肉牛粪尿中重金属含量变化特征分析

吴志坚，李翔宏，饶 辉，夏宗群，林春斌，宁 财，吴志勇

（江西省农业技术推广中心，江西 南昌 330046）

近年来，在畜禽养殖中为了有效降低动物的患病几率，促进动物生长，降低养殖成本和提高养殖收益，重金属等具有促进畜禽生长作用的物质被广泛地加入饲料中。潘寻等［1］的研究表明，Cr、Pb、Hg是养殖场较常用的饲料添加剂成分。在生产配合饲料时，为了改善饲料的适口性和防霉性，提高饲料的质量等，往往添加一些酸性物质，酸性物质会使机器表面的镀锌和镀镉溶出，造成饲料中的重金属Zn、Cd含量过高。同时部分饲草料在种植过程中本身也会从环境中富集少量重金属。上述不同来源的重金属使得家畜饲料中常含有一定量的重金属。胡海平等［2］对东北三省不同规模养殖场畜禽饲料的分析发现，吉林、黑龙江、辽宁三省牛饲料中Zn 的平均含量分别为116.73、120.26和 134.04 mg/kg。由于重金属具有难迁移、难降解、易富集、危害大等特点，畜禽饲料中的重金属约95%以上会残留于粪尿中；将畜禽粪尿施入农田后，其中的重金属又会进入环境［3］，从而导致环境中重金属含量增加，污染土壤环境［4］；土壤中的重金属还可能通过作物富集流转到人体中，危害人类健康［5-6］。王飞等［7］对华北地区畜禽粪便中重金属进行了调查分析，发现华北地区畜禽粪便超标以Cu、Zn为主，Pb、Cr和As次之，Cd、Ni和Hg不超标；各种畜禽粪便以猪粪和肉鸡粪的超标情况最为严重，肉牛粪次之，奶牛粪不超标。目前，针对畜禽养殖重金属的研究多集中在生猪上［8-12］，对肉牛养殖中重金属富集情况的研究报道较少。本试验选择当地1个规模肉牛场中犊牛、育肥牛和母牛3个不同饲养阶段各5头牛为研究对象，通过在不同季节对粪尿中Cu、Zn、Cd、Pb、Cr和As等几种重金属含量的监测，分析了其变化特征，以期摸清肉牛粪尿中重金属含量水平，为当地肉牛养殖场选择饲料和兽药种类、用量，以及合理施用粪污提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验场概况

选择江西高安市某规模肉牛场为试验场，该场的清粪方式以人工干精粪为主，收集的粪便经自然堆沤发酵后还田，用于种植牧草、蔬菜和果树等；污水通过专用管网进入处理系统，经厌氧发酵后用于种植牧草、蔬菜和果树等。

1.2 试验牛

试验牛为西门塔尔和锦江黄牛的杂交牛，分犊牛、育肥牛和母牛3个不同阶段，每阶段各选择5头牛。在每个季节试验开始时对每头试验牛称重，试验牛的平均体重见表1。

表1 各阶段不同季节试验牛的平均体重 kg

1.3 试验方法

对每头试验牛采取定位栏单独饲养，试验日期为2018年9月～2019年8月，分秋、冬、春、夏4个季度；在每个季度试验开始时提前7 d对试验牛称体重，然后将其转入试验栏舍，开展预试验，在第8天开始采样。

1.4 日粮组成和采食量

饲料主要包括精料、辅料（酒糟、豆渣等）和草料（含青贮、鲜草），在3个不同阶段饲喂的精饲料、辅料、草料的种类一致，仅配比和用量不同。草料供应的季节性明显，冬、春季以黑麦草鲜草、稻草和青贮料为主，夏、秋季以象草等鲜草为主。在试验期间记录每头牛每天的总采食量，含精料、辅料和草料。试验牛的采食量及部分饲料的重金属含量分别见表2和表3。

表2 在不同季节各阶段试验牛的平均采食量 kg/d

表3 几种主要饲料中的重金属含量 mg/kg

1.5 样品采集

1.5.1 粪便 分别收集每头牛24 h排出的粪便，混匀后采用四分法取样，同一阶段的每头牛取100 g粪便；再将5头牛的取样粪便混合在一起，搅拌均匀，制成一个混合样品，总重量为500 g。按照每100 g粪便样品添加5 mL浓度为4.5 mol/L硫酸的比例对样品进行预处理，用保温样品箱加冰袋保存，然后送检。

