豬糞便重金屬污染的防控措施分析

陳 輝

（華中農業大學農業動物遺傳育種與繁殖教育部重點實驗室，農業農村部豬遺傳育種重點開放實驗室，湖北 武漢 430070）

在當前我國生豬養殖規?；⒓s化的進程不斷加快的背景下，我國養豬業在取得了可喜可賀的成績的同時，也暴露了我國養豬業現存的諸多嚴重問題，如豬糞便重金屬所造成的環保污染問題已被全世界廣泛關注[1]，這一問題的存在嚴重阻礙著我國生豬養殖朝著健康、綠色高效的方向發展。筆者在有關文章中簡要分析了豬糞便重金屬污染所帶來的危害，因而提出有效的豬糞便重金屬污染防控的措施具有很大的積極意義，基于此，筆者梳理了近年前人對豬糞便重金屬污染的防控的相關研究，分析了豬糞便重金屬污染防控的措施，如前人的研究表明通過鈍化劑處理[2]、好氧堆肥[3]、生物炭吸附[4]、接種蚯蚓[5]以及日糧營養調控[6]等措施可以有效地防控重金屬污染。文章就近年重金屬污染防控措施展開綜述，旨在為當前嚴峻的重金屬污染防控提供可行的科學參考，為實現生豬生態綠色養殖奠定基礎。

1 豬糞便重金屬污染的防控措施

由于豬糞便重金屬污染形勢嚴峻，且存在諸多負面作用，因此迫切需要科學合理可行的措施對其進行防控，筆者梳理了近年學者相關的研究，分析了鈍化劑處理、好氧堆肥處理、生物炭吸附、接種蚯蚓以及日糧營養調控等措施在豬糞便重金屬污染防控中的應用，以期為今后有效防控豬糞便重金屬污染提供參考。

1.1 鈍化劑處理

通過使用鈍化劑處理可以有效降低重金屬的生物有效性，從而降低其對環境的危害，最終對其進行有效防控[1]。何雯菁[7]探討了蛋殼作為豬糞便重金屬鈍化劑的可行性，結果顯示當添加2.5%處理的蛋殼后可有效去除豬糞便中的重金屬，其去除效率可達90%；在堆肥處理中發現添加5%的蛋殼可有效降低糞便中Cr、Cu、Zn 以及As 等重金屬可利用率較高的形態比例，表明蛋殼可較好地鈍化豬糞便中的重金屬。相似的研究表明，豬糞和玉米秸稈發酵后，添加7.5%磷礦粉（鈍化劑）可有效降低沼渣中重金屬銅和鋅的含量，而添加7.5%海泡石可更有效地降低有效態銅的含量以及沼渣中銅的生物可利用指數[8]，這提示對于不同重金屬需要選用不同的鈍化劑，方能更高效防控豬糞便重金屬污染。在比較不同鈍化劑對重金屬鈍化效果的研究方面，劉小嶼等[9]以辣椒為研究植物，研究了不同鈍化劑對豬糞有機肥中銅和鋅的鈍化效果，結果表明添加1.25%生物炭鈍化劑對辣椒果實中銅和鋅的鈍化效果最好，該處理組銅和鋅的下降量與其余組相比最高，分別降低了25.91%和30.72%，其中添加1.25%化學吸附處理組和1%微生物菌劑處理組均可有效降低辣椒果實中銅和鋅的積累量，有效鈍化銅和鋅，這表明鈍化劑處理后可有效降低銅鋅等重金屬的含量。蔡海生等[10]研究了不同鈍化劑對豬糞便中Cu、Zn、As 以及Hg 等重金屬的鈍化效果，以酒渣、膨潤土等原料按一定比例設計了5 個不同的復合鈍化劑，將其添加至豬糞渣中，結果顯示處理后所設5 個鈍化劑均能有效鈍化上述重金屬；侯月卿等[11]研究表明木屑炭對豬糞中Cd的鈍化效率為94.67%、嘉博文生物腐植酸對豬糞中Zn 的鈍化效率為64.94%，研究認為木屑炭和嘉博文生物腐植酸是豬糞堆肥鈍化重金屬的良好材料。上述研究顯示，通過對豬糞進行鈍化劑處理，可有效降低重金屬的生物可利用性，從而降低豬糞便中重金屬的污染。

