不同生理階段綿羊糞便銅鋅殘留的檢測(cè)與分析

劉愛(ài)瑜，朱 寬，趙俐辰，李曉宇，高玉紅

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院，河北 保定 071001)

我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展雖然滿(mǎn)足了人們對(duì)畜產(chǎn)品的需求，但畜禽糞便的處理與消納卻帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年產(chǎn)生的畜禽糞便量高達(dá)3.8×109t[1]，這些糞便大部分簡(jiǎn)單堆肥后施入農(nóng)田，其安全性也遭到了質(zhì)疑。近幾年，糞便中藥殘的檢測(cè)與降解處理(如抗生素和獸藥)已有很多報(bào)道[2-3]，且糞便中重金屬殘留的檢測(cè)與研究也有相關(guān)報(bào)道，但多集中于豬禽和牛[4-5]。豬糞、牛糞和雞糞中均檢測(cè)出重金屬殘留，Cu和Zn是糞便殘留的主要元素。據(jù)報(bào)道，各種畜禽糞便中，豬糞和肉雞糞中重金屬殘留超標(biāo)較為嚴(yán)重，肉牛糞和蛋雞糞次之[6]。對(duì)糞便重金屬殘留的溯源也發(fā)現(xiàn)，飼料添加劑是殘留的主要來(lái)源，我國(guó)畜禽每年飼喂的微量元素添加劑約為15×104～20×104t，而真正被機(jī)體吸收利用的不足5×104t，無(wú)法吸收的微量元素通過(guò)糞尿殘留排出體外。多年來(lái)Cu和Zn常被用作抗生素的替代品在飼料中過(guò)量添加[7-8]，導(dǎo)致糞便重金屬殘留，且殘留的重金屬在糞便處理過(guò)程中很難降解。王飛等[6]通過(guò)檢測(cè)飼料中微量元素發(fā)現(xiàn)，不同畜禽飼料中微量元素的超標(biāo)以豬和肉牛飼料最為嚴(yán)重，肉雞和奶牛飼料次之，這些過(guò)量的微量元素通過(guò)糞便排到體外，又經(jīng)過(guò)施肥進(jìn)入土壤和水中，導(dǎo)致水源、土壤以及大氣等環(huán)境受到污染，給人畜健康帶來(lái)不同程度的危害[9]。已有研究認(rèn)為，連續(xù)施用重金屬超標(biāo)的畜禽糞便導(dǎo)致了土壤及蔬菜重金屬含量的增加[10-11]。

羊飼養(yǎng)較為粗放，飼料配方的標(biāo)準(zhǔn)化程度也較低，飼料多樣化和隨機(jī)性現(xiàn)象嚴(yán)重，微量元素的過(guò)量添加時(shí)有發(fā)生，但關(guān)于羊糞便中重金屬殘留檢測(cè)的研究較少，其產(chǎn)生的環(huán)境污染尚不清楚?；诖耍狙芯客ㄟ^(guò)檢測(cè)不同生理階段綿羊糞便中Cu和Zn兩種重金屬的殘留量，了解綿羊糞便中重金屬的污染狀況，從而為綿羊的高效、健康、安全養(yǎng)殖提供科學(xué)依據(jù)，也為綿羊飼料中微量元素的合理使用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)于2019年8-10月份于承德、秦皇島、石家莊、保定和邢臺(tái)5個(gè)城市選擇具代表性的羊場(chǎng)(共18個(gè))進(jìn)行采樣，采集不同生理階段綿羊(哺乳羔羊、育成羊、育肥羊、基礎(chǔ)母羊和成年公羊)的新鮮糞便樣品(共46個(gè))于-20 ℃保存待測(cè)。所采樣的羊場(chǎng)飼喂方式基本一致，除了哺乳羔羊，其他羊群均采用全混合日糧(TMR)飼喂，每天飼喂2-3次。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 樣品處理 將采集的新鮮樣品用塑料袋密封后帶回實(shí)驗(yàn)室烘干，剔除雜質(zhì)，研磨，過(guò)40目篩，于塑料密封袋中保存以備測(cè)Cu和Zn。

1.2.2 Cu和Zn的測(cè)定 利用原子吸收分光光度計(jì)(空氣-乙炔火焰原子吸收光譜法)測(cè)定Cu和Zn含量，其測(cè)定步驟如下：

(1)稱(chēng)取2 g處理樣品，放入坩堝進(jìn)行干灰化，冷卻后加2 mL水濕潤(rùn)坩堝內(nèi)的糞樣，然后加入10 mL 6 moL/L鹽酸加熱溶解，再加5 mL 6 moL/L鹽酸加熱溶解殘?jiān)?，過(guò)濾，將樣品定容到50 mL容量瓶中；

