养殖场沼液重金属元素的ICP-OES测定

张云, 文勇立, 王永, 艾鹥, 泽让东科, 马力, 赵洪文

(1. 西南民族大学生命科学与技术学院, 四川 成都 610041; 2. 西南民族大学青藏高原研究院, 四川 成都 610041; 3. 四川省草原科学研究院, 四川 郫县 610097）

养殖场沼液重金属元素的ICP-OES测定

张云1, 文勇立2, 王永2, 艾鹥2, 泽让东科2, 马力1, 赵洪文3

(1. 西南民族大学生命科学与技术学院, 四川 成都 610041; 2. 西南民族大学青藏高原研究院, 四川 成都 610041; 3. 四川省草原科学研究院, 四川 郫县 610097）

采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)测定养殖场沼液中的重金属元素, 将所得结果用SPSS软件进行统计分析. 结果表明, 猪沼液中Mn、Cu、Pb、Cd含量显著低于牛沼液(P<0.01), As、Hg、Cr含量则显著高于牛沼液(P<0.05, P<0.01). 猪沼液中Hg、Cr、As含量显著高于国家灌溉标准(P<0.01), 牛沼液中Hg含量显著高于标准(P<0.01). 所有指标均显著低于污水综合排放标准(P<0.05, P<0.01). 结论: 猪沼液和牛沼液中重金属含量不同, 但是所有指标均符合污水综合排放标准(GB8978-1996).

沼液; 重金属元素; ICP-OES

沼液是将畜禽粪污等有机物经密封厌氧发酵产生沼气后的残留液[1]. 沼液不仅能够取代化肥, 还是生产有机食品的最佳肥料. 沼液中含有丰富的氮、磷、钾, 各类氨基酸、生长素、赤霉素、纤维素酶、单糖、腐殖酸、不饱和脂肪酸, 及其多种微量元素, 同时也含有多种重金属元素. 沼液中含有的重金属可能对土壤和作物产生危害, 并造成环境污染. 王琳等对奶牛粪便、沼液、沼渣的重金属进行了检测, 指出, 虽然粪便、沼液、沼渣的重金属含量没有超过农田中施用的最高浓度, 但长期施用存在潜在的环境污染风险[2]. 张继方等对稻草、麦秸、玉米秸和牛粪4中不同类型发酵原料的的有害物质含量进行了分析[3]. 孙广辉对猪粪+稻草、人粪尿、鸡粪3种原料发酵产生的沼液重金属含量进行了测定[4]. 然而, 鲜见报道猪沼液和牛沼液中重金属含量的测定与对比. 本研究对养殖场常规厌氧发酵沼液的重金属元素含量进行了分析, 同时检测能否达到国家排放标准, 为沼液的合理利用和环境保护提供依据.

1 材料与方法

1.1 样品采集

本实验采集某养猪场和某奶牛场沼液, 猪、牛沼液发酵原料分别由其粪、尿组成, 厌氧发酵温度为20-40℃.采集猪、牛沼液各8份, 低温密封保存带回实验室测定重金属元素.

1.2 重金属元素测定

待沼液澄清后, 取上清液过滤, 采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES, 美国ThermoFisher公司)测定[5].

1.3 数据分析

实验所得数据采用SPSS 19.0进行统计分析[6].

2 结果与分析

2.1 沼液重金属元素对比分析

表1 养殖场沼液重金属元素分析

表1显示, 沼液重金属元素中Mn、Cu、Pb、Cd含量猪场显著低于奶牛场(P<0.01), 而As、Hg、Cr含量猪场显著高于奶牛养殖场(P<0.05, P<0.01).

2.2 与国家灌溉水质标准对比

表2 养殖场沼液重金属元素与国家灌溉水质标准(GB5084-2005)对比

将养殖场沼液重金属元素的含量与国家灌溉水质标准(GB5084-2005)中的对应指标进行单样本t检验, 得到了如表2的结果. 表中猪沼液中除Hg、Cr、As含量显著高于国家灌溉标准之外(P<0.01), 其他指标均显著低于标准(P<0.01). 牛沼液中除Hg含量显著高于标准(P<0.01), P、Cr含量与标准差异不显著(P>0.05), 其他指标均显著低于指标(P<0.01).

2.3 与污水综合排放标准对比

表3 养殖场沼液重金属元素与污水综合排放标准(GB8978-1996)对比

将养殖场沼液重金属元素的含量与污水综合排放标准(GB8978-1996)中的对应指标进行单样本t检验, 得到了如表3的结果. 表中所有指标均显著低于污水综合排放标准(P<0.05, P<0.01).

