畜禽養殖場沼液重金屬含量現狀及安全性分析

楊 濤，李建國，陳院華，呂貴芬，謝 杰，胡美蓉

(江西省農業科學院 土壤肥料與資源環境研究所，江西 南昌 330200)

畜禽養殖場沼液重金屬含量現狀及安全性分析

楊 濤，李建國，陳院華，呂貴芬*，謝 杰，胡美蓉

(江西省農業科學院 土壤肥料與資源環境研究所，江西 南昌 330200)

通過采集江西省4個地區13個縣(市)畜禽養殖場的沼液，檢測了其中Cu、Zn、Pb、Cd等4種元素的含量，分析了江西省畜禽養殖場沼液重金屬污染的現狀，結果表明：畜禽養殖場沼液中以Cu、Zn的含量較高，污染較嚴重，而且各采樣點的Cu、Zn的污染程度基本表現出一致的趨勢。因此，目前畜禽養殖場沼液農用灌溉存在較高的Cu、Zn污染風險，特別是Zn可能存在極高的污染風險；Pb、Cd的污染風險較低，其中Cd的污染風險大于Pb。

沼液；重金屬；畜禽養殖場；安全性

近30年來，中國化肥用量持續增長，20世紀80年代增長率為6.6%，90年代為4.7%，21世紀初為1.2%。中國是世界上最大的化肥生產國和消費國，2007年化肥產量占世界的33%，消費量占世界的32%[1]。大量化肥的使用不僅導致肥料利用效率下降，而且給食品及環境安全帶來了極大的威脅，人們對以有機肥作為肥源的有機食品的需求越來越大。養殖場沼液是一種極好的有機肥源，它具有肥效的速效性及養分的全面性，含有豐富的有機質、腐植酸、氮、磷、鉀等營養成分及氨基酸、維生素、酶、微量元素等生命活性物質，而且這些營養物質的可利用率高，能迅速被作物吸收利用[2-6]。受利益的驅使，為了刺激畜禽的生長，畜禽養殖中使用的飼料和獸藥在生產過程中普遍添加了含有重金屬的添加劑，如銅和鋅等重金屬元素，這些重金屬元素在畜禽體內消化吸收利用率極低，絕大部分通過糞便及尿液排出[7]。沼氣池內僅能對糞便及尿液中的有機物質進行分解，對重金屬元素卻無法去除，因此產生的沼液作為有機肥源會給土壤和人類身體健康帶來很大的威脅。為了了解江西省養殖場沼液中重金屬含量現狀以及沼液農用灌溉潛在的重金屬污染風險，更加安全、合理地利用畜禽養殖場沼液這一巨大的有機肥資源，筆者采集了江西省15個縣(市)畜禽養殖場的沼液，并對其重金屬含量進行了分析，旨在為目前沼液農用安全性提供指導。

1 材料與方法

1.1 樣品來源

沼液樣品取自于江西省南昌、九江、撫州、宜春4個地區的13個規模化畜禽養殖場共13個樣品。

1.2 取樣方法

沼液是指養殖場糞污通過沼氣厭氧發酵池處理后溢出的液體，其樣品取于沼氣池出料間，采集沼液上清液(用濾網過濾)，取1.5 L盛于潔凈塑料瓶中，并貼上標簽，填寫相關采樣信息，每個樣品混勻后分為3份，1份供檢測用，2份留樣待查。

1.3 檢測方法

樣品的檢測按照《水質銅 鋅 鉛 鎘的測定 原子吸收分光光度法》(GB/T 7475─1987)進行檢測。

2 結果與分析

2.1 沼液中重金屬含量

由表1可知，在13個樣點的沼液中，Cu的檢出值為未檢出～1.605 mg/L，其中有7個樣點未檢出，占樣點總數量的53.8%；有3個樣點檢出值低于《農田灌溉水質標準》(GB 5084─2005)限值，分別為上高縣養豬場(0.010 mg/L)、共青城市養豬場(0.755 mg/L)、高安市養豬場(0.850 mg/L)，占樣點總數的23.1%；有3個樣點的檢測值超出了GB 5084─2005標準的限值要求，分別為上高縣養雞場(1.120 mg/L)、崇仁縣養雞場(1.340 mg/L)、進賢縣養豬場(1.605 mg/L)，占樣點總數的23.1%，其中以進賢縣養豬場樣點的Cu含量最高，為標準值的1.6倍。說明目前大部分畜禽飼料中Cu的添加對沼液污染較小，但也有少部分畜禽飼料中可能添加了相對較多的Cu，以至于對沼液造成了相對較大的污染。

