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        豬飼料中重金屬遷移路徑及其潛在安全風(fēng)險(xiǎn)分析

        2022-07-09 04:01:20姜偉金彩虹吳樹(shù)康喬成桓孫吉翠楊守軍
        山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2022年6期
        關(guān)鍵詞:豬飼料糞肥豬糞

        姜偉,金彩虹,吳樹(shù)康,喬成桓,孫吉翠,楊守軍

        (1.龍口市動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心,山東 龍口 265701;2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺(tái)研究院,山東 煙臺(tái) 264670)

        隨著我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)的迅速發(fā)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(yǎng)殖業(yè),用于預(yù)防動(dòng)物疾病和促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)。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(jìn)豬體內(nèi)酶的合成及調(diào)節(jié)激素水平,還有利于防止銅缺乏導(dǎo)致的關(guān)節(jié)受損、心血管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)異常等現(xiàn)象[1-3];砷(As)的添加能夠抑制豬腸道有害微生物和寄生蟲(chóng)、加速蛋白質(zhì)包括血紅蛋白的合成、促進(jìn)腸道對(duì)養(yǎng)分的吸收、使毛細(xì)血管舒張并改善皮膚營(yíng)養(yǎng)[4];鋅(Zn)對(duì)于維持豬免疫器官的結(jié)構(gòu)和功能具有重要作用[5-7];鉻(Cr)能夠通過(guò)調(diào)節(jié)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(zhì)[8,9]。然而,某些養(yǎng)豬場(chǎng)飼料中重金屬的添加量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出動(dòng)物的需要量,豬采食后,少部分重金屬被吸收并蓄積在動(dòng)物組織內(nèi),不易分解且易引起動(dòng)物急性或慢性中毒,大部分重金屬隨動(dòng)物糞便排出體外,以糞肥形式用于農(nóng)田,最終通過(guò)食物鏈富集對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。

        綜上分析認(rèn)為,飼料中添加重金屬盡管有利于豬體生長(zhǎng)并提高肉用價(jià)值,但同時(shí)存在潛在環(huán)境污染和糧食安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。目前相關(guān)研究大多集中于重金屬元素對(duì)動(dòng)物促生長(zhǎng)機(jī)理以及重金屬元素在動(dòng)物器官、糞便和土壤中殘留對(duì)動(dòng)物本身和環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,但對(duì)飼料中重金屬元素從動(dòng)物飼喂到農(nóng)田生產(chǎn)系統(tǒng)中的遷移路徑研究缺乏詳細(xì)系統(tǒng)的闡述。本研究依據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)飼料中重金屬元素在動(dòng)物體內(nèi)、糞便收運(yùn)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(jié)點(diǎn)進(jìn)行量化分析,以期為飼料重金屬的合理添加量及畜產(chǎn)品、土壤生態(tài)環(huán)境和糧食安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

        1 豬全價(jià)配合飼料中重金屬含量現(xiàn)狀分析

        《GB 13078—2017飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》和《NY/T 65—2004豬飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)豬全價(jià)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(jù)文獻(xiàn)報(bào)道我國(guó)某些規(guī)?;B(yǎng)殖場(chǎng)豬飼料中添加了過(guò)量重金屬[10-27]。由表1可見(jiàn),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(xiàn)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(xiàn)在浙江??;Cr元素含量范圍為0.00~199.90 mg/kg,最高值出現(xiàn)在江蘇省。從平均值來(lái)看,華東地區(qū)飼料中Pb、Cr元素含量均未超標(biāo),Cu、As、Cd元素含量分別是標(biāo)準(zhǔn)限定值的28.9、3.6倍和3.6倍。

        表1 華東地區(qū)豬飼料中重金屬含量

        2 豬飼料中重金屬遷移路徑

        當(dāng)重金屬隨飼料進(jìn)入豬體后,隨血液循環(huán)輸送到全身各組織,或以原有形式沉積下來(lái),或形成其他化合物對(duì)豬體產(chǎn)生危害[1,4,27,28]。由于豬對(duì)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(jīng)收集、處理后輸送至農(nóng)田,過(guò)程環(huán)節(jié)因糞便收運(yùn)貯而造成損失。農(nóng)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(guò)程。

        2.1 重金屬在豬體內(nèi)殘留分析

        重金屬主要?dú)埩羝鞴侔∪?、肝、腎,分別占豬體重的70.0%、2.5%和1.4%。由表2可見(jiàn),Cd元素在豬體內(nèi)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(nèi)重金屬殘留量及殘留比例

