河北省規(guī)模肉鴨場(chǎng)糞污重金屬和抗生素調(diào)查分析

馬金智，朱志平*，盧連水，張萬(wàn)欽，薛鵬英，江旭東

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所,北京100081;2.河北東風(fēng)養(yǎng)殖有限公司,河北 滄州062350）

隨著畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我國(guó)肉鴨養(yǎng)殖規(guī)模逐漸朝著規(guī)?；?、集約化發(fā)展。2019年世界肉鴨出欄量約64.42億只，中國(guó)大陸肉鴨出欄質(zhì)量占全球比重約68%[1]。如此大規(guī)模的肉鴨養(yǎng)殖勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生大量糞污。晏婷等[2]通過(guò)監(jiān)測(cè)肉鴨4個(gè)季節(jié)的糞污排放特征，得出生長(zhǎng)期內(nèi)一只肉鴨平均產(chǎn)糞量為314.7 g·d?1。按出欄一只肉鴨飼養(yǎng)周期42 d[3]計(jì)算,僅2019年我國(guó)肉鴨糞污產(chǎn)生量達(dá)到0.58億t。肉鴨糞污中存在著豐富的N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素以及重金屬和抗生素等污染物質(zhì)[4?6]，具備資源利用價(jià)值與污染環(huán)境雙重特質(zhì)。若沒(méi)有得到合理的處理利用，會(huì)造成環(huán)境污染、制約肉鴨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，我國(guó)畜禽養(yǎng)殖廢棄物研究主要集中在豬、雞、牛[7?10]等幾種主要畜禽上，對(duì)于肉鴨養(yǎng)殖廢棄物研究較少，尤其是肉鴨糞污中重金屬與抗生素的污染特征鮮有報(bào)道。因此，有必要對(duì)肉鴨糞污中重金屬與抗生素排放狀況進(jìn)行調(diào)查，為肉鴨糞污科學(xué)處理和安全還田利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

肉鴨糞污中重金屬與抗生素的排放可能與生長(zhǎng)季節(jié)、養(yǎng)殖方式、飼料攝入有關(guān)。因此，以生長(zhǎng)后期的北京鴨為研究對(duì)象，采樣地點(diǎn)為河北省肉鴨養(yǎng)殖主產(chǎn)縣——獻(xiàn)縣和肅寧縣的典型規(guī)模化肉鴨養(yǎng)殖場(chǎng)。于2019年8月（夏季）和10月（秋季）定點(diǎn)監(jiān)測(cè)獻(xiàn)縣的8家規(guī)模化肉鴨養(yǎng)殖場(chǎng)飼料和糞污樣品中重金屬含量，并于2020年4月在肅寧縣按不同養(yǎng)殖方式[11]采集17家規(guī)?；怿嗮B(yǎng)殖場(chǎng)（包含地面養(yǎng)殖4家、墊料養(yǎng)殖5家、網(wǎng)上平養(yǎng)8家）的糞污，分析重金屬與抗生素含量。

地面養(yǎng)殖和墊料養(yǎng)殖為肉鴨直接與地面、墊料接觸的養(yǎng)殖模式，飼養(yǎng)密度為3～4只·m?2；網(wǎng)上平養(yǎng)為在距地面一定高度搭建網(wǎng)架床，使得肉鴨與糞便不接觸的養(yǎng)殖模式，飼養(yǎng)密度為4～5只·m?2；各采樣點(diǎn)的飼料均為養(yǎng)殖場(chǎng)從飼料廠購(gòu)買的全價(jià)飼料。飼料樣品直接從養(yǎng)殖場(chǎng)采樣，低溫密閉貯存，糞污樣品的采集、運(yùn)輸、制備、保存依據(jù)《畜禽糞污監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB/T 25169—2010）標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

1.2 檢測(cè)內(nèi)容

檢測(cè)不同季節(jié)肉鴨飼料與糞污中重金屬，及不同養(yǎng)殖方式下肉鴨糞污中重金屬與抗生素。重金屬包括Cu、Zn、As、Pb、Cd、Cr?？股匕ㄋ沫h(huán)素類（四環(huán)素、多西環(huán)素、金霉素、土霉素）、磺胺類（磺胺嘧啶、磺胺脒、磺胺間甲氧嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺間二甲氧嘧啶、磺胺對(duì)甲氧嘧啶、磺胺甲噁唑）、大環(huán)內(nèi)酯類（泰勒菌素、紅霉素）、喹諾酮類（環(huán)丙沙星、氧氟沙星、諾氟沙星、恩諾沙星）總計(jì)17種抗生素。

