規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)糞便中主要農(nóng)化指標(biāo)檢測(cè)的研究

李夢(mèng)婷，張曉倩，劉海學(xué)

(天津農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300380)

?

規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)糞便中主要農(nóng)化指標(biāo)檢測(cè)的研究

李夢(mèng)婷，張曉倩，劉海學(xué)*

(天津農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300380)

目的以天津市有代表性的某規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)秋季新鮮豬糞為材料，測(cè)定新鮮豬糞中有機(jī)質(zhì)、含水率、揮發(fā)性固體以及重金屬元素(Cu、Zn、As等)的含量和各元素間的相關(guān)性，為畜禽糞便對(duì)環(huán)境污染影響相關(guān)方面的研究及畜禽養(yǎng)殖環(huán)境管理決策提供科學(xué)依據(jù)。方法糞便中各元素的測(cè)定方法主要依照相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果有機(jī)質(zhì)含量、含水率、揮發(fā)性固體、總氮和總磷的平均值分別為52.44%、69.22%、71.96%、2.97%和0.2164%；重金屬元素Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、As、Hg質(zhì)量平均值分別為460.60、191.4、0.796 1、0.034 64、26.34、0.53 10、0.228 4 mg·kg-1。As與Cd存在顯著正相關(guān)，但與Cr存在顯著負(fù)相關(guān)；含水率與Cr存在極顯著正相關(guān)；揮發(fā)性固體與Cd存在顯著負(fù)相關(guān)；總氮與Hg存在極顯著負(fù)相關(guān)。結(jié)論新鮮糞便中有機(jī)質(zhì)含量較高，總氮和Cu均超標(biāo)，超標(biāo)率分別為60%、100%，其余元素均未超標(biāo)。各元素間相關(guān)性大都不顯著。

糞便；農(nóng)化指標(biāo)；重金屬；相關(guān)性

0　引　言

近年來(lái)，中國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，創(chuàng)造了連續(xù)20年年平均增長(zhǎng)量10%的奇跡，產(chǎn)值增加近5倍。但是，隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，特別是畜禽養(yǎng)殖規(guī)模越來(lái)越大，集約化和機(jī)械化程度越來(lái)越高，畜禽糞污染已成為不容忽視的環(huán)境問(wèn)題[1]。中國(guó)在20世紀(jì)90年代初對(duì)國(guó)內(nèi)主要有機(jī)肥源中的養(yǎng)分和有害元素進(jìn)行過(guò)調(diào)查分析[2]，但近年來(lái)，隨著畜禽養(yǎng)殖方式的轉(zhuǎn)變，畜禽糞便的成分發(fā)生較大的變化[3]。周博等[4]的研究表明,現(xiàn)代養(yǎng)殖條件下，由于飼料、添加劑等的普遍使用，畜禽有機(jī)肥中的重金屬含量明顯增加。雖然Zn、Cu是作物必需的微量元素，但需要量較小，過(guò)量投入會(huì)對(duì)作物造成傷害，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品中含量超標(biāo)，對(duì)人類健康構(gòu)成威脅。覃麗霞等[5]的研究表明，在所調(diào)查的各有機(jī)肥樣品中，豬糞肥的重金屬含量最高，合格率最低，其中Cu的含量遠(yuǎn)高于其他有機(jī)肥。畜禽糞便是商品有機(jī)肥生產(chǎn)的主要原料，但隨著畜禽飼料添加劑的大量使用，許多未被畜禽吸收的微量元素積累在畜禽糞便中，集約化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的畜禽糞便有可能成為一些重金屬污染的富集庫(kù)[6]。石艷平等[7]的研究表明生豬糞便中重金屬含量較高的元素種類與對(duì)應(yīng)飼料相一致，劑高量重金屬的飼料對(duì)應(yīng)高量重金屬的糞便。而且，隨著農(nóng)業(yè)的集約化發(fā)展及環(huán)境污染的加劇，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬積累逐年增加，已經(jīng)影響到食物鏈安全和人體健康[8]。由于有機(jī)肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中地位的不斷上升，有機(jī)肥的氮、磷、重金屬污染已成為必不可少的研究話題。

本文通過(guò)對(duì)天津市有代表性的某規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)新鮮糞便中各農(nóng)化指標(biāo)的研究，以期為畜禽糞便對(duì)環(huán)境污染影響相關(guān)方面的研究及畜禽養(yǎng)殖環(huán)境管理決策提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1采樣地點(diǎn)

