浙江省畜禽糞源有機肥質量安全風險與控制對策

倪治華，孫萬春，林 輝，鐘 杭，朱偉鋒，陸若輝，馬軍偉

(1.浙江省耕地質量與肥料管理總站，浙江 杭州 310020； 2.浙江省農業科學院 環境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

畜禽糞便含有大量的有機質和豐富的N、P、K等營養元素，在傳統農業中一直被視作農作物寶貴的有機肥源而被充分利用，維系著土壤肥力和作物產量的逐年提升[1]。有機肥料商品化是規模養殖場畜禽糞便資源化利用的必由之路，可以有效消減因高密度養殖給周邊環境帶來的承載壓力，減輕農業面源污染，增加土壤有機質含量，是生態農業循環經濟中的重要一環。當前，我國政府對有機肥的補貼逐年增加，2018年的補貼總額已達到600多億元。浙江省從2010年實施畜禽商品有機肥補貼政策以來，全省累計推廣有機肥600多萬t，近3 a年推廣量均穩定在100萬t以上。

隨著集約化養殖技術的快速發展，以飼料添加劑為主要特征的功能型復合飼料的應用幾乎占領了全部的規模養殖場。飼料添加劑和抗生素的大量使用使得畜禽糞便的成分、性質等發生了較大的改變，進而導致有機肥質量發生根本性轉變，呈現出高鹽、高養分，以及重金屬、抗生素殘留普遍等特點[2-3]。近年來，關于飼料添加劑的不合理使用可能會對畜禽糞便消納農田土壤和環境造成危害的擔憂，已經被越來越多的研究報道所證實，其中既涉及農田土壤中重金屬、抗生素等污染物的快速積累等潛在風險，還包括土壤微生物活性下降、作物生長和農產品安全受到污染威脅等直接影響，特別是重金屬危害突出[4-6]。摸清畜禽糞便源有機肥的重金屬、養分、抗生素等含量狀況，對于明確畜禽糞便有機肥的施用風險，以及制定合理、科學的施肥措施等具有積極意義。20世紀90年代初，農業部全國農業技術推廣中心曾對全國范圍內畜禽糞便資源的重金屬和養分狀況進行過調查分析，但是當時并未關注抗生素污染情況[7]。此外，由于存在堆肥、添加輔料等工藝過程，成品有機肥商品與畜禽糞便原料在性質成分上還是有一定差異的。目前，我國已開始針對商品有機肥和畜禽糞便開展更多污染物相關的調研和評價[8-9]，對指導有機肥合理施用發揮了參考作用。為了充分了解和評價浙江省內的畜禽糞源有機肥現狀，從而規范省內的有機肥生產和使用，基于實地采樣檢測和現有試驗研究成果的整理分析，探討商品有機肥內有害物質對土壤和生態環境的潛在風險，并提出控制有機肥使用安全風險的相關技術、管理對策與政策建議。

1 材料與方法

1.1 受檢樣品

本研究涉及多批樣品數據：(1)第一批樣品共1 094個，來源于2014—2016年浙江省土壤與肥料檢測中心對浙江省商品有機肥產品的市場抽檢樣品，參照NY 525—2012標準中的11項指標進行檢測；(2)第二批樣品共107個，來源于浙江省和周邊(上海)的80多家規模有機肥料企業，于2012—2013年采集，對樣品中的重金屬(As、Hg、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn)、抗生素(16種磺胺類、19種氟喹諾酮類、4種四環素類化合物)含量進行檢測；(3)第三批樣品共46個，來源于2008年浙江省內46家商品有機肥料生產企業，對樣品中的重金屬(As、Hg、Pb、Cd、Cr)含量進行定量檢測；(4)第四批樣品共39個，于2008年采集于浙江省不同規模的養殖場，包含豬、雞、牛糞便樣品，主要開展重金屬檢測分析；(5)第五批樣品共91個，為畜禽糞便樣品，于2012年從浙江省有機肥料加工企業現場采集，主要開展重金屬含量的測試分析，同時對其中56份畜禽糞便樣品開展含鹽量檢測。

