施用高金屬含量豬糞對荔枝果品質量的影響

周昌敏，白翠華，羅東林，朱陸偉，王 偉，謝耀如，姚麗賢

（華南農業大學資源環境學院，廣東 廣州 510642）

【研究意義】荔枝是一種廣受歡迎的鮮食水果，消費者對荔枝果品的質量和食用安全更為關注和敏感。荔枝生產中普遍施用有機肥，其中以禽畜糞肥最為常見[1]。由于近年在蔬菜作物上的大部分研究均認為施用禽畜糞肥會提高蔬菜重金屬含量，社會上出現荔枝果實會被禽畜糞肥中重金屬污染的觀點，部分荔枝種植戶甚至拒絕施用糞肥。因此，研究禽畜糞肥中金屬在荔枝果實的累積及對果實品質的影響，回答含金屬糞肥能否在荔枝上施用的疑問，并促進糞肥在荔枝的合理安全施用，具有重要意義。【前人研究進展】為了防治禽畜疾病、促進禽畜生長和提高飼料報酬，禽畜飼料中通常添加微量元素（金屬元素）添加劑。然而，由于禽畜對金屬的利用率較低，大部分金屬隨糞尿排出，導致禽畜糞中金屬殘留較高[2-6]。而且，糞肥中的金屬主要以可提取態存在，生物有效性和移動性較高[7-8]。施用含金屬殘留的禽畜糞，可顯著提高蔬菜的Cu、Zn、As、Cd等含量[8-12]。【本研究切入點】目前施用含金屬的禽畜糞對作物吸收累積金屬影響的研究，主要集中在蔬菜作物上，罕見在多年生木本果樹作物上的報道。荔枝是我國最重要的熱帶亞熱帶果樹，樹體吸收和果實累積來自糞肥的金屬的能力尚不清楚。【擬解決的關鍵問題】本研究采集含有高金屬殘留的豬糞，在華南地區典型荔枝園連續施用3年，以明確荔枝果實品質及金屬含量隨豬糞施用量及施用年限提高的變化，為高金屬殘留的糞肥能否在荔枝上施用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015—2018年在廣州市增城區荔城街東林果場（113°45′56.32″E、23°14′33.85″N）進行。試驗地土壤類型為赤紅壤，質地為砂質黏壤土，土壤pH為4.2±（0.2），有機質含量14.1（±0.2） g/kg，堿解氮 44.9（±1.2） mg/kg，有效磷1.0（±0.2） mg/kg，速效鉀 23.0（±1.0） mg/kg，有效鈣 93.6（±1.6） mg/kg，有效鎂7.7（±0.2） mg/kg，有效鐵 26.6（±1.2） mg/kg，有效錳 1.2（±0.1） mg/kg，有效銅 0.8（±0.1） mg/kg，有效鋅 0.9（±0.2） mg/kg。該園土壤酸性強，土壤肥力整體較低。

1.2 試驗材料

試驗用豬糞每年均采集于肇慶市四會區龍莆鎮某豬場。豬糞不添加其他物質，約堆漚1個月后施用。堆漚后豬糞基本性質見表1。

表1 2015—2018年所用豬糞基本理化性質Table 1 Basic physicochemical properties of pig manure used during 2015-2018

供試荔枝品種為妃子笑，樹齡15年，種植密度5 m×5 m。選取大致等高種植、長勢基本一致的荔枝樹作為試驗樹。

1.3 試驗方法

試驗設4個豬糞用量處理，分別為0（CK）、20、40、80 kg/株，每個處理3次重復，每個重復2株樹。2015—2018年，每年采果后在每株樹滴水線下挖3～4條施肥溝，在施用等量復合肥的基礎上，按不同處理施入經堆漚的豬糞。試驗樹的田間管理措施與生產完全一致。

1.4 樣本采集和測試

在每年果實集中收獲期，在每株樹不同方位采集果實80個，以兩株樹的果實合并作為1個重復的樣本。果實帶回實驗室后再次混勻，馬上將果皮、果肉和果核剝離。用攪拌機將果肉制為勻漿，用WYT（0～80%）手持糖量計測定果肉固形物含量，用費林試劑法測定可溶性糖含量，用中和滴定法測定可滴定酸含量，用pH計測定果肉勻漿pH值。同時，果肉鮮樣均用硝酸-高氯酸消解法消解，然后用原子吸收分光光度法測定Fe、Mn、Cu 和 Zn 含量[13]。

