前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的鋅在畜禽生產中的環境污染研究，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要:鋅是動物體內必需微量元素之一，廣泛參與體內新陳代謝活動，具有重要的生理功能，是迄今為止發現的動物必需微量元素中功能最多的一種。但是，畜禽規模化養殖中為提高畜禽抗病力和生長性能等，飼料中鋅添加劑被大量使用，導致排泄物中的鋅等重金屬含量增加，造成一定的環境污染。本文主要簡述了鋅在畜禽生產中的應用現狀，闡明了鋅的危害及鈍化措施，以期為養殖中合理使用鋅、控制鋅污染提供理論參考。
關鍵詞:鋅;畜禽生產;生長性能;危害;重金屬鈍化
隨著規?；B殖的快速發展，養殖污染問題已經成為社會關注的焦點。鋅是一種必需微量元素，同時也是一種良好的收斂劑，高鋅飼糧能顯著降低仔豬腹瀉率和提高仔豬生產性能，因此在規?；B殖中為了提高生長速度，追求更高的經濟效益，飼糧中添加的鋅超過豬生理需求特別是給仔豬飼喂高劑量鋅的情況普遍存在;然而鋅也是一種重金屬，在動物生產過程中，大量未被動物吸收的鋅排出體外，對土壤、水源等環境造成污染。因此，如何合理利用鋅促進養殖業發展同時解決鋅對環境的污染，成為目前學者研究的熱點，也取得了一定的進展。文章就上述相關問題的研究進展進行綜述，以期為鋅在養殖業中的科學合理利用提供參考。
1在畜禽生產上的應用現狀
從2018年7月1日起，農業農村部(原農業部)2625號公告正式實施，在此公告中，鐵、銅、鋅、錳、鈷、硒、鉻等微量元素均有使用限定。公告中明確規定仔豬(≤25kg)配合飼料中鋅的最高添加量為110mg/kg，仔豬斷奶后前兩周特定階段，允許在此基礎上使用氧化鋅或堿式氯化鋅至1600mg/kg(以鋅元素計)大大低于之前允許添加的2250mg/kg用量，大幅減少了鋅在仔豬斷奶前后兩周飼料中的添加量。此外公告表明，在畜禽配合飼料或全混合日糧中推薦添加量(以鋅元素計)為:肉雞54～120mg/kg，蛋雞40～80mg/kg，肉牛30mg/kg，奶牛40mg/kg。因此，飼料企業和養殖者在實現滿足畜禽營養需要、改善飼料品質等預期目標的前提下，應采取積極措施減少飼料添加劑中鋅的用量。
1.1鋅在豬生產上的應用現狀
鋅有提高仔豬生長性能［1］、提高仔豬平均日增重、改善小腸形態、促進飼料利用效率［2］和增強仔豬抗氧化性能、減少炎癥等作用。毛俊舟等［3］研究結果表明，在飼糧中添加凹土納米氧化鋅700mg/kg，可顯著提高斷奶仔豬血清、肝臟中抗氧化酶的活性，增強仔豬的抗氧化性能(P＜0.05)。賈玉川等［4］研究結果表明，飼糧中單獨添加蛋氨酸鋅可顯著提高斷奶仔豬生長性能如平均日增重(ADG)、增強小腸二糖酶活力，且在飼糧中添加蛋氨酸鋅400mg/kg和維生素A6000IU/kg時達到最優效果，二者交互效應影響顯著;雷新建等［5］研究結果表明，用納米材料包裹的低劑量氧化鋅替代常規高劑量氧化鋅時可有效提高仔豬平均日采食量并降低回腸內容物中梭菌屬的生物豐度，從而減少了胃中氧化鋅(ZnO)的解離，改 善了生長性能并減輕了消化紊亂。申俊華等［6］研究結果表明，在仔豬飼糧中在添加包被氧化鋅570mg/kg時可顯著下調仔豬空腸中促炎因子TNF－α和IL－6mRNA的表達量，上調抗炎因子TGF－β1和IL－10mRNA的表達量，從而達到減弱炎癥的目的。
1.2鋅在雞生產上的應用
適宜量的鋅可起到提高雞的產品品質、生產性能和機體免疫力等作用。齊茜等［7］研究結果表明，在產蛋后期的蛋雞飼糧中添加羥基蛋氨酸鋅40mg/kg可顯著提高蛋雞蛋殼厚度和蛋殼強度，顯著降低破蛋率，并顯著下調促炎因子IL－8mRNA的相對表達量(P＜0.05)。另外，趙強等［8］研究結果表明，氨基酸與鋅源金屬配合物可顯著提高雞血清抗體效價和外周血T淋巴細胞活力(P＜0.05)。鄭愛娟等［9］研究結果表明，飼料中添加硫酸鋅75mg/kg顯著提高了33周齡末京紅蛋雞血清IgG含量并且IgG含量隨硫酸鋅添加劑量的升高而增加(P＜0.05)。陳娜娜等［10］研究結果表明，在飼糧中添加蛋氨酸鋅60～100mg/kg可提高蛋雞消化酶活力和蛋黃中的鋅含量并顯著增強機體抗氧化能力和免疫力。
