嘉兴市主要生猪规模化养殖饲料和粪便重金属污染特征

石艳平，黄锦法，倪雄伟，谢建萍，任佳佳

(嘉兴市土壤肥料工作站,浙江嘉兴 314050)

嘉兴市主要生猪规模化养殖饲料和粪便重金属污染特征

石艳平，黄锦法，倪雄伟，谢建萍，任佳佳

(嘉兴市土壤肥料工作站,浙江嘉兴 314050)

对27家规模生猪养殖场饲料和对应粪便样品重金属含量进行分析研究,结果猪饲料中Cr,Cu, Zn,Pb,As含量加权平均值分别为4.6,123.4,370.7,0.69和6.9 mg·kg-1,参照《饲料添加剂安全使用规范》和《农业部1224号公告》,超标率分别为5.36%,62.5%,19.64%,3.57%和37.5%。猪饲料重金属含量排序为仔猪＞中猪＞大猪＞母猪,但饲料重金属超标率排序为:大猪＞母猪＞中猪＞仔猪,大猪饲料超标率超过95%。参照《有机肥料》(NY 525—2012)和《污泥农用污染物控制标准》(GB 4284—84),猪粪Cu,Zn, As超标,超标率分别为71.9%,78.9%和42.1%。仔猪粪便Cu和Zn超标率均达到100%。生猪饲料和对应粪便重金属含量呈较强的正相关,猪饲料与对应粪便中Hg,Cu,As含量的相关系数R2＞0.8,对应Cr相关系数R2＞0.6。

畜禽粪便;饲料;有机肥;重金属

文献著录格式:石艳平,黄锦法,倪雄伟,等.嘉兴市主要生猪规模化养殖饲料和粪便重金属污染特征[J].浙江农业科学,2015,56 (9):1494-1497.

DOI 10.16178/j.issn.0528-9017.20150951

规模化畜禽养殖业的快速发展产生了大量的畜禽粪便,已成为我国农村主要的面源污染物。畜禽粪便及污水难以得到及时处理和合理利用,造成了严重污染,带来一系列的环境问题,如占用和污染农田、水体,产生恶臭和造成生物污染[1],日本很早就用“畜产公害”概念高度概括了这一问题的严重性[2]。畜禽粪便作为土壤的改良材料已经有好几百年的历史,恰当地施用可以提高土壤肥力,改善土壤的理化性质,增加作物产量和品质[3-5]。农用虽然是处理这些废弃物经济有效的措施之一[6],但目前畜禽粪便的成分与以往比已经发生了质的变化。当今Cu,Zn,As等微量元素作为饲料添加剂在畜禽养殖中的广泛使用,加之畜禽对微量重金属元素吸收利用率低,这些重金属元素大部分积累在畜禽粪便中,导致畜禽粪便和以畜禽粪便作为主要原料生产的商品有机肥料重金属含量提高,增加了有机肥料施用的环境风险[7]。据统计,我国每年使用的微量元素添加剂约为15～18万t,而其中大约56%～67%未被动物利用而随畜禽粪便的排出进入环境[8]。另有调查显示,粪便中Cu,Zn,Cr等重金属元素含量随饲料中的含量增加而增加,且呈不对应线性相关[9]。畜禽饲料添加剂引起动物粪便中重金属含量超标问题,已经成为畜禽粪便被肥料化利用的重要瓶颈。近年来,国内外关于畜禽饲料重金属添加剂和畜禽粪便重金属残留的调查研究均有报道,但将畜禽饲料和粪便两者对应起来,研究由饲料-粪便重金属累积与迁移转化特征的报道却很少。系统研究畜禽饲料与粪便中重金属含量的对应关系,对于合理控制畜禽饲料添加剂和以畜禽粪便作为原料生产有机肥的质量有着重要意义。因此,本文旨在为畜禽养殖业发展,以及有机肥重金属的源头控制及畜禽粪便有机肥化利用的环境风险提供依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

在嘉兴市五县(市)两区共采集了27个规模养猪场饲料及畜禽粪便样品,畜禽饲料样品与粪便样品采集时一一对应,即采集养殖场内日常喂养饲料及对应生猪舍内未经处理的新鲜粪便。其中,同一养猪场内分4个型号:仔猪(≤30 kg)、中猪(30～60 kg)、大猪(≥60 kg)、母猪(≥60 kg),饲料和粪便均分别采集。在采样过程中用竹铲、塑料袋盛装,避免与金属物质接触,共采集有效猪粪及对应饲料样本56组。

