麦秸秆中Cd含量增加（温琰茂和鲁艳兵，1999）；小麦籽粒中N、P、Zn和Cu含量、糖用甜菜根N和Cu含量以及玉米籽粒中Cu含量均显著增加（白莉萍和伏亚萍，2009）。

（3）垃圾堆肥过程不能降低重金属离子的含量，相反由于堆肥过程中湿度降低，CO2和一些有机小分子释放出，pH降低，重金属离子的浓度相对增加（范海荣，2004）。但也有垃圾堆肥降低土壤重金属含量的报道，如黄启飞等（2001）进行了垃圾堆肥对Cr污染土壤的修复机理研究，结果表明，垃圾堆肥可显著减少Cr污染土壤中有效Cr含量，垃圾堆肥主要是促进水溶态Cr向结晶形沉淀态Cr转化；陈世俭（2000）经过研究发现，添加泥炭和堆肥能显著降低污染土壤化学活性Cu的含量，与对照相比，有机质使化学活性Cu平均减少34.6%。

（4）沼肥中的微生物及其有机质主要是代谢过程中生成的腐殖酸，对其自身存在的重金属有一定的自我消化作用，可以通过微生物的生长代谢、吸附和转化作用以及有机质的吸收转化作用来降低重金属离子的生物活性。厌氧沼气发酵使得重金属从可移动态向更加稳定的低生物有效性形态转变（Lavado，2005），因此沼肥施加到土壤中后，其含有的有机质可能会吸附金属离子，转化成较稳定的形态，从而降低其生物有效性。Achiba等（2009）指出，施用沼肥可将土壤中的重金属向铁锰氧化物结合态转化，从而降低重金属的流动性，使得植物不易吸收。Marcato等（2009）通过化学方法对养猪场鲜粪和沼肥中Cu、Zn生物有效性的研究对比发现，经过发酵的沼肥中重金属的流动性比鲜粪中的低。随着沼肥施加量的增加，冬小麦种植土壤中可溶态和可交换态的Cd含量下降，有机态和无机态的Cd含量上升，而残余态无明显变化（Liu，2009）。但由于沼肥中本身含有较高浓度的重金属含量，进入土壤后使得重金属总量增加。随着时间和外在条件的变化，其作为一种有机肥进入土壤后可能会不断分解，同时将重金属离子分离下来，逐渐释放到土壤中，形成易被植物吸收的形态，提高了重金属的生物有效性。因此在沼肥促进植物生长和产量增加的同时，也增加了作物中重金属的总量，从而增加了危害人体健康的风险。

大量研究表明，长期施用有机肥会明显提高土壤中重金属元素的有效性以及明显改变其形态，一方面，有机物本身向土壤带入的有机体结合态微量元素的生物有效性较强；另一方面，有机物腐解过程对土壤中强结合态微量元素的活化效应。施用厩肥明显提高了土壤重金属的有效态含量和活化率，有机肥的“激活”效应是导致长期施肥土壤有效态重金属含量显著提高的主要机制。

3 有机肥重金属的控制技术

针对有机肥中重金属对土壤、植物乃至整个生态系统的影响，开展有机肥中重金属形态转化及其生物有效性研究，寻求一种廉价适用的有机肥重金属控制技术，为不同溯源有机肥的安全使用提供保障。

3.1重金属源头控制

应加强畜禽饲料添加剂源头控制，以确保食品安全和减少环境风险为基本要求，逐步完善饲料添加剂有关标准，科学合理使用饲料添加剂，从源头上控制畜禽粪便重金属污染问题。如开发环保型的饲料配方，或用微生物制剂和中草药替代抗生素等都是减少禽畜粪肥中重金属的有效途径。发现畜禽