2016年，果實游離氨基酸用茚三酮柱后衍生法測定。果肉用酸水解法進行前處理，過濾后直接上機測定游離氨基酸含量[14]。所用氨基酸分析儀為日立L-8900型，配備色譜柱為日立855-4507型。檢測條件：柱溫為程序變溫，反應柱溫為135℃；檸檬酸（鋰）pH緩沖液梯度洗脫，流速為洗脫泵0.35 mL/min，衍生泵為0.30 mL/min；檢測波長為570 nm+440 nm，分析時間為148 min。檢出的氨基酸包括風味氨基酸、γ-氨基丁酸等共28種，其中，天冬氨酸+賴氨酸+谷氨酸為鮮味氨基酸，甘氨酸+丙氨酸+蘇氨酸+絲氨酸+組氨酸+脯氨酸為甜味氨基酸，纈氨酸+蛋氨酸+異亮氨酸+亮氨酸+精氨酸為苦味氨基酸，酪氨酸+苯丙氨酸為芳香族氨基酸，總游離氨基酸則為所有檢出氨基酸之和。另外，果皮和果核經105℃殺青、70℃烘干后粉碎制樣，用硝酸-高氯酸消解法消解，然后用原子吸收分光光度法測定Fe、Mn、Cu和Zn含量。

2017年，用便攜式光合儀（美國PP Systems公司，TPS-2型）測定果實膨大期葉片光合作用參數，包括蒸騰速率、氣孔導度、凈光合速率和胞間CO2濃度。

2018年，用果皮和果核鮮樣測定Fe、Mn、Cu和Zn含量。

試驗數據用Excel進行處理并作圖，用SAS 9.0進行統計分析，用Duncan's法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同豬糞用量處理對荔枝葉片光合作用的影響

荔枝果實膨大期葉片光合參數測定結果（表2）顯示，與不施用豬糞的對照相比，3個施用豬糞處理均不同程度降低葉片蒸騰速率和氣孔導度，但處理間胞間CO2濃度差異未達顯著水平。施用豬糞雖然有降低葉片凈光合速率的趨勢，但處理間差異也未達顯著水平。這表明施用豬糞整體上對荔枝葉片光合作用影響并不大。

2.2 不同豬糞用量處理對荔枝果實品質的影響

3年荔枝果實品質測定結果（表3）表明，同一年份不同處理的果實可溶性固形物含量差別不大，果實pH、可溶性糖、可滴定酸含量、糖酸比雖然在某一年份存在差異，但3年間不同處理上述品質指標的變化差異并不相同，未表現出明顯一致的規律。然而，不同年份間的果實品質數據差異顯著，果實pH呈現逐年遞增，而可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸含量呈逐年降低的規律。整體而言，豬糞用量對某一年的荔枝果實品質影響不大，但年份間的品質差異顯著。

表2 果實膨大期不同豬糞用量處理荔枝葉片光合作用參數（2017）Table 2 Photosynthetic parameters of litchi leaf at fruit swelling stage with various pig manure consumption (2017)

表3 不同豬糞用量處理荔枝果實品質Table 3 Fruit quality of litchi in treatments with various pig manure consumption

游離氨基酸含量是評價水果及水果加工品的重要依據[15-16]。2016年果實游離氨基酸含量測定結果表明，不同處理果肉鮮味氨基酸、苦味氨基酸和芳香族氨基酸含量均未具有統計意義的差異（表4）。與對照相比，除施用豬糞20 kg/株提高果肉甜味氨基酸含量的作用未達顯著水平外，施用豬糞40和80 kg/株均顯著提高甜味氨基酸含量；-氨基丁酸含量則以40 kg/株處理最高，明顯高于對照及20 kg/株處理，顯著高于80 kg/株處理；不同處理的果肉總游離氨基酸含量雖然仍以40 kg/株處理最高，但處理間的差異均未達顯著水平。整體而言，施用40 kg/株豬糞可提高果實風味，如豬糞用量進一步提高，則反而未觀察到這種作用。

表4 不同豬糞用量處理荔枝果實總游離氨基酸及風味氨基酸含量（mg/mL）Table 4 Flavor amino acid and total free amino acid contents in litchi fruits with various pig manure consumption(mg/mL)

2.3 不同豬糞用量處理對荔枝果實金屬含量的影響

荔枝果肉金屬含量測定結果顯示，連續3年施用豬糞，僅2017年處理間果肉Mn含量存在統計學上的差異，但果肉Mn含量未隨豬糞用量的增加而提高；其他年份施用豬糞處理果肉的Fe、Mn、Cu、Zn含量與對照差別不大，果肉4種金屬含量與豬糞用量也未表現出密切關系（圖1）。

荔枝果肉金屬含量方差分析結果顯示，雖然不同處理間果肉Fe含量差異達到顯著水平，但果肉Fe含量并未隨豬糞用量的增加而顯著提高；不同處理果肉Mn、Cu、Zn含量差別不大（表5）。另外，除果肉Cu含量外，不同年份果肉Fe、Mn、Zn含量均存在顯著差異。然而，僅有果肉Zn含量隨豬糞施用年限的增加而提高，果肉Fe和Cu含量并未出現同樣的規律。

表5 不同豬糞用量處理荔枝果肉金屬含量方差分析Table 5 Analysis of variance for metal contents in litchi pulp with various pig manure consumption

