崇明畜禽糞便重金屬檢測及污染特征研究

摘要：本文致力于研究畜禽糞便作為有機肥料使用所含重金屬對農用地產生的污染程度。選取崇明區典型集約化管理的奶牛場和養豬場，提取了奶牛、豬的糞便和其他有機肥料，利用波長色散X射線熒光光譜法測定鉛、鉻、砷、鋅、銅、鎳。通過單項污染指數法和綜合污染指數法評價測定結果。本文提出合理規范畜禽業養殖、加強有機肥重金屬管控、在畜禽糞便堆肥發酵過程利用鈍化技術降低污染3項建議。

關鍵詞：畜禽糞便;重金屬;波長色散X射線熒光光譜法;污染特征研究

中圖分類號：X83 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）05-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.05.059

Abstract： This paper is devoted to the study of the degree of pollution caused by heavy metals contained in livestock manure as organic fertilizers. The dairy farms and pig farms in the typical intensive management of Chongming District were selected， and the feces and other organic fertilizers of dairy cows and pigs were extracted. The lead， chromium， arsenic， zinc， copper and nickel were determined by wavelength dispersive X-ray fluorescence spectrometry. The measurement results were evaluated by a single pollution index method and a comprehensive pollution index method. This paper proposes three suggestions for rationally regulating livestock and poultry breeding， strengthening heavy metal management and control of organic fertilizers， and using passivation technology to reduce pollution in livestock and poultry manure composting fermentation process.

Keywords： Livestock and poultry manure; Heavy metals; Wavelength dispersive X-ray fluorescence spectrometry; Pollution characteristics

隨著國民經濟發展，人們對于生態環境越來越關注，而土壤中重金屬污染也越來越引起全社會重視。崇明是上海的農業大區，轄區內有100多家集約化的畜禽養殖場，其產生的大量畜禽糞便，通常經過簡單堆肥發酵滅菌后直接還田或制成有機肥施用于農用地。在畜禽養殖過程中，為了預防畜禽疾病和促進其生長，會在飼料中定期使用大量含有金屬微量元素的添加劑。然而這些重金屬元素除一小部分消化吸收后蓄積到畜禽體內，而大部分重金屬則會隨畜禽糞便排出體外。重金屬是一種很難被其他微生物降解的物質，可以在自然環境中長期保存，抑制農作物生長，影響農業生態系統健康。

隨著現代化科學技術的普及，我國應用的金屬檢測方法[1-2]多種多樣，但這些國標方法需要對樣本進行前處理，消解步驟繁瑣。而波長色散X射線熒光光譜法[3-4]采用簡便、無污染粉末壓片技術制備樣品，不需要前處理且可以同時測定鉛、鉻、砷、鋅、銅、鎳等重金屬。波長色散X射線熒光光譜法具有分析速度快，無需轉換樣本物理形態，可直接分析粉末、固體、液體及晶質、非晶質等物質。利用X射線檢驗的熒光光譜法具有非破壞性，同一樣本可以反復進行測定，分析精密度高，測定過程中產生的污染因子少，可測元素組分范圍廣，濃度區間范圍廣以及樣本重現性良好。

1 材料方法

1.1 樣品采集及處理

根據崇明區畜禽業分布現狀，選取轄區內具有代表性的集約化奶牛場、養豬場、有機肥加工廠各3 家，每家各選取1個糞便簡易處置后的堆放點進行采樣。在對樣品質量進行監控的過程中嚴格按照國家對土壤環境制定的標準要求以及規范條例，制定明確的樣品監控流程和質檢方法。

1.2 樣品制備

用SampTech振動磨（GM-S）粉碎樣品后過200目篩，105 ℃ 烘干2h后將其倒入制樣環撥平，用硼酸鑲邊墊底，放入SampTech壓樣機（AP-40T）加壓30t，持續操作0.5min，將樣品制備成半徑為17mm的圓形切片。

1.3 檢測儀器及儀器測量條件

德國布魯克S8 Tiger X射線熒光光譜儀，3kW 高壓發生器，電流5-150mA，電壓20-60kV，陶瓷Rh靶端窗X射線光管（75?m的超薄Be窗），使用氣體氬、甲烷氣：氬氣和甲烷（9：1）。儀器測量條件見表1。

1.4 校準曲線繪制

本法選用國家標準物質系列土壤成分分析標準物質（GSS系列共19個）、水系沉積物成分分析標準物質（GSD系列共16個）作為校準樣品繪制工作曲線，各元素校準曲線情況見表2。

