摘要:锌是动物体内必需微量元素之一，广泛参与体内新陈代谢活动，具有重要的生理功能，是迄今为止发现的动物必需微量元素中功能最多的一种。但是，畜禽规模化养殖中为提高畜禽抗病力和生长性能等，饲料中锌添加剂被大量使用，导致排泄物中的锌等重金属含量增加，造成一定的环境污染。本文主要简述了锌在畜禽生产中的应用现状，阐明了锌的危害及钝化措施，以期为养殖中合理使用锌、控制锌污染提供理论参考。
关键词:锌;畜禽生产;生长性能;危害;重金属钝化
随着规模化养殖的快速发展，养殖污染问题已经成为社会关注的焦点。锌是一种必需微量元素，同时也是一种良好的收敛剂，高锌饲粮能显著降低仔猪腹泻率和提高仔猪生产性能，因此在规模化养殖中为了提高生长速度，追求更高的经济效益，饲粮中添加的锌超过猪生理需求特别是给仔猪饲喂高剂量锌的情况普遍存在;然而锌也是一种重金属，在动物生产过程中，大量未被动物吸收的锌排出体外，对土壤、水源等环境造成污染。因此，如何合理利用锌促进养殖业发展同时解决锌对环境的污染，成为目前学者研究的热点，也取得了一定的进展。文章就上述相关问题的研究进展进行综述，以期为锌在养殖业中的科学合理利用提供参考。
1在畜禽生产上的应用现状
从2018年7月1日起，农业农村部(原农业部)2625号公告正式实施，在此公告中，铁、铜、锌、锰、钴、硒、铬等微量元素均有使用限定。公告中明确规定仔猪(≤25kg)配合饲料中锌的最高添加量为110mg/kg，仔猪断奶后前两周特定阶段，允许在此基础上使用氧化锌或碱式氯化锌至1600mg/kg(以锌元素计)大大低于之前允许添加的2250mg/kg用量，大幅减少了锌在仔猪断奶前后两周饲料中的添加量。此外公告表明，在畜禽配合饲料或全混合日粮中推荐添加量(以锌元素计)为:肉鸡54～120mg/kg，蛋鸡40～80mg/kg，肉牛30mg/kg，奶牛40mg/kg。因此，饲料企业和养殖者在实现满足畜禽营养需要、改善饲料品质等预期目标的前提下，应采取积极措施减少饲料添加剂中锌的用量。
1.1锌在猪生产上的应用现状
锌有提高仔猪生长性能［1］、提高仔猪平均日增重、改善小肠形态、促进饲料利用效率［2］和增强仔猪抗氧化性能、减少炎症等作用。毛俊舟等［3］研究结果表明，在饲粮中添加凹土纳米氧化锌700mg/kg，可显著提高断奶仔猪血清、肝脏中抗氧化酶的活性，增强仔猪的抗氧化性能(P＜0.05)。贾玉川等［4］研究结果表明，饲粮中单独添加蛋氨酸锌可显著提高断奶仔猪生长性能如平均日增重(ADG)、增强小肠二糖酶活力，且在饲粮中添加蛋氨酸锌400mg/kg和维生素A6000IU/kg时达到最优效果，二者交互效应影响显著;雷新建等［5］研究结果表明，用纳米材料包裹的低剂量氧化锌替代常规高剂量氧化锌时可有效提高仔猪平均日采食量并降低回肠内容物中梭菌属的生物丰度，从而减少了胃中氧化锌(ZnO)的解离，改 善了生长性能并减轻了消化紊乱。申俊华等［6］研究结果表明，在仔猪饲粮中在添加包被氧化锌570mg/kg时可显著下调仔猪空肠中促炎因子TNF－α和IL－6mRNA的表达量，上调抗炎因子TGF－β1和IL－10mRNA的表达量，从而达到减弱炎症的目的。
1.2锌在鸡生产上的应用
适宜量的锌可起到提高鸡的产品品质、生产性能和机体免疫力等作用。齐茜等［7］研究结果表明，在产蛋后期的蛋鸡饲粮中添加羟基蛋氨酸锌40mg/kg可显著提高蛋鸡蛋壳厚度和蛋壳强度，显著降低破蛋率，并显著下调促炎因子IL－8mRNA的相对表达量(P＜0.05)。另外，赵强等［8］研究结果表明，氨基酸与锌源金属配合物可显著提高鸡血清抗体效价和外周血T淋巴细胞活力(P＜0.05)。郑爱娟等［9］研究结果表明，饲料中添加硫酸锌75mg/kg显著提高了33周龄末京红蛋鸡血清IgG含量并且IgG含量随硫酸锌添加剂量的升高而增加(P＜0.05)。陈娜娜等［10］研究结果表明，在饲粮中添加蛋氨酸锌60～100mg/kg可提高蛋鸡消化酶活力和蛋黄中的锌含量并显著增强机体抗氧化能力和免疫力。
