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1、 畜禽粪便中重金属来源、含量、转化及处理畜禽粪便中重金属来源、含量、转化及处理 以最为危险以最为危险重金属重金属铬（铬（CdCd）为例）为例 1绿色 一、背一、背 景景 中国畜禽养殖业迅速发展，规模日益扩大，畜禽量每10年增加1-2倍，畜禽粪便产生量剧增引起广泛关注。1988年中国畜禽粪便产生量18.818.8亿亿t t，是当年工业固废量的3.4倍；1995年达到24.924.9亿亿t t，约当年工业固废量的3.9倍；2000年达到36.436.4亿亿t t，估计2010年将达到4545亿亿t t。据国家环保总局调查，全国90%以上的畜禽养殖场没有综合利用和和污水处理设施，畜禽养殖尤其是规模化
2、养殖已成为我国农村面源的主要来源之一畜禽养殖尤其是规模化养殖已成为我国农村面源的主要来源之一（张维理等，2004；谭晓冬等，2006；杨慧敏等，2010 ）。为了提高饲喂畜禽的生长速率、增强抗病能力，饲料厂和养殖场中通常含有一定量的铜、锌、砷、铅等微量元素添加剂微量元素添加剂，普遍采用高铜、高锌等微量元素作为禽畜饲料添加剂,许多未被畜禽吸收的微量元素积累在畜禽粪便中,畜禽粪便中重金属的污染也因此引起了研究者们的关注畜禽粪便中重金属的污染也因此引起了研究者们的关注（丁迎伟等，1999；孔源 &韩鲁佳，2002；王凯军，2004）。 2绿色 不同畜禽粪便中重金属的含量状况不同畜禽粪便中重金属的含量
3、状况（mg/kg,干重干重.引自刘荣乐等，引自刘荣乐等，2005） 对铬的关注集中于矿山环境，粪便中铬超标普遍，且具有代表性，却关注较少对铬的关注集中于矿山环境，粪便中铬超标普遍，且具有代表性，却关注较少 3绿色铬在土壤中的存在形态有水溶态、可交换态、碳酸盐态、有机结合态、铁锰氧化态及硅酸态等6种形态种形态。水溶性镉化合物，主要以氯化镉、醋酸镉等形式存在；还有一种是 非水 溶性镉， 以硫酸镉、碳酸镉较多。Cd在植物组织中的浓度可以达到对人类或动物健康有危害的程度，在植物组织中的浓度可以达到对人类或动物健康有危害的程度， 但但通常不会产生植物毒性通常不会产生植物毒性（ 高太忠等，1999）。以水
4、溶性镉最容易经消化水溶性镉最容易经消化道和呼吸道吸收道和呼吸道吸收，吸收率5%-10%，对动物体的毒性也最强。动物对镉摄入主要通过饮水和食入高镉饲料，镉进入机体后肝脏、肾脏受损最为明显，全身小动脉血管、心、肺、脑和骨骼等器官也有严重的病理损伤。 1971年的国际会议上Cd被列为环境污染中最为危险的五种物质之一被列为环境污染中最为危险的五种物质之一。 二、铬的隐形危害二、铬的隐形危害 每个成年人每天对Cd可耐受的最大摄入量为6070 g（赵中秋，2005） 4绿色 三、粪便中铬的转移三、粪便中铬的转移 含铬添加饲料河流土壤（根尖细胞 质膜通道）（鳃）畜 禽植物人体鱼类粪便粪便Cd 2+有机酸、腐
5、殖酸等结合，形成稳定络合物 未消化吸收部分消化吸收部分Cd 2+饮 水 食 用 微生物 Cd 2+微生物 Cd 2+5绿色四、铬在微生物物体内的迁移和转化四、铬在微生物物体内的迁移和转化 1、细胞表面吸附、细胞表面吸附微生物在其表面对重金属进行富集，屏蔽壁膜结合位点与金属通道，减少向胞内直接运输的压力。细菌表面载负电荷，存在多种极性官能团，通过静电吸附和各种官能团的络合作用固定重金属离子（Shuttteworth，1996）；例如微生物细胞壁表面的一cooH、一sH等基团。此外，微生物如蓝细菌、硫酸盐还原菌及某些藻类产生大量多糖、糖蛋白、脂多糖等含有阴离子基团胞外聚合物，吸附金属离子（John
6、son et al.,2006） .2、主动运输、主动运输金属离子进入细胞一般要经过胞外结合与运输两个过程。前者快速，不需要能量;后者依赖能量代谢调控，受抑制物、温度、能源物质的影响.3、细胞内隔绝、细胞内隔绝细胞内隔绝阻止胞质积累的重金属对重要细胞器毒害。真核微生物如藻类、酵母和真菌将重金属累积于胞内的某些特殊细胞器中，金属离子进入细胞后被转化成毒性较小的化合物.4、酶的解毒、酶的解毒微生物通过氧化还原、甲基化和去甲基化转化重金属，将重金属转化为无毒或低毒状态.6绿色 细菌中细菌中Cd 2+转运流程图转运流程图（引自Wu，Gardarin,Catty.2006;吴海江，2009） 说明：说明
