畜禽粪便还田所致环境污染现况及其健康危害

　　摘要：现代畜牧业的快速发展解决了我国居民肉、蛋、奶等动物源性食品的供应问题，畜牧业高速向集约化转型的同时，也产生了大量的畜禽粪便，但由于我国养殖业未能与种植业有机结合，致使大量动物粪便未能进行无害化和资源化处理利用，带来了严重的环境污染问题和公众健康风险。动物粪便中的抗生素及其耐药基因、重金属、病原体等污染物，可以在动物粪便的转运、储存、加工和利用过程中进入农田土壤、地表水和地下水，污染食品，对人类健康构成直接和间接的风险。本文依据公开发表的统计数据和文献分析了我国畜禽粪便排放的主要污染物及其对环境的影响，以及暴露于这些污染物对人类健康的潜在风险。针对现存问题提出畜禽粪便的合理利用建议，为有效利用畜禽粪便同时又保护人群健康提供助力。

　　关键词：畜禽粪便;环境污染;健康风险

　　随着居民对动物源性食品需求的不断增长，传统的以家庭为基础的自由养殖逐渐向集约化，规模化的养殖方式转变。与此同时，这样的养殖方式也带来了严峻的环境问题。2020年我国生态农业部等多个部门联合发布的《第二次全国农业污染源普查公报》显示，对比2010年第一次普查结果，我国主要污染物排放量总体大幅下降，但数量大、区域广的农业面源污染仍是我国防控和治理的难题，畜禽粪污是农业面源污染的主要来源与重要成因。由于我国畜牧业存在养殖面广、养殖数量大、养殖地点分散和隐蔽等特点[1]，畜禽粪便造成的环境污染监督难度较大。与此同时，畜禽粪便也是巨大的资源库，我国畜禽粪便年均产量约38亿t，其中40%未得到有效处理和利用[2]。近年来，我国出台了多部关于粪污综合利用的政策，鼓励各地根据不同区域的资源和环境特点发展粪污能源，对畜禽粪便进行肥料利用。然而，畜禽粪污中包括病原体、天然和人工合成的激素、兽用抗生素和重金属等污染物。畜禽粪便经过无害化处理回田可以大大提高农作物的种植效率，但如果在动物粪便的转运、储存、加工和利用过程中未进行无害化处理，会使畜禽粪便中的污染物进入当地农田土壤、地表水和地下水，污染食品，对人类健康构成直接和间接的危害[3]。此外，我国农业种植复种指数高，畜禽粪便直接还田会增加土壤中残留的重金属与抗生素被植物吸收的可能性，继而参与食物链流转，最终可能会进入人体，威胁人类健康。本文依据公开发表的统计数据和文献初步分析了我国畜禽粪便的环境污染现状，并结合现状对畜禽粪便回田后重金属污染、抗生素污染、病原体污染对人类健康的直接和潜在风险进行了分析，针对现存问题提出畜禽粪便的合理利用建议，为有效利用畜禽粪便同时又保护人群健康提供助力。

　　1我国畜禽养殖废弃物环境污染现状

　　NH+?NH+?在全球范围内畜牧业活动对环境产生了不同程度的影响，畜牧业产生的氮磷相关污染物占了全球许多地区环境污染负荷的一半以上，导致了严重的环境污染、人类健康损害和全球气候变暖[4]。为在有限的农田上实现农民增收、农业增效、农村致富，我国鼓励多地发展集约化和规模化养殖，近年来畜牧业集约化程度高速增长，高面源污染的畜禽养殖业正在我国各大流域飞速发展。集约化的畜禽养殖技术促进了我国养殖业向高产优质高效发展，但同时也导致种养分离的局面。当前我国集约化养殖场大多集中在远离农田的城市郊区，农村畜禽养殖和城乡结合部的生活排污是造成耕地、水体及地下水N、P、氨态氮(-N)和化学需氧量(chemicaloxygendemand,COD)污染的主要原因，其贡献率大大超过来自城市生活污水和工业的点源污染。如图1所示，农业活动，包括农业、水产养殖和畜禽养殖，已经是COD的最大来源和-N的第二大来源。2011—2016年期间，在工业、农业和城镇生活三个废水有机污染排放源里，农业源一直占到将近一半，其中畜牧养殖业的污染又占到农业源污染的95%以上，畜禽养殖业已成为我国环境污染的重要来源之一。畜禽废弃物还田的运输成本较大，加上畜禽废弃污染物产生的连续性和还田的季节性，造成畜禽废弃物的大量剩余而无法返田利用，对环境造成了严重污染[5]。除水源污染外，封闭的养殖环境和粪便运输还会产生大量生物气溶胶，如果处置不当将会为人类和动物疾病传播提供条件。养殖场夏季产生的降温废水、冲洗圈舍废水、尿液和饮用废水等会暂时储存在蓄粪池中，在集约化强降雨的情况下，由于蓄粪池的溢流，畜禽粪便传播的病原体会进入河流和湖泊[6]。