粪便中As含量较高时，生产原料中可添加一定比例的酒糟、菌菇棒等As含量低的有机物料，稀释原料中的As。对于一些有机肥生产厂家违规使用污水处理厂污泥、皮革制造厂下脚料、生物质发电的灰烬等作原料，造成产品中的重金属含量超标，解决这类问题，需要肥料管理部门加强监管，禁止这类不符合有机肥标准规定的物料作为生产原料，确保有机肥质量安全。有研究发现，垃圾堆肥粒度越细，所含的重金属离子量越低，因此可通过筛选法使垃圾堆肥中重金属离子含量进一步降低，从而达到保护环境，造福人类的目的。

3.2重金属控制技术

3.2.1 化学法

即通过向有机肥料中添加化学药剂，提高有机肥料的氧化还原电位或降低污泥pH值，从而使有机肥料中的重金属由不可溶的化合物向可溶的离子态或络合离子态转化，去除机理主要为酸化作用、离子交换作用、溶解作用、表面活性剂和络合剂等的络合作用，最常用的化学试剂包括盐酸、硫酸、硝酸和一些有机络合剂，如EDTA、柠檬酸等。比如，添加CaCO3、发酵堆制等办法，可钝化重金属离子，降低其在有机肥料中的有效性（韩汝佳和沙明卓，2009；王瑞和魏源送，2013）。

王玉军等（2009）研究结果表明，鸡粪经堆肥处理后，Cu的有机结合态增至14%～19%，Cr的有机结合态增至22%～29%，Ni、Cd的铁锰氧化物结合态提高5%～9%，Cu、Zn、Hg、Pb、Cr、As等6种元素的稳定形态比例均有所上升。堆肥处理能够降低猪粪中可交换态和碳酸盐交换态Pb、Ni、Cu、Cr、Zn、As以及铁锰氧化物结合态Pb、Cu、Cr、As的分配系数，从而降低猪粪中重金属有效性，大大减少重金属对土壤环境和农产品污染的风险（郑国砥，2005）。通过高温堆肥后，重金属的生物有效性明显降低，添加钝化剂对堆肥中Cu、Zn、Cr、As等元素的形态影响显著（张树清，2006）。刘浩荣等（2008）研究了沸石、海泡石和膨润土等钝化剂对猪粪堆肥中重金属的钝化效果，表明堆肥处理能促进猪粪中Cu、Zn等重金属的形态向活性低的方向转化，降低了重金属的生物有效性。污泥堆肥后，Cu、Zn、Ni、Cd、Cr、Pb 6种重金属残渣态含量比堆肥初始均有所增加，增幅分别达6.3%、6.7%、22.0%、15.2%、11.0%、40.5%，堆肥处理显著改变了重金属的形态分布，使重金属由酸溶态、可还原态向更稳定的残渣态转变，显著降低了重金属的生物有效性（葛骁，2014）。

为了降低污泥利用时有害重金属的影响，常采用有机酸和螯合剂EDTA等对污泥重金属进行化学淋洗去除（Veeken和Hamelers，1999）。安淼等（2003）发现Zn和Ni比Cu更容易被化学试剂提取出来。用硝酸对污泥的处理结果表明，Cu、Ni的去除率可分别达到86.7%、100%（Abrego，1996）。同样也可以用化学法降低垃圾堆肥中的重金属含量。谢思琴等（1995）研究表明，与单施垃圾堆肥相比，拌施CaCO3能使番茄中Pb、Cr、Cd、Cu、As分别下降29%～41%、5%～46%、9%～42%、2%～24%、4%～60%，部分元素如Pb和Cd甚至能降到本底值以下。