7、： （1）-Cd nE 磷酸化磷酸化 （2）- CdnE 磷酸化，磷酸化， Cd 2+ 转出细胞转出细胞 （ 3）-EPMe去磷酸化，水解去磷酸化，水解 （4）-Cd 2+进入细菌细胞进入细菌细胞 ，与结合，与结合 蛋白结合蛋白结合 E-结合蛋白结合蛋白 ;ME-镁离子镁离子7绿色 五、铬在植物体内的迁移和转化五、铬在植物体内的迁移和转化 1.凯氏带形成前：凯氏带形成前：Cd 2+ 在植物幼苗根部经质外体途径质外体途径和共质体途径共质体途径进行横向横向(短距离短距离)运输运输。2.凯氏带形成后：凯氏带形成后：Cd 2+通过共质体途径进行跨质膜转运和木质部装载共质体途径进行跨质膜转运和木质部装载
8、，而后随蒸腾蒸腾流向地上部运输和积累。跨质膜和液泡膜的Cd 2+ 运输促进Cd 2+ 在植物体中的分配和隔离作用，早期的研究结果表明，Cd2+ 可能通过Ca 2+ 通道进入细胞,并在质膜Cd 2+ 转运体和液泡膜Cd 2+ 转运体作用下进行转运（张军&束文圣，2006）。8绿色 A model for the possible routes for Cd Accumulation within plants. (PC = phytochelatin，植物螯合肽；摘自；摘自www.molecular-plant-biotechnology.info，经过处理，经过处理 ）（共质体途径）（共质体途
9、径） （质外体途径）（质外体途径） （细胞中转移）（细胞中转移） （根尖）（根尖） （叶片）（叶片） 附：共质体途径共质体途径：指根尖吸收物质通过共质体实现转运；共质体指原生质体及其胞间连丝构成的活性物质.质外体途径质外体途径：指根尖吸收物质通过质外体实现的转运；质外体是原生质体外的细胞壁及木质部非活性成分.9绿色植物体内的 Cd 2+转运和解毒途径（张军&束文圣，2006）说明：GSH-谷胱甘肽GR-GSH 还原酶Cys-半胱氨基酸PC-植物螯合肽PCs-PC合酶APX-抗坏血酸过氧化物酶（液泡中）（细胞质中）10绿色 含铬食物、生活用水含铬食物、生活用水 消化道和呼吸道消化道和呼吸道 血液
10、循环血液循环 血液（红细胞）血液（红细胞） 内脏（肝脏、肾脏等）内脏（肝脏、肾脏等） 吸收率：(10%) (10%-40%)存在形式：存在形式：铬铬-硫蛋白（硫蛋白（Cd-MT）小分子物质结合小分子物质结合游离存在（游离存在（Cd 2+） （右）（右）六、铬在动物体内的迁移和转化六、铬在动物体内的迁移和转化 主要以主要以Cd 2+可交可交 换态形式转移换态形式转移 （左（左 ）11绿色1、生物拮抗：、生物拮抗：动物在饲喂含镉量较高的饲料时，可以添加与镉有拮抗作用的元素如锌、铁、铜、钙、硒、维生素C，降低镉对动物的毒性.2、改良土壤：、改良土壤：如在土壤中施加石灰，以提高土壤pH 值；施用磷酸盐
11、类肥料，使生成磷酸镉沉淀，从而减少植物对镉的吸收.3、添加吸附剂、添加吸附剂:活性碳、蒙脱石、高岭土、膨润土、风化媒、磺化煤、高温矿渣、沸石、壳聚糖、羧甲基壳聚糖、硅藻土、改良纤维、蛋壳、活性氧化铝、腐殖质、纳米材料等吸附剂由于其表面积大，结构复杂以及其它一些性能，能对土壤和水中的镉有很好的吸附作用.4、微生物淋滤：、微生物淋滤：悬浮酵母菌（14g/L，吸附率达到99%）、蓝细菌、硫酸盐还原菌、根霉等.5、研发超级转基因吸附动、植物：、研发超级转基因吸附动、植物：遏蓝菜（ Thlaspi caerulescens)、蜈蚣草（Nephrolepiscordifolia(L.) 、蚯蚓.七、处理方
12、法七、处理方法 12绿色八、结论八、结论粪便中重金属主要来源于饲料中微量元素添加剂，本文以最危险重金属铬为例，综述其含量超标情况，结果表明粪便中重金属普遍超标；在环境介质（尤其是生物介质）中的转化主要以铬离子可交换态形式迁移，并通过生物细胞内相关蛋白的结合，以及生物链的传播，在生物体中富集。有关重金属污染研究长期以来主要集中于矿山环境，对于粪便重金属研究力度有待加强。13绿色主要参考文献（主要参考文献（按首字拼音字母顺序按首字拼音字母顺序）：）：Barry P.Rosen.Transport and dexofication systems for transition metals,heav
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