我国畜禽粪便重金属污染情况及其处理措施

陈志祥 董乐辉 杨倩 王琪 陈晓红 张兴晓 陈国忠

【摘   要】 随着畜禽规模化养殖，畜禽粪便中重金属含量逐年升高，农产品中出现重金属累积现象。本文论述了畜禽粪便重金属污染特征及其治理建议。

【关键词】 重金属污染;堆肥;重金属钝化;沼气发酵

[Abstract]  With the large-scale livestock and poultry farming， the content of heavy metals in livestock and poultry manure increases year by year， and the accumulation of heavy metals in agricultural products occurs. In this paper， the characteristics of heavy metal pollution in livestock and poultry manure and its treatment suggestions were discussed.

[Keywords] heavy metal pollution; composting; heavy metal passivation; methane fermentation

我国畜禽养殖业呈现集约化和规模化发展，畜禽粪便产生量逐年增加，其中含有大量重金属，不仅严重污染环境，也降低农产品安全性，对人体健康造成威胁。本文论述了畜禽粪污重金属污染情况及其处理措施，对于保护环境、实现我国畜禽养殖业可持续发展具有重要意义。

1  畜禽粪便中重金属的含量特征

重金属含量超标是畜禽粪便污染的主要问题之一，来源包括饲料添加剂、兽药及畜舍垫床料等[1]，其中饲料添加剂是畜禽粪便重金属的主要来源。不同地区之间畜禽粪便及畜禽饲料中所含重金属有很大的差异，不同的畜禽粪便重金属含量也不同。通常猪粪Cu和Zn含量显著高于鸡粪和牛粪，鸡粪Cr含量明显高于猪粪和牛粪，其它几种重金属在畜禽粪便中含量较低，Cd和Hg两种元素含量最低[2-4]。

2  重金属的危害

目前，畜禽粪便主要作为粮食、蔬菜的有机肥料，但连续施用重金属超标的畜禽粪便会导致土壤重金属含量增加。对重金属来说土壤有其承受限度，当重金属含量超标或土壤环境条件改变时，重金属可能发生化学形态变化，可溶性增加，生物反应活性增强，造成严重的生态危害，被称为“化学定时炸弹”（Chemical Time Bombs，简称CTBs）[5]。重金属含量超标时可对植物组织和功能造成破坏，影响植物生长，降低农产品的产量和质量，引发食品安全问题。

3  畜禽粪便重金属污染的治理

3.1  源头预防

一些研究者提出调整畜禽饲料配方以减少饲料中重金属元素含量的方法，从源头上治理畜禽粪便重金属污染。研究和应用环保型饲料是未来饲料工业发展的必然趋势[6]。在饲料中添加有机形态的生物复合型微量元素，可以部分代替无机微量矿物质，提高畜禽抗病能力，促进畜禽生长，同时减少矿物质用量并提高利用率，节约成本。例如有研究报道艾叶、大蒜和苍术等中草药，作为饲料添加剂能促进畜禽生长发育，提高生产能力，而且能使饲料利用率提升。

3.2  好氧堆肥

堆肥是目前控制固体废弃物中重金属污染的主要技术，利用微生物分解转化畜禽粪便有机物过程中将重金属络合固定，钝化物料中重金属的活性，降低生物有效性 [7]。好氧堆肥处理是畜禽养殖业废弃物无害化处理和资源化利用最简便有效的方法，不仅可以钝化重金属，而且能将畜禽粪便转化为有机肥，有利于农作物生长，符合畜禽养殖业可持续发展的要求。

3.3  沼气发酵

沼气发酵工艺是物料在一定的含水量、温度和厌氧条件下，微生物将复杂有机物分解代谢为简单有机或无机化合物，最终生成甲烷和二氧化碳等可燃混合气体的工艺过程。通过沼气发酵能有效降低畜禽粪便重金属含量，对于处理重金属污染具有重要意义。沼气主要作为燃料、生产生活能源来利用[8]，沼液和沼渣可以改善土肥地力、提升土壤品质、使作物产量提高，对于改善农产品品质有重要作用。

3.4  重金属钝化

钝化剂的原理是在堆肥过程中吸附重金属或与重金属离子发生化学反应，从而降低重金属的迁移能力与生物有效性。常用的钝化剂主要包括物理钝化剂、化学钝化剂和生物钝化剂[9]。物理钝化剂主要包括吸附能力强的硅酸盐物质、生物炭、沸石、膨润土和海泡石等，具有容易獲得、原理简单和操作简便等优点，缺点是钝化剂与重金属通常结合不紧密，且与堆肥难分离。化学钝化主要是通过钝化剂与重金属发生表面络合、沉淀和离子交换作用等化学反应，改变重金属在物料中的化学形态及存在状态，降低重金属活性，效果好但是易对土壤造成二次污染。生物钝化剂主要是通过微生物的代谢活动将重金属离子转化为不易被植物吸收的形态或富集在微生物细胞中，从而减弱重金属的毒性，降低环境中重金属含量。生物钝化最终产物大多是无害的、稳定的，不破坏植物生长的土壤环境，处理费用低、修复效率高、针对性强，是较为理想的一种治理途径。

4  总结展望

禽畜粪便造成的环境污染是制约畜禽养殖业发展的主要因素，如何因地制宜、经济有效地预防重金属污染是有效利用畜禽粪便的前提，也是促进饲养业发展的关键，对生态环境保护也有着积极的作用。除了从源头改善畜禽饲料配方之外，高温堆肥因无害化程度高、处理时间短、规模易放大、适于工厂化生产等优点逐渐成为畜禽粪便处理的首选方式，而我国对于畜禽粪便重金属堆肥及钝化剂钝化的研究仍然不具有竞争力，有必要更加系统深入研究经济有效、绿色环保、廉价易得并且适合我国国情的重金属钝化剂。对畜禽粪便进行有效治理，做到“生粪不出场，出场必无害”，我国畜禽养殖业才会得以持续健康发展，绿水青山的生态友好型社会才能早日实现。

参考文献：

[1] 苏秋红. 规模化养猪场饲料和粪便中铜含量分析及高铜猪粪对土壤的影响[D].山东农业大学，2007.

[2] 潘 寻， 韩 哲， 贲伟伟. 山东省规模化猪场猪粪及配合饲料中重金属含量研究[J]. 农业环境科学学报， 2013， 32（1）：160- 165.

[3] 刘 鹏，柴立元，闵小波， 等.畜禽粪便重金属的赋存特征及去除技术进展[J].中国沼气， 2019， 37（01）：15-21.

[4] 茹淑华， 苏德纯， 张永志， 等.河北省集约化养殖场畜禽粪便中重金属含量及变化特征[J].农业资源与环境学报， 2016， 33（06）： 533-539.

[5] 刘小屿， 沈根祥， 钱晓雍，等. 不同钝化剂对畜禽粪便有机肥重金属铜锌的钝化作用[J]. 江苏农业科学， 2017， 45（13）： 209-213.

[6] 邢廷铣. 研究和应用环保型饲料是未来饲料工业发展的必然趋势[J]. 饲料工业， 2005， 26（11）.

[7] 沈秀丽， 杨增玲， 韩鲁佳. 畜禽粪便引发的重金属污染的研究现状[C]// 中国农业工程学会2011年学术年会论文集. 2011.

[8] 周黎明. 畜禽规模养殖粪污的处理与利用[J]. 畜牧兽医杂志， 2016， 35（4）：34-38.

[9] 候月卿， 沈玉君， 刘树庆. 我国畜禽粪便重金属污染现状及其钝化措施研究进展[J]. 中国农业科技导报， 2014， 16 （3）：112-118.