1.5.2 尿液 分别收集每头牛24 h排出的尿液，同一阶段的每头牛取100 mL尿液；再将5头牛的取样尿液混合在一起，搅拌均匀，制成一个混合样品，总体积为500 mL。向混合尿液样品中加入10 mL浓度为50%的硝酸进行预处理，然后送检。

1.6 检测方法和仪器

1.6.1 粪便中重金属含量的检测方法和仪器 Cu含量的检测采用《有机肥料铜的测定方法》NY/T 305.1─1995，检测仪器为AA240FS安捷伦火焰原子吸收光谱仪。Zn含量的检测采用《有机肥料锌的测定方法》NY/T 305.2─1995，检测仪器为AA240FS安捷伦火焰原子吸收光谱仪。Cd、Pb、Cr、As含量的检测采用《肥料汞、砷、镉、铅、铬含量的测定》NY/T 1978─2010，检测仪器为AA240FS安捷伦火焰原子吸收光谱仪、BAF-2000原子荧光分光光度计。

1.6.2 尿液中重金属含量的检测方法和仪器 Cu、Zn含量的检测采用《水质铜、锌、铅、镉的测定：原子吸收分光光度法》GB/T 7475─1987或《水质65种元素的测定：电感耦合等离子体质谱法》HJ 700─2014，检测仪器为AA240FS安捷伦火焰原子吸收光谱仪和iCAP RQ电感耦合等离子体质谱仪。Cd、Pb、Cr含量的检测采用《水质65种元素的测定：电感耦合等离子体质谱法》HJ 700─2014，检测仪器为iCAP RQ电感耦合等离子体质谱仪。As含量的检测采用《水质汞、砷、硒、铋和锑的测定：原子荧光法》HJ 694─2014，检测仪器为BAF-2000原子荧光分光光度计。

1.7 数据处理

应用EXCEL 2007进行数据整理；采用SPSS 19.0进行单因素方差分析；采用LSD法检验组间差异的显著性；用Duncan氏法对组间差异进行比较。试验数据用平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 不同饲养阶段粪便中重金属含量的季节性变化

2.1.1 犊牛不同季节粪便中重金属含量 从表4可以看出：Cu含量在夏、秋、冬3个季节间差异性不显著，但均显著（P＜0.05）高于春季；Zn含量分布于230.00～276.00 mg/kg间，As含量分布于0.91～1.26 mg/kg间，且两者在各季节间均无显著性差异；Cd含量在春季最高，春季与夏季间无显著性差异，但显著（P＜0.05）高于秋、冬两个季节，且在夏、秋、冬3个季节间差异均不显著；Pb含量在春季最高，春季与秋季间无显著差异，但显著（P＜0.05）高于夏、冬两个季节，且在夏、冬季节间无显著差异；Cr含量在秋季最高，秋季与冬季间无显著差异，但显著（P＜0.05）高于春、夏两个季节，且在春、夏、冬3个季节间差异不显著。

2.1.2 育肥牛不同季节粪便中重金属含量 由表4可知：Cu含量分布于50.43～56.93 mg/kg间，As含量分布于0.97～0.62 mg/kg间，两者在各季节间均无显著性差异；Zn含量在春、秋两季节间无显著差异，但均显著（P＜0.05）高于夏、冬两季，且在夏、冬季节间差异不显著；Cd含量在春、秋、冬3个季节间差异不显著，但春、秋两个季节均显著（P＜0.05）高于夏季，而在夏、冬季节间差异不显著；Pb含量在春、夏、秋3个季节间无显著性差异，但春、秋两个季节均显著（P＜0.05）高于冬季，且在夏、冬季节间差异不显著；Cr含量在秋季最高，达到14.43 mg/kg，显著（P＜0.05）高于夏季的（5.03 mg/kg），而在春、夏2个季节间无显著性差异。

2.1.3 母牛不同季节粪便中重金属含量 Cu含量在夏、冬两个季节间无显著性差异，但均显著（P＜0.05）高于春、秋两个季节，且在春、秋季节间差异不显著；Zn含量范围为248.00～297.33 mg/kg，Cd含 量 范 围 为0.22～0.43 mg/kg，As含 量 范 围 为0.80～1.03 mg/kg，Zn、Cd、As的含量在各季节间差异均不显著；Pb含量在春季最高，达5.93 mg/kg，显著（P＜0.05）高于春、夏、秋3个季节，且秋季的含量（4.93 mg/kg）也显著（P＜0.05）高于夏、冬两个季节，而在夏、冬季节间差异不显著；Cr含量在秋、冬两个季节较高，且分别显著（P＜0.05）高于春、夏两个季节，而在春、夏季节间差异不显著（表4）。

