溫 洋，楊露晴，賀平麗

（中國農業(yè)大學動物科學技術學院，動物營養(yǎng)學國家重點實驗室，北京 100193）

重金屬是指相對密度大于4.5 g/cm3的金屬，如銅、汞、砷、鎘、鉛、鉻、鋅等，約有五十多種。近年來，我國在工業(yè)、農業(yè)等領域取得了快速發(fā)展，但同時也產生了嚴重的環(huán)境污染，如重金屬的大量排放，這些重金屬會蓄積在水和土壤等自然環(huán)境中。目前，中國53%的省份的土壤處于中度和重度重金屬污染級別，其中鉻污染率最高，其次是汞、銅、鎳、鋅、鉛、鉻等。此外，重金屬通過種植作物進入到動物體內，導致動物生長發(fā)育緩慢或受阻、系統(tǒng)（呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、神經系統(tǒng)等）功能紊亂，嚴重者可致其中毒死亡，畜禽產品中蓄積的重金屬進入人體中，造成慢性中毒，最終危害人類身體健康[1]。由于微量元素在畜禽生產中使用不規(guī)范，大量重金屬通過畜禽排放出的糞、尿又排放進入環(huán)境中，破壞了土壤的物化特性，造成土壤板結和肥力下降，影響作物的產量和養(yǎng)分含量，并在農作物中進一步蓄積，形成重金屬的蓄積循環(huán)鏈條。重金屬污染是當前影響中國飼料和畜禽產品安全的重要因素之一，因此要充分認識畜禽生產各個環(huán)節(jié)的污染源及現(xiàn)狀，從源頭上控制重金屬的污染，強化飼料管理，推廣科學、綠色養(yǎng)殖，降低重金屬殘留，這對保障中國畜禽產品安全，保護環(huán)境等具有非常重要的現(xiàn)實意義。本文綜述了中國畜禽生產中重金屬污染的來源、總體狀況及其生態(tài)和健康風險，并對各環(huán)節(jié)重金屬的安全控制使用提出了建議。

1 動物養(yǎng)殖過程中重金屬污染來源

1.1 環(huán)境污染 隨著中國工業(yè)和農業(yè)等的快速發(fā)展，如化工工業(yè)、礦物開采等都會產生大量的重金屬進入空氣、水體和土壤中，造成嚴重的水體、土壤等環(huán)境污染；種植過程中污水灌溉和農藥、除草劑、化肥等的使用，也會引起土壤中重金屬的沉積。近年來，由于銅、鋅等元素在飼料中的高劑量使用以及規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖規(guī)模擴大和發(fā)展迅速[2]，導致養(yǎng)殖場排出大量重金屬超標的污水和糞便進入水體和土壤[3]。與其他污染物（即大多數(shù)有機污染物）不同，重金屬因其難以降解的特性使得污染問題十分嚴重[4]。2014 年，中國環(huán)境保護部（MEP）和國土資源部（MLR）聯(lián)合發(fā)布了一份關于中國土壤污染現(xiàn)狀的報告，其中82.4%的污染是由金屬和類金屬引起的，超標鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳無機污染物分別為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%和4.8%。土壤中的重金屬必然會在農作物中蓄積，通過飼料原料進入到動物養(yǎng)殖環(huán)節(jié)中[1]。

1.2 飼料污染 動物養(yǎng)殖過程中的重金屬污染主要來源于飼料污染，主要有3 條途徑。第一，通過飼料原料引入重金屬污染。飼料作物的生長環(huán)境（如土壤、水系等）中有大量的重金屬殘留，這些重金屬可富集到植物飼料原料（如大豆、小麥、玉米等）中進入動物養(yǎng)殖環(huán)節(jié)[1]。此外，魚粉、蝦等是營養(yǎng)豐富的優(yōu)質動物飼料原料，近年來水中的重金屬也被魚和貝類體表吸附而進入飼養(yǎng)環(huán)節(jié)。如魚粉中汞污染是飼料中汞的主要來源，天然礦物質飼料原料（如石粉等）在生產飼料過程中的使用也能引起重金屬的污染。第二，飼料可通過加工過程引入重金屬。飼料加工過程機械磨損、潤滑劑及包裝物等將重金屬帶入飼料中。第三，人為添加。由于很多重金屬元素（如銅、鋅、鉻等）也是畜禽生長所必需的元素，這些元素會作為飼料添加劑（如硫酸銅、硫酸鋅等）加入飼料中，同時預混合飼料中重金屬污染也較嚴重[5]。