　　2我国兽用抗生素使用情况和畜禽粪便中残留的抗生素带来的健康风险

　　2.1我国兽用抗生素使用情况

　　兽用抗生素是保证畜禽养殖业大规模、集约化发展的基础之一。为了提高饲料利用率和促进动物生长，兽用抗生素被广泛运用于畜禽和水产养殖以预防和治疗疾病[7]。我国曾允许在动物饲料中添加部分抗菌药物来降低养殖风险，如四环类和磺胺类抗生素就被广泛用于牲畜消炎。但部分养殖工厂和个体养殖户为了追求经济效益，缩短畜禽的生长周期，会选择在饲养过程中使用大量的抗菌药物。我国是抗生素生产和消耗最大的，比起人类医疗行为滥用的抗生素，兽用抗生素药物的滥用更为严重[8]。农业农村部发布的《2019年兽用抗菌药使用情况报告》显示，我国2019年畜禽肉产量7759万t，各类兽用抗菌药的使用总量为30903.66t，兽用抗菌药的整体使用量呈下降趋势。如图2所示，自2009年以来，我国每吨动物产品使用抗菌药的量在2014年达到顶峰，之后开始显著下降，2018年下降到基本接近2009年的水平，但是由于畜禽养殖的规模和饲养密度仍然在不断增加，兽用抗生素的滥用情况仍不容乐观。

　　2.2直接健康影响：畜禽粪便中残留的抗生素进入环境和食物链

　　由于抗生素在动物体内吸附力很差，约有30%到90%可通过粪便或尿液排泄到外界环境中[9]。而利用畜禽粪便施肥是动物体内抗生素进入土壤环境的一个重要途径。进入土壤环境中的抗生素可通过淋溶、渗滤等迁移途径污染地表水、地下水和饮用水源,并通过作物吸收和积累进入食物链[10]。随着我国居民生活水平的提高，有机绿色农产品不断兴起，畜禽粪便的发酵肥就是有机果蔬种植基地重要的肥料来源，畜禽粪便作为有机肥回田后，土壤中会有一部分残留抗生素通过吸附，迁移，降解等过程损失掉，另一部分则仍然残留在土壤之中。有研究表明有机蔬菜养殖场长期频繁施用畜禽粪便，土壤中抗生素残留量高于其所属养殖场土壤中的抗生素残留量[11]。

　　3畜禽粪便中重金属残留与相关健康风险

　　合理剂量的重金属微量元素添加剂可以用来防治动物疾病。我国《饲料添加剂安全使用规范》允许养殖工厂以及个体户合理使用重金属添加剂如Cu、Zn、Pb、As等微量元素。但养殖过程中仍存在部分养殖者过量添加，导致部分畜禽粪便中重金属超标[23]。据统计，我国每年添加约15~18万t的重金属到畜禽饲料中，但近10万t未被动物利用而随粪便排出体外，造成土壤和水的污染[24]。土壤是畜禽粪便中有害残留物向大气、水体和有机体传播的主要介质，长期连续施用重金属超标的畜禽粪便会向土壤-植物系统中输入大量外源性重金属元素，导致土壤和蔬菜中的重金属超标[25]。人通过经口摄入和皮肤接触等方式，重金属单质会与人体多种活性物质相互作用，使人体原有的生化功能丧失或改变，引起病理变化，导致重金属中毒，部分重金属还会穿过人体血脑屏障，积聚在脑组织中，影响神经和行为功能[26]。

　　4畜禽粪便中人畜共患病原体传播的公众健康风险

　　畜禽粪便是多种病原体的贮存库，含有大量的致病菌、病毒、寄生虫及寄生虫卵，同时还是150多种疾病的潜在发病源[31]。堆肥技术是杀灭大多数病原体的有力手段，但处理过程中不当的操作会带来严重的环境污染和人类健康风险。在动物活动和粪便处置过程中病原体很容易被气溶胶化，逸散到空气中生成生物气溶胶。生物气溶胶逸散到养殖场周围，可能对养殖场工人和周围居民产生健康风险，长期处于生物气溶胶的暴露环境中很容易让人产生急性和慢性炎症[32]。畜禽粪便具有传播疾病的潜力，致病菌和病毒不但会直接影响养殖动物自身的健康情况，还会通过各种渠道与人类接触，影响人体健康，畜禽粪便中对人体健康影响最重要的病原菌包括沙门氏菌、大肠杆菌、空肠弯曲菌、小肠结肠炎耶尔森氏菌和产气荚膜梭菌，这些条件致病菌能导致呼吸道感染，肠胃感染等[33]。农田中直接施用畜禽生粪、自然堆肥和人工翻堆生粪，人类通过直接接触动物粪便，或者间接接触被动物粪便污染的土壤，食物和水源都会导致人畜共患病病原体的粪口传播。WHO数据显示，全球每年共有6亿人因食用受污染的食品而生病，而食品中病原菌的污染与畜禽排泄物密切相关。2011年德国爆发了肠出血性大肠杆菌感染疫情，感染者的数目达到3816人，死亡54人，生食被大肠杆菌污染的蔬菜为此次疫情最主要的源头[34]。畜禽粪便中的病原菌大多数离开宿主后，还能在外界环境中存活很长时间，例如，粪源大肠杆菌在土壤中可存活超过45d，并可以通过根部侵染来破坏生菜的食用部分[35]。畜禽粪便中的病原体同时和抗生素耐药基因具有协同作用，畜禽粪便在用于农业种植之前进行的堆肥处理并不能彻底清除其病原体携带的抗生素耐药基因，这类应用会促进ARGs在粪便源细菌与土壤中携带移动基因元件(如宿主广泛的质粒、1型整合子等)的微生物之间的水平传播。特别值得关注的是，在这类土壤中生产的蔬菜类植物存在ARGs水平显著上升的风险[36]。

