生猪养殖粪源重金属污染现状及防治措施

导语：现代养猪业发展最显著的特点是养殖生产模式朝着规模化、集约化方向发展，虽然我国集约化畜禽养殖比发达国家起步晚，但发展十分迅速，由国家统计局已公布的数据可知，1996年全国生猪出栏量为41 225万头，年底存栏量为36 284万头；2015年全国生猪出栏量已达70 825万头，年底存栏达45 113万头。由美国农业部最新公布的数据看，中国2015年生猪出栏量、存栏量都占据绝对优势，均占世界生猪出栏、存栏的50%以上。

生猪养殖产业是我国农业中的传统产业之一，虽然其规模化养殖也在不断扩大，并且规模化养殖也已成为我国未来养殖业发展的趋势。但养殖业业主在追求效益最大化的同时，也带来了严重的环境污染问题。不少生猪养殖企业在规模化畜禽养殖过程中，为加快畜禽生长速度、提高饲料利用率和防止畜禽疾病，在饲料添加剂中大量使用Cu、Zn、Fe等微量元素。有调查发现，不少规模化畜禽养殖场粪便中Cu、Zn等元素严重超标，其中以Cu、Zn、砷（As）超标为主，Zn则是超标最为普遍。随着人们无公害意识和观念的不断增强，对生态、健康、安全、卫生等问题的日益关注，全世界已经形成了一股追求安全卫生、无残留、无污染、健康的无公害食品的浪潮，但与此形成鲜明对比的是，我国猪肉产品安全问题却显得十分突出。

1.重金属污染现状概述

1.1 养猪业重金属废污排放现状

一个生猪养殖场的粪污排放量是相当惊人的，按粪便排泄量计算，一般一头商品猪从出生到出栏，排粪量为850～1 050 kg，排尿量为1 200～1 300 kg[8]，据推算，我国规模化生猪养殖场一年的鲜粪产量达39 000万～40 000万t，居我国重点排污领域首位。如此大的排放量，可见如若长期大量的重金属排放对环境的危害是巨大的，亦不利于我国生猪养殖产业的健康可持续发展。

过去的50年中，大约有9.39×105 t的Cu和1.35×106 t的Zn被排放在全球环境中，其中大部分进入土壤，引起了土壤重金属污染。规模化养猪企业粪便产量很大，带来了较为严重的环境污染，重金属污染是其中之一。表1列举了我国不同地区规模化养殖场猪粪便中重金属含量，可以看出不同地区规模化猪场粪便中重金属含量差异很大，较其他重金属而言，粪便中Cu、Zn含量明显较高。参照我国“农用污泥中污染物控制标准”（GB 4284-84），各地区铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）、砷（As）含量暂不超标，而广西、福建地区规模化猪场粪便中Cu、Zn均超标，安徽地区以Cu超标为主，上海、山东以地区以Zn超标为主。

1.2  重金属污染的危害

据报道，一个万头猪场，按饲喂中等营养水平饲料的排污情况分析，全年将向猪场周围排放大约433 kg的Cu和701 kg的Zn，但是由于政策、资金、技术等问题的限制，我国不少猪场的排泄物都是未经处理而直接排放，这给环境带来了巨大的影响。畜禽粪便中重金属对动物的影响表现为直接作用和间接作用，直接作用表现为畜禽粪便施用到土壤对生存在土壤中生物的影响，间接作用表现为施用畜禽粪便通过土壤提高植物重金属含量，并通过食物链提高动物体内的重金属含量，同时也造成对人类的危害。

Cu、Zn虽然都是人类必需的生命元素，但是过量都会造成严重危害。重金属在环境中能长期残留，难以被微生物分解，对生态健康的风险具有隐蔽性、长期性、累积性和不可逆性的特点，农田土壤中重金属污染物不仅使土壤退化，影响作物生长，而且也影响农产品的食用安全和生态系统的健康，对人类的健康造成很大的威胁，治理成本高、污染危害大。摄入过量的Zn易导致人出现呕吐，肠胃功能失调和腹泻，严重者可导致肠道坏死引起腹膜炎；摄入过量Cu，将蓄积在肝脏中，达到一定量则会释出进入血液中，从而引起大量溶血、黄疸等特征中毒症状。含有重金属的粪便大量排出，重金属污染不仅能够引起土壤的组成、结构与功能的变化，还可抑制作物根系光合作用，造成农业生态环境的污染，必将导致作物的减产以及在作物中富集。更重要的是，重金属通过食物链可积累在水、空气和土壤中，而人类可通过食物链、呼吸和直接接触等方式接触重金属从而危害人类健康。