1.3锌在反刍动物生产上的应用
锌对反刍动物的机体免疫功能、生长性能、繁殖性能和泌乳性能等都有着重要作用。在免疫功能方面，P．Kumar等［11］研究结果表明，给公羊补锌对提高精浆的抗氧化性能有益，可以更好地保护精子免受氧化损伤，并提高了血清中睾酮、三碘甲状腺原氨酸(T3)、甲状腺素(T4)的浓度，在优质精液的生产中发挥作用。同样，M．H．Aba－Spour等［12］研究结果表明，口服一定剂量的氧化锌纳米颗粒对提高阿拉伯公羊的性欲、睾丸性能和精液质量及数量有积极作用，并显著改善了精液的抗氧化能力。在奶牛基础饲粮中添加锌，能够提高瘤胃微生物摄取氮的数量，促进淀粉和纤维性物质在瘤胃中的降解，提高饲料有机物蛋白质的消化率和瘤胃挥发性脂肪酸的产量，促进瘤胃液的外排和尿中嘌呤衍生物、肌苷酸的排出，降低瘤胃中氨氮的浓度。此外，A．Ianni等［13－14］研究结果表明，乳制品也因膳食锌摄入使羧酸、醛和酯的浓度增加从而改善芳香特征，表明锌在牛奶和奶酪的营养保健特性及动物健康方面有积极作用。
2金属锌的危害和污染现状
重金属是相对密度在4.5g/cm3以上的金属元素的统称。从工业革命开始，重金属污染就被确认为全球威胁，其广泛存在于自然界中，然而锌、锰、铜、铁元素等此类重金属却又是生命活动所必需的。添加金属锌通常可显著提高动物生产性能、有效降低腹泻率等，因此在畜禽生产中为追求更快的生长速度与更高的经济效益，饲料中锌的添加量会超出动物的生理需求，比如普遍存在的在仔猪中的饲喂高剂量锌的情况。研究结果表明，猪对锌的吸收利用率小于20%。大量的锌不能被动物吸收而随粪污排出体外，引起严重的环境污染问题，畜禽粪污中的锌含量见表1。由表1可以看出，不同地区畜禽粪污锌含量不同，猪粪中锌超标最为严重，远超《农用污泥污染物控制标准》(GB4284—2018)中锌最高允许添加量(1200mg/kg)，鸡粪、牛粪、羊粪均未超标。
2.1对动物造成的危害
一定剂量的锌会对动物机体产生积极的作用，但过量就会对动物产生较大的危害。动物对锌耐受量是正常需求量的20～30倍。锌可以在肝脏中积累，随饲料中锌含量的增加而增加，在肝脏蓄积超过一定限量后，就会转入肾脏，使动物体开始出现慢性中毒现象。此外高锌还可以抑制某些酶的活性，并降低机体免疫能力，影响动物食欲和干扰其他矿物元素的正常代谢。陈亮等［19］研究结果表明，过高剂量锌会使膜性结构的脂质双分子层的生理性稳态发生改变，ATP酶等含锌酶结构受损，ATP生成量减少，膜的主动运输产生障碍，从而影响膜的运输功能。动物在饲喂高锌饲粮的过程中，机体内会残留较多的锌，肝脏作为重要代谢器官残留量最多。张辉等［20］研究结果表明，在生猪出栏时的屠宰试验中，测得锌在猪肝脏中的含量最高，为68.54mg/kg，其次为猪肉、猪肾脏、猪心脏，残留量分别为27.39mg/kg、21.96mg/kg、21.06mg/kg。锌残留不仅对动物自身有害，还会通过其产品影响人们的饮食安全。人体摄入后，因为重金属的累积性，在人体内富集而引发慢性中毒，可以抑制肺脏、脑、肝脏、肾脏、血液和其他器官的功能，甚至会导致癌症。陈阿江等［21］研究结果表明，锌、铅、铬、镉这4种元素在多个癌症村有较多分布。
2.2对植物和土壤造成的危害