1.3 檢測(cè)方法

重金屬Cu、Zn、Pb、Cd、Cr采用HNO3?HClO4消解?原子吸收分光光度法測(cè)定，As采用原子熒光光度法測(cè)定，設(shè)置5%的平行樣和標(biāo)準(zhǔn)樣品GSV?2進(jìn)行質(zhì)量控制[12]?？股夭捎靡合嗌V?串聯(lián)質(zhì)譜法[13]測(cè)定，質(zhì)量控制采取空白樣、平行樣、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)控制法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Office Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并作圖，試驗(yàn)結(jié)果用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。采用IBM SPSSStatistics 25.0進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)和相關(guān)性分析，以P＜0.01表示差異極顯著，P＜0.05作為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)。

表1 不同季節(jié)肉鴨飼料中重金屬含量（mg·kg?1）Table 1 Heavy metals content of meat duck feed in different seasons（mg·kg?1）

2 結(jié)果與分析

2.1 不同季節(jié)肉鴨飼料和糞污中重金屬含量變化特征

2.1.1 不同季節(jié)肉鴨飼料重金屬含量特征

肉鴨飼料中重金屬含量測(cè)定結(jié)果見表1。肉鴨飼料中各項(xiàng)重金屬含量分布差異較大，以Cu、Zn為主，As、Pb、Cr、Cd的含量較低，分布呈現(xiàn)出Zn＞Cu＞Cr＞Pb＞As＞Cd的規(guī)律。飼料Cu、Zn的含量夏季分別為（15.18±19.79）mg·kg?1和（20.89±3.79）mg·kg?1，秋季分別為（8.88±2.32）mg·kg?1和（99.86±12.33）mg·kg?1。對(duì)肉鴨飼料中重金屬進(jìn)行整體分析，飼料中Cu、Zn含量占飼料重金屬總量的16%、82%。對(duì)不同季節(jié)肉鴨飼料中重金屬進(jìn)行方差分析，秋季飼料Zn含量極顯著高于夏季（P＜0.01）。依據(jù)《飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13078—2017）中As、Pb、Cd、Cr的限量標(biāo)準(zhǔn)分別為2、5、0.5、5 mg·kg?1，本研究所有樣品的As、Pb、Cd、Cr均未超標(biāo)。依據(jù)我國(guó)農(nóng)業(yè)部2625號(hào)公告，Cu、Zn限量標(biāo)準(zhǔn)分別為25、120 mg·kg?1，本試驗(yàn)僅夏季有12.5%的樣品Cu超標(biāo)，其余樣品均未超標(biāo)。

2.1.2 不同季節(jié)肉鴨糞污中重金屬含量特征

不同季節(jié)肉鴨糞污中重金屬含量測(cè)定結(jié)果見表2。不同季節(jié)肉鴨糞污中各項(xiàng)重金屬含量分布與飼料呈現(xiàn)相一致的規(guī)律。糞污中各項(xiàng)重金屬含量之間存在較大差異，以Cu、Zn為主，糞污Cu、Zn含量夏季分別為（73.18±8.58）mg·kg?1和（115.01±17.50）mg·kg?1，分別占夏季重金屬總排放量的36%、57%；秋季分別為（62.05±7.58）mg·kg?1和（538.75±97.75）mg·kg?1，分別占秋季重金屬總排放量的10%、87%。不同季節(jié)重金屬排放量呈現(xiàn)夏季小于秋季的特點(diǎn)。對(duì)肉鴨糞污中重金屬進(jìn)行整體分析，糞污中Cu、Zn含量占糞污中重金屬總量的16%、80%。對(duì)不同季節(jié)肉鴨糞污中重金屬進(jìn)行方差分析，夏季糞污Cu含量顯著高于秋季（P＜0.05）,而秋季糞污中Zn含量是夏季Zn含量的4.66倍，極顯著高于夏季（P＜0.01）。依據(jù)《有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)》（NY 525—2012），As、Pb、Cd、Cr的限量標(biāo)準(zhǔn)分別為15、50、3、150 mg·kg?1，不同季節(jié)肉鴨糞污中重金屬均未超標(biāo)?！兜聡?guó)腐熟堆肥重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)》中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr的限量標(biāo)準(zhǔn)分別為100、400、150、1.5、100 mg·kg?1，依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，秋季糞污Zn有87.5%超標(biāo)。