2.造成生猪养殖粪源重金属污染的原因分析

2.1  关于高铜高锌促进猪生长性能的报道

Cu、Zn虽然是动物机体必需微量元素之一，是非常重要的营养因素，它们直接或间接参与动物的生长和发育。Cu作为许多酶的必需组分或辅助因子而发挥其生理功能，并参与体内的重要生理过程。研究表明，高铜高锌能促进仔猪增重、降低腹泻率、提高饲料利用率、增强机体免疫力以及抗断奶应激等功效。动物体内大多数酶需要Zn以维持其正常结构与功能，同时Zn也是超过300种金属酶的辅助因子，缺Zn可引起肠形态学上的变化，如肌肉层变薄，绒毛又尖又小，刷状缘受损，严重缺Zn时便可引起腹泻。多项研究结果表明，饲料添加1 000～5 000 mg/kg的药理水平的ZnO可改善断奶仔猪生长性能以及降低断奶仔猪腹泻率。

2.2  重金属在饲料中的应用现状

为了增强畜禽的抗病能力、促进其快速生长，并且追求经济利益最大化，饲料中普遍采用高铜高锌等重金属作为添加剂，致使饲料中重金属含量远远超过畜禽的吸收能力，导致畜禽粪便中重金属含量逐年升高，致使农产品中出现较明显的重金属累积现象。饲料中铜的允许量（GB 26419-2010）规定，30 kg体重以下仔猪配合饲料中Cu的允许添加量为200 mg/kg，30～60 kg体重生长肥育猪前期配合饲料中Cu的允许量为150 mg/kg，60 kg体重以上生长肥育猪后期配合饲料和种公母猪配合饲料中Cu的允许剂量为35 mg/kg，我国仔猪饲料中Zn（ZnO形式）的限量为2 250 mg/kg（限于断奶后前两周）。目前，众多研究表明，高剂量的ZnO锌源对仔猪有显著的抗腹泻效果，并被广泛应用到生猪养殖产业中。因此，为防止仔猪腹泻、提高仔猪的生长性能，国内在仔猪教槽和保育阶段的ZnO添加量普遍在2 500～3 000 mg/kg；为了增加猪的采食量、增加相关酶的活性和调节促生长激素的分泌，饲料中Cu的添加量也高达200～300 mg/kg。

李岩松试验表明，仔猪、生长猪前期和生长猪后期三个阶段粪Cu排泄率分别为96.00%、87.72%和87.85%，三阶段猪粪Zn排泄率分别为97.98%、92.03%和86.99%。由此看出，金属元素Cu、Zn在动物机体体内利用率很低，并且主要通过粪排出，只有少量经其他方式排除体外。对金属元素的低利用率，同时必须保证动物的生理需要，势必会添加远大于本身生理需求的Cu、Zn，因而也就造成动物粪便中大量金属的排放。此外，有害重金属如Cd、Pb不属于添加剂范畴，但由于中国的矿产资源多属伴生矿，在添加动物必需微量元素的同时，也引入了一些动物不需要且对动物和环境有害的重金属Cd、Pb等。由于饲料原料来源十分广泛，某些养殖户也可能使用了掺杂含Cd、Pb较高的工业原料，导致有害重金属混杂于牲畜配合饲料中。

总之，重金属Cu、Zn、Pb、Cr在动物体内的消化利用率极低，大部分通过畜禽粪便排放到农田中造成重金属污染。为了提高饲料利用率，盲目大量添加Zn、Cu等重金属并不科学，更是会污染环境，最终危及人类的身心健康。因此，对金属元素Cu、Zn的科学使用才是末来生猪养殖的方向。