1.2 样品测试与数据处理

畜禽粪便样品自然风干、饲料样品烘干处理后,均研磨并通过孔径为0.425 mm尼龙筛。样品均采用HNO3-H2O2微波消解(安东帕microwave3000),消化液稀释定容至50 mL后,待测液铜(Cu)、锌(Zn)、铬(Cr)、镍(Ni)、镉(Cd)、铅(Pb)、汞(Hg)、砷(As)8个重金属元素含量委托农业部农产品及转基因监督检验检测中心(杭州)测试(ICP-AES和ICP-MS法)。数据处理由Excel完成,同一粪便对应饲料有2种的,分析相关性时取2种饲料样品的平均值。

2 结果与分析

2.1 饲料重金属含量

据调查,60份生猪饲料样品中,有35份(占58.3%)是商品猪饲料。测试8种重金属的平均值、最大值、最小值列表1。另有25份猪饲料是养殖场(户)用豆粕、玉米等为主要原料自配,8种重金属的平均值、最大值、最小值列表2。

表1 商品猪饲料的重金属含量（n=35）mg·kg-1

表2 养殖场（户）自制猪饲料的重金属含量（n=25）mg·kg-1

从表1、表2中可以看出,Cr,Cu,Zn,Pb, As最大值与最小值差异倍数均较大,均在5倍以上,而另外3个元素Ni,Cd,Hg在饲料中含量变化幅度不大。说明有的饲料中含Cr,Cu,Zn,As, Pb元素的添加剂的可能性大。自配饲料与商品饲料重金属含量特征相似,说明自配饲料可能使用了与商品饲料基本相同的原料和添加剂。加权均值比较来看,自配饲料中Cu,Zn,As元素均值都低于商品饲料,但自配饲料中最大值与最小值相差倍数要更大,说明商品饲料添加重金属量控制相对稳定,而自配饲料中重金属添加量具更大随机性。

经对不同生育阶段猪饲料统计分析(表3),各生育阶段猪饲料中Ni,Cd,Pb,Hg 4个元素含量不高且各样品间相差不大;而Cr,Cu,Zn,Pb, As含量相对较高,平均值分别达到4.6,123.4, 370.7,0.69和6.9 mg·kg-1,且含量变幅很大。其中仔猪饲料锌平均含量高达934.60 mg·kg-1,分别是中猪、大猪和母猪饲料的2.5倍、6.5倍和6.6倍。且仔猪、中猪和大猪饲料铜和砷含量均大大高于母猪饲料。这说明生猪饲料中后4种元素很可能被普遍添加,且添加量差异性很大。

表3 不同型号猪饲料的重金属平均含量mg·kg-1

另外,大猪饲料重金属仍保持着很高的浓度, Cr,Cu,Zn,As分别为5.59,178.5,144.8和7.60 mg·kg-1,有研究称,高浓度的饲料添加剂对内脏器官产生损伤和人类食用猪肉及内脏高量的重金属元素将带来严重影响[10-11]。总体来看,仔猪饲料重金属浓度最高,母猪饲料浓度最低。

2.2 粪便重金属含量

生猪吃了高量重金属的配合饲料,也必然引起排泄物富含重金属,且饲料中添加越多,粪便中排泄越多[11]。表4中可以看出,猪粪重金属含量大大高于饲料,部分元素甚至高出数十倍,说明重金属在生猪消化吸收后存在明显的浓缩效应。朱兆良院士[12]也认为,因生物富集作用,畜禽粪便重金属会高出饲料数倍。且不同样品间相差也很大,特别是Cr,Cu,Zn,Pb,As最大值分别达到62.33, 1 043.4,9 336.3,25.75和218.0 mg·kg-1,而最大值与最小值之间相差几十倍。仔猪粪便Cr, Cu,Zn平均含量最高,分别达6.91,628.60和3 834.60 mg·kg-1,不同型号猪粪重金属量总体排序大致为仔猪＞中猪＞大猪＞母猪,这一特点与饲料基本一致。

