不同生理阶段绵羊粪便铜锌残留的检测与分析

刘爱瑜，朱 宽，赵俐辰，李晓宇，高玉红

(河北农业大学 动物科技学院，河北 保定 071001)

我国畜禽养殖业的迅速发展虽然满足了人们对畜产品的需求，但畜禽粪便的处理与消纳却带来了一定的挑战。据统计，我国每年产生的畜禽粪便量高达3.8×109t[1]，这些粪便大部分简单堆肥后施入农田，其安全性也遭到了质疑。近几年，粪便中药残的检测与降解处理(如抗生素和兽药)已有很多报道[2-3]，且粪便中重金属残留的检测与研究也有相关报道，但多集中于猪禽和牛[4-5]。猪粪、牛粪和鸡粪中均检测出重金属残留，Cu和Zn是粪便残留的主要元素。据报道，各种畜禽粪便中，猪粪和肉鸡粪中重金属残留超标较为严重，肉牛粪和蛋鸡粪次之[6]。对粪便重金属残留的溯源也发现，饲料添加剂是残留的主要来源，我国畜禽每年饲喂的微量元素添加剂约为15×104～20×104t，而真正被机体吸收利用的不足5×104t，无法吸收的微量元素通过粪尿残留排出体外。多年来Cu和Zn常被用作抗生素的替代品在饲料中过量添加[7-8]，导致粪便重金属残留，且残留的重金属在粪便处理过程中很难降解。王飞等[6]通过检测饲料中微量元素发现，不同畜禽饲料中微量元素的超标以猪和肉牛饲料最为严重，肉鸡和奶牛饲料次之，这些过量的微量元素通过粪便排到体外，又经过施肥进入土壤和水中，导致水源、土壤以及大气等环境受到污染，给人畜健康带来不同程度的危害[9]。已有研究认为，连续施用重金属超标的畜禽粪便导致了土壤及蔬菜重金属含量的增加[10-11]。

羊饲养较为粗放，饲料配方的标准化程度也较低，饲料多样化和随机性现象严重，微量元素的过量添加时有发生，但关于羊粪便中重金属残留检测的研究较少，其产生的环境污染尚不清楚。基于此，本研究通过检测不同生理阶段绵羊粪便中Cu和Zn两种重金属的残留量，了解绵羊粪便中重金属的污染状况，从而为绵羊的高效、健康、安全养殖提供科学依据，也为绵羊饲料中微量元素的合理使用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验于2019年8-10月份于承德、秦皇岛、石家庄、保定和邢台5个城市选择具代表性的羊场(共18个)进行采样，采集不同生理阶段绵羊(哺乳羔羊、育成羊、育肥羊、基础母羊和成年公羊)的新鲜粪便样品(共46个)于-20 ℃保存待测。所采样的羊场饲喂方式基本一致，除了哺乳羔羊，其他羊群均采用全混合日粮(TMR)饲喂，每天饲喂2-3次。

1.2 测定方法

1.2.1 样品处理 将采集的新鲜样品用塑料袋密封后带回实验室烘干，剔除杂质，研磨，过40目筛，于塑料密封袋中保存以备测Cu和Zn。

1.2.2 Cu和Zn的测定 利用原子吸收分光光度计(空气-乙炔火焰原子吸收光谱法)测定Cu和Zn含量，其测定步骤如下：

(1)称取2 g处理样品，放入坩埚进行干灰化，冷却后加2 mL水湿润坩埚内的粪样，然后加入10 mL 6 moL/L盐酸加热溶解，再加5 mL 6 moL/L盐酸加热溶解残渣，过滤，将样品定容到50 mL容量瓶中；

(2)制备一系列已知浓度分析元素的校正溶液 (标样)，绘制校正曲线；

(3)测定未知样品的相应值，依据校正曲线及未知样品的相应值得出样品的浓度值。

1.3 数据处理

采用SPSS 20.0软件对各项试验数据进行单因素方差分析，差异显著采用Duncan氏法进行多重比较，以P<0.05为差异显著，P<0.01为差异极显著，数据均以平均值±标准误表示。

2 结果与分析

2.1 不同生理阶段绵羊粪便中Zn的残留含量

各羊场不同阶段绵羊粪便中重金属Zn的含量检测结果见表1。各生理阶段绵羊粪Zn残留量范围为34.21～80.73 mg/kg(哺乳羔羊)、36.71～77.20 mg/kg(育成羊)，17.35～97.95 mg/kg(育肥羊)，53.47～97.04 mg/kg(基础母羊)和54.30～85.69 mg/kg(成年公羊)。其中，成年羊(基础母羊和成年公羊)粪Zn的平均残留量最高，平均为68.32 mg/kg，育成羊、育肥羊和羔羊的粪Zn平均量分别为60.98、62.17和63.26 mg/kg。各场粪Zn的检测结果中，63%羊场的成年公羊粪Zn含量显著高于哺乳羔羊和育成羊(P<0.01)，45%的羊场基础母羊粪便Zn含量显著高于育成羊(P<0.05)。