1.2 分析方法

參照行業標準NY 525—2012《有機肥料》，檢測有機肥料中的有機質(OM)、總養分(N+P2O5+K2O，TN)、水分(W)、pH、糞大腸菌群數(FC)和蛔蟲卵死亡率(AEM)。參照NY 525—2012中的方法，提取有機肥料中5項有限量要求的重金屬——As、Hg、Pb、Cr、Cd；參照GB 18877—2009中的方法，提取有機肥中的Cu和Zn。Cu、Zn、Pb、Cr、Cd含量用電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP-OES)測定，As、Hg含量采用原子熒光光度法測定。有機肥中的鹽分含量檢測采用稱重法，按照肥水比1∶10的質量比浸提，浸提液烘干后測定固態殘渣的質量，計算獲得鹽分含量。

2 結果與分析

2.1 浙江省商品有機肥總體質量狀況

依據NY 525—2012標準規定的技術指標，對2014—2016年抽檢的1 094個商品有機肥料樣品進行合格率分析。由表1可知，浙江省商品有機肥料市場抽檢平均合格率為72.5%，其中，2014、2015、2016年的抽檢合格率分別為68.0%、70.6%、79.4%，有逐年增加的趨勢。市場抽檢不合格產品中，指標不符合率從高到低依次為重金屬(As+Hg+Pb+Cd+Cr)(27.8%)、水分(20.0%)、pH(17.2%)、總養分(N+P2O5+K2O)(15.5%)、有機質(13.6%)，以及糞大腸菌群數和蛔蟲卵死亡率(6.0%)。由重金屬超標造成商品有機肥產品不合格的比例最高，其次是水分含量。

針對有機肥質量的調研工作在全國各地均有開展，總體上看，整個商品有機肥市場不斷規范，商品有機肥合格率不斷提高。梁金鳳等[10]報道，2006年北京郊區商品有機肥的抽檢合格率僅有7.9%，有機質含量低于標準的產品達73.7%；另據報道，2012年廣東省商品有機肥的抽檢合格率在30%左右，有機質含量不足，及重金屬、水分含量超標是致使產品不合格的主要原因[11]；黃紹文等[8]于2014年采集全國主要菜區的126個商品有機肥開展調研，雖未涵蓋NY 525—2012規定的全部技術指標，但從重金屬數據上判斷，商品有機肥合格率不高；王永歡等[12]報道，2016年遼寧省有機肥產品的質量合格率在70%以上，但重金屬超標嚴重。總體上看，重金屬超標已成為阻礙現代有機肥質量提升的一個瓶頸。

2.2 浙江省畜禽糞源有機肥的使用風險

2.2.1 重金屬污染風險

多年來，As、Cu、Fe、Mn和Zn等微量元素作為畜禽飼料添加劑進入生態鏈。我國每年使用的微量元素添加劑約為15～18萬t，保守估計至少有10萬t左右未被動物吸收而隨畜禽糞便排出[13-14]。業內專家關于有機肥施用的環境安全風險評估問題存在較大的分歧，為此，農業部從2010年起在全國范圍內開展商品有機肥補貼應用模式試點，同時，安排專項組織開展協作網試驗。從2012—2013年對浙江省和周邊(上海)80多家規模有機肥料企業有機肥產品的重金屬檢測數據可知，依據NY 525—2012判定，商品有機肥中As的超標率最高，總體達到36%，以豬糞為原料的商品有機肥料As超標率達50%，而以雞糞、牛糞為原料的商品有機肥料As超標率均為10%左右。在檢測的重金屬中，Hg超標率最低，為4.8%，全部源自以豬糞為原料的商品有機肥料樣品。

