楊海天，蒙洪嬌，惠鑠智，孔祥杰，姜海龍

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，吉林 長春 130118）

高銅豬糞對(duì)土壤生化指標(biāo)影響的研究進(jìn)展

楊海天，蒙洪嬌，惠鑠智，孔祥杰，姜海龍*

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，吉林 長春 130118）

在規(guī)?；笄萆a(chǎn)中，銅作為生長促進(jìn)劑被廣泛添加到豬的飼糧中，但是飼料中大部分的銅不會(huì)被動(dòng)物吸收，而隨著動(dòng)物糞便排出體外。大量的含銅豬糞排放到環(huán)境中，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的危害。作為含銅豬糞的承載體，過量的銅會(huì)對(duì)土壤內(nèi)部中的酶活性、微生物群落組成及土壤呼吸等生化指標(biāo)造成影響，進(jìn)而對(duì)土壤肥力造成影響。

含銅豬糞；酶活性；微生物

銅是動(dòng)物必需的微量元素，在動(dòng)物新陳代謝過程中發(fā)揮著重要的生理功能，在畜禽生產(chǎn)中作為生長促進(jìn)劑被廣泛應(yīng)用，添加銅是提高豬生產(chǎn)性能的重要措施之一。但銅在豬體內(nèi)的生物效價(jià)有限，超過90%的銅不能被動(dòng)物利用而隨糞便排出體外。據(jù)朱寧等[1]估算，到2020年，我國畜禽糞便年產(chǎn)生量將達(dá)到28.75億t，其中豬糞產(chǎn)生量占19.59%。現(xiàn)如今，含有過量銅元素的畜禽糞便已經(jīng)成為土壤銅污染的重要來源[2]。當(dāng)施加含銅豬糞的土地超過土壤對(duì)銅的承載量時(shí)，勢(shì)必會(huì)對(duì)土壤內(nèi)部的環(huán)境質(zhì)量生物學(xué)指標(biāo)造成嚴(yán)重的影響，進(jìn)而破壞土壤內(nèi)部的平衡以及影響土壤的肥力。

1 高銅在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的現(xiàn)狀

1.1 飼料中的銅含量

高劑量的銅作為一種廉價(jià)高效的促生長添加劑被廣泛應(yīng)用于養(yǎng)豬業(yè)中。在NRC（2012）營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)中，飼糧中的銅含量僅為3.5～6 mg/kg即可滿足豬的營養(yǎng)需求。而在養(yǎng)豬生產(chǎn)中，現(xiàn)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(duì)9家預(yù)混料生產(chǎn)廠家的4%系列豬用預(yù)混料共45個(gè)產(chǎn)品中的銅含量進(jìn)行檢測(cè)，在不考慮其他原料本身含有微量元素的情況下，按照企業(yè)制定的標(biāo)準(zhǔn)值和添加比例生產(chǎn)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(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)(1986)和美國NRC (1998)建議的豬營養(yǎng)需要量。姜萍[5]等對(duì)江西省余江縣39家大型養(yǎng)豬場(chǎng)所用飼糧進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，大豬和小豬飼料 Cu含量超標(biāo)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(xué)利用率和價(jià)格等因素被作為豬、禽生產(chǎn)中的主要銅源。眾多研究表明飼料中添加不同銅源對(duì)豬的生長性能并無顯著影響。高風(fēng)仙[6]等分別以硫酸銅、堿式氯化銅、氨基酸銅作為銅源對(duì)生長豬進(jìn)行消化試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)添加不同銅源和銅水平對(duì)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(fā)現(xiàn)不同銅源及銅水平（10, 150, 300 mg/kg）對(duì)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(guān)，其相關(guān)系數(shù)R2在 0.679 2～0.873 5 之間[8]。斷奶仔豬因在生長發(fā)育階段，為滿足其快速生長發(fā)育甚至刺激其生長發(fā)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(fā)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(nèi)的富集作用，其含量往往是飼料中銅含量的數(shù)倍。Cang L[10]等研究發(fā)現(xiàn)，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(duì)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(duì)仔豬和生長豬后期分別飼喂230 mg/kg和200 mg/kg的銅，發(fā)現(xiàn)銅在糞尿中的排泄率分別為96.13%、88.02%，風(fēng)干糞樣中銅含量為1 156.6～1 211.9 mg/ kg。姜萍[5]等對(duì)江西省余江縣39家大型養(yǎng)豬場(chǎng)調(diào)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(biāo)率分別為81．6%、97．4%。黃磊[13]等隨機(jī)抽取了北京21家具有代表性的養(yǎng)豬場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查分析結(jié)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(biāo)率為100.00%