3 讨论

3.1 养殖场沼液重金属元素分析

表1显示, 重金属元素Mn、Cu、Pb、Cd含量猪场显著低于奶牛场(P<0.01), 而As、Hg、Cr含量猪场显著高于奶牛养殖场(P<0.05, P<0.01). 沼液中的重金属主要来源于畜禽养殖的配合饲料[7]. 猪是非反刍动物, 饲养过程中以饲喂精料为主, 奶牛是反刍动物, 以饲草为主, 对粗饲料的利用率很高, 但是需要配合含适量粗纤维的

精料, 才能保持正常的消化机能[8]. 二者食用饲料不同, 代谢消化后的产物不同, 因而粪便的组分差异很大. 然而, 根据所得结果推断, 猪所饲喂饲料含有较高的As、Hg、Cr, 而奶牛饲料中含有较高的Mn、Cu、Pb、Cd.

从与国家灌溉水质标准对比得出(见表2), 猪沼液中Hg、Cr、As含量显著高于国家灌溉标准(P<0.01), 牛沼液中Hg含量显著高于标准(P<0.01). 然而, 根据与污水综合排放标准对比结果(见表3), 所有的指标均符合排放标准, 且显著低于最高排放浓度(P<0.01). 因此, 猪、牛沼液的排放与施用并不会造成环境污染.

4 结论与建议

4.1 结论

猪沼液和牛沼液中重金属含量不同, 可能是由所食饲料不同导致. 虽然猪沼液中Hg、Cr、As, 牛沼液中Hg含量显著高于国家灌溉标准(GB5084-2005)(P<0.01), 但是所有指标均符合污水综合排放标准(GB8978-1996), 且显著低于最高排放浓度(P<0.01).

4.2 建议

畜禽养殖所用饲料应当严格把关, 严防饲料原料、以及饲料加工过程中的重金属污染. 虽然沼液中重金属含量符合排污标准, 但长期排放仍存在污染隐患, 应引起重视, 采取措施, 加强监管.

[1] 汪崇, 高琳, 杨文亮. 以猪粪为主要发酵原料的沼液成分初步研究[J]. 现代畜牧兽医, 2012, 8: 51-52.

[2] 王琳, 吴珊, 李春林. 粪便、沼液、沼德勋, 等. 沼液养分和重金属农用安全风险分析[J]. 安徽农业科技, 2012, 40(19): 10246-10250.

[3] 孙广辉. 沼液灌溉对蔬菜产量和品质以及土壤质量影响的研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2006.

[4] 沈珉, 张顺祥, 刘佳华, 等. ICP-AES法同时测定尿液中17种元素含量方法研究[J]. 光谱学与光谱分析．2001, 22(2): 311-313．[5] 郝黎仁, 樊元. SPSS使用统计分析[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2003.

[6] 张馨蔚. 沼液还田对植物及其水土环境的影响研究[D]. 重庆: 西南大学, 2012.

[7] 杨凤. 动物营养学[M]. 北京: 中国农业出版社, 2006.

Determination of heavy metal element of biogas slurry by ICP-OES in farm

ZHANG Yun1, WEN Li-yong2, WANG Yong2, AI Yi2, TSERANGDONKO2, MA Li1, ZHAO Hong-wen3
(1. School of Life Science and Technology, Southwest University for Nationalities, Chengdu 610041, P.R.C.；
2. Institute of Qinghai-Tibetan Plateau, Southwest University for Nationalities, Chengdu 610041, P.R.C.；3.Sichuan Academy of Grassland Science, Pixian County 610097, P.R.C.)

In order to analyze the biogas slurry’s composition of farms, this paper determines the heavy mineral elements by ICP-OES. SPSS is used to analyse the results which show the contents of Mn, Cu, Pb, Cd of the biogas slurry in pig farm are significantly lower than those of cattle farm (P<0.01). But the level of As, Hg, Cr is higher than that of cattle farm (P<0.05，P<0.01). The contents of Hg, Cr, As of the biogas slurry in pig farm are higher than the national standard for irrigation (P<0.01). And the level of Hg in cattle farm is higher than the standard (P<0.01). All indicators are significantly lower than the integrated wastewater discharge standard (P<0.05，P<0.01). The contents of heavy mineral elements are different in biogas slurry on pig farm and cattle farm. But all indicators are in accordance with the integrated wastewater discharge standard(GB8978-1996).

biogas slurry; heavy mineral element; ICP-OES

S811.5

A

1003-4271(2014)01-0024-03

10.3969/j.issn.1003-4271.2014.01.05

2013-07-29

文勇立(1959-), 男, 博士, 教授;. Email: wansit99@ 163.com.基金项目：国家星火计划重大项目(2012GA810001); 西南民族大学“创新型科研项目”(CX2013SZ42)； 西南民族大学“优秀学生培

养工程项目”(13ZYXS79); 西南民族大学“青年教师基金项目”(13NZYQN20).