另據2008年從浙江省46家商品有機肥料生產企業采集的樣品檢測結果可知，有7份樣品的Cd、Pb或Cr含量超過NY 525—2002的限定標準，超標率為15.22%。超標產品中Cr含量最高，達12 262 mg·kg-1，超標40倍。這些重金屬含量超標的商品有機肥進入土壤后經多年積累，無疑會對土壤環境質量形成極大的安全隱患。

表1 2014—2016年商品有機肥料產品質量檢驗結果Table 1 Quality of commercial organic fertilizers during 2014-2016

明確有機肥產品中重金屬的來源對于重金屬污染風險防控具有重要意義。對2012年從有機肥料加工企業現場采集的91個畜禽糞便樣品進行重金屬含量測試分析，結果(表2)顯示：As在豬糞中的最高含量達到39.5 mg·kg-1，為限量標準的2.6倍；Pb在豬糞中的最高含量達到416 mg·kg-1，為限量標準的8.32倍；Cd在豬糞中的最高含量達到7.0 mg·kg-1，為限量標準的2.3倍。由此可知，畜禽糞便是有機肥產品中重金屬污染的主要來源。2008年對不同規模養殖場采集的39份畜禽(豬、雞、牛)糞便樣品(其中23份為豬糞樣品)的重金屬測試分析結果也得出了同樣的結論：在采集的39份糞便樣品中，有19個樣品的Cu含量超過200 mg·kg-1，其中11個樣品的Cu含量超過500 mg·kg-1，最高的達781 mg·kg-1；有21個樣品的Zn含量超過500 mg·kg-1，其中8個樣品的Zn含量超過1 000 mg·kg-1，最高的達2 396 mg·kg-1；有6個樣品的As含量和1個樣品的Pb含量超過NY 525—2002限量標準，超標率達17.95%。特別是豬糞樣品的重金屬殘留濃度較高，69.57%的豬糞樣品Cu含量超過200 mg·kg-1，43.48%的豬糞樣品Cu含量超過500 mg·kg-1，69.57%的豬糞樣品Zn含量超過500 mg·kg-1，26.09%的豬糞樣品As含量超過30 mg·kg-1。

此外，發酵輔料或成品添加劑也可能造成有機肥重金屬污染。行業標準中雖然規定了有機肥原料主要使用畜禽糞便、動植物殘體和動植物產品下腳料，但由于新鮮豬糞的含水量達到80%～90%，因此在進行生物發酵時，需添加一定量的輔料用以控制水分、調節C/N。輔料添加比例一般為20%～30%，推薦使用與農業生產環境成分近似、含C較高的木屑、秸稈等。但在實際中，發酵輔料和成品添加劑的來源十分復雜，除了木屑、秸稈外，一些動植物產品下腳料和工業產品廢棄物也被用作有機肥輔料，如味精廠、制藥廠發酵廢渣，酒糟，合成板材鋸末，食用菌廢棄基質，草木灰，生物質發電的灰燼，火電廠煙煤灰，低品位磷礦粉等，特別是一些有機肥料生產廠家違規使用污水處理廠的污泥、皮革制造廠的廢棄物等，由于其成分具有不可控性，極易導致重金屬超標。對此問題必須給予足夠的重視。

2.2.2 抗生素污染風險

規模養殖場的單位養殖密度大，極易誘發動物傳染性疾病；因此，規模養殖場多采用抗生素類藥物用于預防和治療畜禽疾病。由于給藥量大，不能被完全吸收利用的抗生素類藥物就會殘留于畜禽糞便中。研究表明，抗生素攝入后，除極少部分存留于生物體內，有60%～90%(某些抗生素甚至高達95%)都以原藥和代謝產物的形式排出體外，殘留于畜禽糞尿中[15-16]。關于這部分殘留物質在動植物生態鏈的循環路徑雖然尚不十分清楚，但其對土壤環境和微生物種群平衡的影響則是直接和顯而易見的。目前，抗生素在規模化養殖場畜禽糞便中普遍檢出，并具有較高的殘留濃度，畜禽養殖過程中的抗生素殘留已經成為抗生素污染和抗性細菌傳播的重要庫和源。

