动物粪便中重金属对土壤影响探讨

潘春方，任延铭，关洪英，孙 丹，闫丽红

（黑龙江省兽药饲料监察所，哈尔滨 150069）

随着畜牧业生产的集约化、规模化，养殖场户的饲养规模越来越大，随之而来的动物的粪便产量也大幅增加。大量动物粪便如果处理不当就会给环境带来巨大的危害，污染土壤、水源、空气。几千年来，中国就有将动物粪便用作肥料的传统，将动物粪便作为土壤改良剂和营养来源还田[1]。动物粪便作为肥料使用，不但增加了土壤养分，大幅减少了化肥使用量，而且能减轻动物粪便给环境带来的压力。虽然动物粪便还田有诸多好处，但是有一些问题需要引起人们的注意，如大量施用动物粪便可引起土壤中磷酸盐和硝酸盐含量的升高，可增加重金属在土壤中的蓄积量并通过食物链最终进入到动物机体和人体。对于动物粪便成分的研究以及单位面积土地上动物粪便的最佳施用量评估等已经成为众多学者关注的重点和研究热点。

1 动物粪便中金属污染情况

伴随着现代畜牧业的发展，饲料添加剂在畜牧业生产中得到了广泛的应用。各种金属元素添加剂在发挥其促进生长、提高饲料利用率、抑制有害菌等作用的同时，因其在动物体内消化吸收率不高而随代谢产物被派出畜禽体外，导致了粪便中重金属元素含量较高。Cang等对鸡、猪、奶牛、鸭、鹅和鸽子粪便中的重金属污染情况进行了研究，结果显示锌（Zn）含量（以干物质计）分别为 417.0、505.9、185.52、440.62、77.42和192.44 mg·kg-1；铜（Cu）含量（以干物质计）分别为89.14、399.0、45.99、46.95、14.71 和 22.59 mg·kg-1；铅（Pb）含量（以干物质计）分别为11.08、12.80、9.74、4.51、18.20和14.39 mg·kg-1；镉（Cd）含量（以干物质计）分别为1.84、0.80、0.70、0.29、1.40和0.36 mg·kg-1[2]。Li等研究结果显示，Cd猪的粪便中（以干物质计）含量范围为0～129.76 mg·kg-1，在鸡、奶牛和羊粪便中（以干物质计）含量分别为12.05、15.38和1.42 mg·kg-1，并且还发现4种动物粪便中的镉的含量与饲喂日粮中的Cd含量呈现正相关的关系[3]。Jackson等研究指出，砷在猪、蛋鸡和奶牛的粪便中分别为 1.68、1.46 和 0.44 mg·kg-1[4]。Wang等研究指出，Cu和Zn在猪粪便肥料中的浓度最高，其次是家禽和奶牛粪便肥料。1990—2008年，Cu、Zn、As、铬（Cr）、Cd在猪粪便肥料中含量分别增加771%、410%、420%、220%和63%，在牛粪便肥料中含量分别增加212%、95%、200%、791%和-63%，在家禽粪便肥料中含量分别增加181%、197%、1 500%、261和196%[5]。大部分的增长发生在2002—2008年，而粪便肥料中Pb和汞（Hg）在1990—2008年呈不断下降趋势。

综合以上学者们研究的数据，可以看出目前动物粪便中主要的金属污染物为Cu、Zn、As、Cr、Cd、Pb和Hg等[6]。这些金属污染物可分为两大类，一类是对动物有益的必要营养元素，如Cu、Zn，可以促进动物机体的最佳化生长速率和提高机体的抗菌性能，另一类是动物生产非必需的元素，如As、Cr、Cd、Pb和Hg[7]。营养元素在动物粪便中的含量与饲喂的日粮中该类元素添加量呈正相关，非营养元素因不具有任何有益作用养殖者不会主动在饲料中添加，动物粪便中这类元素的来源主要与饲料原料中残留的含量有关。

