上海地區畜禽糞便中的重金屬含量分析

張亦菲，張浩然，徐汀，黃家鶯，華賢輝，田愷，曹瑩

(上海市獸藥飼料檢測所，上海 201103)

目前，畜禽規模化養殖程度不斷提高，銅(Cu)、鋅(Zn)等對于維持動物健康和促進動物生長具有重要作用的重金屬元素被廣泛添加在飼料中使用[1-2]。因重金屬元素具有難遷移、易富集、不可逆等特點，當未被消化吸收的重金屬元素隨糞便排到環境中，不僅會嚴重污染周邊的土壤、水體，富集至一定程度會對種植業造成影響，隨食物鏈進入動物體內累積后，甚至也會為食品安全帶來一定的風險[3-4]。近年來，由重金屬帶來的污染問題受到了廣泛關注，各地均開展了對養殖場畜禽糞污的重金屬監測工作。朱建春等[5]測定了陜西省11個地區規模化養豬場的豬糞樣品，結果表明豬糞中含有大量重金屬并以Cu、Zn含量最高；王飛等[6]通過檢測華北地區畜禽飼料和糞便后發現超標以Cu、Zn為主，且豬糞、雞糞超標情況最為嚴重；張樹清等[7]對北京、浙江、山東、吉林、江蘇、寧夏、陜西等7個省市的典型規模化養殖畜禽糞便的重金屬質量分數進行了研究測定，結果顯示除Cu、Zn外，糞便中砷(As)、鉻(Cr)含量偏高，且地區間存在較大差異性，可能與飼料添加劑和預混劑的使用量和飼喂水平有關。

上海市在2018年制定出臺了《上海市都市現代綠色農業發展三年行動計劃》，提出建立種養環境養護制度及綠色低碳循環生產方式，積極推行種養結合等節肥節藥生態農業模式，以全面貫徹《國務院辦公廳關于加快推進畜禽養殖廢棄物資源化利用的意見》(國辦發﹝2017﹞48號)。計劃中提出增施以畜禽糞便為主的有機肥料，以破解當前農藥過量施用等農業污染問題，在大力推行種養循環的發展機制下，上海地區畜禽糞便中重金屬殘留量的監測便顯得尤為必要。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

按照國家標準《畜禽糞便監測技術規范》[8]的要求，選擇上海市崇明區、奉賢區、金山區和松江區的15家畜禽養殖場，共采集畜禽糞便樣品138份，其中豬糞樣品88份，牛糞樣品15份，雞糞樣品15份，羊糞樣品20份，見表1。88份豬糞樣品中有40份分別來自配種、妊娠、哺乳和保育階段，48份來自育肥階段，見表2。樣品經自然風干后，粉碎，裝入密閉容器中，于陰涼處存放。

表1 不同地區畜禽糞便樣品數量

表2 不同養殖階段豬糞樣品信息數量

1.2 試劑與儀器

試劑：硝酸(優級純)購自上海安譜實驗科技股份有限公司；鎘(Cd)(100 μg·mL-1)以及Cr、鎳(Ni)、Cu、Zn、As、汞(Hg)、鉛(Pb)元素標準溶液(1 000 μg·mL-1)購自美國Inorganic Venture公司；土壤成分分析標準物質(GBW07401a)購自中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所；內標混合溶液(100 mg·L-1)購自美國Agilent公司；試驗用水均為一級水。

儀器：8800型電感耦合等離子體質譜儀，美國Agilent公司；SPB 50-48型電熱板，美國Perkin Elmer公司。

1.3 方法

1.3.1 稀釋溶液的制備

準確移取20 mL硝酸于1 000 mL容量瓶中，加入2 mL金元素標準溶液，用一級水定容至刻度，制備得到稀釋溶液。

1.3.2 標準系列溶液及內標工作溶液的制備

準確移取各元素標準溶液適量，用稀釋溶液稀釋至不同濃度，制備得到標準系列溶液，用以繪制標準曲線。選擇安捷倫公司提供的內標溶液，用一級水稀釋至1 mg·mL-1，制備得到內標工作溶液，利用蠕動泵在線添加。各元素系列濃度及相應的內標元素見表3。

表3 標準系列溶液濃度 ng·mL-1

1.3.3 樣品溶液的制備

制作平行樣2份。準確稱取糞便樣品0.5 g，放入一次性平底消解管中，加入硝酸10 mL，置于電熱板中120 ℃加熱30 min。冷卻至室溫，轉移至50 mL棕色瓶中，用一級水定容至刻度，制備得到消解溶液。準確移取1 mL消解溶液于10 mL棕色容量瓶中，用一級水定容至刻度，制備得到樣品溶液，待上機。若個別重金屬元素含量超出標準曲線范圍，則用一級水進一步稀釋至曲線范圍內，重新測定。