表4 不同阶段不同季节肉牛粪便中的重金属含量 mg/kg

2.2 不同饲养阶段尿液中重金属含量的季节性变化

2.2.1 犊牛不同季节尿液中重金属含量 由表5可见：Cu含量在夏季最高，在春、夏、冬3个季节间差异不显著，但春、夏两季与秋季间差异显著（P＜0.05），而在秋、冬季间差异不显著；Zn含量 范 围 为711.67～1073.33 μg/L，Pb含 量 范 围 为6.33～20.23 μg/L，两者在各季节间差异均不显著；Cd含量在冬季最高，冬季与春、夏季间差异不显著，但显著（P＜0.05）高于秋季，且在春、夏、秋3个季节间差异不显著；Cr含量在春季最高，显著（P＜0.05）高于其他3个季节，而秋季与夏季差异不显著，但显著（P＜0.05）高于冬季，另外在夏、冬两季间差异也不显著；As含量在夏季最高，夏季与春、秋2个季节间差异不显著，但显著（P＜0.05）高于冬季，且在春、秋、冬3个季节间差异不显著。

2.2.2 育肥牛不同季节尿液中重金属含量 从表5可以看出：Cu含量范围为119.33～195.67 μg/L，Cd含 量 范 围 为0.79～6.03 μg/L，Pb含 量 范 围 为5.65～19.60 mg/L，三者在各季节间差异均不显著；Zn与Cr含量均在秋季最高，且均显著（P＜0.05）高于春、夏、冬3个季节，但在春、夏、冬3个季节间无显著性差异；As含量在夏季最高，显著（P＜0.05）高于春、秋、冬3个季节，而秋季显著（P＜0.05）高于春、冬两个季节，但春季与冬季间差异不显著。

表5 不同阶段不同季节肉牛尿液中的重金属含量 μg/L

2.2.3 母牛不同季节尿液中重金属含量 Cu含量分布 于90.70～226.67 μg/L，Zn含 量 范 围 为797.67～1163.33 μg/L，Pb含 量 范 围 为9.90～19.48 μg/L，Cr含量范围为10.62～15.43 μg/L，As含量范围为22.00～40.17 μg/L，Cu、Zn、Pb、Cr、As含量在各季节间差异均不显著；Cd含量在冬季最高，为9.99 μg/L，显著（P＜0.05）高于春、夏、秋3个季节，但在春、夏、秋季节间差异不显著（表5）。

2.3 不同饲养阶段肉牛粪尿中重金属含量

从表6可以看出：Cu、Zn含量在育肥牛粪便中最高，分别为54.91和292.92 mg/kg；在不同饲养阶段粪便中的Cd、Pb、Cr含量差别不大，且Cu、Zn、Cd、Pb、Cr这5种重金属在肉牛不同饲养阶段粪便中的含量均无显著性差异；As含量在犊牛粪便中最高，为1.07 mg/kg，显著（P＜0.05）高于育肥牛，但母牛粪便中的As含量与犊牛、育肥牛间均差异不显著。

表6 不同饲养阶段肉牛粪便中的重金属含量 mg/kg

由表7可见：在不同饲养阶段肉牛尿液中重金属Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As的含量差异性不显著，其均值分别为155.08、857.78、3.38、13.89、10.59、23.95 μg/L。