2 飼料、畜禽產品及糞污中重金屬污染現(xiàn)狀

2012 年，農業(yè)農村部對中國30 個省市進行了飼料安全抽檢監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)約70%企業(yè)生產的飼料中鉛、砷、鎘、鉻等重金屬超標[6]。2013—2015 年，農業(yè)農村部又在全國范圍內開展了主要天然礦物質飼料原料中氟、鎘、砷、鉻、鉛和汞等重金屬元素含量的風險摸底調查工作，監(jiān)測結果表明鉛、砷、鎘在大部分天然礦物質飼料原料中污染嚴重，如鉛的超標率為17.8%～87%，砷的超標率為4.2%～35.9%，鎘的超標率為8%～15.3%，鉻的超標率為12%，汞的超標率為2.6%～6%[7]。姚麗賢等[8]在廣東省采集雞、豬的配合飼料樣本，測得豬料銅、鋅超標現(xiàn)象較為普遍。羅成等[9]報道，四川省蛋雞飼料中鉛和鉻超標率分別為17.19%和9.38%，河北省蛋雞飼料中鉛和鉻超標率分別為14.43%和6.73%。陳甫等[10]報道，山東省肉雞飼料原料中汞、鉻、砷、鎘、鉛元素的檢出率分別為100.00%、100.00%、32.29%、12.50%和7.29%；除砷合格外，汞、鉻、鎘、鉛的超標率分別為54.76%、9.52%、1.19%和1.04%。柏雪等[11]報道，四川省飼料原料中鉛、鉻等重金屬普遍超標，如玉米中鉛和鉻分別超標5.00%和20.00%，小麥中鉛和鉻分別超標30.00% 和50.00%，豆粕中鉻也超標約15.00%；玉米蛋白粉、玉米胚芽粕、麥麩等加工副產品鉛和鉻也超標嚴重。2018 年薄錄吉等[12]報道，北京、青海等11個省市豬飼料中鋅含量超標率為60.0%～100%，超標倍數(shù)在1.3～9.5，銅含量除四川省超標率為75%外，其他省市超標率均為100%，且超標倍數(shù)高達13.2～49.0。何祥來等[13]對市場銷售的肉雞組織樣品進行重金屬殘留抽檢的結果顯示，鉛在心臟中超標率為100%，含量可高達1.347 8 mg/kg，且在肝臟、腎臟器官中鉻超標較嚴重，超標率分別為50%、62.7%。鄭義等[14]對寧波市區(qū)多個農貿市場中豬的肉、肝臟、腎臟中鉛、鎘2 種重金屬殘留進行隨機抽樣，結果表明豬肝和豬腎樣品中的鉛含量分別存在20% 和27% 的超標率。田浪[15]調查了達州市2018—2019 年牛羊制品中重金屬殘留情況，檢測結果表明牛羊肉中砷、鎘、鉻、鉛的殘留較為嚴重。

進入動物體內的重金屬大部分會經糞便排出。近年來，畜禽糞便重金屬含量的檢測結果普遍顯示，畜禽糞便中含有多種重金屬并且某些元素（如銅、鋅）存在嚴重超標現(xiàn)象。薄錄吉等[12]報道，浙江、上海等21 個省市豬場糞便中銅、鋅含量超標省市分別占到了95.2%和85.7%。農業(yè)農村部2019 年對中國豬、牛和雞糞污樣品進行抽樣監(jiān)測，結果表明糞污中的重金屬主要為銅和鋅，其次為鉻、鉛、砷和鎘，且重金屬含量由高到低分別是固體糞便＞液體糞污＞污水；生豬糞污銅、鋅含量明顯高于其他畜禽，且保育豬糞污中銅、鋅含量高于母豬和育肥豬[16]。隨著新的《飼料添加劑安全使用規(guī)范》（第2625 號公告）實施之后，中國畜禽糞污中銅和鋅等重金屬含量呈明顯下降趨勢，以生豬固體糞污為例，與實施前相比，銅和鋅的平均濃度下降幅度分別達到45.9%和53.1%。徐陽[17]對2007—2016 年得到的618 個雞糞便樣品、1 736 個豬糞便樣品、499 個牛糞便進行了重金屬含量分析，結果表明豬糞便和雞糞便中的銅含量均超過標準值，雞糞中鉻含量也超標，且銅、鋅、鎘、砷含量最高的是豬糞便，鉛含量最高的是牛糞便，鎳含量最高的是雞糞便。

