重金属在“猪--沼-果”模式中的现状及思考

徐淑玲

（南昌市动物卫生监督所，南昌330029）

1 “猪-沼-果”模式

“猪-沼-果”模式就是把植物生产、动物消化和微生物还原三者有机结合而形成的一种生态农业模式。该模式是依托山地、农田、水面、庭院等资源，利用“沼气池、猪舍、厕所”三结合工程，因地制宜开展“三沼（沼气、沼渣、沼液）”综合利用，从而实现对农业资源的高效利用和生态环境建设，提高农产品质量，增加农产品收入。该技术于1989 年李利民在《鱼、猪、沼、果等复合生态养鱼技术总结》中提出，自1996 年起“猪-沼-果”模式陆续在江西、湖南、贵州、福建等多个省的县乡实施，并有相关的文献表明“猪-沼-果”模式对增加农村的能源，增加农民收入，促进新农村建设有着重要意义。

2 重金属在“猪-沼-果”模式中的现状

2.1 重金属在生猪养殖中现状

常用微量元素中的Cu、Fe、Zn、Mn、Se、Cr 等都属于重金属。在肉猪养殖过程中，为了预防疾病和促进猪生长，饲料中往往添加大量的Cu、Zn和As 等微量元素。这些矿物营养之间具有许多相互作用，增加一种营养物质会影响另一种物质的吸收，且营养物质之间会竞争吸收位点。饲料中矿物元素的拮抗物质都会导致某些微量元素无法正常吸收，从而导致微量元素的低利用率[1]。有研究表明，生猪饲料中铜、锌的利用率仅为20%。

由于饲料中微量元素的不当或过度使用，使大量未被吸收和利用的重金属元素随粪便排出，造成土壤和水质污染。有研究表明，我国猪粪中重金属含量明显高于鸡粪、鸭粪[2]。薄录吉等对覆盖我国21个省级行政区的1412个猪粪样品的分析得出，在21 省市中，猪粪中Cu、Zn、As、Cd 和Cr 平均含量超标省市分别占到95.2%、85.7%、33.3%、20%和5.26%。并且在其中有猪饲料数据的11 省市中，猪饲料Cu 含量超标的样品数量占到100%（四川除外，为75%），超标倍数在13.2～49.0 之间。猪饲料Zn 含量超标的样品数量占到60.0%～100%，超标倍数在1.3～9.5之间[3]。

2.2 沼液和沼渣中重金属含量现状

沼气发酵是厌氧微生物在厌氧条件下将发酵底物中的有机物转化为以甲烷和二氧化碳为主要成分的沼气产品，同时生成液体副产品（沼液）和固体残渣（沼渣）的生物化学过程。沼液中含有一定量的氮磷钾等营养物质以及腐殖质、氨基酸和少量植物生长激素等，故理论上沼液农用可促进农作物生长、提高农产品产量和品质。但是经厌氧发酵而来的沼液含有毒性强、迁移慢、具有累积性的重金属，对土壤和粮食安全、人类和动物健康具有一定影响。沼液中的重金属主要为Pb、Cd、Cu 和Zn 等，来源于养殖过程中微量元素饲料添加剂。依据欧美国家腐熟堆肥有机物料中重金属限量标准，我国沼液发酵原料重金属含量均有一定量的超标[4]。沼液中的腐殖酸对重金属具有溶出、吸附与解析作用，一定程度上会增强重金属的活性[5]。辛格等对江苏省16家规模化养殖场的沼气工程排放沼液进行了成分和重金属含量的调查，结果表明：沼液的pH 值偏高，在7.87～8.57 之间，重金属元素Cr 普遍超标，As 元素含量基本符合排放标准，然而总氮、总磷含量都严重超标[6]。

2.3 施用沼肥对土壤和果实品质的影响

有研究指出土壤Cu、Zn 和籽粒Zn 含量随沼液施用年限增加而显著增加[7]。赖星等的研究得出类似结果，连续3年施用猪粪沼液会增大土壤中重金属Pb、Cd、Cr、As、Hg 的累积量[8]。植物在受污染的土壤中生长，部分重金属会转移到植物体内，而后通过食物链渠道进入人体，当重金属在人体内的含量达到一定程度后便会危害人体健康。许卫娜在研究沼气发酵残留物对苹果产量和品质以及土壤生态环境的影响表明，苹果对土壤中6种重金属元素的富集能力为Hg＞Cu＞Cr＞Pb＞Cd、As，在6 重金属元素中，苹果对汞元素的富集能力最强，对镉、砷元素几乎没有富集，对铬、铅元素的富集能力很弱，对铜元素的富集能力较强[9]。

