華東地區(qū)不同種類畜禽糞便對農(nóng)田土壤重金屬輸入的影響

(環(huán)境保護部環(huán)境發(fā)展中心，北京 100029)

華東地區(qū)不同種類畜禽糞便對農(nóng)田土壤重金屬輸入的影響

劉海東李琳張維俊吳娜偉

(環(huán)境保護部環(huán)境發(fā)展中心，北京 100029)

在統(tǒng)計有關(guān)我國華東地區(qū)畜禽養(yǎng)殖規(guī)模、糞便重金屬含量等相關(guān)文獻數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，探討了華東地區(qū)畜禽糞便對農(nóng)田土壤重金屬輸入的貢獻，以及不同畜禽種類的影響。結(jié)果表明，畜禽糞便中重金屬對農(nóng)田土壤的輸入量從大到小依次為Zn>Cu>Cr>Pb>As>Cd>Hg，其中，Zn和Cu為主要輸入的元素。生豬糞便是農(nóng)田土壤中Zn、Cu、As輸入量的主要貢獻者，家禽糞便是Cr、Pb、Hg輸入量的主要貢獻者。牛糞便對農(nóng)田土壤中Pb、Hg、Cr輸入量的貢獻也不低。

農(nóng)田土壤；重金屬；畜禽糞便；華東地區(qū)

引言

我國農(nóng)業(yè)土壤污染狀況總體不容樂觀。據(jù)農(nóng)業(yè)部進行的調(diào)查，每年因重金屬污染減產(chǎn)的糧食1000多萬噸，被重金屬污染的糧食每年達到1200萬噸，合計損失至少200億元[1]。陳亦云等研究認為全國農(nóng)田土壤重金屬污染處于輕度污染到中度污染之間，并表現(xiàn)出一定的時空分異規(guī)律[2]。我國是畜禽養(yǎng)殖大國，但隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖環(huán)境污染問題日漸凸顯。為了增強畜禽抗病力，促進快速生長，一些重金屬元素如銅、鋅、砷、鉛等被廣泛應(yīng)用于飼料添加劑。研究表明，動物僅能有效利用飼料中重金屬的10%左右，其他幾乎都隨糞便排出體外[3]。中國每年使用的微量元素添加劑有15-18萬噸，約有10萬噸左右未被動物利用而隨糞便排出[4-5]。重金屬元素隨糞便直接進入到農(nóng)業(yè)土壤中，但重金屬元素不像有機污染物能夠被土壤中的微生物降解，而是大部分滯留在土壤中，導(dǎo)致其在土壤中含量不斷增加，對農(nóng)業(yè)土壤及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生較大的安全隱患。畜禽糞便中重金屬含量與地域及畜禽種類也有較大關(guān)聯(lián)。張樹清等對北京、浙江、山東、吉林、江蘇等地典型規(guī)模化養(yǎng)殖場畜禽糞便中重金屬含量的研究表明，豬糞中銅、鋅、砷的質(zhì)量分數(shù)明顯高于雞糞，而雞糞中鎘高于豬糞[6]。目前，針對畜禽糞便重金屬的研究主要集中在局部區(qū)域和含量分析方面，而針對農(nóng)田土壤中重金屬輸入的貢獻及影響因素研究較少。本研究以我國華東區(qū)域為對象，研究探討畜禽糞便還田對農(nóng)田土壤重金屬輸入的貢獻以及不同畜禽種類的影響，以期為加強農(nóng)田土壤重金屬的污染防治提供指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

我國地域遼闊，畜禽養(yǎng)殖分布很不平衡，存在著一條畜牧養(yǎng)殖疏密分界線，該線自內(nèi)蒙古新巴虎左右旗交界處到海南省東方市西海岸，西側(cè)為畜禽養(yǎng)殖的稀疏地區(qū)，東側(cè)為密集地區(qū)，東部地區(qū)養(yǎng)殖數(shù)量高于西部地區(qū)，特別是華北、華東、華南地區(qū)[7]。本研究選取我國華東地區(qū)，包括山東、上海、江蘇、浙江、安徽、福建、江西等7個省(市)。根據(jù)《中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料2015》，華東地區(qū)2015年生豬、家禽、肉牛、奶牛存欄量分別為9808.81萬頭、157341.5萬只、784.19萬頭、188.8萬頭，分別占全國的22%、27%、14%、4%；其中山東是養(yǎng)殖大省，其次為江蘇、江西等省。依據(jù)《中國國土資源公報》、《第二次全國農(nóng)業(yè)普查主要數(shù)據(jù)公報》、華東地區(qū)農(nóng)田土壤(主要以耕地、園地計)共2745.91萬公頃，其中山東、安徽和江蘇省分布面積較大。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源和整理