表2 不同季節(jié)肉鴨糞污中重金屬含量（mg·kg?1）Table 2 Heavy metals content in duck manure in different seasons（mg·kg?1）

2.1.3 不同季節(jié)肉鴨飼料與糞污中重金屬的相關(guān)性與累積系數(shù)分析

對(duì)不同季節(jié)肉鴨飼料與糞污中重金屬的相關(guān)性進(jìn)行分析，肉鴨飼料與糞污中Zn呈極顯著正相關(guān)（r=0.96，P＜0.01），即飼料中Zn的含量越多，糞污中Zn殘留量越多，Cu、Cr、As、Pb無(wú)顯著相關(guān)性（P＞0.05），Cd因在飼料中未檢出故也不具備相關(guān)性。將糞污中某種重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)除以對(duì)應(yīng)飼料中該種重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)記為累積系數(shù)，Cu、Zn、As、Pb、Cd、Cr的累積系數(shù)分別為1.34～12.06、3.59～8.12、0～5.67、1.43～38.00、0、2.15～13.50。由累積系數(shù)知飼料中各項(xiàng)重金屬經(jīng)肉鴨體內(nèi)排出均出現(xiàn)了不同程度的累積。

2.2 不同養(yǎng)殖方式肉鴨糞污中重金屬及抗生素含量特征

2.2.1 不同養(yǎng)殖方式肉鴨糞污中重金屬含量特征

從表3可見，不同養(yǎng)殖方式下肉鴨糞污中重金屬含量特征呈現(xiàn)出與不同季節(jié)相一致的規(guī)律，以Cu、Zn為主。地面養(yǎng)殖Cu、Zn含量分別為（102.95±18.53）mg·kg?1和（435.75±270.94）mg·kg?1，分別占地面養(yǎng)殖重金屬總排放量的18%、77%；墊料養(yǎng)殖Cu、Zn含量分別為（112.00±22.44）mg·kg?1和（303.60±81.64）mg·kg?1，分別占?jí)|料養(yǎng)殖重金屬總排放量的24%、66%；網(wǎng)上平養(yǎng)Cu、Zn含量分別為（95.60±41.36）mg·kg?1和（577.13±161.42）mg·kg?1，分別占網(wǎng)上平養(yǎng)重金屬總排放量的13%、78%。對(duì)不同養(yǎng)殖方式肉鴨糞污中重金屬進(jìn)行方差分析，網(wǎng)上平養(yǎng)的Zn含量顯著高于墊料養(yǎng)殖（P＜0.05）,地面養(yǎng)殖的As含量顯著高于網(wǎng)上平養(yǎng)（P＜0.05）。依據(jù)《有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)》（NY 525—2012），As、Pb、Cd、Cr的限量標(biāo)準(zhǔn)分別為15、50、3、150 mg·kg?1，不同養(yǎng)殖方式下肉鴨糞污中重金屬均未超標(biāo)。依據(jù)《德國(guó)腐熟堆肥重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)》,Cu、Zn、Pb、Cd、Cr的限量標(biāo)準(zhǔn)分別為100、400、150、1.5、100 mg·kg?1，地面養(yǎng)殖糞污Cu有50%超標(biāo)、Zn有25%超標(biāo)，墊料養(yǎng)殖糞污Cu有60%超標(biāo)、Zn有20%超標(biāo)，網(wǎng)上平養(yǎng)糞污Cu有50%超標(biāo)、Zn有88%超標(biāo)、Cr有25%超標(biāo)。

