嘉興市主要生豬規模化養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)

嘉興市主要生豬規模化養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家規模生豬養殖場飼料和對應糞便樣品重金屬含量進行分析研究,結果豬飼料中Cr,Cu, Zn,Pb,As含量加權平均值分別為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范》和《農業部1224號公告》,超標率分別為5.36%,62.5%,19.64%,3.57%和37.5%。豬飼料重金屬含量排序為仔豬＞中豬＞大豬＞母豬,但飼料重金屬超標率排序為:大豬＞母豬＞中豬＞仔豬,大豬飼料超標率超過95%。參照《有機肥料》(NY 525—2012)和《污泥農用污染物控制標準》(GB 4284—84),豬糞Cu,Zn, As超標,超標率分別為71.9%,78.9%和42.1%。仔豬糞便Cu和Zn超標率均達到100%。生豬飼料和對應糞便重金屬含量呈較強的正相關,豬飼料與對應糞便中Hg,Cu,As含量的相關系數R2＞0.8,對應Cr相關系數R2＞0.6。

畜禽糞便;飼料;有機肥;重金屬

文獻著錄格式:石艷平,黃錦法,倪雄偉,等.嘉興市主要生豬規模化養殖飼料和糞便重金屬污染特征[J].浙江農業科學,2015,56 (9):1494-1497.

DOI 10.16178/j.issn.0528-9017.20150951

規模化畜禽養殖業的快速發展產生了大量的畜禽糞便,已成為我國農村主要的面源污染物。畜禽糞便及污水難以得到及時處理和合理利用,造成了嚴重污染,帶來一系列的環境問題,如占用和污染農田、水體,產生惡臭和造成生物污染[1],日本很早就用“畜產公害”概念高度概括了這一問題的嚴重性[2]。畜禽糞便作為土壤的改良材料已經有好幾百年的歷史,恰當地施用可以提高土壤肥力,改善土壤的理化性質,增加作物產量和品質[3-5]。農用雖然是處理這些廢棄物經濟有效的措施之一[6],但目前畜禽糞便的成分與以往比已經發生了質的變化。當今Cu,Zn,As等微量元素作為飼料添加劑在畜禽養殖中的廣泛使用,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,導致畜禽糞便和以畜禽糞便作為主要原料生產的商品有機肥料重金屬含量提高,增加了有機肥料施用的環境風險[7]。據統計,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%未被動物利用而隨畜禽糞便的排出進入環境[8]。另有調查顯示,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,且呈不對應線性相關[9]。畜禽飼料添加劑引起動物糞便中重金屬含量超標問題,已經成為畜禽糞便被肥料化利用的重要瓶頸。近年來,國內外關于畜禽飼料重金屬添加劑和畜禽糞便重金屬殘留的調查研究均有報道,但將畜禽飼料和糞便兩者對應起來,研究由飼料-糞便重金屬累積與遷移轉化特征的報道卻很少。系統研究畜禽飼料與糞便中重金屬含量的對應關系,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有機肥的質量有著重要意義。因此,本文旨在為畜禽養殖業發展,以及有機肥重金屬的源頭控制及畜禽糞便有機肥化利用的環境風險提供依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

在嘉興市五縣(市)兩區共采集了27個規模養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一一對應,即采集養殖場內日常喂養飼料及對應生豬舍內未經處理的新鮮糞便。其中,同一養豬場內分4個型號: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,避免與金屬物質接觸,共采集有效豬糞及對應飼料樣本56組。

1.2 樣品測試與數據處理

畜禽糞便樣品自然風干、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個重金屬元素含量委托農業部農產品及轉基因監督檢驗檢測中心(杭州)測試(ICP-AES和ICP-MS法)。數據處理由Excel完成,同一糞便對應飼料有2種的,分析相關性時取2種飼料樣品的平均值。

2 結果與分析

2.1 飼料重金屬含量

據調查,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均較大,均在5倍以上,而另外3個元素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要更大,說明商品飼料添加重金屬量控制相對穩定,而自配飼料中重金屬添加量具更大隨機性。