圖1 不同豬糞用量處理荔枝果肉金屬含量比較Fig.1 Comparison of metal contents in litchi pulp in treatments with various pig manure consumption

荔枝果皮和果核金屬含量測定結果顯示，2015年施用豬糞80 kg/株，2016年荔枝果皮Cu含量、果核Fe和Zn含量均比其他處理顯著提高，對果皮和果核其他金屬含量影響不大；施用豬糞20和40 kg/株處理果皮和果核的4種金屬含量均與對照沒有顯著差異（圖2）。連續施用豬糞3年后，2018年不同處理間僅有果核Fe含量具有統計學上的差異，但Fe含量并未隨豬糞用量的增加而提高；不同處理果皮和果核其他金屬含量均差別不大，但果皮Mn含量有隨豬糞用量增加而提高的趨勢。

圖2 不同豬糞用量處理荔枝果皮和果核金屬含量Fig.2 Metal contents in litchi peel and seed in treatments with various pig manure consumption

由于糞肥中金屬并未明顯影響荔枝果肉4種金屬含量，而且每年不同處理果肉其他品質（pH、可溶性固形物、可溶性糖和可滴定酸含量、糖酸比及游離氨基酸含量）也缺乏某種明顯一致的差別，因此，糞肥中金屬含量對荔枝果實品質并未產生不良影響。

3 討論

3.1 施用高含量金屬豬糞引起荔枝果實金屬污染的風險

我國目前還沒有針對畜禽糞農用的重金屬限量標準。《畜禽糞便安全使用準則》（NY-T 1334-2007）對畜禽糞的As、Cu和Zn含量作出了限定，對Fe和Mn含量則未進行限定。根據該準則規定的土壤pH水平及作物類別來衡量，本研究所用豬糞Cu含量分別超標97.8%（2015）和47.5%（2017），Zn含量分別超標146.2%（2015）和6.7%（2016）。我國最新的飼料衛生標準（GB 13078-2017）已將飼料有機胂添加劑禁用，因此，本研究不對飼料和雞糞中的As含量進行探討。

本試驗結果表明，即使豬糞中含有數百甚至數千mg/kg的Fe、Mn、Cu、Zn，連續3年施用豬糞并未提高果肉4種金屬含量，對果皮和果核4種金屬含量也沒有連續的、明顯一致的影響。這說明來自豬糞的4種金屬難以累積到荔枝果實，主要原因可能是：（1）荔枝樹體高大，根系吸收的金屬難以長距離運輸累積在果實；（2）果樹每年采果后均進行修剪，將原來累積有金屬的結果母枝剪去，新抽生的秋梢老熟后作為翌年結果母枝，累積的金屬相對較少。由于施用糞肥人力成本高，荔枝生產上果農較少連續每年大量施用糞肥，多數為每隔1年施用糞肥，而且用量通常為數十千克以內。因此，即使禽畜糞中含有較高含量的金屬，常規施用糞肥顯著提高荔枝果實金屬含量的風險很低。

3.2 我國食品金屬含量限量標準的變化

我國食品中鐵限量標準（GB 15200-94）中并沒有針對水果的限量標準，食品中銅限量衛生標準（GB 15199-94）中水果Cu限值為≤10 mg/kg，食品中鋅限量衛生標準（GB 13106-91）中水果Zn限值為≤5 mg/kg。上述標準均已在2011年1月1日廢止。此外，我國一直未出臺針對水果Mn含量的限量標準。在我國最新的食品安全國家標準（GB 2762-2017）中，對水果的Fe、Mn、Cu和Zn含量均未作出限定。由此可見，即使施用含Fe、Mn、Cu和Zn殘留較高的雞糞，也不會出現荔枝果實被這些金屬污染的問題。

Fe是幾乎所有生物的必需營養元素，它廣泛參與各種代謝過程，如氧氣運輸、DNA合成和電子運輸等[17]。世界上有19.7億人患有貧血，其中50%～80%由于缺Fe造成，故缺鐵性貧血成為一個全球關注的健康問題[18-19]。植物和動物缺Cu和Mn也是一個世界性問題，尤其在土壤高pH的地區[20]。另外，世界范圍內人體Zn毒害極為罕見，而缺Zn則普遍存在，缺Zn對人體生長、神經發育和免疫能力均有傷害，由于營養不良及食物Zn有效性低造成的缺Zn健康風險，遠遠大于Zn毒害的風險[21]。因此，施用糞肥提高荔枝果實Fe、Mn、Cu和Zn含量而影響人體健康的風險極低。

4 結論

在荔枝上連續3年以0～80 kg/株的用量施用高含量Fe、Mn、Cu、Zn的豬糞，對荔枝葉片光合作用和果實品質并沒有明顯一致的影響，果實中4種金屬含量也未隨豬糞用量的增加或施用年限的增加而提高。因此，即使養殖場禽畜糞肥含有較高金屬殘留，以常規方式在荔枝上施用，引起荔枝果品質量安全問題的風險很低。