天津市某規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)作為糞便采樣點(diǎn)。采樣后，參考HJ/T166-2004中規(guī)定保存。運(yùn)輸前逐一與采樣記錄和樣品標(biāo)簽進(jìn)行核對(duì)，無(wú)誤后裝箱。采集的糞便保存于保溫樣品箱內(nèi)低溫運(yùn)輸，避免途中破損、日光照射以及新的污染物玷污原樣品，24 h內(nèi)送至檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室分析化驗(yàn)。

1.2樣品預(yù)處理

采樣后，對(duì)新鮮樣品進(jìn)行預(yù)處理和保存，每次采集的新鮮糞便中，4/5樣品加濃度為4.5 mol·L-1的濃硫酸，添加比例為每100 g加20 ml。1/5樣品不進(jìn)行預(yù)處理，用于含水率和總氮的測(cè)定。除分析含水率和全氮的樣品，其余樣品風(fēng)干，人工研磨過(guò)2 mm尼龍篩，再經(jīng)瑪瑙研磨機(jī)過(guò)0.15 mm(100目)尼龍篩，制備完畢的樣品用磨口瓶盛裝。

1.3監(jiān)測(cè)參數(shù)及監(jiān)測(cè)方法

豬糞中各指標(biāo)的監(jiān)測(cè)參數(shù)方法及標(biāo)準(zhǔn)號(hào)見表1：

表1　豬糞中各指標(biāo)的參數(shù)監(jiān)測(cè)方法及標(biāo)準(zhǔn)號(hào)

1.4數(shù)據(jù)處理方法

采用 Excel 軟件和 SPSS 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2　結(jié)果與分析

2.1新鮮糞便中重金屬含量情況

表2為天津市某規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)新鮮糞便中各重金屬含量的情況。2011年農(nóng)業(yè)部發(fā)布有機(jī)肥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY 525—2011),Cd、Cr、Pb、As、Hg的限量值分別為3、150、50、15、2 mg·kg-1[9]。在此次采集的所有樣品中，以上元素均未超標(biāo)。但按照德國(guó)腐熟堆肥中部分重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)，Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni、Hg的最高限量值分別為1.5、100、100、150、400、50、1 mg·kg-1[9]。新鮮豬糞中除Cu的超標(biāo)率為100%，其余元素均未超標(biāo)。

變異系數(shù)反映了總體樣本中各采樣點(diǎn)的平均變異程度。一般情況下，變異系數(shù)在0%～10%之間屬于弱變異，在10%～100%之間屬于中等變異，100%以上屬于強(qiáng)變異[10,11]。表2中Cu、Zn變異系數(shù)小于10%，屬于弱變異，說(shuō)明Cu、Zn受人為因素影響較小;Pb、Cd、Cr和As為中等變異;Hg變異系數(shù)為132.81%，屬于強(qiáng)變異,說(shuō)明Hg受人為因素影響較大。實(shí)驗(yàn)中，由于原子熒光光度計(jì)管道中Hg的吸附能力極強(qiáng)，盡管清洗管道多次，也不排除有殘留的可能性。

朱建華等研究表明有機(jī)肥料重(類)金屬中最多出現(xiàn)的是銅超標(biāo)，其次為砷，第三為鎘；鉛與汞沒有發(fā)生超標(biāo)現(xiàn)象[12]。張緒美等[13]測(cè)定的蘇南某市有代表性的規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)中，根據(jù)德國(guó)《腐熟堆肥中部分重金屬元素》表，豬糞中的Cu超標(biāo)率為96.15%，平均值為(444.62±306.72)mg·kg-1,與此次測(cè)定結(jié)果相近，此次Cu的測(cè)定結(jié)果超標(biāo)率為100%，平均值為(460.60±39.06)mg·kg-1。說(shuō)明糞便中Cu的含量普遍超標(biāo)。

表2　規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)新鮮糞便中各重金屬含量的情況

2.2新鮮糞便中部分農(nóng)化指標(biāo)含量狀況

表3　規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)新鮮糞便中部分農(nóng)化指標(biāo)含量情況