1.2 好氧堆肥處理

糞便堆肥處理對豬糞便重金屬污染防治也具有積極作用，研究顯示堆肥是豬糞便資源化處理的主要方式，可有效降低糞便重金屬的生物有效性，從而有效防控豬糞便重金屬污染[1]。侯月卿等[12]研究了不同工藝處理（強制通風和厭氧干發酵）對豬糞便重金屬形態的影響，發現強制通風（好氧發酵）處理后的豬糞中Cu、Pb 和Zn 的鈍化效果優于自然發酵以及厭氧發酵，且強制通風有利于降低重金屬的活性形態的百分比，這表明強制通風發酵有利于豬糞重金屬的無害化處理。蔣強勇[13]的研究證實豬糞經堆肥處理后可有效降低豬糞中Cu、Zn、As 和Cd 等重金屬的生物有效性，對降低豬糞便中重金屬污染具有積極意義。堆肥前后添加鈍化劑，可通過降低重金屬水溶態含量，而有利于降低豬糞便重金屬污染，鄭國砥等[14]研究了好氧高溫堆肥處理對豬糞便中重金屬形態的影響，研究結果表明，豬糞經高溫好氧堆肥處理后，豬糞中重金屬Cu、Zn、Cr、As 等可交換態含量顯著降低，同時研究發現好氧堆肥處理后，豬糞便中上述重金屬可交換態分配系數降低，表明高溫好氧堆肥處理豬糞后對降低重金屬的生物有效性具有促進作用；類似的研究顯示，豬糞堆肥處理可有效促進Zn 和Cu 向低活性態方向轉變，從而降低其生物有效性[15]。譚文津等[16]研究表明，豬糞高溫好氧堆肥過程中添加20%風化煤或粉化煤均可使堆肥豬糞中Cu 和As 的水溶態含量和可交換態含量，這提示高溫好氧堆肥處理（添加鈍化劑）對于豬糞中Cu 和As 具有較好的清除效率；張樹清等[17]得到了類似的結論，該研究探討了高溫堆肥對豬糞重金屬Cu、Zn、Cr以及As 鈍化效果影響，結果顯示，高溫堆肥處理豬糞后（添加10%風化煤）可有效降低重金屬的水溶態含量。上述研究顯示，對豬糞進行好氧堆肥處理可通過降低重金屬的生物有效性而降低其給環境等方面帶來的負面影響，同時在好氧堆肥處理過程中添加鈍化劑具有更好的協同作用。