在13個樣點的沼液中，Zn的檢出值為0.811～8.820 mg/L，有7個樣點的檢出值超出了GB 5084─2005標準的限值要求，占樣點總數的53.8%，其中以崇仁縣養雞場沼液中Zn含量最高(8.820 mg/L)，為標準值的4.41倍，其次是進賢縣養豬場(8.380 mg/L)、上高養雞場(8.315 mg/L)。另外6個樣點沼液中Zn的檢出值較低，為0.811～1.285 mg/L，低于GB 5084─2005標準的限值要求，最低的為永修縣養豬場(0.811 mg/L)。說明飼料中Zn的添加比較普遍，并對沼液造成了不同程度的污染。

在13個樣點的沼液中，Pb、Cd的檢出值均很低，其中Pb的檢出值為未檢出～0.0412 mg/L，有4個樣點未檢出，占樣點總數的30.8%；上高養豬場樣點Pb的檢出值稍高(0.0412 mg/L)，為GB 5084─2005標準限值的0.2倍。其次是崇仁養雞場(0.0165 mg/L，為標準的0.08倍)、南昌縣養雞場(0.0107 mg/L，為標準的0.05倍)；Cd的檢出值為未檢出～0.0026 mg/L，有8個樣點未檢出，占樣點總數的61.5%。沼液中Cd含量最高的樣點為宜豐養豬場(0.0026 mg/L),為GB 5084─2005標準限值的0.026倍，其次是南昌縣養豬場(0.0023 mg/L，為標準限值的0.023倍)。說明飼料中Pb、Cd的添加相對很少或沒有添加Pb、Cd。

表1 沼液中重金屬含量

注：/表示未檢出。

2.2 沼液農用安全性分析

在13個樣點沼液中，Pb、Cd含量都很低，其中上高養豬場樣點Pb的檢出值稍高(0.0412 mg/L)，宜豐養豬場樣點Cd的檢出值稍高(0.0026 mg/L)。遠低于GB 5084─2005標準的限值。這反映出目前畜禽飼料中Pb、Cd添加量較少或未添加Pb、Cd成分，因此在沼液中檢出值很低，對農用灌溉安全性影響很小。

在13個樣點沼液中，Cu、Zn的含量稍高，其中進賢縣養豬場樣點的Cu含量最高(1.605 mg/L)，為標準值的1.6倍。崇仁養雞場沼液的Zn含量最高(8.820 mg/L)，為標準值的4.41倍。從圖1、圖2中還可以看出，各采樣點沼液中Cu、Zn含量基本上表現一致趨勢，即從總體來看，3、10、12、13號采樣點的Cu、Zn含量均稍高，其他點的Cu、Zn含量均稍低，而且各采樣點的Zn含量均高于Cu含量。這反映出畜禽飼料中Cu、Zn是按照一定比例添加的，而且Zn的添加量高于Cu，添加數量的多少影響到沼液中Cu、Zn含量的高低。因此，畜禽養殖場沼液農用灌溉存在Cu、Zn的污染風險。

圖1 各采樣點沼液Cu含量

圖2 各采樣點沼液Zn含量

為明確各采樣點畜禽養殖場沼液農用灌溉潛在污染風險，筆者參照基于污染指數(P)的安全分級標準[8]，對污染風險進行分級，并采用風險指數(Pi)法，表征沼液中重金屬的絕對風險。具體分級標準見表2。