表2 浙江省有機肥加工企業糞便原料的重金屬含量Table 2 Heavy metal contents in raw manure of organic fertilizer production industries in Zhejiang

抗生素作為一種可降解的化合物，其在堆肥、烘干等有機肥加工過程中會得到一定程度的去除。本研究重點針對2012—2013年采集的浙江省和周邊(上海)80多家規模有機肥料企業的有機肥產品進行抗生素殘留檢測分析。由表3可知，在供試的107個樣品中，共檢出11種抗生素類化合物，其中，四環素類化合物的檢出率最高，其次為氟喹諾酮類，磺胺類化合物的檢出率最低。在11種頻繁檢出的抗生素類化合物中，強力霉素的檢出率最高，最大檢出質量濃度可達71.0 mg·kg-1，其次為氟喹諾酮類化合物中的恩諾沙星，檢出率為46%，最大檢出質量濃度達4.0 mg·kg-1。磺胺二甲嘧啶和磺胺-6-甲氧嘧啶是浙江省畜禽糞源有機肥中最常檢出的磺胺類化合物，最大檢出質量濃度達4.0和2.5 mg·kg-1。以上結果說明，盡管經過有機肥加工過程，但由于缺乏配套的抗生素去除強化技術工藝，目前有機肥產品的抗生素污染風險仍較大。

表3 2012—2013年浙江省有機肥料中抗生素的檢出情況Table 3 Detection of antibiotics in organic fertilizersin Zhejiang during 2012—2013

SAs，磺胺類；FQs，氟喹諾酮類；TCs，四環素類。
SAs， Sulfonamides; FQs， Fluoroquinolones; TCs， Tetracyclines.

2.2.3 鹽漬化風險

高鹽分也是制約有機肥安全施用的一個重要方面。在規模化養殖過程中，向飼料中添加食鹽的現象十分普遍，這樣做可以增加畜禽食欲，幫助消化，增強體質，提高抗病能力。此外，大量使用的添加劑中也常含有較高的鹽分，也是畜禽糞便中鹽分的重要來源[17]。本研究對2012—2014年從浙江省采集的56份畜禽糞便進行了鹽分含量分析，結果表明，畜禽糞便中鹽分含量(干基)平均值為10.3 g·kg-1，檢出范圍為4.9～27.5 g·kg-1，其中，雞糞的最高鹽分含量達26.1 g·kg-1，豬糞的最高鹽分含量為16.3 g·kg-1。高鹽的畜禽糞便樣品直接導致相應的有機肥產品鹽分偏高。施用鹽分含量較高的畜禽糞源有機肥，以及在土壤鹽分背景含量較高或較易積聚的地區連續大量施用畜禽糞源有機肥或沼液時，可能會造成局部農田土壤次生鹽漬化[18]。該問題在浙江省金華、杭州等地的大棚生產中已有實際的土壤理化性狀反映[19]。

3 討論

3.1 有機肥使用安全風險成因分析

3.1.1 相關行業標準不配套

與傳統養殖方式相比，現代規模養殖業生育周期短、飼養密度高、疾控風險大，與之相對應的是飼料添加劑和抗生素的普遍使用。同時，為增加畜禽食欲，幫助消化，縮短飼養周期，提高抗病能力，在飼料，特別是雞飼料中添加食鹽亦成為一種趨勢。這使得規模養殖場的畜禽排泄物與傳統分散養殖的畜禽糞便在成分、性質等方面都發生了較大的改變[20]。然而，在制定相關養殖標準時，如有機砷是否允許添加、最大鹽分等方面并未充分銜接畜禽排泄物對消納農田土壤環境的影響。例如，盡管有機砷對動物來說足夠安全，但進入土壤后實際上是pH、Eh調控下的可利用態砷的直接提供者。此外，也未充分考慮添加劑在動物體內循環形成的生物集聚效應。如成年豬對銅的表觀吸收率不高于5%～10%，而被吸收的銅又有60%～80%隨膽汁進入消化道經糞便排出。飼料是豬糞中重金屬最主要的來源，Fe、Zn、Cu等金屬元素從飼料到糞便的濃縮率可達7～10倍，Mn約為3倍[21]。

