北京畜禽糞肥中重金屬的污染風險評價

范珊珊 劉繼遠 譚曉東 季衛 高飛 李昌偉 何威明

摘 要：隨著畜牧業集約化和規模化的發展，畜禽糞便產生量不斷增加，畜禽糞肥還田利用率不斷提高，但畜禽糞肥重金屬污染問題日益突出。為防控畜禽糞肥的環境污染、促進養殖業廢棄物安全利用和有機農產品的生產，以2012—2019年抽檢的畜禽糞肥樣品為主要研究對象，通過了解北京市畜禽糞肥中的Hg、As、Pb、Cr和Cd重金屬含量情況，采用內梅羅綜合污染指數評價法和Hakanson生態風險指數法評價其污染程度和潛在生態風險程度。結果表明，各類畜禽糞肥重金屬的平均含量均在《畜禽糞便堆肥技術規范》的限量范圍內，整體超標率較低;重金屬綜合污染指數均在安全范圍內，農用還田利用不會引起嚴重重金屬污染，但仍存在一定的潛在生態危害，尤其以羊糞中的Cd和農家堆肥中的Hg、Cd最為嚴重，達到強或很強生態風險污染程度。在今后畜禽糞肥的堆肥和無害化處理中，應加強管理，嚴防生態污染。

關鍵詞：畜禽糞肥;重金屬;風險評價

中圖分類號 S141 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2021）24-0080-05

Risk Assessment of Heavy Metal Pollution from Livestock and Poultry Manure Fertilizer in Beijing

FAN Shanshan et al.

（Beijing Soil Fertilizer Extension Service Station， Beijing 100029， China）

Abstract： With the development of animal husbandry intensification and large-scale， the livestock manure output and promotion is increasing， and heavy metal pollution from livestock and poultry manure is increasingly prominent. To prevent and control environmental pollution from livestock and poultry manure， promote the safe use of livestock waste and the development of organic food， the article was studied with nine kinds of manure samples from 2011 to 2019 as the experimental material. The content of the Hg、As、Pb、Cr and Cd were analyzed， the degree of pollution was evaluated by the Nemerow comprehensive pollution indexes and the the potential ecological risk was evaluated by adopting Hakanson ecological risk index. The results show that the content of all the kinds of livestock and poultry manure are under the scope of the Technical specification for animal manure composting， and the exceeding rate is relatively low. The comprehensive pollution index was clean and safe level， using to the farm does not cause serious heavy metal pollution problems. But there are certain ecological risks， especially the Hg and Cd in sheep and farm compost are the moderate or strong ecological risk. The management should be strengthened and ecological pollution should be strictly controlled in the composting and harmless treatment of livestock manure in the future.

Key words： Livestock and poultry manure fertilizer; Heavy metals; Risk assessment

近年來，我國養殖方式從家庭散養向規模化養殖迅速轉變，畜牧業養殖區、養殖大戶的建設逐漸增多，規模化、集約化程度不斷提高，養殖量快速增長[1]。與此同時，伴隨產物畜禽糞便排放量也在不斷增加，到2016年將達到3.8×109t，但畜禽糞便資源化利用率不高，僅60%[2]，由此產生了農業面源污染等一系列環境污染問題。畜禽糞便農用是比較常見的處理方式，2017年農業農村部制定《畜禽糞污資源化利用行動方案（2017—2020年）》，全面推進畜禽養殖廢棄物資源化利用，促進畜禽糞污還田利用[3]。然而，糞便的還田施用會造成潛在的環境污染問題，其中尤以重金屬污染為主要問題[4]，重金屬通過還田被引入農田，經農作物吸收等途徑最終進入人體，威脅人類健康。

畜禽糞便中的重金屬引起了公眾對畜禽糞便農用造成土壤和農產品安全潛在風險的擔憂[5-7]。為此，本研究對北京市2012—2019年連續8年檢測的畜禽糞肥中重金屬含量情況進行了統計分析，通過內梅羅綜合污染指數評價法和Hakanson生態風險指數法評價其污染程度和潛在生態風險程度，以期為畜禽糞肥還田利用，規范有機肥料生產和使用以及制定肥料標準提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 樣品采集 供試樣品來源于2012—2019年北京市肥料登記抽檢的980個畜禽糞肥樣品，涉及房山、大興、順義、通州、昌平、密云、延慶、懷柔等多個區縣，采樣按肥料采集方法統一采集與處理。