根據(jù)《中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料2015》，獲取華東地區(qū)各省2015年主要畜禽養(yǎng)殖種類、養(yǎng)殖規(guī)模數(shù)據(jù)。畜禽糞便還田主要用于蔬菜和作物等種植，因此農(nóng)田土壤以各省耕地、園地等分布面積計，數(shù)據(jù)來源于從《中國國土資源公報》、《全國農(nóng)業(yè)普查主要數(shù)據(jù)公報》等各省統(tǒng)計資料。

2.2 研究方法

(1)畜禽糞便產(chǎn)生量計算：畜禽糞便排泄系數(shù)是指單個畜禽每天排出糞便的數(shù)量，其與畜禽種類、生長期等多個因素有關(guān)。畜禽糞便排泄系數(shù)根據(jù)《第一次全國污染源普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)排污系數(shù)與排污系數(shù)手冊》中華東地區(qū)不同畜禽種飼養(yǎng)階段糞便量產(chǎn)污系數(shù)進行加權(quán)計算，結(jié)果見表1。畜禽糞便年產(chǎn)生量由畜禽養(yǎng)殖量、種類、畜禽糞便排泄系數(shù)等估算得出：畜禽糞便年產(chǎn)生量=畜禽年末存欄量×日排泄系數(shù)×?xí)r間。

表1 華東地區(qū)畜禽糞便日排泄系數(shù)

(2)畜禽糞便重金屬含量計算：畜禽糞便中銅(Cu)、鋅(Zn)含量根據(jù)《第一次全國污染源普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)排污系數(shù)與排污系數(shù)手冊》中華東地區(qū)不同畜禽種飼養(yǎng)階段污染物銅、鋅的產(chǎn)污系數(shù)進行加權(quán)計算。重金屬鉛(Pb)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、砷(As)、汞(Hg)含量來自于華東地區(qū)各省2010-2016年公開發(fā)表的相關(guān)研究文獻中針對家禽、豬、奶牛、肉牛等1300多個采樣樣品的試驗數(shù)據(jù)，剔除異常值后以各省為基本單元取平均值。

3 結(jié)果分析

3.1 畜禽糞便對農(nóng)田土壤重金屬的輸入

華東地區(qū)各省畜禽糞便對農(nóng)田土壤重金屬輸入的貢獻見圖1。從結(jié)果可以看出，華東各省畜禽糞便對農(nóng)田土壤重金屬年輸入量從大到小依次為山東>江蘇>江西>安徽>福建>浙江>上海。山東省年輸入量達5120.9t/a，分別是江蘇、江西、安徽省的2倍多，是福建、浙江省的約4倍、6倍，是上海市的33倍。生豬糞便是各省畜禽糞便對農(nóng)田土壤重金屬輸入的主要來源，各省生豬糞便占畜禽糞便重金屬輸入量的比例在57%-73%，山東省除外，其生豬糞便重金屬貢獻比例約占44%；其次為家禽糞便，而牛糞便對農(nóng)田土壤重金屬的輸入量在畜禽糞便中所占比例較低。總體來看，由于各地養(yǎng)殖種類和規(guī)模的不同，對農(nóng)田土壤重金屬年輸入量在不同地區(qū)存在一定的差別。

圖1 華東地區(qū)各省畜禽糞便對農(nóng)田土壤重金屬的輸入量

華東地區(qū)各省畜禽糞便對農(nóng)田土壤主要重金屬元素輸入的貢獻見圖2。由結(jié)果可見，畜禽糞便對農(nóng)業(yè)土壤重金屬的輸入量從大到小均依次為Zn>Cu>Cr>Pb>As>Cd>Hg，其中，Zn和Cu為主要輸入的元素，明顯高于其他重金屬元素。畜禽糞便對單位面積農(nóng)業(yè)土壤中Zn和Cu的貢獻量分別達323g/hm2·a和142g/hm2·a，其次是Cr、Pb、As，分別達28.9g/hm2·a、12.4g/hm2·a、8.4g/hm2·a。