3 减少“猪-沼-果”模式中重金属的几点思考

有机肥是我国农业生产中非常重要的肥料，沼肥是主要的有机肥之一。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。如何优化“猪-沼-果”模式，降低重金属在此模式的累积，发挥“猪-沼-果”模式优势，将是今后农业研究重点方向。

3.1 减少重金属在饲料中的投入

首先，严把选料标准质量关，选用利用率高、安全性高的饲料；其次，注意适量添加金属元素，源头上控制粪便中金属元素含量；最后，推广应用新型微量化合物，降低畜禽粪便中金属元素含量。近几年纳米氧化锌备受相关科研人员的关注，据报道氧化锌的表面积与其抑菌功能呈线性关系，表面积越大，其抑菌效果越强，纳米氧化锌具有比表面积大、表面能高等纳米材料所特有效应外，还具有其他无机Zn 无法比拟的生物活性高、吸收率高、抗氧化性能高等优势。此外，科研人员利用黏土、生物炭等天然材料制备出一种功能化纳米复合材料，这种材料具有大量活性基团，可以高效抓取有机肥中的砷、铜等重金属离子，有效抑制其活性和毒性，阻止其与作物根系接触，降低在作物中的富集量，提高粮食安全性。

3.2 调控厌氧发酵条件降低重金属有效性

沼气工程因进料浓度、水力滞留时间以及容积负荷、气候等条件不同导致沼液营养成分相差较远，最终对畜禽粪便的处理效果表现出差异。有研究指出，温度因素对猪粪厌氧发酵过程有较大的影响。就目前关于温度对畜禽粪便沼气发酵过程中重金属的形态影响的研究指出，20℃条件下发酵后的沼渣和沼液中重金属有效性低于35℃条件下发酵后的沼渣和沼液中重金属有效性[10]。魏世清等研究指出，不同月份猪场粪污经厌氧发酵产生的沼液营养成分差异较大。3 月沼液中汞、锌、铜含量均低于6月和8月沼液各重金属含量[11]。

3.3 重金属土壤修复

土壤污染的治理时间十分长，其产生的危害不可逆，严重影响我国经济的可持续发展，因此对土壤重金属的治理与修复迫在眉睫。目前，土壤中重金属的修复分为：固化/稳定化法，同位/异位淋洗法，物理方法，化学还原，植物修复，微生物修复方法等。其中，固化/稳定化法，同位/异位淋洗法，物理方法，化学还原和植物修复均有一定的局限性，如工程浩大，费用昂贵，二次污染隐患或修复时间漫长等特点。目前，微生物处理技术在现在的研究前景颇为可观，从对环境处理的角度来说，微生物处理的较物理化学方法相比，更不容易造成污染，并且对污染物的处理效果较好，微生物在土壤中的自我繁殖，也可以保证长时间地处理，达到预计效果，完成对污染的治理。目前，已经有一些运用修复技术取得显著成效的实例，如对来自北京市区和云南省昆明市郊区土壤的污泥堆肥试验表明，粉煤灰对污泥中的Cu、Zn、Pb 有一定的钝化效果[12]。在湖南省、广西省等南方省份的研究证实，施用硅肥可显著降低水稻、甘蔗等作物对Cd、As 等重金属的吸收。

3.4 重金属低富集品种筛选

利用不同品种的同一种作物对重金属离子的吸收能力和富集程度不同的原理，按照国内外相关标准允许限量或推荐限量，筛选重金属低富集品种，减少农田土壤重金属向食物链中迁移富集，是轻微、轻度重金属污染农田安全生产的有效途径。国内针对常见的作物，开展了许多相关工作。如在河南省全省种植面积较大的20 个小麦品种中筛选出轻微、轻度重金属污染土壤Pb低积累品种2 个[13]。在四川省种植面积较大的21 个玉米品种中筛选出Hg 低积累品种4 个、As低积累品种5 个，其中2 个品种为Hg、As 低积累品种[14]。

4 展望

目前，我国在饲料重金属污染、重金属污染土壤的修复以及安全利用方面开展了很多研究工作，并取得了大量的成果。但同时饲料重金属污染还存在技术零散、技术水平低、新技术转化有限等问题。随着我国对生态农业重视程度的提高，进一步研发低成本、易操作、副作用小、符合我国农业生产实际需要的重金属污染修复技术，优化“猪-沼-果”模式具有重要的意义。