豬飼料中重金屬遷移路徑及其潛在安全風險分析

姜偉，金彩虹，吳樹康，喬成桓，孫吉翠，楊守軍

（1.龍口市動物疫病預防控制中心，山東 龍口 265701；2.中國農業大學煙臺研究院，山東 煙臺 264670）

隨著我國養豬業的迅速發展和集約化程度的不斷提高，部分微量重金屬元素作為飼料添加劑被廣泛用于畜禽養殖業，用于預防動物疾病和促進動物生長。研究表明，飼料中添加高濃度的銅（Cu）能夠提高豬的采食量和體重、促進豬體內酶的合成及調節激素水平，還有利于防止銅缺乏導致的關節受損、心血管系統和神經系統異常等現象［1－3］；砷（As）的添加能夠抑制豬腸道有害微生物和寄生蟲、加速蛋白質包括血紅蛋白的合成、促進腸道對養分的吸收、使毛細血管舒張并改善皮膚營養［4］；鋅（Zn）對于維持豬免疫器官的結構和功能具有重要作用［5－7］；鉻（Cr）能夠通過調節激素水平提高豬日增重和日采食量，還有利于提高豬肉品質［8，9］。然而，某些養豬場飼料中重金屬的添加量遠遠超出動物的需要量，豬采食后，少部分重金屬被吸收并蓄積在動物組織內，不易分解且易引起動物急性或慢性中毒，大部分重金屬隨動物糞便排出體外，以糞肥形式用于農田，最終通過食物鏈富集對人體健康產生危害。

綜上分析認為，飼料中添加重金屬盡管有利于豬體生長并提高肉用價值，但同時存在潛在環境污染和糧食安全生產風險。目前相關研究大多集中于重金屬元素對動物促生長機理以及重金屬元素在動物器官、糞便和土壤中殘留對動物本身和環境的風險評估，但對飼料中重金屬元素從動物飼喂到農田生產系統中的遷移路徑研究缺乏詳細系統的闡述。本研究依據文獻數據對飼料中重金屬元素在動物體內、糞便收運貯、糞便還田、作物吸收、土壤吸附、食物鏈富集等遷移路徑各節點進行量化分析，以期為飼料重金屬的合理添加量及畜產品、土壤生態環境和糧食安全生產提供科學依據。

1 豬全價配合飼料中重金屬含量現狀分析

《GB 13078—2017飼料衛生標準》和《NY／T 65—2004豬飼養標準》對豬全價配合飼料中重金屬的含量給出了限量值，要求Pb、Cu、As、Cr、Cd含量分別不高于5、6、2、5、0.5 mg／kg。據文獻報道我國某些規模化養殖場豬飼料中添加了過量重金屬［10－27］。由表1可見，飼料中Pb、Cd元素含量范圍分別為0.00～153.22 mg／kg和0.00～174.33 mg／kg，最高值均出現在山東省；Cu、As元素含量范圍分別為0.00～914.20 mg／kg和0.00～47.30 mg／kg，最高值均出現在浙江省；Cr元素含量范圍為0.00～199.90 mg／kg，最高值出現在江蘇省。從平均值來看，華東地區飼料中Pb、Cr元素含量均未超標，Cu、As、Cd元素含量分別是標準限定值的28.9、3.6倍和3.6倍。

表1 華東地區豬飼料中重金屬含量

2 豬飼料中重金屬遷移路徑

當重金屬隨飼料進入豬體后，隨血液循環輸送到全身各組織，或以原有形式沉積下來，或形成其他化合物對豬體產生危害［1，4，27，28］。由于豬對重金屬的吸收率較低，大部分重金屬隨糞便排出體外［1，29－31］。豬糞便經收集、處理后輸送至農田，過程環節因糞便收運貯而造成損失。農田施用糞便后，重金屬還存在土壤吸附、作物吸收、土壤淋失等過程。

2.1 重金屬在豬體內殘留分析

重金屬主要殘留器官包括肌肉、肝、腎，分別占豬體重的70.0%、2.5%和1.4%。由表2可見，Cd元素在豬體內殘留比例最高，分別是Pb、Cr、As和Cu元素殘留率的9.30、4.27、88.30倍和58.87倍。

表2 豬體內重金屬殘留量及殘留比例

2.2 豬糞堆肥過程中重金屬含量變化

研究表明，豬糞中含有大量重金屬，其中少量能夠為作物生長提供營養元素，大部分重金屬對土壤和作物具有毒害作用［10，15，21，41，42］。畜禽糞便還田前多數通過堆肥方式進行無害化處理，但在堆肥過程中由于水分蒸發、濾液外滲等導致重金屬含量發生變化。由表3得知，As在堆肥過程中殘留比例最高，分別比Pb、Cu、Cr和Cd高出6.92%、4.38%、3.12%和2.09%。