3 重金屬在動物體內的代謝、殘留及毒性特征

重金屬進入禽畜體內后，經過代謝轉化，不可逆地蓄積到身體組織（如骨或腎臟）中，引起中毒，威脅畜禽肉品質安全。腎臟、肝臟是重金屬代謝和蓄積的主要靶器官。

3.1 銅和鋅 銅、鋅作為目前在養(yǎng)殖過程中最常用的飼料添加劑，對動物的生長有不可替代的作用，但是長期使用飼喂健康豬，可能造成很多層面的負面效應，造成動物中毒或亞中毒狀態(tài)。如銅主要在小腸被吸收，通過門脈血運送到肝臟，聚集于肝臟，然后釋放入血再傳遞到全身組織，在體內主要以蛋白結合態(tài)存在（如銅藍蛋白、金屬硫蛋白、超氧化物歧化酶等）[18]。未被吸收的銅主要隨糞便直接排出體外，而進機體內的銅絕大部分經膽道排泄。Lin 等[19]研究表明，在斷奶仔豬飼料中添加6 個日糧銅水平（5、10、20、40、80、160 mg/kg）和2 種銅源（堿式氯化銅和蛋白銅）后，膽汁、肝臟、腸黏膜的銅存留量均隨飼料中銅水平的增加呈線性增加，糞便銅濃度也均隨飼料中銅水平的增加呈線性增加，且蛋白銅的生物利用率高于堿式氯化銅。并且在生長育肥豬中，日糧添加100～400 mg/kg 的無機銅對肝臟、腎臟、心臟、脾臟、淋巴結和胸腺等器官組織造成了不同程度損傷，同時增加了組織器官中銅的殘留量，這進一步對人攝取動物源性食品造成很大威脅[20]。另一方面銅的吸收與多種微量元素（鋅、鐵等）的吸收形成拮抗作用，使得豬出現(xiàn)缺鐵性貧血等癥狀；同時銅離子的催化氧化作用使飼料中的不穩(wěn)定物質（如脂溶性維生素、核黃素和油脂等）發(fā)生氧化，降低了飼料的營養(yǎng)價值和適口性，這都會阻礙營養(yǎng)物質的吸收。鋅的吸收主要在腸道，通過腎進行排泄，鋅在體內主要以金屬硫蛋白結合形式存在，金屬硫蛋白被認為是“鋅池”。研究表明，動物的血漿、腎臟、肝臟和掌骨中鋅含量隨飼料中鋅含量的增加而升高[21]，當鋅化合物進入血液時，90%的Zn2+出現(xiàn)在紅細胞，因此紅細胞被認為是鋅中毒的重要環(huán)節(jié)。

3.3 鉻 鉻主要通過腸道吸收進入動物體內，其主要吸收部位為空腸。鉻被吸收后，通過轉鐵蛋白進行轉運，最后沉積在脾臟、肝臟和腎臟等組織中，多余的鉻主要隨尿液排出，較少部分經汗液、膽汁和毛發(fā)等途徑排出。Lindemann 等[22]報道，生長肥育豬日糧長期添加5 mg/kg蛋氨酸鉻或吡啶甲酸鉻顯著提高了腎臟、骨骼、肝臟和卵巢組織中鉻含量，且腎臟組織中鉻含量最高。在蛋雞中長期添加高劑量的鉻（超過50 mg/kg 無機鉻）會突破動物機體鉻的貯存能力和調節(jié)能力，致使血鉻含量急劇上升，干擾其他營養(yǎng)成分，如鐵和鋅的吸收和利用，因此降低畜禽的生產性能[23]。也有一些研究表明，鉻（VI）吸收率高于鉻（III），且具有強氧化性，極易進入細胞內，造成機體過氧化，線粒體損傷，影響細胞內正常代謝活動，因此鉻（VI）被認為是一類致癌物[24]。

3.4 其他重金屬 除銅、鋅、鉻等畜禽必需的微量營養(yǎng)元素外，還有很多動物體存在明顯、嚴重損傷的重金屬，這些重金屬通常不是通過人為添加，而是通過環(huán)境蓄積導致的。如鎘進入動物體內后，形成鎘蛋白，主要蓄積于肝腎。動物不能自動排泄鎘，蓄積的鎘嚴重影響肝、腎的正常功能，并使骨骼的代謝受阻。蔡秋等[25]報道，在貴州的高鎘地質條件下飼養(yǎng)的牛，其組織中鎘含量較高，鎘在肝臟和腎臟中顯著升高。汞被消化道吸收后，汞及其化合物可分布到全身多個組織中，最初集中在肝，隨后轉移至腎。汞在體內可誘發(fā)生成金屬硫蛋白，主要蓄積在腎臟，經糞尿排出。汞還可作用于還原型谷胱甘肽，損害其氧化功能。鉛蓄積的主要器官是胃，鉛可抑制細胞內含巰基的酶的表達，阻礙高鐵血紅蛋白的合成，抑制肌肉內磷酸肌酸的再合成，導致貧血癥、神經機能失調和腎損傷。砷被吸收后在肝臟進行甲基化，并最終以甲基化衍生物的形式由尿排出。砷可結合細胞中酶系統(tǒng)的SH 基，造成器官組織功能紊亂和器質性病變。

