畜禽养殖场沼液重金属含量现状及安全性分析

杨 涛，李建国，陈院华，吕贵芬，谢 杰，胡美蓉

(江西省农业科学院 土壤肥料与资源环境研究所，江西 南昌 330200)

畜禽养殖场沼液重金属含量现状及安全性分析

杨 涛，李建国，陈院华，吕贵芬*，谢 杰，胡美蓉

(江西省农业科学院 土壤肥料与资源环境研究所，江西 南昌 330200)

通过采集江西省4个地区13个县(市)畜禽养殖场的沼液，检测了其中Cu、Zn、Pb、Cd等4种元素的含量，分析了江西省畜禽养殖场沼液重金属污染的现状，结果表明：畜禽养殖场沼液中以Cu、Zn的含量较高，污染较严重，而且各采样点的Cu、Zn的污染程度基本表现出一致的趋势。因此，目前畜禽养殖场沼液农用灌溉存在较高的Cu、Zn污染风险，特别是Zn可能存在极高的污染风险；Pb、Cd的污染风险较低，其中Cd的污染风险大于Pb。

沼液；重金属；畜禽养殖场；安全性

近30年来，中国化肥用量持续增长，20世纪80年代增长率为6.6%，90年代为4.7%，21世纪初为1.2%。中国是世界上最大的化肥生产国和消费国，2007年化肥产量占世界的33%，消费量占世界的32%[1]。大量化肥的使用不仅导致肥料利用效率下降，而且给食品及环境安全带来了极大的威胁，人们对以有机肥作为肥源的有机食品的需求越来越大。养殖场沼液是一种极好的有机肥源，它具有肥效的速效性及养分的全面性，含有丰富的有机质、腐植酸、氮、磷、钾等营养成分及氨基酸、维生素、酶、微量元素等生命活性物质，而且这些营养物质的可利用率高，能迅速被作物吸收利用[2-6]。受利益的驱使，为了刺激畜禽的生长，畜禽养殖中使用的饲料和兽药在生产过程中普遍添加了含有重金属的添加剂，如铜和锌等重金属元素，这些重金属元素在畜禽体内消化吸收利用率极低，绝大部分通过粪便及尿液排出[7]。沼气池内仅能对粪便及尿液中的有机物质进行分解，对重金属元素却无法去除，因此产生的沼液作为有机肥源会给土壤和人类身体健康带来很大的威胁。为了了解江西省养殖场沼液中重金属含量现状以及沼液农用灌溉潜在的重金属污染风险，更加安全、合理地利用畜禽养殖场沼液这一巨大的有机肥资源，笔者采集了江西省15个县(市)畜禽养殖场的沼液，并对其重金属含量进行了分析，旨在为目前沼液农用安全性提供指导。

1 材料与方法

1.1 样品来源

沼液样品取自于江西省南昌、九江、抚州、宜春4个地区的13个规模化畜禽养殖场共13个样品。

1.2 取样方法

沼液是指养殖场粪污通过沼气厌氧发酵池处理后溢出的液体，其样品取于沼气池出料间，采集沼液上清液(用滤网过滤)，取1.5 L盛于洁净塑料瓶中，并贴上标签，填写相关采样信息，每个样品混匀后分为3份，1份供检测用，2份留样待查。

1.3 检测方法

样品的检测按照《水质铜 锌 铅 镉的测定 原子吸收分光光度法》(GB/T 7475─1987)进行检测。

2 结果与分析

2.1 沼液中重金属含量

由表1可知，在13个样点的沼液中，Cu的检出值为未检出～1.605 mg/L，其中有7个样点未检出，占样点总数量的53.8%；有3个样点检出值低于《农田灌溉水质标准》(GB 5084─2005)限值，分别为上高县养猪场(0.010 mg/L)、共青城市养猪场(0.755 mg/L)、高安市养猪场(0.850 mg/L)，占样点总数的23.1%；有3个样点的检测值超出了GB 5084─2005标准的限值要求，分别为上高县养鸡场(1.120 mg/L)、崇仁县养鸡场(1.340 mg/L)、进贤县养猪场(1.605 mg/L)，占样点总数的23.1%，其中以进贤县养猪场样点的Cu含量最高，为标准值的1.6倍。说明目前大部分畜禽饲料中Cu的添加对沼液污染较小，但也有少部分畜禽饲料中可能添加了相对较多的Cu，以至于对沼液造成了相对较大的污染。