1.3.4 質控溶液的制備

準確稱取0.5 g標準物質，按照1.3.1進行處理，制備得到質控溶液。根據證書上提供的標準值范圍，對測定值的準確度進行判定。

1.3.5 儀器的分析條件

使用安捷倫公司提供調諧溶液對儀器狀態進行調諧，使儀器達到最佳狀態，并得到如下分析參數。RF功率，1 550 W；等離子氣流量，15 L·min-1；載氣流量，1.05 L·min-1；采樣深度，8.0 mm；霧化室溫度，2 ℃；碰撞池氣體流量，10 mL·min-1；蠕動泵轉速，0.5 r·s-1；檢測模式，He模式；掃描數，20次；重復數，3次；采集點數，3個；進樣時間，60 s；沖洗時間，20 s。

1.3.6 樣品的測定

按照1.3.5的儀器條件，對標準系列溶液、樣品溶液及質控溶液進行測定，內標法定量。

1.4 數據統計與分析

采用Excel軟件進行數據統計，單因素方差分析進行差異性比較，數據采用“平均值±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 方法的線性及質控溶液的測定

由表4可見，對標準系列溶液和質控溶液進行測定，得到標準曲線的相關系數r≥0.999 9，表明本方法線性關系良好。質控溶液的測定值均在標準值的范圍內，相對標準偏差(RSD)在0.8%～2.6%范圍內，表明本方法具有良好的準確度和精密度。

表4 線性關系及質控樣品測定結果(n=5)

2.2 不同類別畜禽糞便中重金屬含量分析

本市3個豬場、3個奶牛場、3個雞場和4個羊場采集的共計98份糞便樣本中8種重金屬含量測定結果見表5。由測定結果可知，育肥豬糞、雞糞、牛糞和羊糞中各項重金屬元素含量之間存在較大差異，且含量波動范圍很大。重金屬平均含量在不同類別畜禽糞便中整體表現為Zn>Cu>Cr>Ni>Pb>As>Cd>Hg ，其中豬糞中Zn、Cu、Ni的平均含量顯著高于雞糞、牛糞和羊糞(P<0.05)；羊糞中Cu、Zn的平均含量顯著低于其他3種畜禽糞便(P<0.05)，而As、Cd的平均含量顯著高于其他畜禽糞便(P<0.05)；Cr的平均含量在4種畜禽糞便中無顯著差異(P>0.05)；Pb、Cd在牛糞中的含量顯著低于其他3種畜禽糞便(P<0.05)；Hg僅在豬糞中檢出。

2.3 不同地區糞便中重金屬水平比較

因上海各區退養進程不一致，僅羊糞樣品覆蓋崇明、奉賢、金山和松江4個地區，其他3種糞便均只涵蓋3個地區，不同地區糞便中重金屬含量比較見表6。豬糞樣品中，崇明區Cu、Zn和Pb含量顯著高于金山區和松江區(P<0.05)，金山區As、Cd含量顯著高于崇明區和松江區(P<0.05)，松江區Cr含量顯著低于崇明區和金山區(P<0.05)，Ni含量在3個地區樣品中無顯著差異(P>0.05)。雞糞樣品中，除Cu、Cd外其他元素含量均在松江區樣品中顯著高于奉賢區和金山區(P<0.05)，奉賢區Cu含量顯著高于金山區和松江區(P<0.05)，Cd含量在3個地區樣品中無顯著差異(P>0.05)。牛糞樣品中，Cr、Ni、As和Pb在奉賢區樣品中含量顯著高于崇明區和金山區(P<0.05)，Cu、Zn、Cd在金山區樣品中含量較高。羊糞樣品中，Cr含量在崇明、奉賢、金山和松江4個地區無顯著差異(P>0.05)，松江區樣品中Zn、As和Cd含量水平顯著高于其他3個地區(P<0.05)。

表5 不同類別畜禽糞便中重金屬含量 mg·kg-1

表6 不同地區畜禽糞便中重金屬含量比較 mg·kg-1

2.4 不同養殖階段豬糞便中重金屬水平比較

因生豬養殖場各階段的飼料配方及飼喂注意事項均有所差異，本試驗以崇明某養殖場采集的豬糞便為樣本進行不同養殖階段重金屬水平比較，見表7。由檢測結果可知，豬糞中8種重金屬檢出率為100%，且不同養殖階段豬糞中各重金屬含量均存在差異：育肥階段豬糞中Cr的平均含量顯著高于其他4個養殖階段(P<0.05)；保育階段豬糞中Cu、Zn、As、Cd的平均含量顯著高于其他養殖階段(P<0.05)，該養殖階段檢出Cu含量最高的達1 155.02 mg·kg-1，而Zn含量最高檢測結果達到14 712.25 mg·kg-1，但同時保育階段Cr和Ni含量水平顯著低于其他階段(P<0.05)。