4 重金屬對腸道微生物的影響

由于重金屬等物質的消化吸收及排泄主要在腸道，而腸道中存在著大量的微生物群，重金屬不可避免地會對腸道微生物產生影響，引起腸道微生物的豐度及其多樣性的改變。近年來，越來越多的研究認為銅的促生長作用與抗微生物作用有一定關系。通常認為，高銅可以改變腸道微觀結構，抑制腸道有害細菌的增殖，提高酶活性，適當提高銅水平，可達到類抗生素的作用，進而改善生長性能[26]。同時腸道也是機體在有害異源物質入侵時的第一易感器官，因此有研究認為重金屬對腸道健康存在負面效應。當重金屬等含量超標時，過量的重金屬會進入到腸道中并對腸道微生物造成危害，主要表現(xiàn)為打破腸道菌群平衡，引起微生物群落結構發(fā)生變化，有害菌數(shù)量增加，益生菌群豐度減少，進而導致動物生長受到抑制[27-29]。Zimmermann 等[30]研究顯示，嬰幼兒補充鐵可以通過減少雙歧桿菌和乳酸桿菌，增加腸道細菌（如腸致病性大腸桿菌）來擾亂腸道菌群。Chen 等[31]報道，仔豬日糧中添加高鐵（800 mg/kg）降低了α多樣性，并降低了羅伊乳桿菌的相對豐度，同時增加了仔豬的腹瀉發(fā)生率。Zhai 等[27]報道，亞慢性口服毒性金屬（鎘、鉛、銅、鋁）會對小鼠腸道微生物的多樣性產生影響，其中亞慢性口服銅8 周后小鼠腸道微生物多樣性顯著下降，且其他金屬處理組都增加或減少了2～8 個不同種類的細菌豐度。還有研究表明，高銅（120 mg/kg 和240 mg/kg）日糧可改變大鼠糞便微生物豐度和多樣性，并與大鼠回腸和結腸中銅含量增加有關[32]。Zhang 等[33]研究結果表明，納米銅或納米銀會明顯改變斑馬魚的腸道微生物群落結構，顯著抑制益生菌，破壞機體的消化系統(tǒng)功能。

長期以來，包括銅和鋅在內的金屬與細菌的金屬耐藥性、抗生素耐藥性發(fā)展有著緊密的聯(lián)系，金屬的使用通過共選擇的方式提高抗生素耐藥性。Bednorz 等[34]研究表明，相比對照組，在補鋅動物中多重耐藥大腸桿菌的比例明顯增加（18.6% vs 0%）。Zou 等[35]給哺乳仔豬飼喂高銅（177 mg/kg）日糧，斷奶后采集糞便檢測腸球菌和乳酸菌的耐藥性，其中有136 株腸球菌對萬古霉素均敏感，斷奶后對青霉素、恩諾沙星和高水平鏈霉素的耐藥率顯著升高，有155 株乳酸菌對氨芐西林、氯霉素、四環(huán)素和恩諾沙星的耐藥率顯著高于對照組，并且斷奶后耐銅腸球菌和乳酸菌的比例均顯著升高，表明中國集約化豬場的腸球菌和乳酸菌耐藥增加可能與飼料中銅的增加密切相關。同時重金屬在畜牧生產中的過量使用，使大量的重金屬以糞便和尿液的形式排入土壤中，對環(huán)境細菌的耐藥性也產生嚴重影響。Guo 等[36]研究發(fā)現(xiàn)，許多抗生素耐藥基因與土壤中銅、砷和鋅水平呈正相關。Ji 等[37]研究發(fā)現(xiàn)，上海多個飼養(yǎng)場的糞便和土壤中銅、鋅、汞與抗生素耐藥性呈顯著正相關。