化学法对有机肥中的重金属去除率很高，但是有机肥的处理过程中以及中和浸出液中的酸都要消耗大量的化学试剂，导致费用较高，容易对环境造成二次污染并且操作过程繁琐。

3.2.2 生物吸附法

生物吸附法是指通过生物体及其衍生物对粪便重金属离子的吸附作用，达到去除重金属的方法。能够吸附重金属的生物材料称为生物吸附剂，主要包括细菌、真菌、藻类等（尚宇，2011；王建龙和陈灿，2010）。芽孢杆菌属菌株均有强大的吸附金属能力，用地衣芽孢杆菌吸附Pb2+，45 min吸附量可达224.8 mg·g-1（Asuncion，2002；El-Helow，2000）。啤酒酵母菌对Hg2+、Cd2+、Pd2+去除率分别为96%、93%、94.9%（朱一民，2004）。藻类的细胞壁表面褶皱多，有较大的比表面积，可以提供大量的与金属离子结合的官能团，如羧基、羟基、酰胺基、氨基、醛基等。这些官能团与金属离子发生吸附反应，反应的时间极短，不需任何代谢过程和能量提供。尹平河等（2000）研究了9种大型海藻对重金属的吸附容量，结果表明，这些海藻对Pb2+、Cu2+和Cd2+的吸附容量分别为1.0～1.6、1.0～1.2和0.8～1.2 mmol·g-1。动力学试验研究也表明，海藻对水溶液中重金属的吸附速度较快，在10 min内去除率达到90%。

生物吸附法较传统处理方法有很多优点，如投资小、效率高、无二次污染，还可以回收重金属，具有较好技术优势和经济效益。但目前生物吸附法的研究还处于实验室阶段，工业化步伐缓慢，并且在实际应用中存在吸附机理研究不透彻、多组分重

金属离子的同时吸附过程研究稍欠缺等，阻碍了生物吸附法的发展（Gadd，2009）。

3.2.3 生物淋滤法

生物淋滤早期是利用微生物浸提矿石中重金属的方法，通过微生物的新陈代谢来溶解重金属（Torma，1983）。以氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌为主的生物淋滤法对畜禽粪便和污泥中重金属具有较高的去除效率和低成本等优点，近年来在国际上备受关注。周俊等（2014）的研究表明，接种嗜酸性硫杆菌后，Cu和Zn的去除率分别达到了87.3%和91.9%，其中重金属Zn先于Cu从猪粪中溶出。周立祥等（2004）采用嗜酸性硫杆菌添加S粉去除制革污泥中Cr，去除率可达80%～100%。接种氧化亚铁硫杆菌进行污泥生物淋滤可有效溶出污水、污泥中重金属，经过4～10 d的生物淋滤，Cr、Cu、Zn的最高去除率可分别达到80%、100%和100%（周顺桂，2003）。嗜酸性细菌混培物对Cu和Cd的去除率分别达到82.0%和82.9%（石超宏，2013）。以氧化亚铁硫杆菌为接种菌，在一定条件下，污泥中Cu、Zn和Cr的沥出率可以达到92.7%、96.8%和78.2%（王睿，2009）。

生物淋滤法具有营养元素流失少，运行成本低、实用性强的优点，是一种经济有效并具有发展潜力的重金属处理方法。然而生物淋滤法采用的主要细菌如硫杆菌，增殖速度慢，大多是从金属矿山的酸性废水中分离或购买的商品化菌株，有时处理效果不稳定；此外，生物淋滤滞留时间较长也是限制该种方法大规模运用的主要障碍。因此，从粪便中分离培养大量合适的细菌，使淋滤过程高效、稳定运行是今后该方法需要解决的主要问题（王家强，2010）。

3.2.4 电化学法

将电极插入粪便，施加微弱直流电形成直流电场，粪便内部的矿物质颗粒、重金属离子及其化合物、有机物等在直流电场的作用下，发生一系列复杂的反应，通过电迁移、对流、自由扩散等方式发生迁移，富集到电极两端，继而达到降低粪便中重金属的目的。将此方法应用于城市污泥中重金属的去除也得到了研究者的重视，在电极作用下，城市污泥中非稳定态重金属Cd、Zn的去除率分别高达68.60%、75.73%。增大电极面积，提高电流强度，有利于污泥中重金属的转化、迁移，从而提高污泥中重金属去除率（周邦智，2014）。

该方法对重金属的去除效果较好，处理后污泥中的重金属，主要以稳定态的形态存在，生物有效性差，有利于污泥农用，而且不需加入其它药剂，不会形成二次污染（郭永春，2014）。但此方法也有一定的局限性，对可交换态或溶解态的重金属去除效果较好，但对于不溶态的重金属首先需改变其存在状态使其溶解再将其去除，因此重金属的存在状态对去除效果影响较大。