1.2 樣品重金屬測定方法 樣品重金屬含量參照NY/T 1978-2010[8-9]標準進行處理，將樣品風干后過2mm篩，置于樣品袋中干燥保存。樣品經過鹽酸-硝酸消煮后，用原子吸收分光光度法分析測定Cd、Pb、Cr，采用原子熒光分光光度法測定As、Hg的含量。

1.3 數據處理 采用Microsoft Excel 2010統計軟件進行數據分析。

1.4 評價方法

1.4.1 單因子污染指數法 單因子評價法[10-12]，是指對一種重金屬污染進行評價，然后通過污染指數的大小評價各種污染物的主次，以污染指數的大小來表示污染程度。單因子指數法能比較好地評價出肥料中重金屬的污染程度。單因子污染指數計算公式為：

Pi=[CiSi]

式中，Pi為第i種重金屬的質量分數（單因子污染指數），Ci為第i種重金屬含量的均值（mg·kg-1），Si為第i種重金屬限量標準（mg·kg-1），Pi值越大重金屬污染越嚴重。單因子污染指數法評價標準見表1。

1.4.2 內梅羅指數評價法 內梅羅指數法可以全面、整體地反映肥料中重金屬的污染程度，所以把單因子污染指數通過一定的方法綜合起來利用，然后對多種重金屬污染進行評價分析，即應用綜合污染指數法評價。重金屬元素綜合污染評價采用兼顧單元素污染指數平均值和最大值的內梅羅綜合污染指數法[12-14]。其計算公式如下：

P綜=[（Pl）2+（Pimax）22]

[Pl=1ni=1nPi]

式中，P綜為內梅羅綜合污染指數;Pi為某種重金屬單因子污染指數;Pimax為5重金屬單因子污染指數的最大值。綜合污染指數法不僅考慮了各種污染物的平均污染狀況，而且考慮了污染程度最嚴重的污染物的權重，能夠較全面地反映出重金屬污染的真實狀況。內梅羅綜合污染指數法評價標準見表2。

1.4.3 潛在生態風險評價 采用Hakanson潛在生態風險指數（RI）[15-18]對畜禽糞便農用的重金屬潛在生態風險進行評價，是一種既可以了解單個重金屬對土壤的生態風險，又可以綜合的了解重金屬對土壤生態風險的評價方法。計算公式如下：

RI=[Eir];

[Eir=][Tir×Cif];

[Cif=][CiD/Cin]

式中：[Eir]為重金屬i的潛在生態風險系數，[Tir]為重金屬i的毒性響應因子（Pb、Cd、Cr、As、Hg分別為5、30、2、10、40）[15]，[Cif]為重金屬i的污染系數，[CiD]為重金屬i的測定值，[Cin]為當地重金屬i的背景值見表3[19-21]，RI為綜合潛在生態風險指數。潛在生態風險危害評價指標見表4。

2 結果與分析

2.1 畜禽糞肥中的重金屬含量 從重金屬含量情況可以看出（表5），在5種重金屬元素中，影響畜禽糞肥品質的最主要元素是Cr，其平均含量均高于其他元素，其次是Pb，Hg和Cd的平均含量最低，不超過0.8mg·kg-1。重金屬元素在不同種類的畜禽糞肥中含量也各有差異，As在豬糞中含量高于其他糞肥，Cr在雞糞中含量高于其他糞肥，這與賈武霞等的研究結果相同[22]，Pb在沼渣沼液中含量高于其他糞肥，Cd在農家堆肥中高于其他糞肥。