5 重金屬在畜禽養(yǎng)殖過程中的安全控制措施

目前，畜禽養(yǎng)殖過程中重金屬污染形勢依然緊迫，還有很多工作需要完成。如控制污染源頭，把好飼料安全大關，樹立科學養(yǎng)殖理念，加強養(yǎng)殖戶對飼料中重金屬方面的科普和監(jiān)督，監(jiān)督機構完善相應的重金屬限量標準和出臺配套的精準檢測技術等，最終將畜禽產品中的重金屬殘留控制在安全范圍內。

5.1 優(yōu)化畜禽飼養(yǎng)環(huán)境，加快發(fā)展現(xiàn)代生態(tài)循環(huán)農業(yè)為畜禽提供優(yōu)良的生活環(huán)境是預防有害重金屬對畜禽機體危害的有效措施。養(yǎng)殖場應建在遠離化工區(qū)域，且土壤中重金屬含量不超標的地方；圈舍建筑要規(guī)范化，嚴禁工業(yè)廢水、農藥污水進入養(yǎng)殖場（圈舍）、飲清潔衛(wèi)生清水。轉變畜牧養(yǎng)殖的傳統(tǒng)生產模式，積極推廣應用生態(tài)循環(huán)養(yǎng)殖模式，將種植業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)等與加工業(yè)有機聯(lián)系起來，利用微生物技術在農、林、牧、副、漁多模塊間形成整體生態(tài)鏈的良性循環(huán)，進而消除重金屬污染，保證畜禽產品質量。

5.2 把好飼料關口 把好畜禽的口糧是防止有害重金離子進入體內的最有效途徑：①飼料原料、飼料添加劑等飼料相關產品中重金屬含量不能超標；②在配制飼料時，盡量選用不含或有害重金屬含量極少的礦物質飼料原料，或者用酶制劑代替部分礦物飼料添加劑，如用植酸酶代替部分磷酸氫鈣，提高微量元素的利用效率，減少其他重金屬進入飼料的風險；③防止飼料在加工、運輸配料等環(huán)節(jié)中受有害重金屬污染；④采用有機元素代（如有機銅和有機鋅等）替無機元素的使用，提高其生物學效價，減低殘留和排放；⑤添加吸附劑是目前減少重金屬在畜禽體內蓄積和危害的主要措施，如沸石可以吸附部分重金屬元素，在禽飼料中添加沸石可減少汞在肉雞組織中的蓄積。

5.3 加強監(jiān)管，加快構建畜產品生產標準體系 為確保畜禽產品質量安全，防范糞污中重金屬大量排放，應從政府層面上建設完善相應的管理體系，出臺相應的法律、規(guī)則及指導文件或指南，進一步明確畜禽養(yǎng)殖過程中的具體生產技術規(guī)程、環(huán)境要求、重金屬殘留限量等參數(shù)。目前，世界各國根據(jù)各自的飼養(yǎng)水平、飼養(yǎng)環(huán)境和飼養(yǎng)方式等，制定不同的重金屬限量標準和法規(guī)，嚴格規(guī)范市場準入。例如，中國2017 年發(fā)布新一版《飼料添加劑安全使用規(guī)范》（第2625 號公告）。公告對鐵、銅、鋅、錳、碘、鈷、硒、鉻等重金屬元素在配合飼料或全價混合飼料中的限量值進行了重新限定，其中飼料中銅、鋅的添加量明顯降低。新一版的《飼料衛(wèi)生標準》（GB 13078-2017）也對砷、鉛、汞、鎘等限量作了新的補充。歐盟2018/1039 號條例允許在飼料中銅的使用上限包括：哺乳及4 周齡以內斷奶仔豬的允許最大添加量是150 mg/kg，仔豬4～8 周最大添加量為100 mg/kg。此外，應加快飼料和畜產品中重金屬檢測的標準體系建設，明確最佳的檢測方法和檢測標準，并對市場中的產品進行相關檢測檢驗，同時加快構建以省部級和城鄉(xiāng)相結合的畜禽產品質量安全檢測體系和執(zhí)法體系。

6 總結與展望

由于重金屬在體內有蓄積性，且半衰期較長，產生毒性反應，嚴重影響其健康，重金屬污染問題逐步受到國內外重視和研究。在畜禽生產中，微量營養(yǎng)元素（銅、鋅、鐵等）由于其特殊的營養(yǎng)特性而被大量使用，但由于目前的微量元素添加劑的利用率低和低效的糞污處理方式導致嚴重的環(huán)境重金屬污染。因此，在不斷改善環(huán)境、節(jié)能減排的同時，未來探索和研發(fā)高效的微量元素添加劑產品來提高微量營養(yǎng)元素的生物利用率，減少重金屬的使用，以及對糞污的更有效處理將成為解決重金屬污染的重要方向。