1.3 生物炭吸附

眾多研究顯示，豬糞便中添加生物炭可有效降低糞便中重金屬生物有效性，從而有效降低重金屬污染的風險。王義祥等[15]研究了豬糞堆肥過程中生物炭對重金屬Cu 和Zn 的鈍化作用，在豬糞和菌渣中添加花生殼生物炭（3%～9%）進行堆肥處理，結果顯示，添加6%花生生物炭后可有效鈍化堆肥過程中的Cu 和Zn，鈍化效率分別為18.84%和11.55%，研究認為堆肥過程中添加6%花生生物炭對Cu 和Zn 的生物有效性具有有效的降低作用，且此添加水平優于未添加組以及其余水平組。刁立鵬等[4]研究顯示，豬糞堆肥過程中添加3%生物炭可有效鈍化堆肥后的重金屬Cu和Zn，對弱酸提取態的Cu 和Zn 的鈍化效率分別為27.23%和73.46%。由于生物炭對重金屬具有一定的鈍化效果，為提高生物炭的鈍化效果，近年大量學者開展了改良生物炭材料的開發應用研究，李冉等[18]比較了不同改性方式（NaOH 和FeCl3改性處理）對豬糞便中重金屬鈍化效果的差異，結果顯示，添加生物炭組對重金屬的鈍化均高于未添加組，且FeCl3改性處理后的生物炭對Cu、Zn 和Pb 的鈍化效率高于其余組，分別為78.7%、43.53%以及66.45%，研究顯示堆肥過程中使用FeCl3改性處理后的生物炭更有利于重金屬的鈍化。陸嫚嫚[19]研究了負載MnOx稻稈生物炭（改性生物炭，50%MRBC）對豬糞有機肥中重金屬的去除效果，結果顯示，使用生物炭后（添加1%、2.5%和5%）對Cu 和Zn 均具有一定的去除效率，且隨著添加比例的增加而增加，5%添加組Cu 和Zn 的含量的降低率分別為42.1%和31.8%，同時可促進Cu 向有機結合態和殘渣態轉變。生物炭還可協同其他處理方式處理豬糞便，從而更有效地降低豬糞便重金屬污染的風險。李冉等[20]另一項研究探討了生物炭聯合微生物對豬糞堆肥過程中Pb 和Cd 的鈍化作用，結果顯示，24%花生殼生物炭聯合1%菌劑為最佳鈍化Pb 的組合，該組合下Pb 的鈍化效率為74.6%，堆肥后可交換態分配率降低16.32%；而24% 木屑炭和1.5% 菌劑為最佳鈍化Cd 的組合，鈍化效率為58.13%，堆肥后可交換態分配率降低7.96%，這提示生物炭和微生物菌劑聯合使用可取得較好的金屬鈍化效果。綜合研究表明，在豬糞堆肥過程中添加生物炭可有效降低重金屬的生物有效性，同時還可協同添加其他物質聯合使用可更有效地鈍化重金屬，進而有效降低豬糞便重金屬污染的風險。

1.4 接種蚯蚓

蚯蚓對重金屬具有良好的富集作用，因而有望成為豬糞便重金屬污染防控的一種重要的措施。在重金屬的富集方面，黃煒等[21]探討了赤子愛勝蚓對豬糞便重金屬富集的作用，在豬糞中接種赤子愛勝蚓，處理4 周后檢測重金屬含量，結果顯示豬糞中Cu、Zn、Cr 以及Pb 等重金屬總量均出現不同程度的下降，且豬糞中Zn、Cr 以及Cd 的殘渣態比例分別下降了15%、27%和27%，這表明蚯蚓可有效富集豬糞便中的重金屬，對重金屬的去除和轉移具有積極作用。張泳楨[22]的研究顯示蚯蚓對Cu、Zn、Pb 以及Cr等均具有一定的富集作用，富集效果為Cr ＞Cu ＞Pb ＞Zn。鄭西朋等[5]探討聯合使用蚯蚓接種、超聲波破解以及好氧堆肥技術對污泥中重金屬的影響，發現蚯蚓處理后重金屬的生物有效性明顯降低，Zn 等非穩定態比例在堆肥結束時均得到了不同程度的下降，這提示蚯蚓處理對豬糞重金屬無害化處理具有積極意義。蚯蚓還可聯合植物共同處理豬糞便中的Cu 和Zn 污染，李玉紅等[23]聯合使用蚯蚓（赤子愛勝蚓）和植物對豬糞進行處理，結果顯示蚯蚓處理3 周后，蚯蚓體內Zn 和Cu 含量達到峰值，富集系數分析表明蚯蚓對Zn 和Cu 的富集系數分別為1.43 和0.61，聯合使用后豬糞便中Zn 和Cu 的濃度分別下降了79% ～80%、61% ～64%， 研究認為聯合使用可通過動物-植物的生物循環，從而有效降低豬糞便重金屬進入環境的風險，聯合使用是一種較為理想的豬糞便重金屬污染的處理措施。由此表明，通過對豬糞便接種蚯蚓可有效地處理豬糞便中的重金屬污染。

