高銅豬糞對土壤生化指標影響的研究進展

楊海天，蒙洪嬌，惠鑠智，孔祥杰，姜海龍

（吉林農業大學動物科學技術學院，吉林 長春 130118）

高銅豬糞對土壤生化指標影響的研究進展

楊海天，蒙洪嬌，惠鑠智，孔祥杰，姜海龍*

（吉林農業大學動物科學技術學院，吉林 長春 130118）

在規模化畜禽生產中，銅作為生長促進劑被廣泛添加到豬的飼糧中，但是飼料中大部分的銅不會被動物吸收，而隨著動物糞便排出體外。大量的含銅豬糞排放到環境中，會對環境造成嚴重的危害。作為含銅豬糞的承載體，過量的銅會對土壤內部中的酶活性、微生物群落組成及土壤呼吸等生化指標造成影響，進而對土壤肥力造成影響。

含銅豬糞；酶活性；微生物

銅是動物必需的微量元素，在動物新陳代謝過程中發揮著重要的生理功能，在畜禽生產中作為生長促進劑被廣泛應用，添加銅是提高豬生產性能的重要措施之一。但銅在豬體內的生物效價有限，超過90%的銅不能被動物利用而隨糞便排出體外。據朱寧等[1]估算，到2020年，我國畜禽糞便年產生量將達到28.75億t，其中豬糞產生量占19.59%。現如今，含有過量銅元素的畜禽糞便已經成為土壤銅污染的重要來源[2]。當施加含銅豬糞的土地超過土壤對銅的承載量時，勢必會對土壤內部的環境質量生物學指標造成嚴重的影響，進而破壞土壤內部的平衡以及影響土壤的肥力。

1 高銅在養豬生產中的現狀

1.1 飼料中的銅含量

高劑量的銅作為一種廉價高效的促生長添加劑被廣泛應用于養豬業中。在NRC（2012）營養標準中，飼糧中的銅含量僅為3.5～6 mg/kg即可滿足豬的營養需求。而在養豬生產中，現有日糧中常添加125～250 mg/kg[3]的銅，甚至375 mg/kg的銅以刺激豬生長。饒輝[4]等對9家預混料生產廠家的4%系列豬用預混料共45個產品中的銅含量進行檢測，在不考慮其他原料本身含有微量元素的情況下，按照企業制定的標準值和添加比例生產的配合飼料的銅含量均高于中國瘦肉型生長肥育豬和妊娠母豬的飼養標準(1986)和美國NRC (1998)建議的豬營養需要量。姜萍[5]等對江西省余江縣39家大型養豬場所用飼糧進行分析發現，大豬和小豬飼料 Cu含量超標率分別為 81.6%和 30.8%。

目前日糧中添加銅源主要以硫酸銅、碳酸銅、堿式氯化銅（TBCC）、氨基酸銅(AA-Cu)等為主，硫酸銅因其生物學利用率和價格等因素被作為豬、禽生產中的主要銅源。眾多研究表明飼料中添加不同銅源對豬的生長性能并無顯著影響。高風仙[6]等分別以硫酸銅、堿式氯化銅、氨基酸銅作為銅源對生長豬進行消化試驗，發現添加不同銅源和銅水平對豬銅的消化率影響差異不顯著(P＞0.05)。趙春雨[7]等以硫酸銅和氨基酸銅作為銅源添加到生長豬日糧中，發現不同銅源及銅水平（10, 150, 300 mg/kg）對豬日增重和料重比均無顯著影響(P＞0.05)。

1.2 豬糞中銅含量

豬糞中銅含量受到飼料中銅添加量的影響，與飼料中銅添加量成正相關，其相關系數R2在 0.679 2～0.873 5 之間[8]。斷奶仔豬因在生長發育階段，為滿足其快速生長發育甚至刺激其生長發育的要求，其飼料中往往添加較高劑量的銅。隨著豬體重的增加，飼糧中的銅含量逐漸降低。因此，不同生長發育階段豬糞中銅含量為斷奶仔豬＞育肥豬＞母豬[9]。豬糞中銅含量由于重金屬在生物體內的富集作用，其含量往往是飼料中銅含量的數倍。Cang L[10]等研究發現，糞便中的銅含量比飼料中銅含量高出1.0～4.4倍。Komegay[11]等對豬飼喂銅含量為7～10 mg/kg和250～370 mg/kg的飼料，其排泄豬糞中銅含量為59～88 mg/kg和1 330～2 367 mg/kg。李松巖[12]通過對仔豬和生長豬后期分別飼喂230 mg/kg和200 mg/kg的銅，發現銅在糞尿中的排泄率分別為96.13%、88.02%，風干糞樣中銅含量為1 156.6～1 211.9 mg/ kg。姜萍[5]等對江西省余江縣39家大型養豬場調查分析表明，大豬和小豬豬糞銅含量分別為98～1 410 mg/kg、179～1 430 mg/kg，大豬和小豬糞便中Cu超標率分別為81．6%、97．4%。黃磊[13]等隨機抽取了北京21家具有代表性的養豬場進行調查分析結果表明，仔豬糞中銅含量559～1 170 mg/kg，育肥豬糞為333～904 mg/kg，種豬糞為244～876 mg/kg，各階段豬糞銅含量超標率為100.00%