經對不同生育階段豬飼料統計分析(表3),各生育階段豬飼料中Ni,Cd,Pb,Hg 4個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臟器官產生損傷和人類食用豬肉及內臟高量的重金屬元素將帶來嚴重影響[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十倍,說明重金屬在生豬消化吸收后存在明顯的濃縮效應。朱兆良院士[12]也認為,因生物富集作用,畜禽糞便重金屬會高出飼料數倍。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,這一特點與飼料基本一致。

2.3 重金屬超標評價

按照《飼料添加劑安全使用規范》和《農業部1224號公告》對飼料進行評價(表5),可以看出,總體上豬飼料以Cu,As,Zn超標較多,分別達到62.5%,37.5%和19.64%,而Cr,Pb少量超標。大豬、母豬、中豬飼料Cu,Zn,As超標率很高,大豬、母豬飼料Cu超標率高達95.45%和41.70%,中豬飼料As超標率高達60.00%。各型號豬飼料中重金屬超標率排序為大豬＞母豬＞中豬＞仔豬,這與飼料排序有相反的趨勢,這主要是評價標準限值不同引起的,仔豬飼料允許添加限值較高。

NY 525—2012《有機肥料》標準對重金屬限定有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。對照標準,豬糞僅有As超標,豬糞超標率42.1%。仔豬、中豬、大豬和母豬糞便As分別超標35.5%,66.7%,36.4%, 50.0%。另外,參照《污泥農用污染物控制標準》(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,豬糞Cu,Zn均有超標,豬糞Cu,Zn超標率分別達到71.9%和78.9%,其中仔豬糞便Cu,Zn超標率均達到100%。可見,富含Cu,Zn,As的飼料添加劑,對糞便有機肥化利用存在較大重金屬超標風險。

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率

表6 不同型號豬豬糞的重金屬超標率

2.4 飼料與糞便重金屬相關性

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

表7 豬糞與豬飼料重金屬含量的相關性（n=56）

3 小結

豬飼料中Cr,Cu,Zn,Pb,As含量加權平均值分別為4.6,123.4,370.7,0.69和6.9 mg· kg-1,超標率分別為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;但飼料重金屬超標率排序為:大豬＞母豬＞中豬＞仔豬,大豬飼料超標率超過95%。另外,商品飼料中重金屬量相對穩定,而養殖場(戶)自配飼料中添加重金屬量具更大的隨機性。

生豬和雞糞便中重金屬含量較高的元素種類與對應飼料相一致,劑高量重金屬的飼料對應高量重金屬的糞便。參照《有機肥料》(NY 525—2012)標準中限定的As,Hg,Pb,Cd,Cr 5個元素中,豬糞均僅有As超標,超標率分別為42.1%。另參照《污泥農用污染物控制標準》(GB 4284—84)對Cu,Zn,Ni的限定,發現豬糞Cu和Zn大量超標現象,超標率分別達到71.9%和78.9%。

畜禽飼料和對應消化吸收后排出的糞便中重金屬含量呈較強的正相關關系。豬飼料與對應糞便中Hg,Cu,As存在極顯著的正相關,相關系數R2均在0.8以上,Cr相關系數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,等.長江三角洲城郊畜禽糞便的污染負荷及其防治對策[J].長江流域資源與環境, 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] 國家環境保護總局自然生態保護司.全國規模化畜禽養殖業污染情況調查及防治對策[M].北京:中國環境科學出版社,2002:1-20.

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

[8] 邢延銑.研究和應用環保型飼料是未來飼料工業發展的必然趨勢[J].飼料工業,2005,26(11):1-5.

[9] 吳建敏,徐俊,徐力寬,等.畜禽規模養殖主要污染物相對富集與分流規律研究[J].農業環境與發展,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律的研究[J].檢驗檢疫學刊,2009,19(1):21-23.

[12] 許培新,丁梁鋒.長期使用養殖場的畜禽糞便對有機食品安全構成隱患,朱兆良院士呼吁重視有機肥質量安全[N].中國環境報,2005-01-27.

(責任編輯：盧福莊)

S 81;X 713

A

0528-9017(2015)09-1494-04

2015-06-15

石艷平(1983-),男,農藝師,碩士,從事土壤肥料與農業生態環境研究工作。E-mail:5251499@qq.com。