嘉興市主要生豬規(guī)?；B(yǎng)殖飼料和糞便重金屬污染特征

石艷平，黃錦法，倪雄偉，謝建萍，任佳佳

(嘉興市土壤肥料工作站,浙江嘉興 314050)

嘉興市主要生豬規(guī)?；B(yǎng)殖飼料和糞便重金屬污染特征

石艷平，黃錦法，倪雄偉，謝建萍，任佳佳

(嘉興市土壤肥料工作站,浙江嘉興 314050)

對27家規(guī)模生豬養(yǎng)殖場飼料和對應(yīng)糞便樣品重金屬含量進(jìn)行分析研究,結(jié)果豬飼料中Cr,Cu, Zn,Pb,As含量加權(quán)平均值分別為4.6,123.4,370.7,0.69和6.9 mg·kg-1,參照《飼料添加劑安全使用規(guī)范》和《農(nóng)業(yè)部1224號公告》,超標(biāo)率分別為5.36%,62.5%,19.64%,3.57%和37.5%。豬飼料重金屬含量排序?yàn)樽胸i＞中豬＞大豬＞母豬,但飼料重金屬超標(biāo)率排序?yàn)?大豬＞母豬＞中豬＞仔豬,大豬飼料超標(biāo)率超過95%。參照《有機(jī)肥料》(NY 525—2012)和《污泥農(nóng)用污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 4284—84),豬糞Cu,Zn, As超標(biāo),超標(biāo)率分別為71.9%,78.9%和42.1%。仔豬糞便Cu和Zn超標(biāo)率均達(dá)到100%。生豬飼料和對應(yīng)糞便重金屬含量呈較強(qiáng)的正相關(guān),豬飼料與對應(yīng)糞便中Hg,Cu,As含量的相關(guān)系數(shù)R2＞0.8,對應(yīng)Cr相關(guān)系數(shù)R2＞0.6。

畜禽糞便;飼料;有機(jī)肥;重金屬

文獻(xiàn)著錄格式:石艷平,黃錦法,倪雄偉,等.嘉興市主要生豬規(guī)?；B(yǎng)殖飼料和糞便重金屬污染特征[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,56 (9):1494-1497.

DOI 10.16178/j.issn.0528-9017.20150951

規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展產(chǎn)生了大量的畜禽糞便,已成為我國農(nóng)村主要的面源污染物。畜禽糞便及污水難以得到及時(shí)處理和合理利用,造成了嚴(yán)重污染,帶來一系列的環(huán)境問題,如占用和污染農(nóng)田、水體,產(chǎn)生惡臭和造成生物污染[1],日本很早就用“畜產(chǎn)公害”概念高度概括了這一問題的嚴(yán)重性[2]。畜禽糞便作為土壤的改良材料已經(jīng)有好幾百年的歷史,恰當(dāng)?shù)厥┯每梢蕴岣咄寥婪柿?改善土壤的理化性質(zhì),增加作物產(chǎn)量和品質(zhì)[3-5]。農(nóng)用雖然是處理這些廢棄物經(jīng)濟(jì)有效的措施之一[6],但目前畜禽糞便的成分與以往比已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化。當(dāng)今Cu,Zn,As等微量元素作為飼料添加劑在畜禽養(yǎng)殖中的廣泛使用,加之畜禽對微量重金屬元素吸收利用率低,這些重金屬元素大部分積累在畜禽糞便中,導(dǎo)致畜禽糞便和以畜禽糞便作為主要原料生產(chǎn)的商品有機(jī)肥料重金屬含量提高,增加了有機(jī)肥料施用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[7]。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國每年使用的微量元素添加劑約為15～18萬t,而其中大約56%～67%未被動(dòng)物利用而隨畜禽糞便的排出進(jìn)入環(huán)境[8]。另有調(diào)查顯示,糞便中Cu,Zn,Cr等重金屬元素含量隨飼料中的含量增加而增加,且呈不對應(yīng)線性相關(guān)[9]。畜禽飼料添加劑引起動(dòng)物糞便中重金屬含量超標(biāo)問題,已經(jīng)成為畜禽糞便被肥料化利用的重要瓶頸。近年來,國內(nèi)外關(guān)于畜禽飼料重金屬添加劑和畜禽糞便重金屬殘留的調(diào)查研究均有報(bào)道,但將畜禽飼料和糞便兩者對應(yīng)起來,研究由飼料-糞便重金屬累積與遷移轉(zhuǎn)化特征的報(bào)道卻很少。系統(tǒng)研究畜禽飼料與糞便中重金屬含量的對應(yīng)關(guān)系,對于合理控制畜禽飼料添加劑和以畜禽糞便作為原料生產(chǎn)有機(jī)肥的質(zhì)量有著重要意義。因此,本文旨在為畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展,以及有機(jī)肥重金屬的源頭控制及畜禽糞便有機(jī)肥化利用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