在13个样点的沼液中，Zn的检出值为0.811～8.820 mg/L，有7个样点的检出值超出了GB 5084─2005标准的限值要求，占样点总数的53.8%，其中以崇仁县养鸡场沼液中Zn含量最高(8.820 mg/L)，为标准值的4.41倍，其次是进贤县养猪场(8.380 mg/L)、上高养鸡场(8.315 mg/L)。另外6个样点沼液中Zn的检出值较低，为0.811～1.285 mg/L，低于GB 5084─2005标准的限值要求，最低的为永修县养猪场(0.811 mg/L)。说明饲料中Zn的添加比较普遍，并对沼液造成了不同程度的污染。

在13个样点的沼液中，Pb、Cd的检出值均很低，其中Pb的检出值为未检出～0.0412 mg/L，有4个样点未检出，占样点总数的30.8%；上高养猪场样点Pb的检出值稍高(0.0412 mg/L)，为GB 5084─2005标准限值的0.2倍。其次是崇仁养鸡场(0.0165 mg/L，为标准的0.08倍)、南昌县养鸡场(0.0107 mg/L，为标准的0.05倍)；Cd的检出值为未检出～0.0026 mg/L，有8个样点未检出，占样点总数的61.5%。沼液中Cd含量最高的样点为宜丰养猪场(0.0026 mg/L),为GB 5084─2005标准限值的0.026倍，其次是南昌县养猪场(0.0023 mg/L，为标准限值的0.023倍)。说明饲料中Pb、Cd的添加相对很少或没有添加Pb、Cd。

表1 沼液中重金属含量

注：/表示未检出。

2.2 沼液农用安全性分析

在13个样点沼液中，Pb、Cd含量都很低，其中上高养猪场样点Pb的检出值稍高(0.0412 mg/L)，宜丰养猪场样点Cd的检出值稍高(0.0026 mg/L)。远低于GB 5084─2005标准的限值。这反映出目前畜禽饲料中Pb、Cd添加量较少或未添加Pb、Cd成分，因此在沼液中检出值很低，对农用灌溉安全性影响很小。

在13个样点沼液中，Cu、Zn的含量稍高，其中进贤县养猪场样点的Cu含量最高(1.605 mg/L)，为标准值的1.6倍。崇仁养鸡场沼液的Zn含量最高(8.820 mg/L)，为标准值的4.41倍。从图1、图2中还可以看出，各采样点沼液中Cu、Zn含量基本上表现一致趋势，即从总体来看，3、10、12、13号采样点的Cu、Zn含量均稍高，其他点的Cu、Zn含量均稍低，而且各采样点的Zn含量均高于Cu含量。这反映出畜禽饲料中Cu、Zn是按照一定比例添加的，而且Zn的添加量高于Cu，添加数量的多少影响到沼液中Cu、Zn含量的高低。因此，畜禽养殖场沼液农用灌溉存在Cu、Zn的污染风险。

图1 各采样点沼液Cu含量

图2 各采样点沼液Zn含量

为明确各采样点畜禽养殖场沼液农用灌溉潜在污染风险，笔者参照基于污染指数(P)的安全分级标准[8]，对污染风险进行分级，并采用风险指数(Pi)法，表征沼液中重金属的绝对风险。具体分级标准见表2。

表2 沼液灌溉重金属的潜在风险分级及其对策

重金属潜在污染风险指数的计算公式：

Pi=Ci/Si

式中：Ci为第i个重金属的实测值；Si为第i个重金属的标准值。经计算，各采样点沼液中重金属潜在风险指数Pi值见表3。

表3 各采样点沼液中重金属潜在风险指数

表3的Pi值计算结果对比表2中的潜在污染风险分级标准可知，13个采样点沼液中Cu的潜在污染风险指数P≤0.2的有8个，占采样点总数的61.5%，即这8个采样点的沼液没有Cu污染风险，沼液经过简单的物理处理可以适量用于农田灌溉；潜在污染风险指数0.23.0的为0个。

在13个采样点中，Zn潜在污染风险指数P≤0.2的为0个；潜在污染风险指数0.23.0的有3个，占采样点总数的23.1%，这3个采样点的沼液存在极高的Zn污染风险，必须经过物理、化学及生物综合措施进行净化处理，在农业灌溉中禁止施用。

在13个采样点中，Pb的潜在污染风险指数P≤0.2的有13个，其中一个样点正好为临界值。因此，这些养殖场沼液基本没有Pb污染风险，沼液经过简单物理处理可以适量用于农田灌溉。