表3 豬糞堆肥過程中重金屬殘留量及殘留比例

2.3 豬糞肥還田后重金屬在土壤中的殘留分析

焦璐琛等［49］研究表明，施用腐熟豬糞后土壤中Pb、Cu和Cd含量分別比對照土壤升高0.73%、33.70%和52.69%；朱鳳連［50］在同一農田連續施用3次豬糞后發現，耕層土壤中Pb、Cu、Cr和Cd含量分別比對照土壤提高0.61%、30.85%、3.48%和23.04%。這說明糞肥還田后土壤存在重金屬吸附現象［51，52］。表4數據表明，糞肥施入后土壤中Pb、Cu、As、Cr、Cd均出現殘留，其中Cu的殘留比率最高，分別比Pb、As、Cr和Cd提 高49.78%、18.46%、100.10% 和38.35%。

表4 豬糞肥施用后土壤重金屬殘留量和殘留比率

2.4 豬糞肥還田后作物吸收重金屬的比率

朱鳳連［50］、黃翔［58］和武立葉［59］等的研究表明，農田施用糞肥或糞肥沼液后，農作物不同部位或器官會有不同程度的重金屬殘留。由表5看出，作物對As的吸收比率最低，分別為Pb、Cu、Cr和Cd吸收比率的16.01%、67.55%、11.23%和47.89% 。

2.5 豬飼料中重金屬在遷移路徑中的分配

豬飼料中重金屬的遷移路徑包括豬體殘留、豬糞收運貯和堆肥過程中的損失、土壤殘留、作物吸收以及土壤淋失等其他途徑。根據表2～表5數據可得出豬飼料中重金屬在遷移路徑中各階段的分配比率。由表6看出，源自飼料中的重金屬Pb、Cu在遷移路徑中以土壤殘留為主，As、Cr、Cd以土壤淋失等其他途徑為主。在重金屬遷移路徑中以豬體殘留比率為最低，其次為堆肥過程損失和作物吸收。

表5 豬糞施用后作物有效重金屬吸收比率

表6 豬飼料中重金屬在遷移路徑中的分配比率 （%）

3 飼料重金屬潛在的安全風險

3.1 對豬生長和健康的危害

豬采食含有過量重金屬的飼料會影響其生長和健康狀況。部分飼料中Cu含量超過375 mg／kg（表1），會導致Cu的促生長作用消失，Cu與鐵（Fe）和Zn發生拮抗作用造成豬腹瀉和皮膚病增加［67］。在多個省份均出現豬飼料中Pb含量超過16.83 mg／kg，這可能引起仔豬鉛中毒，甚至死亡［68］。部分地區豬飼料中As含量超過34 mg／kg，這會導致砷中毒，抑制多種與氧化代謝有關的含巰基酶活性并引發胃腸炎和神經功能紊亂等疾病［69，70］。豬飼料Cd、Cr含量均出現超過10 mg／kg的現象，豬食用后會對腎臟系統產生負面影響，降低豬對日糧的利用率，還可能造成新生仔豬死亡率上升［71，72］。

3.2 對畜產品安全和食品安全的危害

重金屬在豬體內殘留不僅會影響畜產品安全，還會影響食品安全。按照《GB—14935食品中鉛限量衛生標準》《GB—15199食品中銅限量衛生標準》《GB—4810食品中砷限量衛生標準》《GB—14961食品中鉻限量衛生標準》和《GB—15201食品中鎘限量衛生標準》的規定，豬體內Pb、Cu、As和Cr含量（表2）均未超過相關標準。豬體內Cd含量（0.94 mg／kg）超過標準的9.4倍，若人體每月攝入量25μg／kg體重，可能導致鎘在人體中積累甚至引起機體細胞產生毒性和癌變［73］。盡管豬肉中砷含量（0.043 mg／kg）遠低于標準要求的0.5 mg／kg，但同樣應當注意防止砷在人體內富集而造成危害［74］。

3.3 對農用地土壤污染風險

根據《GB—15618土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準》的要求，豬糞肥施用后土壤中重金屬含量遠低于此標準。高麗雙等［75］研究表明，當土壤Cu、Cr含量為29.20 mg／kg和16.88 mg／kg時，土壤呼吸強度減弱，土壤微生物活性受到抑制。本研究表明，豬糞肥施用后土壤中Cu、Cr和Cd含量分別達到28.43、21.99 mg／kg和0.27 mg／kg，可能對土壤微生物區系和多樣性造成不良影響，進而延緩土壤肥力的形成和發展及植物營養元素的轉化過程［76，77］。

4 結論

土壤是飼料中Pb、Cu、As、Cd等重金屬元素在遷移路徑中的主要去處，土壤淋失是Cr的主要去向。總體來看，盡管目前養殖場所采用的飼料中部分重金屬含量超標，但在生豬養殖和糞便利用過程中不會對畜產品、人體健康、土壤環境及作物的生長產生危害。