福建省豬場糞污及土壤重金屬含量的調查研究

何波瀾　黃勤樓　鐘珍梅　黃秀聲

福建省豬場糞污及土壤重金屬含量的調查研究

何波瀾1黃勤樓2*鐘珍梅3黃秀聲3

（1.重慶市璧山區來鳳畜牧獸醫站重慶璧山402763；2.福建省農業科學院畜牧獸醫研究所福州350013；3.福建省農業科學院農業生態研究所福州350013）

針對當前豬糞污中重金屬污染問題，取樣調查不同類型養殖場豬糞污重金屬含量，旨在摸清福建省養殖場糞污中主要的重金屬種類及污染程度。測定福建省10個不同規模豬場糞污、土壤和雜交狼尾草的重金屬銅、鋅、鎘、砷含量，結果表明：糞渣中銅、鋅、鎘、砷含量均較豬糞和沼渣中低；沼液中重金屬含量最低。糞污和土壤的鎘和砷含量較低，均未超標；土壤中的銅、鋅超標率高于30%，小型豬場的銅鋅超標率較規模化豬場的高；小型豬場沼渣中銅鋅超標率均為100%，規模化豬場銅、鋅超標率均超過50%；只有一個規模化豬場的雜交狼尾草因澆施沼液而出現鎘含量超標現象。

豬場糞污土壤重金屬采樣調查

重金屬元素通常是指銅、鉛、砷、鎘、汞、硒、鉻等生物毒素較強的元素，它們進入環境后，不易分解，而是長期殘留，在常量甚至微量接觸條件下，即可對動物或人產生明顯的毒害作用。重金屬污染是豬肉生產中“三大污染”之一，為了改善豬的生長性能，提高養殖效益，生豬養殖過程中常常在飼料中人為大量添加一些可以促進動物生長和提高飼料利用率的微量元素，添加量遠遠超出動物所能吸收的量[1]。這些重金屬元素隨飼料進入動物機體后，少部分被豬體吸收，蓄積在動物器官內，不易分解，容易引起動物急性或慢性中毒，有的還具有致癌、致突變和致畸作用[2]。而大部分重金屬通過豬糞、尿排泄到土壤或水域中，嚴重破壞人們的生存環境，由于重金屬元素可通過食物鏈富集，最終影響人類健康[3-5]。

近年來，福建省生豬養殖業迅猛發展，帶來巨大經濟效益的同時，豬場糞污的排放也給環境造成了嚴重的破壞。傳統觀念認為糞污是綠色肥料，但由于飼料中添加的大量重金屬流入糞污中，現今有很多學者針對豬場糞污的重金屬含量及安全性進行了研究[3-4,6-7]。本試驗針對養殖場重金屬污染現狀，采集福建省各地不同規模豬場糞污和土壤，測定其重金屬Cu、Zn、Cd、As含量，旨在分析豬場重金屬污染的程度，評估將豬糞污資源化利用后是否存在二次污染。

1　材料與方法

1.1試驗材料供試母豬糞、育肥豬糞、沼渣、糞渣、沼液、沼液澆灌過的土壤均采自福建省10個不同規模豬場，其中6個規模化豬場生豬存欄數2 000頭～10 000頭，4個小型豬場生豬存欄數為200～500頭。

1.2試驗樣品的采集方法豬糞、沼渣和糞渣的采集與處理：本研究采集了母豬和育肥豬的糞便、沼渣和糞渣。分欄取豬糞樣品，每欄取1份樣品，每種樣品取3份，每份取樣1 kg，采集后裝至密封袋中，稱其鮮重。從沼氣池取沼渣3份，在干濕分離器處取糞渣3份，每份1 kg，裝至塑料密封袋中，稱好鮮重。將所取的樣品帶回實驗室于烘箱65℃中烘干至恒重，稱其干重。將烘干后的豬糞、沼渣和糞渣粉碎后過篩100目，用于銅、鋅、鎘、砷的測定。