2 动物粪便中金属元素对土壤的影响

在传统农业生产方式和现代新兴的无公害、绿色、有机农产品的生产方式的双重影响下，动物粪便作为粪肥被越来越多地还田，同时近几年国家实施的畜禽规模养殖污染防治管理政策，鼓励和支持粪肥还田、制取沼气、制造有机肥，进一步促进动物粪便作为肥料的使用，而大量使用动物粪肥会对土壤产生一定影响。

2.1 动物粪便产生堆积对土壤的影响

动物粪便在动物畜舍产生后首先在养殖场区内或周边堆积存放，周边土壤中的金属元素的含量随着动物粪便堆积量增大和堆积时间的延长而增加，导致土壤中金属元素严重富集。祁玉峰等研究显示，一个万头猪场，连续使用高Cu日粮，每年可向猪场周边土壤排放Cu约2 t[8]。在一些地区，动物粪便中所含的重金属已经成为农田重金属的重要来源。随着环境条件的变化，重金属形态可能发生变化，从而从土壤中迁移到水源中进而对人体健康产生一定的威胁。

2.2 动物粪便还田后对土壤的影响

动物粪便作用有机肥料还田后，其中含的重金属对土壤中重金属的总体水平产生重要影响，导致中土壤重金属含量的增加，加剧土壤中重金属的富集。向磊等研究发现，动物粪便已成为进入土壤中的As的主要来源[9]。刘赫等研究发现，长期施用重金属含量高的畜禽粪便，将造成重金属等有害物质在土壤中累计，且尤以Cu、Zn的含量上升显著[10]。持续的长期施用动物粪便可导致土壤中的金属积累，超过某些作物的毒害水平，致使重金属在食物链中积累，导致人类健康和环境问题[11]。

3 对动物粪便资源化利用的一点建议

动物粪便虽然存在着污染空气、污染水源、污染土壤等诸多不利因素，但是其中也富含有氮、磷、钾等营养元素，对于减少化肥的使用，预防土壤变性具有积极的作用，如何科学合理的利用动物粪便是需要长期深入研究的问题。

3.1 合理使用饲料添加剂，提高动物粪便利用价值

饲料添加剂的不当使用是导致动物粪便中金属元素含量过高的主要因素。加强动物营养研究，合理调整日粮配方，科学使用饲料添加剂，从源头上控制动物机体对金属元素的摄入量，既能保证动物生产的正常需求，又避免过量摄入，从而减低动物粪便中金属元素的含量，提高动物粪便资源化利用的价值。

3.2 测土施肥，适量施用动物粪肥

刘乐荣等研究证实，商品有机肥中重金属含量与所使用的有机物料中重金属含量成显著正相关，说明将动物粪便加工成有机肥对重金属含量的影响不大[12]。姚丽贤等对菜心、小白菜、油麦菜、茼蒿、苋菜和通菜盆栽试验施用含As的鸡、猪粪试验结果表明，畜禽粪便重金属含量对植物重金属含量也因为植物种类不同而异，施入含As的鸡、猪粪只提高通菜的As含量，并且还降低了其他蔬菜的As含量[13]。施用动物粪便制作的有机肥前最好先进行土壤中重金属含量和有机肥中重金属含量的测定，再根据土壤的耐受和拟种植农作物的品种确定动物粪肥的施用量，以确保动物粪肥中的重金属不会对土壤和农作物产生不利影响。

3.3 加强科研，促进动物粪便的综合利用

对于动物粪便的利用也用从综合利用循环利用的角度进行考虑和研究，对现有的能源模式、能源-环保模式、环保模式、生态工程模式等畜禽养殖场常见粪污处理方式深入开发和研究，因地制宜、因场制宜地采取动物粪便和资源化利用方式，确保动物粪便的有效合理利用[14]。

4 小结

饲养动物历史悠久，动物粪便一直被视为肥料而利用。近年来，随着养殖规模的增大和环保意识的增强，动物粪便带来的环保问题备受人们关注。如何科学合理地利用动物粪便，解决养殖规模扩大给人们带来丰富畜禽产品与环境污染问题日益突出之间的矛盾将是一个长期而有意义的研究课题，相信在众多学者的共同努力下一定能够解决这一问题，达到人与自然环境的平衡。