1.5 方法精密度和準確度

制備國家標準物質土壤成分分析標準物質（GSS-29）6個，取其平均值為測定結果，其測定結果見表3，波長色散X射線熒光光譜法測定各金屬元素的精密度均滿足要求。為進一步驗證波長色散X射線熒光光譜法的準確性，制備國家標準物質土壤成分分析標準物質（GSS-33、GSS-34）各3個，取其平均值為測定結果。制備自制樣品（TR-01、TR-02）各3個，分別用原子吸收光譜法和原子熒光光譜法測定結果與波長X射線熒光光譜法測定結果相比較，其測定結果見表4。由表4可知，波長色散X射線熒光光譜法測定各金屬元素的準確性均滿足要求，該方法可以用于實驗分析。

1.6 實驗結果

通過德國布魯克S8 Tiger X射線熒光光譜儀測定轄區內具有代表性的集約化奶牛場、養豬場、有機肥加工廠樣品共9個，其測定結果見表5。

2 結果評價

2.1 評價標準

就目前的形勢來看，我國政府部門針對畜禽糞便中的重金屬含量并沒有嚴格的標準要求。為了保障本次研究的科學性與有效性，在研究過程中將結合該領域設定的行為規范和有機肥料標準NY525-2012完成評價工作，詳細內容如表6所示。

2.2 單項評價

本文通過單項污染指數法對畜禽糞便中各項重金屬指標逐一進行分析，其計算方式：。Pi計算結果在1以下，則說明污染指數合格;Pi計算結果在1以上，則說明污染指數不合格。

通過單項污染指數法評價表7，養豬場豬糞單項污染指數不合格的有鋅、銅、鎳3種重金屬，有機肥單項污染指數不合格的有銅、鋅、鎳3種重金屬，奶牛場牛糞單項污染指數均合格。從樣品總體分析情況來看，重金屬含量養豬場豬糞>有機肥>奶牛場牛糞。

2.3 綜合評價

本文所采用的綜合評價方法是國內普遍使用的內梅羅綜合指數法評價。這種評價方法可以從整體掌握特定區域內污染物對生態環境的影響，還可以突出畜糞中高濃度污染物對生態環境的影響，計算公式：

通過內梅羅污染指數法評價表7，受重金屬污染程度最嚴重的是養豬場豬糞，屬于中污染等級，主要污染來源依次為鋅、銅、鎳;其次有機肥屬于輕度污染等級，主要污染來源依次為銅、鋅、鎳;而奶牛場牛糞屬于安全等級。

3 結論與建議

3.1 結論

本次研究檢測結果顯示，對于不同類型糞便或有機肥中重金屬測定結果有明顯差異，這可能是由于不同畜禽養殖所喂養的飼料和飼料添加劑重金屬含量不同所致。尤其是豬糞中重金屬鋅、銅超出標準數倍。而崇明作為上海農業大區，建設世界級生態島，畜禽糞便還田勢必會對崇明農業用田環境造成一定程度重金屬污染，破壞崇明生態環境。

3.2 建議

（1）合理規范畜禽業養殖，適當縮小整體養殖規模，不斷優化與升級整體養殖格局。嚴格遵照生態化養殖標準，將飼料添加劑的含量控制在標準范圍以內，從根源的角度實現對重金屬污染的整體把控。（2）加強有機肥料加工中重金屬的監管力度，逐步制定統一的畜禽糞便中重金屬的限量標準與規范。結合實際情況制定有機肥的量化標準，積極引導農民科學施肥、規范施肥，倡導綠色養殖的環保理念。（3）在畜禽糞便堆肥發酵過程利用鈍化修復技術[5-6]來降低重金屬在環境中遷移和被生物吸收利用，從而起到降低土壤中重金屬總濃度。養殖場尤其是養豬場應該對糞便進行無公害處理，根據本地農業生產方式和類型，選擇科學合理的修復技術，以此保障農產品的安全。

參考文獻

[1]張飛.原子吸收光譜法測定土壤中重金屬的探討[J].北方環境，2012，25（30）：218-221.

[2]李賽峰.原子熒光光譜法測定土壤中有害重金屬含量的探討[J].世界有色金屬，2018（35）：254-256.

[3]劉江斌，黨亮等.粉末壓片-X射線熒光光譜法測定土壤中的銅鉛鋅砷銻鈷鉻鎳等重金屬元素[J].分析測試技術與儀器，2015，21（1）：42-46.

[4]劉燕德，萬常斕，孫旭東.X射線熒光光譜技術在重金屬檢測中的應用[J].激光與紅外，2011，41（6）：605-611.

[5]龔浩如，韓永亮，王杰等.不同鈍化劑對豬糞堆肥中重金屬的鈍化效果[J].湖南農業科學，2012（9）：69-71.

[6]楊坤，李軍營，楊宇虹等.不同鈍化劑對豬糞堆肥中重金屬形態轉化的影響[J].中國土壤與肥料，2011（6）：43-48.

收稿日期：2019-02-28

作者簡介：范新峰（1984-），男，漢族，碩士，工程師，研究方向為環境監測。