土壤樣品的采集：土壤分為0～20 cm和20～40 cm的土層，按照5點法采集。采集時去除其中的小石頭和其他雜物。將采集好的土壤樣品分別裝至塑料密封袋中，稱其鮮重后，置于陰涼干燥處風干，至恒重，稱其干重。用研缽將風干后的土壤磨細過100目篩待測Cu、Zn、Cd、As。

沼液的采集∶用經10%硝酸浸泡過的塑料瓶取沼液池排出口的沼液3份，每份1 L左右，加入HNO3，使其pH為4～5，帶回實驗室冰箱2℃保存備用。

1.3測定方法

1.3.1豬糞、沼渣和糞渣中Cu、Zn、Cd和As的測定

1）Cu和Zn的測定：稱取樣品0.2～0.5 g于聚四氟乙烯坩堝中，用少量雙蒸水潤濕，加入3 mL HCl（優級純），放在電熱板上低溫加熱（80～100℃），待煮至2 mL時，取下稍冷卻，然后加入5 mL HNO3（優級純）、2 mL HF（優級純）和2 mL HClO4（優級純），加蓋在電熱板上加熱（180～200℃），1 h后開蓋繼續加熱，適時搖動坩堝，讓坩堝壁上的樣品與酸充分接觸。煮至冒濃煙時，蓋上蓋子，加熱至坩堝壁上的有機物消失后，打開蓋子驅趕高氯酸白煙，直至坩堝內樣品呈黏稠狀。在消煮過程中，可以根據樣品的消煮狀況加入2 mL HNO3（優級純），重復以上步驟。待冷卻后，用雙蒸水沖洗內壁和蓋子，加入50% HNO3溶液1 mL，在電熱板上溫熱溶解殘渣，最后將溶液移至經10%硝酸浸泡過的50 mL容量瓶中，待冷卻后定容。將消煮好的溶液在火焰原子吸收分光光度計上測定Cu和Zn。

2）Cd的測定：采用GB/T 5009.15-2003的方法測定。

3）As的測定：稱取樣品0.5～1 g于經過10%硝酸浸泡過的100 mL三角瓶中，加入20 mL HNO3（優級純），1.25 mL H2SO4（優級純），加蓋小漏斗，搖勻后放置過夜。第2 d將其放在電熱板上消煮至10 mL左右時，補加5 mL HNO3（優級純），再次消煮至10 mL時，再補加5 mL HNO3（優級純），再消煮至10 mL時，加入1.5 mL HClO4（優級純），繼續消解至完全。當HClO4白煙冒盡，H2SO4白煙冒出時，取下稍冷后加入25 mL雙蒸水趕酸。最后將消解好的樣品用雙蒸水轉移至經10%硝酸浸泡過的25 mL容量瓶中。在上機測定前，加入50 g/L硫脲-50 g/L抗壞血酸混合溶液2.5 mL定容，放置20 min后，用10%HCl溶液作載流，15 g/L KBH4-5 g/L KOH作為還原劑，在原子熒光光譜儀上測定As含量。

1.3.2土壤中Cu、Zn、Cd和As的測定

1）Cu和Zn的測定：土壤樣品中的銅和鋅含量按照GB/T 17138-1997方法測定。

2）Cd的測定：土壤Cd采用GB/T 17141-1997方法測定。

3）As的測定：稱取過篩好的土壤樣品0.25 g于100 mL經10%硝酸浸泡過的三角瓶中，加入HNO3（優級純）7.5 mL、H2SO4（優級純）2.5 mL、HClO4（優級純）1.5 mL，搖勻后蓋上小漏斗過夜。第2 d放在電熱板上先低溫加熱，再慢慢升溫至中溫，待土壤消煮呈乳白色即可。消煮時可以根據消煮的情況加入適當的HNO3（優級純）以確保消解完全。取下三角瓶稍冷，用雙蒸水沖洗三角瓶和漏斗，然后再繼續加熱至內容物剩余1～2 mL，取下用雙蒸水將消解液移至經10%硝酸浸泡過的50 mL容量瓶中。在上機測定前加入50 g/L硫脲-50 g/L抗壞血酸混合溶液5 mL，2.5 mL HCl（優級純），定容搖勻后放置20 min，用10%HCl溶液作載流，15 g/L KBH4-5 g/L KOH作為還原劑，在原子熒光光譜儀上測定As含量。

