猪饲料中重金属迁移路径及其潜在安全风险分析

姜伟，金彩虹，吴树康，乔成桓，孙吉翠，杨守军

（1.龙口市动物疫病预防控制中心，山东 龙口 265701；2.中国农业大学烟台研究院，山东 烟台 264670）

随着我国养猪业的迅速发展和集约化程度的不断提高，部分微量重金属元素作为饲料添加剂被广泛用于畜禽养殖业，用于预防动物疾病和促进动物生长。研究表明，饲料中添加高浓度的铜（Cu）能够提高猪的采食量和体重、促进猪体内酶的合成及调节激素水平，还有利于防止铜缺乏导致的关节受损、心血管系统和神经系统异常等现象［1－3］；砷（As）的添加能够抑制猪肠道有害微生物和寄生虫、加速蛋白质包括血红蛋白的合成、促进肠道对养分的吸收、使毛细血管舒张并改善皮肤营养［4］；锌（Zn）对于维持猪免疫器官的结构和功能具有重要作用［5－7］；铬（Cr）能够通过调节激素水平提高猪日增重和日采食量，还有利于提高猪肉品质［8，9］。然而，某些养猪场饲料中重金属的添加量远远超出动物的需要量，猪采食后，少部分重金属被吸收并蓄积在动物组织内，不易分解且易引起动物急性或慢性中毒，大部分重金属随动物粪便排出体外，以粪肥形式用于农田，最终通过食物链富集对人体健康产生危害。

综上分析认为，饲料中添加重金属尽管有利于猪体生长并提高肉用价值，但同时存在潜在环境污染和粮食安全生产风险。目前相关研究大多集中于重金属元素对动物促生长机理以及重金属元素在动物器官、粪便和土壤中残留对动物本身和环境的风险评估，但对饲料中重金属元素从动物饲喂到农田生产系统中的迁移路径研究缺乏详细系统的阐述。本研究依据文献数据对饲料中重金属元素在动物体内、粪便收运贮、粪便还田、作物吸收、土壤吸附、食物链富集等迁移路径各节点进行量化分析，以期为饲料重金属的合理添加量及畜产品、土壤生态环境和粮食安全生产提供科学依据。

1 猪全价配合饲料中重金属含量现状分析

《GB 13078—2017饲料卫生标准》和《NY／T 65—2004猪饲养标准》对猪全价配合饲料中重金属的含量给出了限量值，要求Pb、Cu、As、Cr、Cd含量分别不高于5、6、2、5、0.5 mg／kg。据文献报道我国某些规模化养殖场猪饲料中添加了过量重金属［10－27］。由表1可见，饲料中Pb、Cd元素含量范围分别为0.00～153.22 mg／kg和0.00～174.33 mg／kg，最高值均出现在山东省；Cu、As元素含量范围分别为0.00～914.20 mg／kg和0.00～47.30 mg／kg，最高值均出现在浙江省；Cr元素含量范围为0.00～199.90 mg／kg，最高值出现在江苏省。从平均值来看，华东地区饲料中Pb、Cr元素含量均未超标，Cu、As、Cd元素含量分别是标准限定值的28.9、3.6倍和3.6倍。

表1 华东地区猪饲料中重金属含量

2 猪饲料中重金属迁移路径

当重金属随饲料进入猪体后，随血液循环输送到全身各组织，或以原有形式沉积下来，或形成其他化合物对猪体产生危害［1，4，27，28］。由于猪对重金属的吸收率较低，大部分重金属随粪便排出体外［1，29－31］。猪粪便经收集、处理后输送至农田，过程环节因粪便收运贮而造成损失。农田施用粪便后，重金属还存在土壤吸附、作物吸收、土壤淋失等过程。

2.1 重金属在猪体内残留分析

重金属主要残留器官包括肌肉、肝、肾，分别占猪体重的70.0%、2.5%和1.4%。由表2可见，Cd元素在猪体内残留比例最高，分别是Pb、Cr、As和Cu元素残留率的9.30、4.27、88.30倍和58.87倍。

表2 猪体内重金属残留量及残留比例

2.2 猪粪堆肥过程中重金属含量变化

研究表明，猪粪中含有大量重金属，其中少量能够为作物生长提供营养元素，大部分重金属对土壤和作物具有毒害作用［10，15，21，41，42］。畜禽粪便还田前多数通过堆肥方式进行无害化处理，但在堆肥过程中由于水分蒸发、滤液外渗等导致重金属含量发生变化。由表3得知，As在堆肥过程中残留比例最高，分别比Pb、Cu、Cr和Cd高出6.92%、4.38%、3.12%和2.09%。