(2)制備一系列已知濃度分析元素的校正溶液 (標(biāo)樣)，繪制校正曲線(xiàn)；

(3)測(cè)定未知樣品的相應(yīng)值，依據(jù)校正曲線(xiàn)及未知樣品的相應(yīng)值得出樣品的濃度值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0軟件對(duì)各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，差異顯著采用Duncan氏法進(jìn)行多重比較，以P<0.05為差異顯著，P<0.01為差異極顯著，數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生理階段綿羊糞便中Zn的殘留含量

各羊場(chǎng)不同階段綿羊糞便中重金屬Zn的含量檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。各生理階段綿羊糞Zn殘留量范圍為34.21～80.73 mg/kg(哺乳羔羊)、36.71～77.20 mg/kg(育成羊)，17.35～97.95 mg/kg(育肥羊)，53.47～97.04 mg/kg(基礎(chǔ)母羊)和54.30～85.69 mg/kg(成年公羊)。其中，成年羊(基礎(chǔ)母羊和成年公羊)糞Zn的平均殘留量最高，平均為68.32 mg/kg，育成羊、育肥羊和羔羊的糞Zn平均量分別為60.98、62.17和63.26 mg/kg。各場(chǎng)糞Zn的檢測(cè)結(jié)果中，63%羊場(chǎng)的成年公羊糞Zn含量顯著高于哺乳羔羊和育成羊(P<0.01)，45%的羊場(chǎng)基礎(chǔ)母羊糞便Zn含量顯著高于育成羊(P<0.05)。

表1 試驗(yàn)羊場(chǎng)不同生理階段綿羊糞便中Zn的殘留含量

2.2 不同生理階段綿羊糞便中Cu的殘留含量

各羊場(chǎng)不同生理階段綿羊糞Cu的殘留量檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。各階段綿羊糞Cu殘留量范圍為26.06～57.54 mg/kg(羔羊)、18.54～69.03 mg/kg(育成羊)，23.71～70.40 mg/kg(育肥羊)，13.68～87.15 mg/kg(基礎(chǔ)母羊)和22.78～43.00 mg/kg(成年公羊)。其中，育成羊糞Cu的平均殘留量最高(41.88 mg/kg)，育肥羊、羔羊和成年羊(基礎(chǔ)母羊和成年公羊)糞Cu含量分別為39.36、38.51和37.17 mg/kg。所測(cè)18個(gè)羊場(chǎng)中，55%羊場(chǎng)的不同階段羊糞Cu殘留量差異達(dá)顯著性水平(P<0.05)，72%的羊場(chǎng)育成羊糞Cu含量高于基礎(chǔ)母羊，尤其場(chǎng)1、場(chǎng)2、場(chǎng)3、場(chǎng)6和場(chǎng)7達(dá)極顯著水平(P<0.01)。

表2 試驗(yàn)羊場(chǎng)不同生理階段綿羊糞便中Cu的殘留含量

2.3 羊糞便Cu和Zn殘留量的相關(guān)性分析

所測(cè)綿羊糞便重金屬Cu和Zn含量的相關(guān)性分析如圖1所示。隨著綿羊糞便中Zn含量的增加，Cu的含量相應(yīng)減少，Cu含量和Zn含量之間表現(xiàn)出極顯著的線(xiàn)性負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01，r=-0.84)，其回歸線(xiàn)性方程為：y = -1.0069x + 100.62。