2 含銅豬糞對(duì)土壤環(huán)境生化指標(biāo)的影響

2.1 含銅豬糞對(duì)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(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-1995)規(guī)定的銅含量為100 mg/kg。在養(yǎng)豬生產(chǎn)中，由于飼糧中銅的濫用，以及對(duì)糞污處理不夠科學(xué)合理等原因，致使養(yǎng)豬場(chǎng)周邊的土壤銅含量嚴(yán)重超標(biāo)，且投產(chǎn)年限越長的豬場(chǎng)土壤銅含量超標(biāo)情況愈加嚴(yán)重[15]。朱建春等[8]對(duì)陜西安康、商洛、楊凌等地農(nóng)田施用含銅豬糞進(jìn)行估算發(fā)現(xiàn)36.9～49.8年后土地銅含量將超過規(guī)定閾值。何波瀾[16]等對(duì)福建省規(guī)?；i場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查表明，規(guī)?；i場(chǎng)周邊土壤中的銅超標(biāo)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(duì)江西省余江縣長期使用豬糞的菜地土壤進(jìn)行取樣，發(fā)現(xiàn)土壤銅含量為15.4～174 mg/kg，其超標(biāo)率為51.3%。

2.2 含銅豬糞對(duì)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(fā)生的各種生物化學(xué)反應(yīng)都是在酶的催化作用下實(shí)現(xiàn)的[17]。因此，土壤酶在維持土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、降解有機(jī)廢物、形成有機(jī)質(zhì)以及養(yǎng)分的循環(huán)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(biāo)之一，在生態(tài)環(huán)境的研究領(lǐng)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(zhì)量、土壤種類和土壤理化性質(zhì)等均對(duì)其有影響。眾多研究結(jié)果表明土壤重金屬污染會(huì)對(duì)土壤酶活性產(chǎn)生不同程度的抑制作用[21]。賈彥博等[22]發(fā)現(xiàn)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(xù)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(duì)東北黑土中施用含銅豬糞發(fā)現(xiàn)低濃度的銅對(duì)土壤脫氫酶和脲酶活性有促進(jìn)作用，高濃度的銅對(duì)其活性起抑制作用，當(dāng)土壤銅濃度達(dá)到301.3 mg/kg時(shí)土壤內(nèi)各種酶的活性均受到強(qiáng)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(guān)[24]。

2.3 含銅豬糞對(duì)土壤微生物的影響

土壤中的微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其活性和群落組成對(duì)保持土壤肥力具有重要意義。盡管豬糞中的營養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)在一定時(shí)限內(nèi)會(huì)對(duì)土壤微生物的活性和繁殖具有促進(jìn)作用，但是當(dāng)土壤中的銅濃度超過微生物的耐受閾值時(shí)，對(duì)銅較敏感的微生物會(huì)大量死亡，微生物生物量的增加受到抑制[25]。對(duì)銅耐受較強(qiáng)的微生物得以繁殖，此時(shí)土壤中的群落結(jié)構(gòu)被改變[26]。Huysman F等[27]發(fā)現(xiàn)連續(xù)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(duì)土壤微生物的組成結(jié)構(gòu)造成了嚴(yán)重的影響。在朱亦君[23]的研究中，豬糞對(duì)東北褐黑土中土壤微生物生物量碳的促進(jìn)作用在土壤銅含量達(dá)到301.3 mg/kg時(shí)被銅的抑制作用所掩蓋。韓佳琪等[28]的研究結(jié)果表明土壤中銅濃度為258.4 mg/kg時(shí)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(jī)肥發(fā)現(xiàn)處理組土壤微生物代謝活性明顯偏低。因此，向農(nóng)田內(nèi)施加含銅豬糞在雖然短期內(nèi)會(huì)對(duì)土壤肥力有增強(qiáng)作用，但是超過土壤對(duì)銅的承載量時(shí)也會(huì)造成土壤內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)的失衡，對(duì)土壤肥力造成一定影響。