表3 猪粪堆肥过程中重金属残留量及残留比例

2.3 猪粪肥还田后重金属在土壤中的残留分析

焦璐琛等［49］研究表明，施用腐熟猪粪后土壤中Pb、Cu和Cd含量分别比对照土壤升高0.73%、33.70%和52.69%；朱凤连［50］在同一农田连续施用3次猪粪后发现，耕层土壤中Pb、Cu、Cr和Cd含量分别比对照土壤提高0.61%、30.85%、3.48%和23.04%。这说明粪肥还田后土壤存在重金属吸附现象［51，52］。表4数据表明，粪肥施入后土壤中Pb、Cu、As、Cr、Cd均出现残留，其中Cu的残留比率最高，分别比Pb、As、Cr和Cd提 高49.78%、18.46%、100.10% 和38.35%。

表4 猪粪肥施用后土壤重金属残留量和残留比率

2.4 猪粪肥还田后作物吸收重金属的比率

朱凤连［50］、黄翔［58］和武立叶［59］等的研究表明，农田施用粪肥或粪肥沼液后，农作物不同部位或器官会有不同程度的重金属残留。由表5看出，作物对As的吸收比率最低，分别为Pb、Cu、Cr和Cd吸收比率的16.01%、67.55%、11.23%和47.89% 。

2.5 猪饲料中重金属在迁移路径中的分配

猪饲料中重金属的迁移路径包括猪体残留、猪粪收运贮和堆肥过程中的损失、土壤残留、作物吸收以及土壤淋失等其他途径。根据表2～表5数据可得出猪饲料中重金属在迁移路径中各阶段的分配比率。由表6看出，源自饲料中的重金属Pb、Cu在迁移路径中以土壤残留为主，As、Cr、Cd以土壤淋失等其他途径为主。在重金属迁移路径中以猪体残留比率为最低，其次为堆肥过程损失和作物吸收。

表5 猪粪施用后作物有效重金属吸收比率

表6 猪饲料中重金属在迁移路径中的分配比率 （%）

3 饲料重金属潜在的安全风险

3.1 对猪生长和健康的危害

猪采食含有过量重金属的饲料会影响其生长和健康状况。部分饲料中Cu含量超过375 mg／kg（表1），会导致Cu的促生长作用消失，Cu与铁（Fe）和Zn发生拮抗作用造成猪腹泻和皮肤病增加［67］。在多个省份均出现猪饲料中Pb含量超过16.83 mg／kg，这可能引起仔猪铅中毒，甚至死亡［68］。部分地区猪饲料中As含量超过34 mg／kg，这会导致砷中毒，抑制多种与氧化代谢有关的含巯基酶活性并引发胃肠炎和神经功能紊乱等疾病［69，70］。猪饲料Cd、Cr含量均出现超过10 mg／kg的现象，猪食用后会对肾脏系统产生负面影响，降低猪对日粮的利用率，还可能造成新生仔猪死亡率上升［71，72］。

3.2 对畜产品安全和食品安全的危害

重金属在猪体内残留不仅会影响畜产品安全，还会影响食品安全。按照《GB—14935食品中铅限量卫生标准》《GB—15199食品中铜限量卫生标准》《GB—4810食品中砷限量卫生标准》《GB—14961食品中铬限量卫生标准》和《GB—15201食品中镉限量卫生标准》的规定，猪体内Pb、Cu、As和Cr含量（表2）均未超过相关标准。猪体内Cd含量（0.94 mg／kg）超过标准的9.4倍，若人体每月摄入量25μg／kg体重，可能导致镉在人体中积累甚至引起机体细胞产生毒性和癌变［73］。尽管猪肉中砷含量（0.043 mg／kg）远低于标准要求的0.5 mg／kg，但同样应当注意防止砷在人体内富集而造成危害［74］。

3.3 对农用地土壤污染风险

根据《GB—15618土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》的要求，猪粪肥施用后土壤中重金属含量远低于此标准。高丽双等［75］研究表明，当土壤Cu、Cr含量为29.20 mg／kg和16.88 mg／kg时，土壤呼吸强度减弱，土壤微生物活性受到抑制。本研究表明，猪粪肥施用后土壤中Cu、Cr和Cd含量分别达到28.43、21.99 mg／kg和0.27 mg／kg，可能对土壤微生物区系和多样性造成不良影响，进而延缓土壤肥力的形成和发展及植物营养元素的转化过程［76，77］。

4 结论

土壤是饲料中Pb、Cu、As、Cd等重金属元素在迁移路径中的主要去处，土壤淋失是Cr的主要去向。总体来看，尽管目前养殖场所采用的饲料中部分重金属含量超标，但在生猪养殖和粪便利用过程中不会对畜产品、人体健康、土壤环境及作物的生长产生危害。