圖1 綿羊糞便Cu和Zn含量的相關(guān)性

3 討 論

由于羊養(yǎng)殖過(guò)程中疾病防控的需求以及養(yǎng)殖利潤(rùn)的驅(qū)動(dòng)，一些養(yǎng)殖場(chǎng)/戶(hù)經(jīng)常飼喂過(guò)量的微量元素飼料添加劑，導(dǎo)致大量未吸收的微量元素隨糞便排出體外。大量研究表明，畜禽糞便中重金屬含量與飼料微量元素含量存在直接的聯(lián)系[12]。另一方面，牧草作為羊不可缺少的粗飼料，牧草中重金屬含量直接影響糞便重金屬殘留，已發(fā)表的研究指出，糞便重金屬含量與牧草重金屬含量呈正比關(guān)系，該研究也認(rèn)為，羊糞便中Cu和Zn的絕對(duì)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于牧草中的含量，可能來(lái)源于除了牧草以外的其他途徑，如飼料添加劑[13]。本研究中育成羊糞便中Cu含量普遍高于繁育成羊(基礎(chǔ)母羊和成年公羊)，繁育成羊糞便中Zn含量普遍高于其他生理階段羊群，這可能是由于不同階段綿羊飼料中微量元素的添加量不同以及不同階段綿羊?qū)ξ⒘吭氐男枨罅亢臀漳芰Σ煌ｊP(guān)于牛補(bǔ)飼Cu和Zn的研究指出，對(duì)于缺乏Cu的育成母牛來(lái)說(shuō)，補(bǔ)飼Cu可促進(jìn)其生長(zhǎng)，增加其抗病力，而后備母牛日糧中補(bǔ)Zn可對(duì)代謝和血清免疫球蛋白濃度產(chǎn)生積極的影響，增強(qiáng)機(jī)體免疫力[14]。為提高羊的生產(chǎn)性能，降低發(fā)病率，提高免疫力，育成羊常常飼喂高Cu添加劑，促其生長(zhǎng)發(fā)育，結(jié)果常常導(dǎo)致糞便中Cu含量普遍增高，而育成羊飼料中高Zn的添加量也會(huì)導(dǎo)致羊糞便中Zn含量的普遍增加。實(shí)際生產(chǎn)中，日糧中并非微量元素添加量越多越好，據(jù)研究，高Cu(>150 mg/kg)日糧對(duì)育肥豬沒(méi)有促生長(zhǎng)作用，相反，高Cu日糧降低了豬的生產(chǎn)性能，而且高Cu日糧還會(huì)降低豬的Cu的利用率，增加糞Cu的排泄率[15]。因此，調(diào)配日糧時(shí)除了考慮飼料原料中微量元素的含量，還應(yīng)考慮不同生理階段家畜對(duì)微量元素的需求量。據(jù)報(bào)道，每公斤干草含Cu 6～12 mg時(shí)，可滿(mǎn)足畜禽對(duì)該元素的需要[13]。根據(jù)我國(guó)畜禽糞便安全使用準(zhǔn)則(NY/T1334-2007)[16]，本研究所測(cè)羊糞中Zn和Cu的含量均未超標(biāo)。但是，育成羊糞Cu的平均含量較高(41.88 mg/kg)，成年母羊糞Zn的平均含量較高(69.98 mg/kg)，這可能是由于不同生理階段飼喂的微量元素飼料添加劑所造成。由于本研究未對(duì)飼料進(jìn)行采樣測(cè)定其中的微量元素，所以無(wú)法判定糞中重金屬殘留的真正原因，這仍需要后續(xù)的檢測(cè)與分析。另外，本研究中綿羊糞便中Cu和Zn含量呈線(xiàn)性負(fù)相關(guān)關(guān)系，這可能與機(jī)體的營(yíng)養(yǎng)代謝調(diào)控有關(guān)。雖然不同生理階段綿羊飼料中Cu和Zn添加量不同，但這一規(guī)律的發(fā)現(xiàn)可能是由于不同生理階段羊?qū)煞N微量元素的利用率之間存在某種關(guān)系，可能存在拮抗作用，但仍需要進(jìn)一步研究。

為減少糞中重金屬殘留，減少環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)該從飼料源頭控制以減少綿羊糞便的重金屬殘留[17]。另外，畜禽糞便堆肥中添加鈍化劑、好氧堆肥、厭氧發(fā)酵、熱解處理技術(shù)或者以金屬螯合物等有機(jī)形式添加銅和鋅也可有效減少重金屬殘留，將綿羊糞便進(jìn)行無(wú)害化處理[18-20]，減少重金屬對(duì)土壤環(huán)境的污染。

4 結(jié) 論

比較不同生理階段綿羊糞的Zn和Cu殘留量，成年羊(成年公羊和基礎(chǔ)母羊)糞Zn殘留量最高，平均約68.32 mg/kg，而育成羊糞Cu殘留量最高，平均約41.88 mg/kg，所測(cè)羊糞Zn和Cu含量均未超標(biāo)。從兩種元素相關(guān)性可知，糞Zn與Cu 含量呈線(xiàn)性負(fù)相關(guān)關(guān)系。