1.3鋅在反芻動物生產上的應用
鋅對反芻動物的機體免疫功能、生長性能、繁殖性能和泌乳性能等都有著重要作用。在免疫功能方面，P．Kumar等［11］研究結果表明，給公羊補鋅對提高精漿的抗氧化性能有益，可以更好地保護精子免受氧化損傷，并提高了血清中睪酮、三碘甲狀腺原氨酸(T3)、甲狀腺素(T4)的濃度，在優質精液的生產中發揮作用。同樣，M．H．Aba－Spour等［12］研究結果表明，口服一定劑量的氧化鋅納米顆粒對提高阿拉伯公羊的性欲、睪丸性能和精液質量及數量有積極作用，并顯著改善了精液的抗氧化能力。在奶?；A飼糧中添加鋅，能夠提高瘤胃微生物攝取氮的數量，促進淀粉和纖維性物質在瘤胃中的降解，提高飼料有機物蛋白質的消化率和瘤胃揮發性脂肪酸的產量，促進瘤胃液的外排和尿中嘌呤衍生物、肌苷酸的排出，降低瘤胃中氨氮的濃度。此外，A．Ianni等［13－14］研究結果表明，乳制品也因膳食鋅攝入使羧酸、醛和酯的濃度增加從而改善芳香特征，表明鋅在牛奶和奶酪的營養保健特性及動物健康方面有積極作用。
2金屬鋅的危害和污染現狀
重金屬是相對密度在4.5g/cm3以上的金屬元素的統稱。從工業革命開始，重金屬污染就被確認為全球威脅，其廣泛存在于自然界中，然而鋅、錳、銅、鐵元素等此類重金屬卻又是生命活動所必需的。添加金屬鋅通常可顯著提高動物生產性能、有效降低腹瀉率等，因此在畜禽生產中為追求更快的生長速度與更高的經濟效益，飼料中鋅的添加量會超出動物的生理需求，比如普遍存在的在仔豬中的飼喂高劑量鋅的情況。研究結果表明，豬對鋅的吸收利用率小于20%。大量的鋅不能被動物吸收而隨糞污排出體外，引起嚴重的環境污染問題，畜禽糞污中的鋅含量見表1。由表1可以看出，不同地區畜禽糞污鋅含量不同，豬糞中鋅超標最為嚴重，遠超《農用污泥污染物控制標準》(GB4284—2018)中鋅最高允許添加量(1200mg/kg)，雞糞、牛糞、羊糞均未超標。
2.1對動物造成的危害
一定劑量的鋅會對動物機體產生積極的作用，但過量就會對動物產生較大的危害。動物對鋅耐受量是正常需求量的20～30倍。鋅可以在肝臟中積累，隨飼料中鋅含量的增加而增加，在肝臟蓄積超過一定限量后，就會轉入腎臟，使動物體開始出現慢性中毒現象。此外高鋅還可以抑制某些酶的活性，并降低機體免疫能力，影響動物食欲和干擾其他礦物元素的正常代謝。陳亮等［19］研究結果表明，過高劑量鋅會使膜性結構的脂質雙分子層的生理性穩態發生改變，ATP酶等含鋅酶結構受損，ATP生成量減少，膜的主動運輸產生障礙，從而影響膜的運輸功能。動物在飼喂高鋅飼糧的過程中，機體內會殘留較多的鋅，肝臟作為重要代謝器官殘留量最多。張輝等［20］研究結果表明，在生豬出欄時的屠宰試驗中，測得鋅在豬肝臟中的含量最高，為68.54mg/kg，其次為豬肉、豬腎臟、豬心臟，殘留量分別為27.39mg/kg、21.96mg/kg、21.06mg/kg。鋅殘留不僅對動物自身有害，還會通過其產品影響人們的飲食安全。人體攝入后，因為重金屬的累積性，在人體內富集而引發慢性中毒，可以抑制肺臟、腦、肝臟、腎臟、血液和其他器官的功能，甚至會導致癌癥。陳阿江等［21］研究結果表明，鋅、鉛、鉻、鎘這4種元素在多個癌癥村有較多分布。
2.2對植物和土壤造成的危害