圖2 華東地區(qū)畜禽糞便對農(nóng)田土壤主要重金屬元素的輸入量

3.2 不同種類畜禽糞便對農(nóng)田土壤重金屬輸入的影響

不同畜禽種類，其糞便對農(nóng)業(yè)土壤重金屬的輸入有所差別。圖3給出了不同種類畜禽糞便對農(nóng)田土壤主要重金屬元素的輸入量。由圖3可以看出，生豬糞便對農(nóng)業(yè)土壤重金屬的輸入以Zn和Cu為主，分別為4348.3t/a、3135.6t/a，其次為Cr、As，輸入量相對較低，分別為135.4t/a、109.7t/a；家禽糞便輸入以Zn為主，達3628.1t/a，其次為Cu、Cr、Pb等，但Zn輸入量分別是Cu、Cr、Pb輸入量的6.5倍、7.8倍、17.5倍；牛糞便輸入也以Zn為主，達890.3t/a，分別是Cu、Cr輸入量的4.3倍、4.6倍，是Pb輸入量的7.5倍。

不同畜禽糞便對農(nóng)田土壤主要重金屬元素的貢獻比例見圖4。生豬糞便是農(nóng)田土壤中Cu、Zn、As、Cd輸入量的主要貢獻者，貢獻比例分別達到81%、49%、48%、42%；家禽糞便是農(nóng)田土壤中Cr、Pb、Hg輸入量的主要貢獻者，貢獻比例分別達到58%、55%、42%，同時其對農(nóng)田土壤中Zn、As、Cd輸入量的貢獻比例分別達到41%、37%、39%。牛糞便對農(nóng)田土壤中Pb、Hg、Cr輸入量的貢獻也不低，比例分別達到35%、33%、25%。

圖3 華東地區(qū)不同畜禽糞便對農(nóng)田土壤主要重金屬元素的輸入量

圖4 不同畜禽糞便對農(nóng)田土壤主要重金屬元素的貢獻比例

4 結(jié) 論

畜禽糞便還田造成的重金屬輸入是農(nóng)田土壤重金屬污染的重要來源之一，但是針對農(nóng)田土壤中畜禽糞便重金屬貢獻量的研究較少。華東地區(qū)是我國畜禽養(yǎng)殖的重要區(qū)域之一，本研究以華東地區(qū)為對象，分析探討了畜禽糞便還田對農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染的貢獻，以及不同畜禽種類的影響。結(jié)果表明：

(1)華東各省畜禽糞便對農(nóng)田土壤重金屬年輸入量從大到小依次為山東>江蘇>江西>安徽>福建>浙江>上海。生豬糞便是各省畜禽糞便對農(nóng)田土壤重金屬輸入的主要來源，其次為家禽糞便，牛糞便貢獻量最低。

(2)畜禽糞便對農(nóng)業(yè)土壤重金屬的輸入量從大到小均依次為Zn>Cu>Cr>Pb>As>Cd>Hg，其中，Zn和Cu為主要輸入的元素，明顯高于其他重金屬元素。

(3)生豬糞便對農(nóng)業(yè)土壤重金屬的輸入以Zn和Cu為主，其次為Cr、As，輸入量相對較低；家禽和牛糞便輸入以Zn為主，其次為Cu、Cr、Pb等。

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EffectsofDifferentKindsofLivestockManureonHeavyMetalInputinAgriculturalSoilofEasternChina

LIU Haidong LI Lin ZHANG Weijun WU Nawei

(Environmental Development Center of Ministry of Environmental Protection，Beijing 100029)

Based on the published papers about livestock scale and heavy metal contents of eastern China，the present study explored the contribution of livestock manure to heavy metal input of agricultural soil and the effect of different kinds.Results showed that the input of heavy metals in livestock manure to agricultural soil was Zn>Cu>Cr>Pb>As>Cd>Hg，Zn and Cu were the main input elements. The input of Zn，Cu and As in agricultural soil mainly came from pig manure and the input of Cr、Pb、Hg mainly came from poultry manure. The input of Pb、Hg and Cr from cow manure was not low.

agricultural soil；heavy metal；livestock manure；eastern China

劉海東，博士，高級工程師，主要從事環(huán)境影響評價和農(nóng)業(yè)環(huán)境保護研究

吳娜偉，碩士，工程師，主要從事農(nóng)業(yè)環(huán)境保護研究

文獻格式：劉海東 等.華東地區(qū)不同種類畜禽糞便對農(nóng)田土壤重金屬輸入的影響[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(6)：136-139.

X21

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1673-288X(2017)06-0134-06