由表3可知新鮮豬糞含水率的平均值為69.22%，變幅為63.51%～73.91%；有機(jī)質(zhì)含量的平均值為52.44%，變幅為51.11%～53.63%；揮發(fā)性固體含量的平均值71.96%，變幅為70.87%～72.61%；總氮的平均值為2.97%，變幅為2.82%～3.04%(污染限值為3%)，超標(biāo)率為60%；總磷的平均值為0.216 4%，變幅為0.017 0%～0.869 8%(污染限值為1.5%)，無(wú)超標(biāo)現(xiàn)象。周博等[4]研究表明豬糞平均總氮及總磷的含量分別為1.65%及0.85%，相比之下，此次結(jié)果總氮含量較高，測(cè)量結(jié)果均大于1.65%，而總磷含量跨度較大,最小值為0.017 0%，最大值為0.869 8%。

含水率、有機(jī)質(zhì)、揮發(fā)性固體和總氮的變異系數(shù)均小于10%，屬于弱變異，其中，揮發(fā)性固體變異系數(shù)最小，為0.95%；含水率變異系數(shù)相對(duì)較大，為5.62%，說(shuō)明上述指標(biāo)受人為干擾較少。但總磷的變異系數(shù)為152.6%，為強(qiáng)變異，說(shuō)明人為干擾較多。

2.3新鮮糞便重金屬之間的相關(guān)性

如表4所示，Cu與Zn、Pb、Hg、As均為不顯著正相關(guān)，其中，與As相關(guān)程度最弱，相關(guān)系數(shù)為0.130；與Zn低度相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.414；與Pb、Hg中度相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.523、0.693。Cu與Cd、Cr呈不顯著負(fù)相關(guān)，與Cd基本不相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.169；與Cr為中度負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.523。Zn與Pb、Cr、Hg存在不顯著的正相關(guān)，其中，與Pb的相關(guān)系數(shù)為0.451，低度相關(guān)；與Cr相關(guān)系數(shù)為0.019，基本不相關(guān)；與Hg的相關(guān)系數(shù)為0.697。中度相關(guān)。Zn與Cd、As存在不顯著低度負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.331、-0.366。Pb與Cr、Hg存在不顯著高度相關(guān)，其中，與Cr為負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.862；與Hg為正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.843。Pb與Cd、As存在不顯著中度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.597、0.660。Cd與Cr存在不顯著中度負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.729；與Hg相關(guān)程度弱，相關(guān)系數(shù)為0.216。但Cd與As存在顯著高度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.917。Cr與Hg存在不顯著中度負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.578；與As存在顯著高度負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.900。Hg和As相關(guān)程度弱，相關(guān)系數(shù)為0.249。

表4　新鮮糞便中各重金屬之間的相關(guān)系數(shù)(n=5)

注：**表示顯著性水平P<0.01(極顯著)，*表示顯著性水平P<0.05(顯著)，下同。

2.4新鮮糞便部分農(nóng)化指標(biāo)之間的相關(guān)性

由表5可知，含水率與有機(jī)質(zhì)、總磷存在不顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.454、-0.228；與揮發(fā)性固體、總氮存在不顯著中度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.636、0.693。有機(jī)質(zhì)與揮發(fā)性固體、總氮、總磷基本不相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.058、-0.017、-0.085。揮發(fā)性固體與總氮基本不相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.191；與總磷存在不顯著高度負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.857?？偟c總磷存在不顯著低度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.340。

表5　新鮮糞便部分農(nóng)化指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)(n=5)

2.5新鮮糞便部分農(nóng)化指標(biāo)與重金屬的相關(guān)性

表6所示，含水率與Cu、Pb、Cd、Hg、As存在不顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)在-0.857～-0.549之間；與Zn基本不相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.033，與Cr存在極顯著高度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.962。有機(jī)質(zhì)與Cr、As存在不顯著中度相關(guān)，其中，與Cr為負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.596；與As為正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.562；與Cu、Zn存在不顯著低度相關(guān)，其中，與Cu為正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.433，與Zn為負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.410；與Pb、Cd和Hg基本不相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.210、0.208和-0.112。揮發(fā)性固體與Pb、Hg和As存在不顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.640、-0.331和-0.783；與Cr存在不顯著中度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.621；與Cd存在顯著高度負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.955；與Cu、Zn基本不相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.238、0.110?？偟cCu、Zn、Pb、Cd和As存在不顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)從-0.133～-0.825；與Cr存在不顯著中度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.589；與Hg存在極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.965?？偭着cPb、Cr和Hg基本不相關(guān)，相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值均小于0.3；與Zn存在不顯著低度負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.369；與Cd存在不顯著高度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.833；與Cu和As存在不顯著中度相關(guān)，其中，與Cu存在負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.666，與As存在正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.607。