表7 不同養殖階段豬糞便中重金屬含量比較(n=10) mg·kg-1

3 討論

據相關部門統計，以畜禽糞尿為原料的有機肥每年帶入土壤的重金屬約有13.3萬t，與上個世紀90年代初相比，畜禽糞便中Zn、Cu、As、Hg含量均增加較多[9]。此次重金屬含量調查的糞便樣品采自上海市各規模化養殖場，可以反映局部地區規模養殖的畜禽糞便性質。根據朱建春等[5]在評價糞便產生量時采用的估算方法，計算豬糞產生量時養殖數量以肉豬出欄頭數為樣本量，飼養周期為育肥豬飼養周期，故在本文中選擇48份育肥階段的豬糞為樣本進行重金屬含量水平比較分析。由測定結果來看，豬、雞、牛、羊4種主要養殖動物糞便中重金屬含量主要以Cu、Zn為主，Cr含量也高于其他重金屬元素，并且豬糞中重金屬含量普遍高于雞糞、牛糞和羊糞，這與候月卿等[10]對上海、福建、山東和安徽等8個省的畜禽養殖場重金屬調研結果一致。這種普遍的含量狀況可能與飼喂過程中飼料添加劑的使用有關，Cu、Zn是畜禽生長、繁育所必需的微量元素，Cr可顯著提高機體免疫力、改善胴體品質[11]。

目前，上海市涉及的9個區畜禽養殖發展方向劃分為全部退養區、逐步消減區及適度保持現狀規模區。本研究中樣本覆蓋的4個地區中松江、崇明和金山區均為適度保持現狀規模區，奉賢區為逐步消減區，現已完成生豬全面退養[12]。各區畜禽糞便中重金屬含量水平雖有一定的差異顯著性，但仍表現為Zn>Cu>Cr>Ni>Pb>As>Cd>Hg，反映出各地區規模化養殖中多使用相似的商品化飼料；崇明區、松江區各有部分重金屬元素含量水平較高，可能與養殖戶的飼喂方式不同有關；但對于Pb等飼料衛生指標也表現出地區性含量差異，則反映出不同地區養殖場的水源、環境中Pb元素本底水平可能存在差異[13]。

生豬飼養過程中為了滿足不同時期不同生長情況的動物營養需求，會利用不同飼料原料進行合理搭配，以提高生長速度與肉品質量[14]。保育豬是指從出生后3～5周齡斷奶到10周齡階段的仔豬，也是容易產生重大應激的養殖階段，飼喂時會更加注重飼料營養配比。根據2018年發布的中華人民共和國農業部公告第2625號中相關規定，仔豬(≤25 kg)配合飼料或全混合日糧中Cu元素最高限量則為125 mg·kg-1，而在仔豬斷奶后前2周特定階段，允許在Zn元素最高限量110 mg·kg-1的基礎上使用氧化鋅或堿式氯化鋅至1 600 mg·kg-1。但此次檢測結果中保育期豬糞便中Cu、Zn含量平均水平也分別高達1 111.81和13 105.23 mg·kg-1，明顯高于飼料中對應限量值，直接反映出飼喂階段養殖戶為了滿足快速增長發育的需求而在飼料中進行了高劑量添加。

近年來，有機肥重金屬污染問題在國內外引起了廣泛關注，各個國家都制定和實施了有機肥相關標準[15]，若參照歐盟有機肥標準中有機耕種用途的限量要求，此次檢測的上海地區豬糞中Cu與Zn平均含量均超標，牛糞和雞糞中的Zn元素超標。而我國目前出臺的相關標準中規定的元素種類有限，《畜禽糞便安全使用準則》[16]僅規定了Cu、Zn及As的限量要求，《有機肥料》[17]對Cr、As、Cd、Hg及Pb等5種重金屬元素的限量作出規定。結合以上2個農業行業標準的限量要求，除Ni未做規定外，此次檢測的上海地區4種畜禽糞便中重金屬平均含量均符合規定。但檢測結果也反映出上海市不同地區、不同養殖階段豬糞的Cu、Zn含量水平存在較大差異，如崇明地區保育階段豬糞樣品中Cu、Zn平均含量均超出《畜禽糞便安全使用準則》[16]中Cu、Zn的標準限量值(800和3 400 mg·kg-1)，但上海地區育肥階段的豬糞中Cu、Zn平均含量水平符合限量要求，可見豬糞中高銅高鋅的情況會隨著飼喂方式的變化而得到控制。

針對該結果，建議在上海各養殖場設立監測點，定點分階段監測畜禽糞便重金屬含量的變化規律及對農田環境、農業生產和農產品質量的影響，逐步建立監控體系。同時應加強對飼料原料質量管理及飼料添加劑使用等環節的控制，關注各養殖階段的飼喂情況，嚴格按照相關要求科學合理地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，從源頭上控制畜禽糞便重金屬污染問題。

畜禽退養實施后，仍保留的畜禽規模養殖場現有的糞污處理設備及技術還較為落后，不能完全達到環保部門制定的要求，除了加強源頭控制及末端監控，糞污的處理能力水平也亟需提高，規模化畜禽養殖場必須加大環保投入，更新設施設備并完善處理工藝，加強末端控制，以實現上海都市綠色農業的可持續發展[18]。