表1 试验羊场不同生理阶段绵羊粪便中Zn的残留含量

2.2 不同生理阶段绵羊粪便中Cu的残留含量

各羊场不同生理阶段绵羊粪Cu的残留量检测结果见表2。各阶段绵羊粪Cu残留量范围为26.06～57.54 mg/kg(羔羊)、18.54～69.03 mg/kg(育成羊)，23.71～70.40 mg/kg(育肥羊)，13.68～87.15 mg/kg(基础母羊)和22.78～43.00 mg/kg(成年公羊)。其中，育成羊粪Cu的平均残留量最高(41.88 mg/kg)，育肥羊、羔羊和成年羊(基础母羊和成年公羊)粪Cu含量分别为39.36、38.51和37.17 mg/kg。所测18个羊场中，55%羊场的不同阶段羊粪Cu残留量差异达显著性水平(P<0.05)，72%的羊场育成羊粪Cu含量高于基础母羊，尤其场1、场2、场3、场6和场7达极显著水平(P<0.01)。

表2 试验羊场不同生理阶段绵羊粪便中Cu的残留含量

2.3 羊粪便Cu和Zn残留量的相关性分析

所测绵羊粪便重金属Cu和Zn含量的相关性分析如图1所示。随着绵羊粪便中Zn含量的增加，Cu的含量相应减少，Cu含量和Zn含量之间表现出极显著的线性负相关关系(P<0.01，r=-0.84)，其回归线性方程为：y = -1.0069x + 100.62。

图1 绵羊粪便Cu和Zn含量的相关性

3 讨 论

由于羊养殖过程中疾病防控的需求以及养殖利润的驱动，一些养殖场/户经常饲喂过量的微量元素饲料添加剂，导致大量未吸收的微量元素随粪便排出体外。大量研究表明，畜禽粪便中重金属含量与饲料微量元素含量存在直接的联系[12]。另一方面，牧草作为羊不可缺少的粗饲料，牧草中重金属含量直接影响粪便重金属残留，已发表的研究指出，粪便重金属含量与牧草重金属含量呈正比关系，该研究也认为，羊粪便中Cu和Zn的绝对含量远远高于牧草中的含量，可能来源于除了牧草以外的其他途径，如饲料添加剂[13]。本研究中育成羊粪便中Cu含量普遍高于繁育成羊(基础母羊和成年公羊)，繁育成羊粪便中Zn含量普遍高于其他生理阶段羊群，这可能是由于不同阶段绵羊饲料中微量元素的添加量不同以及不同阶段绵羊对微量元素的需求量和吸收能力不同。关于牛补饲Cu和Zn的研究指出，对于缺乏Cu的育成母牛来说，补饲Cu可促进其生长，增加其抗病力，而后备母牛日粮中补Zn可对代谢和血清免疫球蛋白浓度产生积极的影响，增强机体免疫力[14]。为提高羊的生产性能，降低发病率，提高免疫力，育成羊常常饲喂高Cu添加剂，促其生长发育，结果常常导致粪便中Cu含量普遍增高，而育成羊饲料中高Zn的添加量也会导致羊粪便中Zn含量的普遍增加。实际生产中，日粮中并非微量元素添加量越多越好，据研究，高Cu(>150 mg/kg)日粮对育肥猪没有促生长作用，相反，高Cu日粮降低了猪的生产性能，而且高Cu日粮还会降低猪的Cu的利用率，增加粪Cu的排泄率[15]。因此，调配日粮时除了考虑饲料原料中微量元素的含量，还应考虑不同生理阶段家畜对微量元素的需求量。据报道，每公斤干草含Cu 6～12 mg时，可满足畜禽对该元素的需要[13]。根据我国畜禽粪便安全使用准则(NY/T1334-2007)[16]，本研究所测羊粪中Zn和Cu的含量均未超标。但是，育成羊粪Cu的平均含量较高(41.88 mg/kg)，成年母羊粪Zn的平均含量较高(69.98 mg/kg)，这可能是由于不同生理阶段饲喂的微量元素饲料添加剂所造成。由于本研究未对饲料进行采样测定其中的微量元素，所以无法判定粪中重金属残留的真正原因，这仍需要后续的检测与分析。另外，本研究中绵羊粪便中Cu和Zn含量呈线性负相关关系，这可能与机体的营养代谢调控有关。虽然不同生理阶段绵羊饲料中Cu和Zn添加量不同，但这一规律的发现可能是由于不同生理阶段羊对两种微量元素的利用率之间存在某种关系，可能存在拮抗作用，但仍需要进一步研究。

为减少粪中重金属残留，减少环境风险，应该从饲料源头控制以减少绵羊粪便的重金属残留[17]。另外，畜禽粪便堆肥中添加钝化剂、好氧堆肥、厌氧发酵、热解处理技术或者以金属螯合物等有机形式添加铜和锌也可有效减少重金属残留，将绵羊粪便进行无害化处理[18-20]，减少重金属对土壤环境的污染。

4 结 论

比较不同生理阶段绵羊粪的Zn和Cu残留量，成年羊(成年公羊和基础母羊)粪Zn残留量最高，平均约68.32 mg/kg，而育成羊粪Cu残留量最高，平均约41.88 mg/kg，所测羊粪Zn和Cu含量均未超标。从两种元素相关性可知，粪Zn与Cu 含量呈线性负相关关系。