在嘉興市五縣(市)兩區(qū)共采集了27個(gè)規(guī)模養(yǎng)豬場飼料及畜禽糞便樣品,畜禽飼料樣品與糞便樣品采集時(shí)一一對應(yīng),即采集養(yǎng)殖場內(nèi)日常喂養(yǎng)飼料及對應(yīng)生豬舍內(nèi)未經(jīng)處理的新鮮糞便。其中,同一養(yǎng)豬場內(nèi)分4個(gè)型號:仔豬(≤30 kg)、中豬(30～60 kg)、大豬(≥60 kg)、母豬(≥60 kg),飼料和糞便均分別采集。在采樣過程中用竹鏟、塑料袋盛裝,避免與金屬物質(zhì)接觸,共采集有效豬糞及對應(yīng)飼料樣本56組。

1.2 樣品測試與數(shù)據(jù)處理

畜禽糞便樣品自然風(fēng)干、飼料樣品烘干處理后,均研磨并通過孔徑為0.425 mm尼龍篩。樣品均采用HNO3-H2O2微波消解(安東帕microwave3000),消化液稀釋定容至50 mL后,待測液銅(Cu)、鋅(Zn)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、汞(Hg)、砷(As)8個(gè)重金屬元素含量委托農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品及轉(zhuǎn)基因監(jiān)督檢驗(yàn)檢測中心(杭州)測試(ICP-AES和ICP-MS法)。數(shù)據(jù)處理由Excel完成,同一糞便對應(yīng)飼料有2種的,分析相關(guān)性時(shí)取2種飼料樣品的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 飼料重金屬含量

據(jù)調(diào)查,60份生豬飼料樣品中,有35份(占58.3%)是商品豬飼料。測試8種重金屬的平均值、最大值、最小值列表1。另有25份豬飼料是養(yǎng)殖場(戶)用豆粕、玉米等為主要原料自配,8種重金屬的平均值、最大值、最小值列表2。

表1 商品豬飼料的重金屬含量（n=35）mg·kg-1

表2 養(yǎng)殖場（戶）自制豬飼料的重金屬含量（n=25）mg·kg-1

從表1、表2中可以看出,Cr,Cu,Zn,Pb, As最大值與最小值差異倍數(shù)均較大,均在5倍以上,而另外3個(gè)元素Ni,Cd,Hg在飼料中含量變化幅度不大。說明有的飼料中含Cr,Cu,Zn,As, Pb元素的添加劑的可能性大。自配飼料與商品飼料重金屬含量特征相似,說明自配飼料可能使用了與商品飼料基本相同的原料和添加劑。加權(quán)均值比較來看,自配飼料中Cu,Zn,As元素均值都低于商品飼料,但自配飼料中最大值與最小值相差倍數(shù)要更大,說明商品飼料添加重金屬量控制相對穩(wěn)定,而自配飼料中重金屬添加量具更大隨機(jī)性。

經(jīng)對不同生育階段豬飼料統(tǒng)計(jì)分析(表3),各生育階段豬飼料中Ni,Cd,Pb,Hg 4個(gè)元素含量不高且各樣品間相差不大;而Cr,Cu,Zn,Pb, As含量相對較高,平均值分別達(dá)到4.6,123.4, 370.7,0.69和6.9 mg·kg-1,且含量變幅很大。其中仔豬飼料鋅平均含量高達(dá)934.60 mg·kg-1,分別是中豬、大豬和母豬飼料的2.5倍、6.5倍和6.6倍。且仔豬、中豬和大豬飼料銅和砷含量均大大高于母豬飼料。這說明生豬飼料中后4種元素很可能被普遍添加,且添加量差異性很大。

表3 不同型號豬飼料的重金屬平均含量mg·kg-1

另外,大豬飼料重金屬仍保持著很高的濃度, Cr,Cu,Zn,As分別為5.59,178.5,144.8和7.60 mg·kg-1,有研究稱,高濃度的飼料添加劑對內(nèi)臟器官產(chǎn)生損傷和人類食用豬肉及內(nèi)臟高量的重金屬元素將帶來嚴(yán)重影響[10-11]。總體來看,仔豬飼料重金屬濃度最高,母豬飼料濃度最低。