3.对减缓养猪业重金属污染的几点建议

3.1  选用符合要求的饲料原料

饲料中营养物质不平衡及饲料利用率低是导致畜禽排泄物中营养物质含量过高的原因，其中也包括Zn、Cu等金属元素的排放。原料上首先选择易消化、营养变异小的饲料原料，其次便是要选择毒害成分低、无污染、安全性高的原料以减少混入Pb、Cd等重金属。

3.2  减少Zn、Cu等微量元素的添加量

试验研究表明，在饲料中添加高剂量的Cu、Zn可以起到生长促进剂的作用，但是具体机制还尚不明确。在实际生产中，为了提高养殖企业的经济效益，不少企业会选择在饲料中添加高剂量的Cu、Zn。然而，高铜的促生长作用也仅仅在猪的生长前期较为明显，对生长后期几乎没有作用。在实际饲养条件下，猪很难发生缺Cu，日粮含Cu为6 mg/kg时就可以满足哺乳母猪日粮中Cu的需要，在低于3 mg/kg时，才不利于仔猪生长发育。一般采用的方法是猪饲料中Cu含量应从小猪到生长肥育猪后期逐渐降低。

因而，从保护生态和可持续发展战略出发，并不提倡使用高铜。目前不少国家也早已经限制金属元素的添加量，以此来减少猪粪中金属元素的含量。

3.3  有机微量元素应用技术

有机微量元素是指微量元素的无机盐与有机配位体形成产物的总称，有机微量元素对畜禽的效应可表现为对生长(产)性能、畜产品品质、抗应激、机体免疫功能和生物学利用率等方面的影响，而从近几年的文献趋势推测以后有机微量元素的研究会在其独特的作用机理、产品品质评价和低排高效微量元素产品等方面。多次试验表明，用有机微量元素替代无机微量元素后粪便中微量元素含量降低。研究表明饲粮添加100 mg/kg壳聚糖锌络合物在保持断奶仔猪的肠组织形态、黏膜上皮细胞凋亡和黏膜免疫功能与添加3 000 mg/kg氧化锌类似。

有机微量元素添加剂产品在改善动物生产性能和畜产品品质具有重要意义，通过相关研究人员的不断努力，相信会本着减少动物粪便中重金属的含量的原则，发挥其在动物养殖中的更大的作用。

3.4  微量元素化合物新形态（主要指ZnO）

仔猪断奶后腹泻是养猪生产中的难题，而大量研究证实了在仔猪饲料中添加高剂量的ZnO能有效降低断奶仔猪的腹泻，促进仔猪生长。中华人民共和国农业部2009第1224号公告《饲料添加剂使用规范》也允许在仔猪断奶后两周内饲料中使用高剂量氧化锌，时间上仅仅限制为两周，如若停用高锌易导致腹泻问题，同时高剂量的氧化锌的吸收率很低，大部分将会随粪便排出体外，造成环境污染。因此寻找能替代普通高剂量氧化锌的有效产品，对解决断奶仔猪腹泻问题及粪便排锌量高等环境问题有着重要作用。

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，纳米氧化锌具有表面积大、表面积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。同时包膜氧化锌也是研究人员的关注对象，有猜想认为包膜氧化锌能有效避免胃酸的分解作用，故而形成Zn2+的量少了，绝大部分以ZnO形式进入肠道。低剂量的包膜氧化锌可以代替高剂量的氧化锌，对断奶仔猪具有良好的抗腹泻和促生长作用。新型氧化锌的应用，不仅降低了高锌对动物生产的不利影响，同时节约资源，降低畜禽粪便的金属元素含量，其发展前景广泛。

3.5  信息反馈，源头控制

现代不少养殖企业都会选择与高校等科研单位合作，产学研的并进发展也比较适合养殖行业的健康可持续发展。如今很多科研单位都有比较完善的微量元素检测系统，因此，养殖企业应更多的与科研单位积极合作。如此，企业也就能随时了解其养殖粪便的微量元素超标情况，及时反馈饲料企业或者饲料制作部门，以便从微量元素的添加源头解决问题。

4.小结

我国规模化畜禽养殖业已经在稳步发展，在更好地满足人们对肉类需求的同时，畜禽粪便的重金属污染防治也是一个亟待解决的问题。多省的土壤重金属含量数据显示土壤重金属污染不容乐观，必须采取必要的措施，才能使生猪养殖业可持续的健康发展。