3.1.2 現行標準執行不嚴格

Cu、Zn、Fe、Mn是動物生長的必需營養元素，抗生素是防范和控制動物疾病的有效手段。飼料中添加一定量的此類物質有助于畜禽生長，如銅可使仔豬腹瀉率降低27.02%[22]。一般情況下，畜禽對這些物質的表觀與實際吸收率均較低，用作疾病預防目的配入禽畜飼料添加劑的抗生素藥物的很大一部分(60%～90%)會以原藥形態直接排出體外，進入環境當中。這些物質可能會提高動物中毒的臨界濃度，而投入成本較少，與可控風險相比，在當前飼養水平和條件下，養殖主體在主觀和客觀上均存在超量添加的可能。因此，生產實際中因存在高Cu而導致的豬糞發綠、發黑等現象并不鮮見。

3.1.3 部分添加物質達不到相關標準要求

從飼料添加劑的作用看，Ni為非主動添加物，但實際上有部分有機肥卻存在Ni超標現象。從實地調研、市場反映，及物質來源上分析，這部分Ni可能來自飼料添加劑的某些組分，如采用工業硫酸鋅、硫酸銅，甚至工業副產品替換飼料級標準產品，極有可能造成飼料添加劑整體Ni、Cd超標。與此類似，在有機肥加工階段違規添加廢酸制造的過磷酸鈣或低品位磷礦粉，也是造成重金屬含量超標的一大隱患。

3.1.4 輔料和成品添加物雜亂，有害因子復雜，污染物難以控制

從近幾年浙江省生產實踐看，有機肥生產加工中添加木屑、泥炭、酒糟、菌棒、茶制劑殘渣等一些輔料(成本在400～1 000元·t-1)，基本能保證成品質量。雖然，為提升產品功效或提高有機肥的商品性，適當添加一些質量保證的過磷酸鈣、磷礦粉等也無可厚非，但個別企業為降低生產成本違規使用不符合NY 525標準規定的適用原料，如加工工業或城市廢棄物、工業副產品(淤泥、城市垃圾、廢水處理廠污泥、高爐煙煤灰、粗磷礦與廢酸磷肥等)，騙取補貼，并以有機肥料產品的名義違規銷售，不僅使有機肥的肥效下降，還大大增加了重金屬、不明有機物等有害物質對農產品和土壤生態環境的污染風險。此外，大量使用絮凝劑沉淀污泥等還會導致土壤板結等[23]。

3.1.5 發酵成本不足，產品腐熟不全

當前浙江省有機肥生產大多采用好氧發酵工藝。正常條件下，使用高溫發酵菌劑，采用高度80～150 cm的“條垛堆置”或“槽式翻混”裝置均可使堆肥內的最高溫度達到75 ℃以上，連續堆置7 d以上，足以有效殺滅類大腸菌群、蛔蟲卵等有害生物[24-25]。但由于受投資規模、生產設施、質量管理、市場價格擠壓等方面因素的制約，加之主管部門和行業標準對成品有害微生物指標檢測僅作形式要求，生產企業為了利益最大化，往往忽略有機肥生產過程中必需也最為關鍵的發酵過程，有的采用自然發酵和堆場晾曬等簡單工藝流程，僅對新鮮畜禽糞便作脫水、曬干處理，混合輔料就包裝出廠，不僅給施用者留下安全隱患，還會增加施用后因二次發酵引起的燒根、燒苗風險。