2.2.2 不同養(yǎng)殖方式肉鴨糞污中抗生素含量特征

不同養(yǎng)殖方式肉鴨糞污中抗生素含量見表4，由表可知3種養(yǎng)殖方式下肉鴨糞污中8種磺胺類抗生素與2種大環(huán)內(nèi)酯類抗生素均未檢出。四環(huán)素類中的四環(huán)素在地面養(yǎng)殖、墊料養(yǎng)殖、網(wǎng)上平養(yǎng)的含量分別為0.43、0.32、0.43 ng·g?1，檢出率依次是100%、60%、37.5%。多西環(huán)素與土霉素僅地面養(yǎng)殖檢測(cè)到，分別為0.45、45.22 ng·g?1，檢出率均為100%。金霉素僅網(wǎng)上平養(yǎng)檢測(cè)到，含量為16.03 ng·g?1，檢出率為12.5%。喹諾酮類中的環(huán)丙沙星在地面養(yǎng)殖、墊料養(yǎng)殖、網(wǎng)上平養(yǎng)的含量分別為2.62、0.71、0.33 ng·g?1，檢出率均為100%。喹諾酮類中的氧氟沙星在地面養(yǎng)殖、墊料養(yǎng)殖、網(wǎng)上平養(yǎng)的含量分別為10.00、10.96、9.69 ng·g?1，檢出率依次為100%、40%、87.5%。喹諾酮類中的諾氟沙星僅網(wǎng)上平養(yǎng)中檢測(cè)出，含量為4.42 ng·g?1，檢出率為25%。喹諾酮類中的恩諾沙星在地面養(yǎng)殖、墊料養(yǎng)殖、網(wǎng)上平養(yǎng)的含量分別為12.02、0.76、0.70 ng·g?1，檢出率依次為100%、80%、75%。肉鴨糞污中四環(huán)素類和喹諾酮類含量分別占全部抗生素含量的55%和45%，對(duì)肉鴨糞污中抗生素進(jìn)行方差分析，地面養(yǎng)殖中的環(huán)丙沙星和恩諾沙星分別與墊料養(yǎng)殖和網(wǎng)上平養(yǎng)的環(huán)丙沙星和恩諾沙星存在顯著性差異（P＜0.05）。

表3 不同養(yǎng)殖方式肉鴨糞污中重金屬含量（mg·kg?1）Table 3 Heavy metals content in duck manure from different breeding modes（mg·kg?1）

表4 不同養(yǎng)殖方式下肉鴨糞污中抗生素含量Table 4 Antibiotic content in manure of meat duck under different breeding modes

3 討論

飼料是畜禽生長(zhǎng)過(guò)程中獲得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的必經(jīng)途徑，其中的微量元素是維持生命代謝和生長(zhǎng)所必需的物質(zhì)[14]，本研究中肉鴨飼料和糞污中重金屬含量呈現(xiàn)以Cu、Zn為主的特點(diǎn)，與單英杰等[15]研究一致，且肉鴨糞污中存在Cu、Zn、Cr超標(biāo)現(xiàn)象，與茹淑華等[16]對(duì)河北省豬、雞、牛糞中重金屬含量調(diào)查研究得出重金屬超標(biāo)前3位的是Cu、Zn、Cr相一致，分析產(chǎn)生的原因是Cu、Zn是動(dòng)物生長(zhǎng)必需的微量元素，能促進(jìn)動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育[17]，Cr能改善胴體的品質(zhì)[18]，因此，為了促進(jìn)肉鴨的生長(zhǎng)，動(dòng)物飼料中會(huì)對(duì)Cu、Zn、Cr的添加有所偏重，但只有少部分被動(dòng)物吸收，絕大多數(shù)會(huì)隨著糞污排出到動(dòng)物體外[19]，從而導(dǎo)致肉鴨糞污中Cu、Zn含量較高且存在Cu、Zn、Cr超標(biāo)的現(xiàn)象。因此，肉鴨糞污還田，需根據(jù)施用環(huán)境和處理方式，防止相關(guān)重金屬累積造成超限的問(wèn)題。對(duì)肉鴨飼料和糞污中重金屬進(jìn)行相關(guān)性分析，飼料與糞污中Zn呈正相關(guān)關(guān)系，這與洑琴等[20]對(duì)肉鴨的研究結(jié)果相一致，Cd在飼料中未檢出卻在糞污中出現(xiàn)了累積，在統(tǒng)計(jì)學(xué)上不具備相關(guān)性，這與Wang等[21]研究結(jié)果一致，分析Cd在糞污中出現(xiàn)累積的可能原因是來(lái)源于高Cd補(bǔ)充劑[22]。秋季肉鴨飼料中Zn含量極顯著高于夏季（P＜0.01），分析原因是飼料中添加適量的Zn可以提高動(dòng)物的采食量和日增體質(zhì)量，夏季氣溫高，肉鴨容易產(chǎn)生熱應(yīng)激，采食量和日增體質(zhì)量都會(huì)下降，而秋季環(huán)境溫度適宜，適度提高肉鴨飼料的Zn可以提高采食量，從而實(shí)現(xiàn)出欄體質(zhì)量增加的目標(biāo)[23?25]。