2 含銅豬糞對土壤環境生化指標的影響

2.1 含銅豬糞對土壤的污染

我國土壤中的銅濃度一般為1～20 mg/kg[14],而我國土壤環境質量二級標準(GB15618-1995)規定的銅含量為100 mg/kg。在養豬生產中，由于飼糧中銅的濫用，以及對糞污處理不夠科學合理等原因，致使養豬場周邊的土壤銅含量嚴重超標，且投產年限越長的豬場土壤銅含量超標情況愈加嚴重[15]。朱建春等[8]對陜西安康、商洛、楊凌等地農田施用含銅豬糞進行估算發現36.9～49.8年后土地銅含量將超過規定閾值。何波瀾[16]等對福建省規模化豬場進行調查表明，規模化豬場周邊土壤中的銅超標高于30%，不同土層中（0～40 cm）銅含量為16.48～184.39 mg/kg。姜萍[5]等對江西省余江縣長期使用豬糞的菜地土壤進行取樣，發現土壤銅含量為15.4～174 mg/kg，其超標率為51.3%。

2.2 含銅豬糞對土壤酶活性的影響

酶是土壤中重要的生物催化劑，在土壤中發生的各種生物化學反應都是在酶的催化作用下實現的[17]。因此，土壤酶在維持土壤結構的穩定、降解有機廢物、形成有機質以及養分的循環中扮演著重要的角色[18]。目前研究較多的酶分別是過氧化氫酶、蛋白酶、纖維素酶、淀粉酶、蔗糖酶和脲酶[19]。土壤酶活性作為判斷土壤肥力的重要指標之一，在生態環境的研究領域越來越得到人們的重視[20]。

影響土壤酶活性的因素很多，土壤質量、土壤種類和土壤理化性質等均對其有影響。眾多研究結果表明土壤重金屬污染會對土壤酶活性產生不同程度的抑制作用[21]。賈彥博等[22]發現土壤磷酸酶和脫氫酶活性分別在銅含量＞50 mg/ kg和銅含量＞100 mg/kg后開始持續下降，土壤脲酶活性隨土壤銅含量的增加而不斷下降。朱亦君等[23]對東北黑土中施用含銅豬糞發現低濃度的銅對土壤脫氫酶和脲酶活性有促進作用，高濃度的銅對其活性起抑制作用，當土壤銅濃度達到301.3 mg/kg時土壤內各種酶的活性均受到強烈的抑制，這可能和含銅豬糞降低了土壤中微生物總量有關[24]。

2.3 含銅豬糞對土壤微生物的影響

土壤中的微生物是土壤生態系統的重要組成部分，其活性和群落組成對保持土壤肥力具有重要意義。盡管豬糞中的營養物質和有機質在一定時限內會對土壤微生物的活性和繁殖具有促進作用，但是當土壤中的銅濃度超過微生物的耐受閾值時，對銅較敏感的微生物會大量死亡，微生物生物量的增加受到抑制[25]。對銅耐受較強的微生物得以繁殖，此時土壤中的群落結構被改變[26]。Huysman F等[27]發現連續5年施用含銅豬糞的土壤中銅抗性均增加了10～1 000倍，這對土壤微生物的組成結構造成了嚴重的影響。在朱亦君[23]的研究中，豬糞對東北褐黑土中土壤微生物生物量碳的促進作用在土壤銅含量達到301.3 mg/kg時被銅的抑制作用所掩蓋。韓佳琪等[28]的研究結果表明土壤中銅濃度為258.4 mg/kg時土壤微生物生物量 C顯著下降，土壤微生物總量明顯降低。陳琳等[29]向土壤中添加由豬糞制成的含銅有機肥發現處理組土壤微生物代謝活性明顯偏低。因此，向農田內施加含銅豬糞在雖然短期內會對土壤肥力有增強作用，但是超過土壤對銅的承載量時也會造成土壤內部生態系統的失衡，對土壤肥力造成一定影響。

2.4 含銅豬糞對土壤中其他指標的影響

在土壤環境學生化指標中，除酶活性、微生物活性以外，土壤有機碳含量、土壤呼吸等也是對土壤進行評價的重要指標。土壤有機碳含量是土壤碳庫的重要組成部分，是衡量土壤肥力的重要指標，柳開樓等[30]對施用豬糞30年的紅壤稻田進行研究發現，施用豬糞的土壤有機碳含量明顯比施用化肥處理高出18.8%～23.7%，但其土地銅含量超過土壤環境質量二級標準的風險較大。土壤呼吸對土壤碳庫的形成具有重要意義，賈彥博[22]發現土壤銅水平為≤100 mg/kg時，土壤微生物基礎呼吸呈現出先上升后下降的趨勢，當土壤銅含量＞100 mg/ kg時微生物的基礎呼吸作用呈增強趨勢，這可能和土壤微生物為耐受高劑量的銅而增加自身的能量需求有關[31]。

3 小結

綜上所述，豬因飼喂含銅量過高的飼糧而產生大量含銅量超標的糞便，這些糞便如果直接排放到土壤，當超過土壤的承載能力時勢必會對土壤內部的平衡及土壤肥力造成不可逆的影響。因此，我國養豬行業在蓬勃發展的同時，更要盡快尋找一個妥善有效的辦法控制豬糞中過量的銅元素，使其得到合理的資源利用。建議我國建立完善而合理的豬飼料銅添加標準及監督管理制度，在不影響豬生長性能的情況下合理使用銅元素，防止過量的銅被添加到豬飼糧中；同時應深入探究畜禽糞便中重金屬去處技術，采用生物吸附法生物淋濾法等對豬糞中的銅元素進行處理，這是今后的重要任務。

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2017-03-29）

規模化豬場糞污處理關鍵技術的研究與示范（20150203010NY）；吉林省安全優質肉豬現代生產關鍵技術示范（20140301013NY）

楊海天（1992-），男 ，現為吉林農業大學動物營養與飼料科學專業在讀碩士研究生E-mail：1284679210@qq.com