2.4 含銅豬糞對(duì)土壤中其他指標(biāo)的影響

在土壤環(huán)境學(xué)生化指標(biāo)中，除酶活性、微生物活性以外，土壤有機(jī)碳含量、土壤呼吸等也是對(duì)土壤進(jìn)行評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。土壤有機(jī)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(biāo)，柳開樓等[30]對(duì)施用豬糞30年的紅壤稻田進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，施用豬糞的土壤有機(jī)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(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)較大。土壤呼吸對(duì)土壤碳庫的形成具有重要意義，賈彥博[22]發(fā)現(xiàn)土壤銅水平為≤100 mg/kg時(shí)，土壤微生物基礎(chǔ)呼吸呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)土壤銅含量＞100 mg/ kg時(shí)微生物的基礎(chǔ)呼吸作用呈增強(qiáng)趨勢(shì)，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(guān)[31]。

3 小結(jié)

綜上所述，豬因飼喂含銅量過高的飼糧而產(chǎn)生大量含銅量超標(biāo)的糞便，這些糞便如果直接排放到土壤，當(dāng)超過土壤的承載能力時(shí)勢(shì)必會(huì)對(duì)土壤內(nèi)部的平衡及土壤肥力造成不可逆的影響。因此，我國養(yǎng)豬行業(yè)在蓬勃發(fā)展的同時(shí)，更要盡快尋找一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)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(shí)應(yīng)深入探究畜禽糞便中重金屬去處技術(shù)，采用生物吸附法生物淋濾法等對(duì)豬糞中的銅元素進(jìn)行處理，這是今后的重要任務(wù)。

[1] 朱寧, 馬驥.中國畜禽糞便產(chǎn)生量的變動(dòng)特征及未來發(fā)展展望[J].農(nóng)業(yè)展望.2014 (1)﹕46-48+74.

[2] 朱鳳連,馬友華,周靜,等.我國畜禽糞便污染和利用現(xiàn)狀分析[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)， 2008，14(13)﹕ 48-50+12.

[3] 柏云江.銅鋅砷等過量對(duì)飼料安全的影響及對(duì)策[J].現(xiàn)代畜牧獸醫(yī)， 2010(3)﹕ 55-57.

[4] 饒輝,鄒平道,黃潮,等.豬復(fù)合預(yù)混料中微量元素含量的調(diào)查分析初探[J].飼料工業(yè), 2010,31(14)﹕57-60.

[5] 姜萍,金盛楊, 郝秀珍,等.重金屬在豬飼料-糞便-土壤-蔬菜中的分布特征研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2010，29(5)﹕ 942-947.

[6] 高鳳仙,常嵩華,田科雄,等. 日糧中添加不同銅化合物對(duì)生長豬銅消化率和豬糞銅形態(tài)的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)， 2008，24(2)﹕ 66-70.

[7] 趙春雨,張?zhí)燔?劉博,等. 日糧銅來源及水平對(duì)仔豬生長性能及組織銅含量的影響[J].家畜生態(tài)學(xué)報(bào)， 2015，36(9)﹕ 46-50.

[8] 朱建春, 李榮華, 張?jiān)鰪?qiáng),等. 陜西規(guī)?；i場(chǎng)豬糞與飼料重金屬含量研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)， 2013，44(11)﹕98-104.

[9] 蘇秋紅.規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)飼料和糞便中銅含量分析及高銅豬糞對(duì)土壤的影響[D].泰安﹕ 山東農(nóng)業(yè)大學(xué),2007.

[10] CANG L. Heavy metals pollution in poultry and livestock feeds and manures under intensive farming in Jiangsu Province, China[J]. Journal of Environmental Sciences, 2004, 16(3)﹕ 371-374.

[11] LEE C H, LEE D K, ALI M A, et al. Effects of oyster shell on soil chemical and biological properties and cabbage productivity as a lim-ing materials[J]. Waste Management, 2008, 28(12)﹕ 2702-2708.

[12] 李松巖, 豬飼料中高劑量的銅鋅對(duì)環(huán)境的影響及其控制[D].南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2005.

[13] 黃磊,郭金花,李彥明.不同飼養(yǎng)階段豬糞中微量元素含量水平調(diào)查研究[J].北京農(nóng)業(yè), 2011,1(3)﹕131-133.