在肉鴨生長(zhǎng)過(guò)程中，為預(yù)防疾病與促進(jìn)生長(zhǎng)，會(huì)對(duì)其使用藥用抗生素和飼用抗生素[26]。肉鴨糞污中抗生素主要是四環(huán)素類和喹諾酮類，呈現(xiàn)出四環(huán)素類＞喹諾酮類的規(guī)律，其中磺胺類和大環(huán)內(nèi)酯類未檢出，這與任君燾等[27]對(duì)豬、雞、牛糞中抗生素的調(diào)查呈現(xiàn)出的規(guī)律基本一致。據(jù)報(bào)道四環(huán)素類抗生素是畜禽養(yǎng)殖業(yè)中使用量最高的[28]，而本研究肉鴨糞污中四環(huán)素含量最高，可能原因也是來(lái)自于肉鴨養(yǎng)殖中的高使用量。3種養(yǎng)殖方式抗生素排放量呈現(xiàn)出地面養(yǎng)殖＞網(wǎng)上平養(yǎng)＞墊料養(yǎng)殖的特點(diǎn)，說(shuō)明墊料養(yǎng)殖環(huán)境優(yōu)于地面養(yǎng)殖和網(wǎng)上平養(yǎng)。我國(guó)目前尚無(wú)針對(duì)畜禽糞污抗生素排放濃度的限量標(biāo)準(zhǔn)，但據(jù)報(bào)道堆肥中喹諾酮類抗生素很難降解[29]。因此，在肉鴨養(yǎng)殖過(guò)程中應(yīng)注意喹諾酮類抗生素的使用。

4 結(jié)論

（1）河北省規(guī)?；怿嗮B(yǎng)殖場(chǎng)飼料與糞污中各項(xiàng)重金屬含量之間存在差異，重金屬含量以Cu、Zn為主，呈現(xiàn)出Zn＞Cu＞Cr＞Pb＞As＞Cd的特點(diǎn)。飼料與糞污中Zn呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），且糞污中各項(xiàng)重金屬均呈現(xiàn)不同程度的累積，證明肉鴨糞污中重金屬主要來(lái)源于飼料的攝入。

（2）依據(jù)《德國(guó)腐熟堆肥重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)》，河北省規(guī)?；怿嗮B(yǎng)殖場(chǎng)糞污中存在Cu、Zn、Cr超標(biāo)。糞污中抗生素主要是四環(huán)素類和喹諾酮類，且呈現(xiàn)出四環(huán)素類＞喹諾酮類的規(guī)律，磺胺類和大環(huán)內(nèi)酯類均未檢出。因此在肉鴨養(yǎng)殖中應(yīng)注意重金屬和抗生素使用和排放的問(wèn)題。

（3）河北省規(guī)?；怿嗮B(yǎng)殖場(chǎng)糞污中重金屬與抗生素在不同季節(jié)和不同養(yǎng)殖模式下表現(xiàn)出差異性。不同季節(jié)夏季重金屬排放量小于秋季重金屬排放量，不同養(yǎng)殖模式下抗生素排放量呈現(xiàn)出地面養(yǎng)殖＞網(wǎng)上平養(yǎng)＞墊料養(yǎng)殖的特點(diǎn)，表明墊料養(yǎng)殖可以實(shí)現(xiàn)較少的有害物質(zhì)排放，是一種較優(yōu)的養(yǎng)殖模式。