我國土地重金屬污染形勢嚴峻，根據2014年環境保護部和國土資源部的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，我國農田土壤點位超標率為19.4%，以Cd、Ni、Cu、Zn等重金屬污染最為突出。趙其國等［22］研究結果表明，全國土壤總的點位超標率為16.1%，從污染物超標情況看，鋅等無機污染物點位超標率為0.9%;我國規?；B殖畜禽糞便處理率較低，使大部分重金屬鋅排入環境土壤中，造成土壤污染。張輝等［23］研究結果表明，在土壤中加入豬糞有機肥后，鋅總量呈上升趨勢，差異極顯著。對照《土壤環境質量標準》(GB15618—2018)，土壤pH值在6.5～7.5時，三級標準為250～500mg/kg，在試驗土壤pH值為6.8前提下，土壤全鋅含量由未加豬糞有機肥的200.76mg/kg增長到添加豬糞有機肥的299.59mg/kg，土壤鋅含量已達到三級標準，說明豬糞有機肥對土壤造成了污染。焦璐琛等［24］研究結果表明，施用豬糞顯著增加了土壤中鋅含量，鋅含量較未添加豬糞的對照土壤增加了29.8%。2016年5月份，國務院印發了《土壤污染防治行動計劃》(簡稱“土十條”)，體現了國家對土壤重金屬污染防治工作的重視。種植植物如果施用畜禽糞污不當，也會影響植物鋅的常規含量，超量累積造成危害。蔣玉艷等［25］研究結果表明，使用豬糞種植的紅薯葉中鋅的平均含量為13.40mg/kg，為常規參考值(4.29mg/kg)的3.12倍。植物正常生長離不開健康的土壤，但大量的重金屬鋅可抑制植物生長、抑制葉綠素的合成、影響細胞膜功能、誘導氧化應激等。胡國濤等［26］研究結果表明，用含重金屬鋅污染的土壤處理竹柳后，竹柳葉片中的葉綠素、類胡蘿卜素、可溶性糖和可溶性蛋白含量均顯著降低(P＜0.05)。P．Michael等［27］研究結果表明，過量的鋅會抑制植物生長，抑制根和芽的發育，并誘導葉片萎黃;在細胞水平上，鋅過量會改變有絲分裂活性，影響膜的完整性和滲透性，破壞基本的生理過程(如光合作用)，并通過產生活性氧(ROS)誘導氧化應激，促進脂質過氧化，造成大面積的細胞氧化損傷。L．Lyubenova等［28］研究結果表明，過量的金屬鋅會影響植物生長，使光合速率和色素含量降低，并由于氧化應激引起細胞膜中的結構分解。
2.3對微生物造成的危害
鋅是鋅結合蛋白輔助因子所必需的營養素，鋅結合蛋白平均占細菌蛋白質組的55%［29］。對于細菌而言，鋅在高濃度下是有毒的，過量的鋅會競爭其他金屬與結合酶的活性位點［30］。A．W．Foster等［31］研究結果表明，當細胞中的鋅過量時，鋅往往會占據和其他必需金屬結合的非特異性結合位點，從而破壞呼吸電子傳遞鏈，中斷其重要代謝途徑。金屬鋅排出體外導致環境中出現重金屬積累，由于其化學性質穩定，在環境中不易降解，更易使微生物產生抗性。K．Poole等［32］研究結果表明，高鋅還可以增強微生物對抗生素的耐藥性。環境中金屬離子和抗生素的殘留就會使一些微生物產生耐藥性，甚至產生超級細菌，如E．coliNDM－1，可能無有效藥物醫治［33］。
3重金屬鈍化的研究現狀論
在畜禽生產中，由于動物對飼料中的重金屬利用率低，大量的重金屬通過糞便排入土壤和地表水等環境中，成為這類復雜污染物的主要來源之一，而通過重金屬鈍化措施，可很好地降低重金屬的生物有效性，減少畜禽養殖中重金屬污染的危害。重金屬的可移動和傳輸需通過一定的形態進行，研究重金屬的生物有效性就要探討重金屬在糞便以及堆肥中的形態分布和相互轉化。按歐洲標準BCR分布提取法可將畜禽糞便中的重金屬分為可交換態、可還原態、可氧化態以及殘渣態，前三種狀態相對容易被生物直接或間接利用，而殘渣態主要是在硅酸鹽礦物質等晶格中存在，不易轉化，比較穩定，不易利用吸收，一般在短時間內不具有生物有效性和對環境危害的風險。目前，控制重金屬污染的方法一般歸結為物理、化學和生物方法三種類型。
3.1物理鈍化方法