2.2 糞便重金屬含量

生豬吃了高量重金屬的配合飼料,也必然引起排泄物富含重金屬,且飼料中添加越多,糞便中排泄越多[11]。表4中可以看出,豬糞重金屬含量大大高于飼料,部分元素甚至高出數(shù)十倍,說明重金屬在生豬消化吸收后存在明顯的濃縮效應(yīng)。朱兆良院士[12]也認(rèn)為,因生物富集作用,畜禽糞便重金屬會高出飼料數(shù)倍。且不同樣品間相差也很大,特別是Cr,Cu,Zn,Pb,As最大值分別達(dá)到62.33, 1 043.4,9 336.3,25.75和218.0 mg·kg-1,而最大值與最小值之間相差幾十倍。仔豬糞便Cr, Cu,Zn平均含量最高,分別達(dá)6.91,628.60和3 834.60 mg·kg-1,不同型號豬糞重金屬量總體排序大致為仔豬＞中豬＞大豬＞母豬,這一特點(diǎn)與飼料基本一致。

2.3 重金屬超標(biāo)評價(jià)

按照《飼料添加劑安全使用規(guī)范》和《農(nóng)業(yè)部1224號公告》對飼料進(jìn)行評價(jià)(表5),可以看出,總體上豬飼料以Cu,As,Zn超標(biāo)較多,分別達(dá)到62.5%,37.5%和19.64%,而Cr,Pb少量超標(biāo)。大豬、母豬、中豬飼料Cu,Zn,As超標(biāo)率很高,大豬、母豬飼料Cu超標(biāo)率高達(dá)95.45%和41.70%,中豬飼料As超標(biāo)率高達(dá)60.00%。各型號豬飼料中重金屬超標(biāo)率排序?yàn)榇筘i＞母豬＞中豬＞仔豬,這與飼料排序有相反的趨勢,這主要是評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)限值不同引起的,仔豬飼料允許添加限值較高。

NY 525—2012《有機(jī)肥料》標(biāo)準(zhǔn)對重金屬限定有As,Hg,Pb,Cd,Cr 5種元素,限定值分別為15 mg·kg-1,2 mg·kg-1,50 mg·kg-1,3 mg· kg-1,150 mg·kg-1。對照標(biāo)準(zhǔn),豬糞僅有As超標(biāo),豬糞超標(biāo)率42.1%。仔豬、中豬、大豬和母豬糞便As分別超標(biāo)35.5%,66.7%,36.4%, 50.0%。另外,參照《污泥農(nóng)用污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 4284—84),限定的Cu、Zn和Ni含量分別不超過250,500和100 mg·kg-1,依此評價(jià),豬糞Cu,Zn均有超標(biāo),豬糞Cu,Zn超標(biāo)率分別達(dá)到71.9%和78.9%,其中仔豬糞便Cu,Zn超標(biāo)率均達(dá)到100%?？梢?富含Cu,Zn,As的飼料添加劑,對糞便有機(jī)肥化利用存在較大重金屬超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。

表4 不同型號豬糞便的重金屬含量mg·kg-1

表5 不同型號豬飼料的重金屬超標(biāo)率

表6 不同型號豬豬糞的重金屬超標(biāo)率

2.4 飼料與糞便重金屬相關(guān)性

通過對豬飼料與豬糞便重金屬進(jìn)行相關(guān)性分析,經(jīng)線性擬合方程和相關(guān)系數(shù)見表7?？梢钥闯?Hg, Cu,As,Cr 4個(gè)元素相關(guān)性較好,相關(guān)系數(shù)R2值均在0.62以上,特別是前3個(gè)元素R2值均大于0.80,說明糞便中這4個(gè)元素主要是經(jīng)飼料中攝入,且糞便中含量與飼料中添加量呈直線相關(guān)。且通過線性方程可以看出,含Zn和As的飼料經(jīng)豬腸道消化后,排出糞便重金屬濃縮倍數(shù)最大。

表7 豬糞與豬飼料重金屬含量的相關(guān)性（n=56）

3 小結(jié)