　　5结论和建议

　　畜禽粪便带来的重金属污染、抗生素污染、病原体污染已经成为了严重影响人类、动植物和环境的全球性公共卫生问题。但我国对其带来的环境污染和人类健康风险的关注和监控工作起步较晚，目前尚未引起足够的重视，目前对抗生素及其抗性基因，重金属的迁移和消亡规律，对人体健康的损害机制以及对人类生存环境和生态系统产生的综合影响仍然需要进一步研究明确。但另一方面畜禽粪便作为商品有机肥的主要原材料，为生态农业提供了巨大的机会，可以帮助实现其“化肥投入零增长”的政策目标。但由于畜禽养殖者兽药的不合理使用，商品有机肥生产企业的相关技术不成熟，农户还田利用时缺乏科学专业的指导，相关部门和机构执法力度不严格等因素，我国在畜禽粪便的资源化利用方面仍存在较大健康风险隐患。故本文对畜禽粪便的还田利用提出以下建议：

　　一是健全畜禽粪便还田利用的制度体系。建立科学规范、权责清晰、约束有力的畜禽粪便资源化利用制度体系，纳入地方政府绩效评价考核体系。基层监管部门应对养殖户进行严格监管，规范畜禽养殖户生产，加强对养殖户的管理和宣传教育。地方农业部门加强对畜禽粪便还田农户的技术指导，避免不科学的还田方式带来的环境和健康风险。

　　二是倡导科学饲养，合理规范用药。目前我国农业部发布了公告，要求禁止在饲料中添加促生长类药物，动物养殖过程中减量使用抗生素，但饲料“禁抗”落实到养殖现场并不容易，长久以来，抗生素等药物在饲料中的广泛使用，为畜禽健康树起了一道“防御屏障”，所以饲料和养殖行业应加大科技创新、升级转型，研发新型饲料，逐步替代抗生素等药物的使用。

　　三是实现信息化管理。对畜禽规模养殖场粪污资源化利用实现信息化监管，不断完善畜禽规模养殖场直联直报信息系统，实现对全国规模养殖场全覆盖监管，主要监管内容包括养殖量、兽药使用量，饲料添加情况、粪污产生量、粪污处理设施装备情况等。四是完善有机肥相关标准。目前我国商品有机肥生产标准尚未对杂菌种类和数量，抗生素和部分重金属做出限量规定。对此，可参考其他进一步完善我国有机肥标准，探索制定出符合我国国情的有机肥标准。

　　参考文献

　　[1]ZHUANGM,SHANN,WANGY,etal.DifferentcharacteristicsofgreenhousegasesandammoniaemissionsfromconventionalstoreddairycattleandswinemanureinChina[J].SciTotalEnviron,2020,722:137693.

　　[2]HUY,CHENGH,TAOS.EnvironmentalandhumanhealthchallengesofindustriallivestockandpoultryfarminginChinaandtheirmitigation[J].EnvironInt,2017,107:111-130.

　　[3]ZHUANGFF,LIH,ZHOUXY,etal.QuantitativedetectionoffecalcontaminationwithdomesticpoultryfecesinenvironmentsinChina[J].AMBExpress,2017,7:80.

　　[4]JUSTN,KIRYCHUKS,GILBERTY,etal.Bacterialdiversitycharacterizationofbioaerosolsfromcage-housedandfloorhousedpoultryoperations[J].EnvironRes,2011,111(4):492-498.

　　[5]MOWY,CHENZ,LEUNGHM,etal.ApplicationofveterinaryantibioticsinChina’saquacultureindustryandtheirpotentialhumanhealthrisks[J].EnvironSciPollutResInt,2017,24(10):8978-8989.

　　吴玉高，李卓阳，方菁