1.5 日糧營養調控

諸多研究均提示豬糞便中重金屬污染的主要原因是日糧中微量重金屬元素的過量添加，且糞便重金屬含量與日糧中微量重金屬元素的添加量具有顯著正相關關系[24-26]，因而通過調控日糧配方（降低微量重金屬元素的添加量）對豬糞便重金屬污染的防控具有積極意義。任善茂等[27]研究了蘇姜育肥豬日糧中Cu 和Zn的適宜添加水平，結果顯示，當Cu、Zn 添加水平由高劑量降低至中低劑量時極顯著提高了育肥豬對日糧Cu和Zn 的表觀消化率(P ＜0.01)，且不影響育肥豬的生產性能，研究建議蘇姜育肥豬日糧中添加中劑量（Cu：25 mg/kg；Zn：40 mg/kg）并添加植酸酶可有效提高日糧Cu 和Zn 等重金屬的利用率。廖奇等[28]探討了環保型母豬料應用的可行性，比較了全有機礦物元素（試驗組）和無機礦物元素全價料（對照組）對母豬的飼用效果，結果顯示，與對照組相比，試驗組母豬糞便中總重金屬元素降低了17.43%，其余Pb、As、Cu 以及Zn 等重金屬均得到不同程度的下降，這提示母豬日糧使用全有機礦物元素可有效降低糞便重金屬的排放。相似的，馬蓮香等[6]研究表明育肥豬日糧中添加低劑量有機微量元素可有效降低豬糞便中重金屬Fe、Cu、Zn 的排放量（P ＜0.05），同時不影響其生產性能，有助于改善其抗氧化性。除使用有機微量元素促進減排外，還可改變豬日糧的類型而降低豬糞便重金屬的排放，郭添福等[29]研究了全小麥型日糧替代全玉米日糧的可行性，比較了兩者對豬糞重金屬殘留的影響，結果顯示，小麥組中Pb 和Cr 的含量高于玉米型日糧，小麥組中Hg 未檢出，除Cu 外其余指標均符合標準，研究認為小麥型日糧可取代傳統玉米型日糧。李紅英[29]設計了生長豬低蛋白日糧（粗蛋白含量降低2%，日糧補充單體氨基酸）以及有機微量元素日糧（替代50%的無機微量元素）以探討其減排效果，結果顯示兩種日糧均不影響豬的生長性能和血液生化指標，低蛋白日糧可有效降低糞中氮磷的含量；而有機微量元素組則可以有效降低豬糞中Cu、Zn 和Fe 的含量。上述研究表明，通過合理設計豬的日糧，可有效提高豬對重金屬的利用率，從而有效降低豬糞便中重金屬的排放。

2 小結與展望

綜合全文，鑒于我國生豬養殖當前存在的重金屬污染的背景，許多研究者對于此現狀提出了針對性的措施，如鈍化劑處理、好氧堆肥處理、生物炭吸附處理、蚯蚓接種以及日糧營養調控等科學可行的措施，在一定程度上緩解了生豬養殖過程中豬糞便重金屬污染的窘境。但當前我國生豬養殖所面臨的重金屬污染形勢仍然嚴峻，這提示需要我們進一步強化豬糞便重金屬污染的防控研究，利用當前生化、物理、動物營養技術（科學設計日糧）等技術對豬糞便進行科學處理，同時可協同使用上述措施，以期更高效地防控豬糞便重金屬污染?？偠灾?，我國在豬糞便重金屬污染防控領域取得了一定的進展，相信隨著防控研究的不斷深入，將可對我國豬糞便重金屬污染進行有效防控，從而實現我國生豬養殖綠色、高效、健康發展。