迄今為止，已經研究出多種不同種類的材料作為吸附劑，包括活性炭、膨潤土、海泡石、氧化物材料、石墨烯材料和聚合物等。這些材料通常具有較大的比表面積和空腔表面，可與重金屬進行有效的物理吸附形成沉淀，降低了生物有效性。D．Mohan等［34］研究結果表明，生物炭的吸附能力很大程度上取決于其自身的物理化學性質，如較大的比表面積、發達的孔隙結構、獨特的含氧官能團和特殊的表面化學性質。海泡石具有非金屬礦物中最大的比表面積(最高可達900m2/g)和獨特的孔道結構，是公認的吸附能力最強的黏土礦物。周穎等［35］研究結果表明，海泡石可以降低風干豬糞中銅、鋅的活性，海泡石施用量超過5%(質量分數)，殘渣態銅、鋅均明顯增加。使用改性海泡石－赤泥作為鈍化劑能促進豬糞中銅、鋅活性進一步降低，鈍化效果優于單一海泡石處理，處理60d時可交換態的銅、鋅分別降低36.79%和33.35%。施用鈍化處理后的豬糞肥，油菜對豬糞肥中銅、鋅吸收率分別降低5.94%～12.13%和4.21%～11.68%。其中施用改性海泡石－赤泥作為鈍化劑的豬糞肥對銅、鋅吸收抑制效果最好。ZhangL．等［36］研究結果表明，在已污染的土壤中添加鈍化劑巰基官能化納米二氧化硅(SiO2－SH)，可有效促進土壤重金屬從高毒性向低毒性轉化，并且其進一步研究了鈍化時間、水分含量、pH值等鈍化條件對修復效果的影響，創新性的提出鈍化動力學模型。
3.2化學鈍化方法
化學鈍化是通過鈍化劑與重金屬發生膜分離、化學沉淀和離子交換等化學反應，使重金屬元素形成碳酸鹽、硅酸鹽等形態，將重金屬轉化為非活性狀態以降低金屬生物利用度［37］。畜禽糞便經過堆肥處理后，絕大部分重金屬表現出由有效性相對較高的形態向有效性相對較低的形態轉化，說明堆肥處理能夠降低重金屬的生物活性和毒性。S．M．Tiquia等［38］研究結果表明，畜禽糞便經過好氧堆肥后，糞便中水溶態銅和鋅占其總量的比值分別由堆肥初期的18.3%和23.8%降低至堆肥后期的5.1%和2.7%。高兆慧等［39］研究結果表明，在豬糞堆肥過程中添加粉煤灰能使重金屬鋅的有效性降低，添加粉煤灰組鋅的殘渣態增幅為18.97%，粉煤灰對鋅鈍化效果較好。
3.3生物鈍化方法
細菌可吸附大量的重金屬離子，其特定的遺傳機制對緩解環境污染具有重要作用，其中堅強芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、大腸桿菌、傷寒沙門氏桿菌等對重金屬鋅的吸收效果好。真菌細胞壁由幾丁質和其他多糖以及蛋白質、脂質、多磷酸鹽以及黏附細胞壁的無機離子組成。由于更大的表面積比，真菌具有更大的與周圍環境物理和酶促接觸的趨勢。其中巴西曲霉、青霉菌等對重金屬鋅有較好的吸收效果。A．R．B．Pereira等［40］研究結果表明，巴西曲霉對好氧生物濾池中的元素鋅(含量為48%)具有很高的去除能力(去除41.6%)。與真菌和細菌相比，藻類作為生物吸附劑尚未被充分記錄，藻類細胞壁的特殊多糖具有潛在的金屬離子結合位點。藻類細胞壁中的多糖可以提供氨基和羧基作為氮和氧部分與金屬離子形成配位鍵。C．M．Monteiro等［41］研究結果表明，野生斜生柵藻在水溶液中去除鋅的最大值為836.5mg/g，而同一微藻物種的市售菌株，在相同條件下，吸附鋅的最大值為429.6mg/g，說明野生微藻能夠有效吸收鋅，展示了特別好的潛力。M．S．Rahman等［42］研究結果表明，馬來西亞紅藻可用于去除環境中的鋅元素，是一種新型的、低成本、具有潛力的生物吸附劑。
4小結
總的來說，鋅在畜禽生產中的抗疾病、促生長、防腹瀉等方面的積極作用值得肯定，但是提高經濟效益的同時也要加強環保意識。現代規?；B殖對環境造成的污染不容忽視。畜禽糞便重金屬污染的治理應以科學的方式最大程度減少重金屬污染，加強資源利用效率。在今后的研究中，應該加強對各種鈍化方法相結合的研究，提高鈍化效率。防治畜禽糞便重金屬污染等可以從以下幾個方面開展工作:加強特異性吸附重金屬菌株的篩選使其更加具有針對性;將納米技術和生物修復結合以應對重金屬污染;尋找更加經濟和環保、成本低的商業材料;繼續探討不同鈍化措施處理的重金屬生物有效性差異，為畜禽生產廢棄物及有機堆肥合理利用提供依據等。無論通過何種途徑，都是有利于畜禽廢棄物的資源化工作，從而提高糞便無害化處理及利用。
作者:梁天柱 馮棟梁 刁藍宇 張倚劍 梁明振 單位:廣西大學