        2.2 豬糞堆肥過(guò)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?yàn)樽魑锷L(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)元素,大部分重金屬對(duì)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(shù)通過(guò)堆肥方式進(jìn)行無(wú)害化處理,但在堆肥過(guò)程中由于水分蒸發(fā)、濾液外滲等導(dǎo)致重金屬含量發(fā)生變化。由表3得知,As在堆肥過(guò)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(guò)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(duì)照土壤升高0.73%、33.70%和52.69%;朱鳳連[50]在同一農(nóng)田連續(xù)施用3次豬糞后發(fā)現(xiàn),耕層土壤中Pb、Cu、Cr和Cd含量分別比對(duì)照土壤提高0.61%、30.85%、3.48%和23.04%。這說(shuō)明糞肥還田后土壤存在重金屬吸附現(xiàn)象[51,52]。表4數(shù)據(jù)表明,糞肥施入后土壤中Pb、Cu、As、Cr、Cd均出現(xiàn)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(nóng)田施用糞肥或糞肥沼液后,農(nóng)作物不同部位或器官會(huì)有不同程度的重金屬殘留。由表5看出,作物對(duì)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(yùn)貯和堆肥過(guò)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(jù)表2~表5數(shù)據(jù)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(guò)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(fēng)險(xiǎn)

        3.1 對(duì)豬生長(zhǎng)和健康的危害

        豬采食含有過(guò)量重金屬的飼料會(huì)影響其生長(zhǎng)和健康狀況。部分飼料中Cu含量超過(guò)375 mg/kg(表1),會(huì)導(dǎo)致Cu的促生長(zhǎng)作用消失,Cu與鐵(Fe)和Zn發(fā)生拮抗作用造成豬腹瀉和皮膚病增加[67]。在多個(gè)省份均出現(xiàn)豬飼料中Pb含量超過(guò)16.83 mg/kg,這可能引起仔豬鉛中毒,甚至死亡[68]。部分地區(qū)豬飼料中As含量超過(guò)34 mg/kg,這會(huì)導(dǎo)致砷中毒,抑制多種與氧化代謝有關(guān)的含巰基酶活性并引發(fā)胃腸炎和神經(jīng)功能紊亂等疾?。?9,70]。豬飼料Cd、Cr含量均出現(xiàn)超過(guò)10 mg/kg的現(xiàn)象,豬食用后會(huì)對(duì)腎臟系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響,降低豬對(duì)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(duì)畜產(chǎn)品安全和食品安全的危害

        重金屬在豬體內(nèi)殘留不僅會(huì)影響畜產(chǎn)品安全,還會(huì)影響食品安全。按照《GB—14935食品中鉛限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》《GB—15199食品中銅限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》《GB—4810食品中砷限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》《GB—14961食品中鉻限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》和《GB—15201食品中鎘限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定,豬體內(nèi)Pb、Cu、As和Cr含量(表2)均未超過(guò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。豬體內(nèi)Cd含量(0.94 mg/kg)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的9.4倍,若人體每月攝入量25μg/kg體重,可能導(dǎo)致鎘在人體中積累甚至引起機(jī)體細(xì)胞產(chǎn)生毒性和癌變[73]。盡管豬肉中砷含量(0.043 mg/kg)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求的0.5 mg/kg,但同樣應(yīng)當(dāng)注意防止砷在人體內(nèi)富集而造成危害[74]。

        3.3 對(duì)農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)

        根據(jù)《GB—15618土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》的要求,豬糞肥施用后土壤中重金屬含量遠(yuǎn)低于此標(biāo)準(zhǔn)。高麗雙等[75]研究表明,當(dāng)土壤Cu、Cr含量為29.20 mg/kg和16.88 mg/kg時(shí),土壤呼吸強(qiáng)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(dá)到28.43、21.99 mg/kg和0.27 mg/kg,可能對(duì)土壤微生物區(qū)系和多樣性造成不良影響,進(jìn)而延緩?fù)寥婪柿Φ男纬珊桶l(fā)展及植物營(yíng)養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化過(guò)程[76,77]。

        4 結(jié)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??傮w來(lái)看,盡管目前養(yǎng)殖場(chǎng)所采用的飼料中部分重金屬含量超標(biāo),但在生豬養(yǎng)殖和糞便利用過(guò)程中不會(huì)對(duì)畜產(chǎn)品、人體健康、土壤環(huán)境及作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生危害。

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