我国土地重金属污染形势严峻，根据2014年环境保护部和国土资源部的《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国农田土壤点位超标率为19.4%，以Cd、Ni、Cu、Zn等重金属污染最为突出。赵其国等［22］研究结果表明，全国土壤总的点位超标率为16.1%，从污染物超标情况看，锌等无机污染物点位超标率为0.9%;我国规模化养殖畜禽粪便处理率较低，使大部分重金属锌排入环境土壤中，造成土壤污染。张辉等［23］研究结果表明，在土壤中加入猪粪有机肥后，锌总量呈上升趋势，差异极显著。对照《土壤环境质量标准》(GB15618—2018)，土壤pH值在6.5～7.5时，三级标准为250～500mg/kg，在试验土壤pH值为6.8前提下，土壤全锌含量由未加猪粪有机肥的200.76mg/kg增长到添加猪粪有机肥的299.59mg/kg，土壤锌含量已达到三级标准，说明猪粪有机肥对土壤造成了污染。焦璐琛等［24］研究结果表明，施用猪粪显著增加了土壤中锌含量，锌含量较未添加猪粪的对照土壤增加了29.8%。2016年5月份，国务院印发了《土壤污染防治行动计划》(简称“土十条”)，体现了国家对土壤重金属污染防治工作的重视。种植植物如果施用畜禽粪污不当，也会影响植物锌的常规含量，超量累积造成危害。蒋玉艳等［25］研究结果表明，使用猪粪种植的红薯叶中锌的平均含量为13.40mg/kg，为常规参考值(4.29mg/kg)的3.12倍。植物正常生长离不开健康的土壤，但大量的重金属锌可抑制植物生长、抑制叶绿素的合成、影响细胞膜功能、诱导氧化应激等。胡国涛等［26］研究结果表明，用含重金属锌污染的土壤处理竹柳后，竹柳叶片中的叶绿素、类胡萝卜素、可溶性糖和可溶性蛋白含量均显著降低(P＜0.05)。P．Michael等［27］研究结果表明，过量的锌会抑制植物生长，抑制根和芽的发育，并诱导叶片萎黄;在细胞水平上，锌过量会改变有丝分裂活性，影响膜的完整性和渗透性，破坏基本的生理过程(如光合作用)，并通过产生活性氧(ROS)诱导氧化应激，促进脂质过氧化，造成大面积的细胞氧化损伤。L．Lyubenova等［28］研究结果表明，过量的金属锌会影响植物生长，使光合速率和色素含量降低，并由于氧化应激引起细胞膜中的结构分解。
2.3对微生物造成的危害
锌是锌结合蛋白辅助因子所必需的营养素，锌结合蛋白平均占细菌蛋白质组的55%［29］。对于细菌而言，锌在高浓度下是有毒的，过量的锌会竞争其他金属与结合酶的活性位点［30］。A．W．Foster等［31］研究结果表明，当细胞中的锌过量时，锌往往会占据和其他必需金属结合的非特异性结合位点，从而破坏呼吸电子传递链，中断其重要代谢途径。金属锌排出体外导致环境中出现重金属积累，由于其化学性质稳定，在环境中不易降解，更易使微生物产生抗性。K．Poole等［32］研究结果表明，高锌还可以增强微生物对抗生素的耐药性。环境中金属离子和抗生素的残留就会使一些微生物产生耐药性，甚至产生超级细菌，如E．coliNDM－1，可能无有效药物医治［33］。
3重金属钝化的研究现状论
在畜禽生产中，由于动物对饲料中的重金属利用率低，大量的重金属通过粪便排入土壤和地表水等环境中，成为这类复杂污染物的主要来源之一，而通过重金属钝化措施，可很好地降低重金属的生物有效性，减少畜禽养殖中重金属污染的危害。重金属的可移动和传输需通过一定的形态进行，研究重金属的生物有效性就要探讨重金属在粪便以及堆肥中的形态分布和相互转化。按欧洲标准BCR分布提取法可将畜禽粪便中的重金属分为可交换态、可还原态、可氧化态以及残渣态，前三种状态相对容易被生物直接或间接利用，而残渣态主要是在硅酸盐矿物质等晶格中存在，不易转化，比较稳定，不易利用吸收，一般在短时间内不具有生物有效性和对环境危害的风险。目前，控制重金属污染的方法一般归结为物理、化学和生物方法三种类型。
3.1物理钝化方法