3.2 控制有機肥施用安全風險的對策建議

施用含有有害污染物的畜禽糞源有機肥，不僅會對土壤有益微生物、土壤動物、土壤酶等土壤生態系統的重要組成部分形成明顯抑制，而且由于帶入的重金屬在土壤中具有相對穩定、難降解、毒性強、累積效應明顯等特性，會使得耕層土壤重金屬含量快速脫離背景值，導致土壤清潔度和持續生產能力明顯下降[4，26-28]。基于當前畜禽糞源有機肥施用的安全風險來源與成因分析，可以明確：飼料添加劑的科學、規范使用，及有機肥發酵工藝與成品質量的嚴格管控是控制畜禽糞源有機肥施用安全風險的基本途徑。

3.2.1 加強飼料原料質量管理

嚴格按照《飼料原料目錄》《飼料添加劑品種目錄》《飼料藥物添加劑使用規范》的要求采購原料，嚴格查驗原料質量檢驗證明或按規定進行檢測，禁止采購和使用不合格或超目錄范圍飼料原料，進一步完善飼料原料采購、留樣和使用記錄制度。

3.2.2 規范飼料添加劑使用管理

嚴格按照《飼料藥物添加劑使用規范》《飼料添加劑安全使用規范》等相關要求組織生產、配制，依法科學合理使用微量元素添加劑和飼料藥物添加劑，嚴禁超劑量、超范圍使用。修訂完善《飼料衛生標準》，刪除有機砷采購、使用目錄，控制飼料產品中砷制劑的允許添加量。同時，加大飼料和飼料添加劑的抽檢、處罰力度，依法從嚴查處飼料產品重金屬超標、超量、超范圍添加行為。

3.2.3 加快畜牧飼養技術轉型升級

進一步強化先進環保設備裝置的研發應用，加快高轉化、低殘留環保型復合飼料的推廣應用步伐，鼓勵和引導規模養殖場合理使用有機制劑、酶制劑和微生物制劑等生態型添加劑，探索建立畜禽規模養殖場廢棄物資源化利用分級管理制度，實施畜禽糞源定期檢測監測，從源頭上減少重金屬、抗生素等有害物質的添加排放，降低污染風險。

3.2.4 提升商品有機肥質量水平

進一步強化生產企業現場考核，提高發酵工藝、設施裝備等要素標準，明確生產企業在原料來源與成品質量控制等安全生產方面的內部管理制度要求。制定出臺有機肥生產加工技術地方標準，建立商品有機肥生產原料分類管控與成品質量追溯制度，夯實技術工作基礎。修改完善商品有機肥補貼推廣實施指導意見，細化產品技術指標、企業類型、規模條件、支撐能力、管理水平、市場信譽等分類管理，強化事后監管。通過技術培訓指導服務、政府補貼項目示范引導和實地抽查與質量跟蹤監測等手段，確保畜禽糞源有機肥產品質量，降低施用安全風險，維護農民利益。

4 結論

按照我國現行NY 525—2012有機肥料標準，2014—2016年抽檢的1 094個商品有機肥料的平均合格率為72.5%，合格率有逐年提高趨勢，其中，重金屬和水分超標是造成商品有機肥產品不合格的主要原因。

本研究調查的樣本顯示，浙江省畜禽糞源有機肥存在重金屬超標、抗生素高殘留和原料含鹽量高等現象。As、Cd、Pb、Cr、Hg等超標樣本均有檢出，其中，以豬糞為原料的有機肥料重金屬超標率高于其他糞源有機肥。畜禽糞便原料是成品有機肥重金屬污染的主要來源。四環素類、氟喹諾酮類和磺胺類抗生素在商品有機肥中均有檢出，其中，四環素類化合物的檢出率最高，最大檢出質量濃度可達71.0 mg·kg-1。作為有機肥原料的畜禽糞便中鹽分含量在4.9～27.5 g·kg-1，其中，雞糞中最高鹽分含量達26.1 g·kg-1，豬糞中最高鹽分含量為16.3 g·kg-1。

根據研究結果，提出以飼料添加劑的科學、規范使用，和有機肥發酵工藝與成品質量嚴格管控為主要內容的畜禽糞源有機肥施用安全風險控制基本路徑與對策建議。