表2 沼液灌溉重金屬的潛在風險分級及其對策

重金屬潛在污染風險指數的計算公式：

Pi=Ci/Si

式中：Ci為第i個重金屬的實測值；Si為第i個重金屬的標準值。經計算，各采樣點沼液中重金屬潛在風險指數Pi值見表3。

表3 各采樣點沼液中重金屬潛在風險指數

表3的Pi值計算結果對比表2中的潛在污染風險分級標準可知，13個采樣點沼液中Cu的潛在污染風險指數P≤0.2的有8個，占采樣點總數的61.5%，即這8個采樣點的沼液沒有Cu污染風險，沼液經過簡單的物理處理可以適量用于農田灌溉；潛在污染風險指數0.23.0的為0個。

在13個采樣點中，Zn潛在污染風險指數P≤0.2的為0個；潛在污染風險指數0.23.0的有3個，占采樣點總數的23.1%，這3個采樣點的沼液存在極高的Zn污染風險，必須經過物理、化學及生物綜合措施進行凈化處理，在農業灌溉中禁止施用。

在13個采樣點中，Pb的潛在污染風險指數P≤0.2的有13個，其中一個樣點正好為臨界值。因此，這些養殖場沼液基本沒有Pb污染風險，沼液經過簡單物理處理可以適量用于農田灌溉。

在13個采樣點中，Cd的潛在污染風險指數P≤0.2的有11個，占采樣點總數的84.6%，這11個采樣點的沼液沒有Cd污染風險的沼液經過簡單物理處理可以適量用于農田灌溉；潛在污染風險指數0.20.5的有0個。

綜合13個采樣點的Cu、Zn、Pb、Cd的潛在污染風險來看，畜禽養殖場沼液農用灌溉Cu、Zn的污染風險較大，且Zn的污染風險大于Cu，有些養殖場沼液必須經過物理、化學及生物綜合措施進行凈化處理，而且在農業灌溉中應禁止施用。畜禽養殖場沼液農用灌溉Pb、Cd的污染風險較小，但Cd的污染風險大于Pb。

3 結論與建議

通過采集江西省4個地區13個縣(市)畜禽養殖場沼液，檢測其中Cu、Zn、Pb、Cd的含量，以了解江西省畜禽養殖場沼液重金屬污染現狀，檢測結果表明：(1)養殖場沼液中Cu、Zn、Pb、Cd含量以Cu、Zn較高，污染較嚴重，而且各采樣點的Cu、Zn污染程度基本表現出一致的趨勢，由此可以反映出飼料中添加了Cu、Zn。Pb、Cd含量較低，污染不明顯，反映出目前畜禽飼料中Pb、Cd添加量較少或未添加Pb、Cd成分。(2)目前畜禽養殖場沼液農用灌溉存在較高的Cu、Zn污染風險，特別是Zn可能存在極高的污染風險。Pb、Cd的污染風險較低，其中Cd的污染風險大于Pb。(3)由于重金屬污染治理難度相當大，不可能像有機污染物那樣分解，會造成二次污染，而且畜禽養殖場沼液產生量也相當大，因此，要控制沼液中重金屬含量，降低沼液農用灌溉污染風險，必須從源頭控制，即嚴格控制甚至杜絕飼料中添加重金屬，以及確保飼料原料中重金屬含量符合相關標準要求，以及畜禽養殖場沼液農用灌溉安全。

[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] 王飛，秦方錦，吳丹亞，等.不同施肥制度對稻田耕層土壤的環境質量效應[J].中國農學通報，2016,32(14):112-118.

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[7] 朱泉雯.重金屬在豬飼料-糞污-沼液中的變化特征[J].水土保持研究,2014,21(6):284-289.

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(責任編輯：曾小軍)

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

江西省重點研發計劃項目(20161ACF60023)；江西省科技支撐項目(20151BBF60033)；江西省農科院青年基金項目(201 4CQN006)。

楊濤(1983─)，男，江西南昌人，助理研究員，主要從事農業環境研究。*通訊作者：呂貴芬。

X713

A

1001-8581(2017)02-0063-04