豬飼料中Cr,Cu,Zn,Pb,As含量加權(quán)平均值分別為4.6,123.4,370.7,0.69和6.9 mg· kg-1,超標(biāo)率分別為5.36%,62.50%,19.64%, 3.57%和37.50%,生豬飼料中可能添加Cr,Cu, Zn,Pb,As等重金屬元素較為普遍。商品豬飼料中重金屬添加劑量相對穩(wěn)定,而自配飼料中添加量不可控性較大。

仔豬、中豬、大豬、母豬4個(gè)型號豬種中,飼料中主要幾種可能被添加的重金屬含量排序大致為:仔豬＞中豬＞大豬＞母豬;但飼料重金屬超標(biāo)率排序?yàn)?大豬＞母豬＞中豬＞仔豬,大豬飼料超標(biāo)率超過95%。另外,商品飼料中重金屬量相對穩(wěn)定,而養(yǎng)殖場(戶)自配飼料中添加重金屬量具更大的隨機(jī)性。

生豬和雞糞便中重金屬含量較高的元素種類與對應(yīng)飼料相一致,劑高量重金屬的飼料對應(yīng)高量重金屬的糞便。參照《有機(jī)肥料》(NY 525—2012)標(biāo)準(zhǔn)中限定的As,Hg,Pb,Cd,Cr 5個(gè)元素中,豬糞均僅有As超標(biāo),超標(biāo)率分別為42.1%。另參照《污泥農(nóng)用污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 4284—84)對Cu,Zn,Ni的限定,發(fā)現(xiàn)豬糞Cu和Zn大量超標(biāo)現(xiàn)象,超標(biāo)率分別達(dá)到71.9%和78.9%。

畜禽飼料和對應(yīng)消化吸收后排出的糞便中重金屬含量呈較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系。豬飼料與對應(yīng)糞便中Hg,Cu,As存在極顯著的正相關(guān),相關(guān)系數(shù)R2均在0.8以上,Cr相關(guān)系數(shù)R2也在0.6以上。

[1] 沈玉英.畜禽糞便污染及加快資源化利用探討[J].土壤, 2004,36(2):162-167.

[2] 劉培芳,陳振樓,許世遠(yuǎn),等.長江三角洲城郊畜禽糞便的污染負(fù)荷及其防治對策[J].長江流域資源與環(huán)境, 2002,11(5):456-460.

[3] Bhatti A U,Khan Q,Gurmani A H,et al.Effect of organic manure and chemical amendments on soil properties and crop yild on a salt affected soil[J].Pedosphere,2005,15(1): 46-51.

[4] McconneIf DD,ShiralipourA,smichWH.Compost application improve soil properties[J].Bio Cycle,1993, 34:61-63.

[5] Tam N F Y,Wong Y S.Spent litter as fertilizer for growing vegetables[J].Bioresource Technology,1995(53):151-155.

[6] 國家環(huán)境保護(hù)總局自然生態(tài)保護(hù)司.全國規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)污染情況調(diào)查及防治對策[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2002:1-20.

[7] 張維理,武淑霞,冀宏杰.中國農(nóng)業(yè)面源污染形勢估計(jì)及控制對策Ⅰ:21世紀(jì)初期中國農(nóng)業(yè)面源污染的形勢估計(jì)[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2004(7):1008-1017.

[8] 邢延銑.研究和應(yīng)用環(huán)保型飼料是未來飼料工業(yè)發(fā)展的必然趨勢[J].飼料工業(yè),2005,26(11):1-5.

[9] 吳建敏,徐俊,徐力寬,等.畜禽規(guī)模養(yǎng)殖主要污染物相對富集與分流規(guī)律研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展,2009 (3):79-83.

[10] Reis L S,Pardo P E,Camargos A S.Mineral element and heavy metal poisoning in animals[J].Journal of Medicine and Medical Sciences,2010,1(12):560-579.

[11] 奉向東,鄧激光.飼糧中高銅高鋅在組織中殘留及排泄規(guī)律的研究[J].檢驗(yàn)檢疫學(xué)刊,2009,19(1):21-23.

[12] 許培新,丁梁鋒.長期使用養(yǎng)殖場的畜禽糞便對有機(jī)食品安全構(gòu)成隱患,朱兆良院士呼吁重視有機(jī)肥質(zhì)量安全[N].中國環(huán)境報(bào),2005-01-27.

(責(zé)任編輯：盧福莊)

S 81;X 713

A

0528-9017(2015)09-1494-04

2015-06-15

石艷平(1983-),男,農(nóng)藝師,碩士,從事土壤肥料與農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境研究工作。E-mail:5251499@qq.com。