迄今为止，已经研究出多种不同种类的材料作为吸附剂，包括活性炭、膨润土、海泡石、氧化物材料、石墨烯材料和聚合物等。这些材料通常具有较大的比表面积和空腔表面，可与重金属进行有效的物理吸附形成沉淀，降低了生物有效性。D．Mohan等［34］研究结果表明，生物炭的吸附能力很大程度上取决于其自身的物理化学性质，如较大的比表面积、发达的孔隙结构、独特的含氧官能团和特殊的表面化学性质。海泡石具有非金属矿物中最大的比表面积(最高可达900m2/g)和独特的孔道结构，是公认的吸附能力最强的黏土矿物。周颖等［35］研究结果表明，海泡石可以降低风干猪粪中铜、锌的活性，海泡石施用量超过5%(质量分数)，残渣态铜、锌均明显增加。使用改性海泡石－赤泥作为钝化剂能促进猪粪中铜、锌活性进一步降低，钝化效果优于单一海泡石处理，处理60d时可交换态的铜、锌分别降低36.79%和33.35%。施用钝化处理后的猪粪肥，油菜对猪粪肥中铜、锌吸收率分别降低5.94%～12.13%和4.21%～11.68%。其中施用改性海泡石－赤泥作为钝化剂的猪粪肥对铜、锌吸收抑制效果最好。ZhangL．等［36］研究结果表明，在已污染的土壤中添加钝化剂巯基官能化纳米二氧化硅(SiO2－SH)，可有效促进土壤重金属从高毒性向低毒性转化，并且其进一步研究了钝化时间、水分含量、pH值等钝化条件对修复效果的影响，创新性的提出钝化动力学模型。
3.2化学钝化方法
化学钝化是通过钝化剂与重金属发生膜分离、化学沉淀和离子交换等化学反应，使重金属元素形成碳酸盐、硅酸盐等形态，将重金属转化为非活性状态以降低金属生物利用度［37］。畜禽粪便经过堆肥处理后，绝大部分重金属表现出由有效性相对较高的形态向有效性相对较低的形态转化，说明堆肥处理能够降低重金属的生物活性和毒性。S．M．Tiquia等［38］研究结果表明，畜禽粪便经过好氧堆肥后，粪便中水溶态铜和锌占其总量的比值分别由堆肥初期的18.3%和23.8%降低至堆肥后期的5.1%和2.7%。高兆慧等［39］研究结果表明，在猪粪堆肥过程中添加粉煤灰能使重金属锌的有效性降低，添加粉煤灰组锌的残渣态增幅为18.97%，粉煤灰对锌钝化效果较好。
3.3生物钝化方法
细菌可吸附大量的重金属离子，其特定的遗传机制对缓解环境污染具有重要作用，其中坚强芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、大肠杆菌、伤寒沙门氏杆菌等对重金属锌的吸收效果好。真菌细胞壁由几丁质和其他多糖以及蛋白质、脂质、多磷酸盐以及黏附细胞壁的无机离子组成。由于更大的表面积比，真菌具有更大的与周围环境物理和酶促接触的趋势。其中巴西曲霉、青霉菌等对重金属锌有较好的吸收效果。A．R．B．Pereira等［40］研究结果表明，巴西曲霉对好氧生物滤池中的元素锌(含量为48%)具有很高的去除能力(去除41.6%)。与真菌和细菌相比，藻类作为生物吸附剂尚未被充分记录，藻类细胞壁的特殊多糖具有潜在的金属离子结合位点。藻类细胞壁中的多糖可以提供氨基和羧基作为氮和氧部分与金属离子形成配位键。C．M．Monteiro等［41］研究结果表明，野生斜生栅藻在水溶液中去除锌的最大值为836.5mg/g，而同一微藻物种的市售菌株，在相同条件下，吸附锌的最大值为429.6mg/g，说明野生微藻能够有效吸收锌，展示了特别好的潜力。M．S．Rahman等［42］研究结果表明，马来西亚红藻可用于去除环境中的锌元素，是一种新型的、低成本、具有潜力的生物吸附剂。
4小结
总的来说，锌在畜禽生产中的抗疾病、促生长、防腹泻等方面的积极作用值得肯定，但是提高经济效益的同时也要加强环保意识。现代规模化养殖对环境造成的污染不容忽视。畜禽粪便重金属污染的治理应以科学的方式最大程度减少重金属污染，加强资源利用效率。在今后的研究中，应该加强对各种钝化方法相结合的研究，提高钝化效率。防治畜禽粪便重金属污染等可以从以下几个方面开展工作:加强特异性吸附重金属菌株的筛选使其更加具有针对性;将纳米技术和生物修复结合以应对重金属污染;寻找更加经济和环保、成本低的商业材料;继续探讨不同钝化措施处理的重金属生物有效性差异，为畜禽生产废弃物及有机堆肥合理利用提供依据等。无论通过何种途径，都是有利于畜禽废弃物的资源化工作，从而提高粪便无害化处理及利用。
作者:梁天柱 冯栋梁 刁蓝宇 张倚剑 梁明振 单位:广西大学