表7 不同饲养阶段肉牛尿液中的重金属含量 μg/L

3 讨论

3.1 肉牛粪尿中重金属含量的季节性变化

本研究发现，肉牛在3个饲养阶段粪便中Cu含量的季节性变化规律与精饲料中铜含量的变化基本一致，表现出较高的相关性，这与徐国茂等［13］的研究结果一致；尿液中的Cu含量随季节变化不明显或无明显规律。犊牛和母牛粪便、尿液中的Zn含量在季节间无显著差异；育肥牛粪便中的Zn含量在春季和秋季显著高于冬季和夏季，以春季最高，夏季最低，这可能是由于育肥牛对草料的采食量大，而春季草料中的Zn含量较高，夏季草料中的Zn含量未检出；育肥牛尿液中Zn含量在秋季显著高于春季、冬季和夏季，与饲料中的Zn含量无明显相关性。在不同阶段粪便和尿液中的Cd含量随季节变化不明显或无明显规律；饲料中的Cd含量除秋季的辅料和草料外，其他季节各种饲料中均未检出，因此粪便和尿液中的Cd含量与饲料中的Cd含量无明显相关性。在不同阶段粪便中的Pb含量的季节性变化规律基本一致，在春季和秋季高，在夏季和冬季偏低；秋季粪便中Pb含量较高可能与秋季饲料中的Pb含量高有关；春季的精饲料、辅料和草料中均未检出Pb，而春季粪便中的Pb含量显著高于夏季和冬季，其原因有待进一步研究。在3个阶段粪便中Cr含量的季节性变化规律基本一致，在秋季和冬季高，在春季和夏季低；秋季粪便中Cr含量较高可能与秋季饲料中的Cr含量高有关；冬季的精饲料、辅料和草料中均未检出Cr，其原因有待进一步研究。不同阶段粪便中As含量在各季节之间无显著差异，且与饲料中As含量无明显相关性。畜禽粪便和尿液中的重金属主要来源于饲料和饮水，尿液中的重金属含量与饮水中的重金属含量相关性更高，这在生猪上得到了验证［13］。本研究未对饮用水进行采样检测，有待今后进一步研究。

3.2 肉牛粪尿中重金属含量水平

本研究结果表明，江西地区肉牛粪便中Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As等重金属含量的年均值分别为50.79、277.14、0.31、4.63、10.14、0.91 mg/kg，与张亦菲等［14］报道的上海地区牛粪重金属含量值比较接近，其中Cu、Zn、Cr、As含量在江西地区略低；与王飞等［7］报道的华北地区肉牛粪重金属含量比较，Zn和As的含量比较接近，江西地区略低，Cu、Pb、Cr含量值相差较大，华北地区远高于江西地区，而Cd含量江西地区远高于华北地区。

在本研究中，肉牛尿液中Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As含量的年均值分别为155.08、857.78、3.38、13.89、10.59、23.95 μg/L。目前国内对肉牛尿液中重金属含量方面的研究鲜有报道，对其他畜禽尿液中重金属含量的研究也很少。徐国茂等［13］对江西省规模猪场尿液中Cu、Zn、Fe、Mn、Pb、Cd等6种重金属的含量进行了测定，发现Cu、Zn含量较高，Pb、Cd含量比本研究略低。

近年来，有机肥重金属污染问题在国内外引起了广泛关注，各个国家都制定和实施了有机肥相关标准［15］，目前，我国发布的相关标准不多。在畜禽养殖业污染物排放标准GB 18596─2001中并未规定重金属的排放限量，也未对还田的畜禽粪便规定其重金属限量。根据《畜禽粪便安全使用准则》［16］对Cu、Zn、As，以及《有机肥料》［17］对As、Hg、Pb、Cd、Cr等重金属含量的限量要求，本次监测肉牛粪便中Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As的含量均远低于规定限量值。

4 结论

江西肉牛粪便中Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As含量的年均值分别为50.79、277.14、0.31、4.63、10.14、0.91 mg/kg，除Cu、Zn等无限量规定的元素外，其他重金属元素的含量均远低于畜禽粪便中重金属限量值。尿液中Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As这6种重金属的年均含量分别为155.08、857.78、3.38、13.89、10.59、23.95 μg/L。

犊牛粪便中Cu、Cd、Pb、Cr含量具有一定的季节性动态变化，而Zn、As含量的季节性变化不明显；育肥牛粪便中Cu、As含量的季节性变化不明显，而Zn、Cd、Pb、Cr含量具有一定的季节性动态变化；母牛粪便中Cu、Pb、Cr含量具有一定的季节性动态变化，而Zn、Cd、As含量的季节性变化不明显。

犊牛尿液中Cu、Cd、Cr、As含量具有一定的季节性动态变化，而Zn、Pb含量的季节性变化不明显；育肥牛尿液中Cu、Cd、Pb含量的季节性变化不明显，而Zn、Cr、As含量具有一定的季节性动态变化；母牛尿液中Cu、Zn、Pb、Cr、As含量具有一定的季节性动态变化，而Cd含量的季节性变化不明显。