表6　新鮮糞便部分農(nóng)化指標(biāo)與重金屬的相關(guān)系數(shù)(n=5)

3　結(jié)論與討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，天津市某規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)中新鮮糞便的有機(jī)質(zhì)含量、含水率、揮發(fā)性固體的平均值分別為52.44%、69.22%、71.96%；總氮的平均值為2.97%，超標(biāo)率為60%(污染限值為3%)；總磷的平均值為0.216 4%，沒有超標(biāo)(污染限值為1.5%)。目前，飼料廠及養(yǎng)殖場(chǎng)多用銅、鋅、砷等金屬元素作為飼料添加劑喂養(yǎng)牲畜[5]，一些研究表明，豬對(duì)這些重金屬添加劑吸收很少，95%以上都通過(guò)糞便、尿等形式排出體外[14-16]，所以豬糞便中的重金屬含量普遍較高。此次研究中，重金屬元素中除Cu超標(biāo)率為100%(德國(guó)《腐熟堆肥中部分重金屬元素標(biāo)準(zhǔn)》)，其余元素在相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)下均未超標(biāo)，但豬糞便中重金屬含量的范圍跨度較大，推測(cè)可能與飼料添加劑的種類有關(guān)。

含水率、有機(jī)質(zhì)、揮發(fā)性固體、總氮、Cu和Zn變異系數(shù)小于10%，屬于弱變異；Pb、Cd、Cr和As為中等變異，變異系數(shù)分布在10%～100%；總磷和Hg屬于強(qiáng)變異，變異系數(shù)分別為152.6%和132.81%。

新鮮糞便重金屬元素相關(guān)性中，As與Cd存在顯著高度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.917，但與Cr存在顯著高度負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.900；新鮮糞便部分農(nóng)化指標(biāo)相關(guān)性中，各元素間均無(wú)顯著的相關(guān)性；新鮮糞便部分農(nóng)化指標(biāo)與重金屬的相關(guān)性中，含水率與Cr存在極顯著高度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.962；揮發(fā)性固體與Cd存在顯著高度負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.955；總氮與Hg存在極顯著高度負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.965。

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[責(zé)任編輯：劉守義英文編輯：劉彥哲]

Detection of Main Agrochemical Indexes of Feces in Large-Scale Farms

LI Meng-ting,ZHANG Xiao-qian,LIU Hai-xue

(Agriculture and Resources and Environment School,Tianjin Agricultural College,Tianjin 300380,China)

ObjectiveThe fresh autumn pig manure in a representative farm of Tianjin was taken as material to determine the contents of organic matter in fresh pig manure,moisture rate,volatile solids and heavy metals(Cu,Zn,As,etc.)and the correlation between each element.This study provided a scientific basis for the research of the influence of pollution from poultry and animal feces on environment and decision-making on livestock and poultry breeding environment management.MethodsThe determination method of each element of the feces were mainly based on the relevant national standards.ResultsThe organic matter content,moisture rate,volatile solids,total nitrogen and total phosphorus average were 52.44%,69.22%,71.96%,69.22% and 0.2164%,respectively.As to Heavy metal elements Cu,Zn,Pb,Cd,Cr,As,Hg,the average quantities were 460.60,191.4,0.796 1,0.034 64,26.34,0.531 0,26.34 mg/kg,respectively.As had significantly positive correlation with Cd,but significantly negative correlation with Cr;Moisture rate had significantly positive correlation with Cr;Volatile solids and Cd existed significantly negative correlation;Total nitrogen was significantly negatively correlated with Hg.ConclusionThe organic matter content is higher in fresh dejection;total nitrogen and Cu were overweight,which were 60%,100%;the rest of the elements are not overweighted.No significant correlation is found between the elements.

feces；agrochemical indicator；heavy metal；correlation

10.3969/j.issn.1673-1492.2016.05.005

天津市大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201510061068)

李夢(mèng)婷(1995-)，女，四川廣元人，天津農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院在讀學(xué)生，主要從事化學(xué)檢驗(yàn)方面的研究。

劉海學(xué)(1965-)，男，內(nèi)蒙古通遼人，博士，研究員，主要從事生化與分子生物學(xué)研究。

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來(lái)稿日期：2016-03-08