1.3.3沼液中Cu、Zn、Cd和As的測定Cu、Zn、Cd測定：按照GB/T 7475-1987方法測定。As測定：按照GB/T 7485-1987的方法測定。

1.3.4豬場重金屬超標率的計算超標率%=（超過標準的豬場數/調查的豬場總數）×100。

1.4試驗數據分析方法采用EXCEL分析處理數據。

2　結果與分析

2.1規模化豬場糞污和土壤中Cu、Zn、Cd、As含量從福建省各地共采集了6個規模化豬場的母豬糞、育肥豬糞、沼渣、糞渣、土壤（0～20 cm和20～40 cm），分析它們的Cu、Zn、Cd、As含量，結果見表1。其中福清兩個規模化豬場、漳平規模化豬場、閩侯規模化豬場和龍巖規模化豬場的土壤長期（＞3年）使用沼肥澆灌。由表1可知，經過干濕分離器分離出來的糞渣中的Cu、Zn、Cd、As含量均較豬糞和沼渣的低，糞渣中Zn含量為284.35～1 063.37 mg/kg，Cu含量為78.27～449.30 mg/kg，Cd含量為0.06～0.24 mg/kg，As含量為0～0.20 mg/kg；而母豬糞中的Zn含量為647.36～1 230.05 mg/kg，Cu含量為129.11～298.52 mg/kg，Cd含量為0.26～0.63 mg/kg，As含量為0.18～1.04 mg/kg；育肥豬糞中的Zn含量為638.42～1 312.84 mg/kg，Cu含量為150.46～1 175.15 mg/kg，Cd含量為0.22～0.44 mg/kg，As含量為0.31～0.74 mg/kg；沼渣中Zn含量為433.96～2 846.25 mg/kg，Cu含量為75.93～2 566.39 mg/kg，Cd含量為0.21～1.10 mg/kg，As含量為0.02～9.80 mg/kg。說明豬場的糞污經過分離后，固體污染物中的重金屬含量大幅度地減少；經過發酵沉淀后，沼液中的重金屬含量均明顯低于沼渣和豬糞的。除漳平規模化豬場外，其他豬場的母豬糞含Cu量均比育肥豬糞含Cu量低。母豬糞Cu含量為129.11～298.52 mg/kg；育肥豬糞中Cu含量為150.46～1 175.15 mg/kg。這可能是由于育肥豬對Cu的需求量較母豬高，而大部分豬場的育肥豬日糧中添加了過量Cu造成的。沼液中Zn含量為0.05～1.00 mg/kg；Cu含量為0.15～0.25 mg/kg；Cd含量均小于0.01 mg/kg；As含量為0.02～0.05 mg/kg。沼液中各種重金屬含量均較低，這可能是由于豬場沖洗的污水稀釋了重金屬的濃度，也可能是由于重金屬元素可溶于沼液中的量較低。

表1　規模化豬場糞污和土壤重金屬含量mg/kg

0～20 cm土層中Zn含量為44.10～347.45 mg/kg；Cu含量為16.48～184.39 mg/kg；Cd含量為0.04～0.15 mg/kg；As含量為4.75～14.23 mg/kg。20～40 cm土層中Zn含量為6.68～351.01 mg/kg；Cu含量為17.45～65.46 mg/kg；Cd含量為0.05～0.17mg/kg；As含量為2.39～16.42 mg/kg。所采集規模化豬場土壤中的Cd和As含量均在土壤環境質量二級標準范圍內；除了漳平規模化豬場土壤的含Zn量不符合土壤環境質量二級標準外，其余均符合；除南平規模化豬場表層土壤的含Cu量不符合土壤環境質量二級標準外，其余均符合[8]。