2.3 重金属超标评价

按照《饲料添加剂安全使用规范》和《农业部1224号公告》对饲料进行评价(表5),可以看出,总体上猪饲料以Cu,As,Zn超标较多,分别达到62.5%,37.5%和19.64%,而Cr,Pb少量超标。大猪、母猪、中猪饲料Cu,Zn,As超标率很高,大猪、母猪饲料Cu超标率高达95.45%和41.70%,中猪饲料As超标率高达60.00%。各型号猪饲料中重金属超标率排序为大猪＞母猪＞中猪＞仔猪,这与饲料排序有相反的趋势,这主要是评价标准限值不同引起的,仔猪饲料允许添加限值较高。

NY 525—2012《有机肥料》标准对重金属限定有As,Hg,Pb,Cd,Cr 5种元素,限定值分别为15 mg·kg-1,2 mg·kg-1,50 mg·kg-1,3 mg· kg-1,150 mg·kg-1。对照标准,猪粪仅有As超标,猪粪超标率42.1%。仔猪、中猪、大猪和母猪粪便As分别超标35.5%,66.7%,36.4%, 50.0%。另外,参照《污泥农用污染物控制标准》(GB 4284—84),限定的Cu、Zn和Ni含量分别不超过250,500和100 mg·kg-1,依此评价,猪粪Cu,Zn均有超标,猪粪Cu,Zn超标率分别达到71.9%和78.9%,其中仔猪粪便Cu,Zn超标率均达到100%。可见,富含Cu,Zn,As的饲料添加剂,对粪便有机肥化利用存在较大重金属超标风险。

表4 不同型号猪粪便的重金属含量mg·kg-1

表5 不同型号猪饲料的重金属超标率

表6 不同型号猪猪粪的重金属超标率

2.4 饲料与粪便重金属相关性

通过对猪饲料与猪粪便重金属进行相关性分析,经线性拟合方程和相关系数见表7。可以看出,Hg, Cu,As,Cr 4个元素相关性较好,相关系数R2值均在0.62以上,特别是前3个元素R2值均大于0.80,说明粪便中这4个元素主要是经饲料中摄入,且粪便中含量与饲料中添加量呈直线相关。且通过线性方程可以看出,含Zn和As的饲料经猪肠道消化后,排出粪便重金属浓缩倍数最大。

表7 猪粪与猪饲料重金属含量的相关性（n=56）

3 小结

猪饲料中Cr,Cu,Zn,Pb,As含量加权平均值分别为4.6,123.4,370.7,0.69和6.9 mg· kg-1,超标率分别为5.36%,62.50%,19.64%, 3.57%和37.50%,生猪饲料中可能添加Cr,Cu, Zn,Pb,As等重金属元素较为普遍。商品猪饲料中重金属添加剂量相对稳定,而自配饲料中添加量不可控性较大。

仔猪、中猪、大猪、母猪4个型号猪种中,饲料中主要几种可能被添加的重金属含量排序大致为:仔猪＞中猪＞大猪＞母猪;但饲料重金属超标率排序为:大猪＞母猪＞中猪＞仔猪,大猪饲料超标率超过95%。另外,商品饲料中重金属量相对稳定,而养殖场(户)自配饲料中添加重金属量具更大的随机性。

生猪和鸡粪便中重金属含量较高的元素种类与对应饲料相一致,剂高量重金属的饲料对应高量重金属的粪便。参照《有机肥料》(NY 525—2012)标准中限定的As,Hg,Pb,Cd,Cr 5个元素中,猪粪均仅有As超标,超标率分别为42.1%。另参照《污泥农用污染物控制标准》(GB 4284—84)对Cu,Zn,Ni的限定,发现猪粪Cu和Zn大量超标现象,超标率分别达到71.9%和78.9%。

畜禽饲料和对应消化吸收后排出的粪便中重金属含量呈较强的正相关关系。猪饲料与对应粪便中Hg,Cu,As存在极显著的正相关,相关系数R2均在0.8以上,Cr相关系数R2也在0.6以上。

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(责任编辑：卢福庄)

S 81;X 713

A

0528-9017(2015)09-1494-04

2015-06-15

石艳平(1983-),男,农艺师,硕士,从事土壤肥料与农业生态环境研究工作。E-mail:5251499@qq.com。