在13个采样点中，Cd的潜在污染风险指数P≤0.2的有11个，占采样点总数的84.6%，这11个采样点的沼液没有Cd污染风险的沼液经过简单物理处理可以适量用于农田灌溉；潜在污染风险指数0.20.5的有0个。

综合13个采样点的Cu、Zn、Pb、Cd的潜在污染风险来看，畜禽养殖场沼液农用灌溉Cu、Zn的污染风险较大，且Zn的污染风险大于Cu，有些养殖场沼液必须经过物理、化学及生物综合措施进行净化处理，而且在农业灌溉中应禁止施用。畜禽养殖场沼液农用灌溉Pb、Cd的污染风险较小，但Cd的污染风险大于Pb。

3 结论与建议

通过采集江西省4个地区13个县(市)畜禽养殖场沼液，检测其中Cu、Zn、Pb、Cd的含量，以了解江西省畜禽养殖场沼液重金属污染现状，检测结果表明：(1)养殖场沼液中Cu、Zn、Pb、Cd含量以Cu、Zn较高，污染较严重，而且各采样点的Cu、Zn污染程度基本表现出一致的趋势，由此可以反映出饲料中添加了Cu、Zn。Pb、Cd含量较低，污染不明显，反映出目前畜禽饲料中Pb、Cd添加量较少或未添加Pb、Cd成分。(2)目前畜禽养殖场沼液农用灌溉存在较高的Cu、Zn污染风险，特别是Zn可能存在极高的污染风险。Pb、Cd的污染风险较低，其中Cd的污染风险大于Pb。(3)由于重金属污染治理难度相当大，不可能像有机污染物那样分解，会造成二次污染，而且畜禽养殖场沼液产生量也相当大，因此，要控制沼液中重金属含量，降低沼液农用灌溉污染风险，必须从源头控制，即严格控制甚至杜绝饲料中添加重金属，以及确保饲料原料中重金属含量符合相关标准要求，以及畜禽养殖场沼液农用灌溉安全。

[1] Heffer P, M Prud Homme. World agriculture and fertilizer demand,global fertilizer supply and trade 2008～2009 summary report[Z]. Vietnam: HoChiMinhCity, 2008.

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[3] 王飞，秦方锦，吴丹亚，等.不同施肥制度对稻田耕层土壤的环境质量效应[J].中国农学通报，2016,32(14):112-118.

[4] 李轶,张振.沼液对番茄果实品质的影响[J].中国沼气,2001,19(1):37-39.

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[6] 虞方伯,管晓进,赵子如,等.沼气发酵残余物应用于金丝小枣栽培的初步研究[J].应用生态学报,2006,17(2):345-347.

[7] 朱泉雯.重金属在猪饲料-粪污-沼液中的变化特征[J].水土保持研究,2014,21(6):284-289.

[8] 周振民，黄永奇，王娟，等.污水灌溉安全性评价研究[J].中国农村水利水电，2010(2):67-70.

(责任编辑：曾小军)

Content and Security Analysis of Heavy Metals in Biogas Slurry Derived from Excrements of Livestocks

YANG Tao, LI Jian-guo, CHEN Yuan-hua, LV Gui-fen*, XIE Jie, HU Mei-rong

(Institute of Soil and Fertilizer & Resources and Environment,Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, China)

The biogas slurry, which was derived from the excrements of livestock and poultry, was collected from thirteen counties (cities) in four areas of Jiangxi province, their Cu, Zn, Pb and Cd contents were detected, and the current situation of heavy metal pollution due to livestock and poultry in Jiangxi province was analyzed. The results indicated that the contents of copper and zinc in all biogas slurry samples were higher than the contents of other heavy metal elements, thus the biogas slurry of livestock and poultry for agricultural irrigation could bring a great risk of copper pollution and a very serious risk of zinc pollution. In addition, there was a low risk of lead and cadmium pollution caused by the biogas slurry, but the risk of cadmium pollution was greater than that of lead pollution.

Biogas slurry; Heavy metal; Livestock and poultry farm; Security

2016-09-30

江西省重点研发计划项目(20161ACF60023)；江西省科技支撑项目(20151BBF60033)；江西省农科院青年基金项目(201 4CQN006)。

杨涛(1983─)，男，江西南昌人，助理研究员，主要从事农业环境研究。*通讯作者：吕贵芬。

X713

A

1001-8581(2017)02-0063-04