4 研究展望

保持我国依靠有机物料循环利用、培肥土壤的农业经营本色，开展有机废弃物的农业利用，是解决我国农村资源短缺、能源不足、土地生产力下降、环境污染等问题的有效途径。然而，由于有机肥料中重金属对生态环境和人类健康构成了严重的威胁，成为影响和限制有机肥在现代农业中利用的最主要因素。在安全施用有机肥，实现养殖业与种植业的安全链接方面还存在着以下几个方面的问题：

（1）鉴于重金属具有难迁移、易富集、危害大等特点，要切实了解并掌握有机肥的重金属含量状况，选择重金属含量低的品种，杜绝重金属超标的有机肥用于食用性农产品生产。

（2）通过化学法、生物吸附法、生物淋滤法、电化学法等有效手段，控制有机肥的重金属含量，最大程度上降低重金属的生物有效性。

（3）在施用有机肥料时，既要施用适量的有机肥料发挥其对作物的良性作用，又要注重肥料用量、时间、技术的合理选择，最大程度上避免有机肥料给作物和人类带来副作用。

（4）关于畜禽粪便中重金属污染问题国外主要集中在污染现状调查及控制技术的研究上，国内在这两方面做了有益的尝试，但尚需加大研究力度和资金投入，针对有机肥料重金属污染防治政策仍需进一步完善。

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Research Progress on Characteristics of Heavy Metals in Organic Manure and Control Technology

LU Hongjuan, MA Youhua*, FAN Ting, ZHANG Guoyi, YE Wenling, CHEN Haiyan
School of Resources and Environment, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China

As the wide use of pesticides, fertilizers, agricultural films, and rapid industrialization, more and more agricultural soils were polluted by heavy metals. Heavy-metal pollution in soil represents an important environmental problem due to their accumulation throughout the food chain leads to serious agricultural and health problems. As an important fertilizer in Chinese agriculture, organic manure is one of the main measurements for increasing crop yields and used widely. However, organic manure is the major source of heavy metal in soils. It is significant to research on the heavy-metal characteristics in organic manure and control technology, which contributes to improving the safety of agricultural products and also agricultural wastes reutilization. In this paper, the origin and content of heavy metals in organic manure, which including animal feces, sewage sludge, municipal solid waste and biogas manure, and affection of manure on heavy metal availability in soils were reviewed. The relationship between the heavy metals content of animal feces composts and feed additives was mainly introduced, to provide the scientific basis for the remediation of heavy metal pollution and the safety of agricultural products. The current researches and control technologies, including chemical, biological adsorption, biological leaching and electrochemical technology, which were summarized at home and abroad. Based on the principle, application examples, and merits or demerits of the various remediation methods, the ideas and methods were presented to provide reference for the resource utilization of organic manure. Finally, in order to realize the breeding and planting safety, it need select low heavy-metal organic manure. In particular, the amount of manure, fertilization time and fertilization technology should be chosen to avoid the side effects of organic manure to the crops and human.

organic manure; heavy metal; origin; content; control technology

S141；X506

A

1674-5906（2014）12-2022-09

农业部农业生态环境保护重大专项（农科教发[2012]3号）；国家自然科学基金项目（41101485）；国家自然科学基金项目（41301539）；安徽省国土资源科技项目（2012-k-12）

鲁洪娟（1981年生），女，讲师，博士，主要从事肥料管理和重金属污染方面的研究。E-mail: hjlu@ahau.edu.cn

*通信作者：马友华（1962年生），男，教授，从事农业资源与环境研究。E-mail：yhma@ahau.edu.cn

2014-10-08

鲁洪娟，马友华，樊霆，张国漪，叶文玲，陈海燕. 有机肥中重金属特征及其控制技术研究进展[J]. 生态环境学报, 2014, 23(12): 2022-2030.

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