以往我國對畜禽糞便堆肥的重金屬無害化標準采用的是GB 4284-2018《農用污泥中污染物控制標準》[23]，標準規定Cd、Hg、Pb、Cr、As總含量的最大極限值分別為3、3、300、500、30mg kg-1，2019年農業農村部發布的《畜禽糞便堆肥技術規范》NY/T3442-2019[24]，規定堆肥產物質量要求As、Hg、Pb、Cd、Cr，為15、2、50、3、150mg·kg-1，這個規定比以往的標準對重金屬含量要求更嚴格，更規范，因此本文采用《畜禽糞便堆肥技術規范》進行比較。結果顯示（表5），羊糞、其他糞肥和沼渣沼液重金屬未超標，鴨糞和農家堆肥僅有1種元素超標，雞糞和豬糞超標元素最多。從不同重金屬元素超標情況看，Cd未超標，Pb超標率較低，As超標率最高，以豬糞中的As超標最為嚴重。畜禽糞便中的重金屬含量與飼料中的添加劑及防病蟲害的微量元素有關，企業為了利益最大化，加大了使用劑量，這些元素在體內消化吸收低，大都隨糞便排出，造成畜禽糞便重金屬含量超標[25-26]。

2.2 污染評價

2.2.1 污染指數評價 從表6可以看出，5種重金屬的單因子污染指數Pi值均小于等于0.6，全部為清潔等級，除雞糞和農家堆肥外，As元素的Pi值高于其他重金屬的Pi值，其中豬糞中的As最高，為0.52;雞糞中Cr的Pi最高，農家堆肥中Cd的Pi最高。從綜合污染指數來看，所有種類的畜禽糞肥重金屬污染等級均為安全等級，分別為0.35、0.39、0.23、0.29、0.27、0.33、0.26、0.24、0.16，豬糞的污染程度最高，其次是豬糞。因此，今后生產有機肥產品時應注重As的污染性，同時還應加強豬糞還田應用時的污染防控。

2.2.2 潛在生態風險評價 根據潛在生態風險指數（表7），Pb、Cr、As污染水平均為輕微生態風險;Cd為中等生態風險以上，在羊糞中為強生態風險，風險指數達100.8，在農家堆肥中為很強生態風險，風險指數高達201.7;Hg在農家堆肥中為強生態風險，風險指數達100.0，在雞糞、豬糞、牛糞和羊糞中為中等生態風險，風險指數為50.0，在其他種類糞肥中為輕微生態風險。綜合潛在生態風險評價結果表明，羊糞農用為中等生態危害，農家堆肥農用為強生態危害，而其他種類糞肥均為輕微生態危害。因此，在今后糞肥還田利用中，應加強土壤中Cd和Hg的生態風險防控。

3 討論與結論

根據2017年北京市統計數據，畜禽養殖出欄量如下：豬112.2萬頭、牛12.8萬頭、羊35.2萬只，家禽1382.4萬只，共占全國畜禽養殖出欄量的0.23%[27]。北京雖不是畜牧業發達的省市，但畜禽糞便帶來的重金屬污染不可避免，因此，對畜禽糞便農用帶來的重金屬污染進行風險預警十分必要。另一方面，畜禽糞便是生產商品有機肥料的主要原料，畜禽糞便中重金屬含量增加，商品有機肥的質量也會受到影響，重金屬通過糞肥直接還田或者商品有機肥應用被引入農田[28]。由于重金屬元素不能被土壤中的微生物降解，它們將長期滯留在土壤中，如果大量施用，超過土壤的承受能力，便會產生毒害，影響土壤健康功能，從而帶來生態環境風險。

本研究結果表明，不同類型畜禽糞肥中重金屬含量各不相同，北京市畜禽糞肥中重金屬的平均含量均在《畜禽糞便堆肥技術規范》限量范圍內，但仍有部分樣品存在超標現象，Cd無超標情況，As超標率最高，其中以豬糞中的As超標最為嚴重;內梅洛綜合污染指數均為安全等級，畜禽糞肥重金屬污染程度較低;但農用還田時存在一定的潛在生態危害，其中Cd、Hg潛在生態危害較大，尤其以羊糞中的Cd和農家堆肥中的Hg、Cd最為嚴重，綜合評價指數達到強或很強生態風險污染程度。因此，使用畜禽糞肥還田不致引起嚴重重金屬污染問題，但應加強對畜禽糞肥的無害化處理和監管，嚴防生態風險。

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（責編：張宏民）