2.2小型豬場糞污和土壤中Cu、Zn、Cd、As含量由表2可知，在采樣的四個小型豬場中各種污染物的重金屬含量也不相同，但整體上呈現出沼渣重金屬含量高于豬糞重金屬含量的規律。其中母豬糞Zn含量為450.66～1 003.44 mg/kg，Cu含量為103.57～120.03 mg/kg，Cd含量為0.16～0.39 mg/kg，As含量為0.07～0.68 mg/kg；育肥豬糞Zn含量為611.15～913.80 mg/kg，Cu含量為392.92～833.37 mg/kg，Cd含量為0.29～0.48 mg/kg，As含量為0.15～1.71 mg/kg；而沼渣Zn含量為1 024.40～2 039.22 mg/kg，Cu含量為634.91～896.11 mg/kg，Cd含量為0.69～0.88 mg/kg，As含量為0.82～1.05 mg/kg。由此可見沼渣中的重金屬含量較豬糞中的高，這可能是由于沼渣經過發酵和沉積作用，使其重金屬濃度增高。沼液中Zn含量為0.2～0.38 mg/kg，Cu含量為0.2～0.3 mg/kg，Cd含量均小于0.01 mg/kg，As含量為0.01～0.04 mg/kg；沼液中各種重金屬含量均較豬糞中低。0～20 cm土層和20～40 cm土層的重金屬含量差別不大，其中0～20 cm土層Zn含量為73.08～340.32 mg/kg，Cu含量為9.70～129.57 mg/kg，Cd含量為0.05～0.06 mg/kg，As含量為5.48～15.84 mg/kg；20～40 cm土層Zn含量為82.90～340.32 mg/kg，Cu含量為14.34～101.83 mg/kg，Cd含量為0.03～0.04 mg/kg，As含量為6.84～14.88 mg/kg。但是，在同一個豬場中的不同土層的重金屬含量有一定差別，這與土壤施澆沼液量及施澆時間有關系，同時也與各個豬場的土壤環境有較大關系。

2.3Cu、Zn、Cd、As的平均含量規模化豬場和小型豬場各污染物重金屬平均含量如表3所示，各個豬場中各樣品的重金屬鎘平均含量均較低，均小于1 mg/kg；規模化豬場沼渣中砷的平均含量（3.47 mg/kg）高于小型豬場（0.95 mg/kg）；小型豬場土壤中的銅平均含量高于規模化豬場。不同規模豬場各污染物和土壤的重金屬含量不同，這可能與各豬場的生產管理有較大關系。

表2　小型豬場糞污和土壤重金屬含量mg/kg

2.4不同規模化豬場土壤、沼渣和沼液重金屬超標率豬場重金屬超標率如表4所示，所有豬場的沼渣、沼液和土壤中鎘和砷均未超標；土壤和沼渣中的銅和鋅都有不同程度的超標，總體上非規模化豬場土壤銅和鋅的超標現象較規模化豬場的嚴重。規模化豬場沼渣銅超標率為66.67%，鋅為83.33%，小型豬場沼渣銅和鋅超標率均為100%，這可能是由于豬場飼料添加劑的使用不規范，飼料中Cu和Zn的添加量大量地超標導致，各重金屬參照標準如表5所示。

表3　不同規模豬場重金屬平均含量mg/kg

3　討論

豬場糞污中各種重金屬含量主要與各豬場所用飼料及藥物有較大的關系；土壤中重金屬含量不僅與飼料相關，還與豬場周邊環境有較大的關系[9]。本研究中，在規模化豬場，沼渣的重金屬含量均較糞渣高，筆者認為這是由于糞渣經過固液分離后，一部分的重金屬被水沖走，從而降低了糞渣中的重金屬含量；大部分豬場的育肥豬糞銅含量遠遠高于母豬糞的，這與在育肥豬飼料中濫用高銅有關。普遍地，豬場沼渣中的重金屬含量比豬糞中的更高，這是由于沼渣經過發酵和長時間的沉淀積累，從而使沼渣中的重金屬含量升高了。沼液中的四種重金屬含量均不存在超標現象，這可能是由于大量沖洗圈舍用的水稀釋了重金屬的濃度。