[14] 劉英俊,蘭方菲,吳紅翔,等.微量元素銅、鋅和鎘對(duì)畜禽的作用及其對(duì)環(huán)境的影響 [J].中國飼料,2012（17）﹕21-23.

[15] 譚新.豬排泄物中氮,磷,銅對(duì)周圍環(huán)境的影響及其營養(yǎng)調(diào)控措施 [D].長沙﹕湖南農(nóng)業(yè)大學(xué), 2008.

[16] 何波瀾,黃勤樓,鐘珍梅,等.福建省豬場(chǎng)糞污及土壤重金屬含量的調(diào)查研究[J].福建畜牧獸醫(yī),2015,37(5)﹕13-17.

[17] DEFOREST J L. The influence of time, storage temperature, and substrate age on potential soil enzyme activity in acidic forest soils using MUB-linked substrates and L-DOPA[J].Soil Biology and Biochemistry,2009,41(6)﹕ 1180-1186.

[18] 張成.有機(jī)物料與外源銅對(duì)小白菜和土壤的效應(yīng)研究[D].晉中﹕山西農(nóng)業(yè)大學(xué),2013.

[19] 唐偉.銅污染對(duì)土壤呼吸和酶活性的影響[D]. 武漢：湖北大學(xué), 2014.

[20] 劉玉燕,劉敏,劉浩峰.城市土壤重金屬污染特征分析[J].土壤通報(bào),2006,37(1)﹕ 184-188.

[21] 邊雪廉,趙文磊,岳中輝,等.土壤酶在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳、氮循環(huán)中的作用研究進(jìn)展[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào), 2016, 32(4)﹕ 171-178.

[22] 賈彥博,芮昶,季天委,等.土壤銅污染的微生物及酶學(xué)指標(biāo)研究[J].廣東微量元素科學(xué), 2009,16(3)﹕44-47.

[23] 朱亦君，鄭袁明,賀紀(jì)正,等.豬糞中銅對(duì)東北黑土的污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2008(12)﹕2751-2756.

[24] CHRISTIE P, BEATTIE J A M. Grassland soil microbial biomass and accumulation of potentially toxic metals from long-term slurry application[J]. Journal of Applied Ecology, 1989﹕ 597-612.

[25] CHANDER K, BROOKES P C. Effects of heavy metals from past applications of sewage sludge on microbial biomass and organic matter accumulation in a sandy loam and silty loam UK soil[J].Soil Biology and Biochemistry, 1991,23(10)﹕ 927-932.

[26] FROSTEG?RD ?, TUNLID A, B??TH E. Phospholipid fatty acid composition, biomass, and activity of microbial communities from two soil types experimentally exposed to different heavy metals[J]. Applied and Environmental Microbiology, 1993,59(11)﹕3605-3617.

[27] HUYSMAN F, VERSTRAETE W, BROOKES P C. Effect of manuring practices and increased copper concentrations on soil microbial populations[J]. Soil Biology and Biochemistry, 1994, 26(1)﹕ 103-110.

[28] 韓桂琪, 王彬, 徐衛(wèi)紅，等. 重金屬Cd、Zn、Cu、Pb復(fù)合污染對(duì)土壤微生物和酶活性的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2010，24(5)﹕ 238-242.

[29] 陳琳, 谷潔, 高華, 等.含銅有機(jī)肥對(duì)土壤酶活性和微生物群落代謝的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2012(12)﹕3912-3920.

[30] 柳開樓,李大明,黃慶海，等. 紅壤稻田長期施用豬糞的生態(tài)效益及承載力評(píng)估[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014(2)﹕ 303-313.

[31] GILLER K E, WITTER E, MCGRATH S P.Toxicity of heavy metals to microorganisms and microbial processes in agricultural soils﹕ a review[J].Soil Biology and Biochemistry,1998,30(10)﹕1389-1414.

2017-03-29）

規(guī)?；i場(chǎng)糞污處理關(guān)鍵技術(shù)的研究與示范（20150203010NY）；吉林省安全優(yōu)質(zhì)肉豬現(xiàn)代生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)示范（20140301013NY）

楊海天（1992-），男 ，現(xiàn)為吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物營養(yǎng)與飼料科學(xué)專業(yè)在讀碩士研究生E-mail：1284679210@qq.com