表4　豬場土壤、沼渣和沼液重金屬超標率mg/kg

表5　標準規定重金屬含量mg/kg

豬場土壤和沼渣中的重金屬銅和鋅的超標率均較嚴重，非規模化豬場土壤和沼渣銅、鋅超標率高于規模化豬場的，且長期使用沼肥澆灌的土壤中的Cu和Zn含量較其他土壤高，這與豬飼料中添加過量的銅和鋅有密切的關系，與段然[9]等的研究一致。非規模化豬場沼渣中銅和鋅的超標率達到了100%，規模化豬場也分別達到了66.67%、83.33%，說明豬場糞污中銅和鋅的超標現象是比較普遍的，這與飼料中添加的大量銅、鋅制劑有密切關系；而規模化豬場的超標情況較非規模化豬場的稍微好一點，這可能與豬場處理糞污的方式有關，規模化豬場都有將糞污先經過固液分離再排入沼氣池中，這道工序可能使沼渣中的重金屬含量降低了。鎘和砷在所調查的豬場中均未出現超標的情況，這可能與自2008年起開始實施DB35/562-2008福建省《豬雞鴨用飼料產品安全質量要求》地方標準有較大關系，該標準將飼料添加As的最大允許量確定為2 mg/kg[10]。嚴格控制了飼料中砷制劑的使用量，使豬場環境的砷含量降低。不同土層的重金屬含量不同，這與土壤施沼肥年份、重金屬種類及土壤理化性質等有關。

試驗結果表明，豬場土壤和沼渣中重金屬銅和鋅超標現象嚴重，飼料重金屬是糞污中重金屬的主要來源，因此為了降低豬場糞污中的重金屬含量，我們必須嚴格控制飼料中重金屬的添加量，規范使用各類飼料添加劑，降低對周圍環境和人畜的危害；同時，豬場應該嚴格規范處理糞污，提高重視程度。各豬場經沼肥澆灌后的土壤重金屬含量都有所差別，但是普遍地，銅和鋅的超標率較嚴重，因此，筆者建議在將糞污農用時，應控制其使用量，以降低其造成二次污染的幾率。

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Research of contents of heavy metals in swine manure pollution and soil in Fujian province

He Bolan1Huang Qinlou2*Zhong Zhenmei3Huang Xiusheng3
(1.Laifeng Animal Husbandry&Veterinary Station,Bishan District,Chongqing City,Chongqing Bishan 402763; 2.Institute of Animal Husbandry&Veterinary,Fujian Academy of Agriculture Sciences,Fuzhou 350013; 3.Institute of Agricultural Ecology,Fujian Academy of Agriculture Sciences,Fuzhou 350013)

This research in view of the current problem of heavy metal pollution in swine manure pollution,surveying the heavy metal content of different types of pig farms pollution,aims to investigate main types and pollution degree of heavy metals in waste from the farms of Fujian province.We determinated the heavy metals,including copper,zinc,cadmium,arsenic in pig manure and sewage,soil, and hybrid pennisetum of ten different scale pig farms in Fujian province,and the results show that the content of copper,zinc,cadmium,arsenic in waste slag is lower than pig manure and biogas;the content of heavy metals in biogas slurry is the lowest.Waste and soil has a lower concentration of cadmium and arsenic,both of which were not overproof;The exceeding rate of copper and zinc in the soil are over than 30%,which are higher in the small pig farms than the large-scale pig farms;The exceeding rates of copper and zinc in biogas are 100%in small pig farms,which are more than 50%in large-scale pig farms;There is one large scale pig farm of the hybrid pennisetum by pouring biogas slurry,which is over the cadmium level.

hogpen waste soil heavy metals sampling survey

A

1003-4331（2015）05-0013-05

福建省自然科學基金（2013J01105）、公益性行業（農業）科研專項（201303094-04）、福建省農科院科技創新團隊（CXTD-1-05）項目資助。

何波瀾，女，助理獸醫師。E-mail：597628178@qq. com。

＊黃勤樓，男，研究員。E-mail：hql202@126.com。