山東省生豬主產區土壤重金屬沉積存量研究

張建臣

（山東畜牧獸醫職業學院，山東 濰坊261061）

山東省是我國生豬養殖的大省，生豬存欄量及豬類產品產出量位居全國前列，其中濰坊市生豬養殖過程中產出糞污量明顯超出其他地市區域產出量（表1），固態廢棄物經腐熟過程不能降低重金屬存量，進而嚴重造成種植區土壤重金屬沉積現象，間接危害自然生態環境和人類健康。自本世紀初，貴州省，黑龍江省，山東省等省市地區，針對工農業廢棄物排放重金屬做調查，分析了土壤重金屬種類及沉積現狀，近84.6%以上的省市地區出現土壤重金屬超過國家歷史背景值，80.1%以上超過地方歷史背景值，調查地區一半上沉積量不符合《國家土壤質量標準》GB15648—1995的要求；同時也進行了土壤潛在風險的評估，50.2%地區土壤潛在生態風險處于中強風險。基于之前相關研究的領域多集中在工業和交通等造成的土壤重金屬污染、領域內研究主要是多年前的豬糞肥重金屬輸入量調查，不能代表現在土壤重金屬特點，本研究點將立足于山東生豬主產區濰坊市區域內連續施用腐熟豬糞肥五年以上的土壤重金屬存量進行測定及土壤潛在風險評估，得出現在沉積存量和污染程度。通過本研究，經過長期施用豬糞肥后的土壤重金屬類型、沉積存量和潛在風險等級，為農業有針對性的選擇農作物和相關科研研究提供數據支撐及技術幫助。

表1 山東省生豬主產區糞尿五年排放量均值（萬噸/年）

1 材料與方法

1.1 試驗場地試驗區域位于山東省濰坊市諸城市東茂才溝村（GPS定位在北緯35.7989和東經119.4099，海拔68.33m），該場地占地403.1畝的蔬菜種植區，周圍無工廠和主要公路，場地無社會性污染滲侵（圖1）；用途為輪種玉米和短季蔬菜，自2013年起至今，肥料施用周邊豬場固態糞污，已連續施用7年。

圖1 試驗場地環境

1.2土樣采集土樣采集方法采取梅花點式；場地中心點用GPS定位，中心點等角度輻射五個采樣點單位，采樣點距離場地邊界25～30m，確保不被周圍環境因素滲透污染，每個采樣單位內隨機選擇5個采樣點，每先對采樣點挖深20～30cm左右的坑，每點采集在標底基礎上深度5～25cm或坑側面土樣200～300g的土樣，去除肉眼可見根、雜草和石塊等雜質，每5份混合（1000～1500g），標簽記錄，登記取樣信息。

2 土壤重金屬指標

2.1 土壤重金屬存量測定采取水侵提—點位方法測定Ph值（水:土=2.5:1.0）；重金屬測定方法采取硝酸—高氯酸—氫氟酸消解法，硝酸純度為優級，所用電阻率不小于10MΩ的去離子水，電感耦合等離子體譜儀（ICP—MS）測取Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Hg土壤重金屬含量。樣土測定過程使用國家土壤標物Gss-5對檢測質量進行保障。

2.2 土壤重金屬污染評估據國家對土壤質量二級標準為本試驗的評估標準（GB/T15618—1995），采用單因子污染指數法和內梅羅（Nemerow）綜合污染指數法對土壤重金屬的污染評估，參照重金屬污染等級分別標注（表2）。

表2 污染指數分級標準

計算方法：Pi=Ci/Sk PN=[（Pimax）2/2+（Pimean）2/2]-2

2.3 重金屬污染潛在風險評估（Hakanson）運用評估土壤潛在風險指數法對濰坊市地區長期施用腐熟豬糞土壤重金屬的生態風險評價；評估潛在風險指標（參照表3）。計算方法：Eri=TriCfi=TriCsi/Cni RI=∑Eri

表3 土壤潛在風險評估指標

2.4 數據分析處理試驗過程數據經過匯總和整理，采用Microsoft Excel2009對重金屬含量做統計及DPS2006做數據相關性分析，采用Arcgis對試驗區域Nemrow污染指標進行分析。

3 結果與分析

3.1 土壤重金屬存量樣土pH值范圍為7.02±0.02～6.81±0.14，屬中性范圍；試驗區周邊無較大污染工業生產，本試驗排除工業污染因素；在試驗區內長期施用腐熟豬糞的土壤，由表4可見，Cu為26.32～31.25mg/kg；Zn為88.26～162.06mg/kg；Pb為11.04～22.15mg/kg；Cd為0.102～0.148mg/kg；Hg為8.15～15.22mg/kg；Cr為51.03～62.70mg/kg。離散系數16.97%～45.54%，為中等離散，系數差異不顯著，重金屬均屬施用糞便帶入。三酸消解法測定重金屬Pb、Hg、Cr和Cd均有檢出，Zn和Cu在土壤中殘留量較明顯超于其他4種重金屬，超山東土壤背景值，但未超過國家土壤環境質量二級標準；Hg超山東土壤背景值，生態風險處于輕度危害程度。Pb，Cd和Cr有檢出，不超過山東土壤背景值，在國家土壤環境質量二級標準含量內，Zn和Cu土壤生態風險處于中度危害程度，Hg處于土壤生態風險為安全。土壤含量均值Zn＞Cu＞Cr＞Pb＞Hg＞Cd；其中Zn和Cu樣土超標量達50.54%，其他有檢出，超標量20.2%以下。

表4 試驗區土壤重金屬含量（mg·kg-1）

3.2 土壤重金屬污染指數單因子污染指數法和Nemerow綜合污染指數法對土壤重金屬的污染評估結果，從表5可見，Zn和Cu分擔率分別為36.48%和21.05%，在土樣重金屬中出現率最高，Hg和Cd分擔率分別為8.91%和16.26%，土樣重金屬出現率居中，Pb和Cr分擔率分別為12.14%和5.16%，土樣重金屬出現率最低。PN由大到小為Zn＞Cu＞Hg＞Cd＞Pb＞Cr，幾種重金屬污染Zn和Cu土壤污染為3級，超過山東地區背景值，輕度污染，作物開始受到污染，開始危害人類健康；Hg和Cd土壤污染2級，警戒線，土壤尚清潔，對人類健康危害較小；Pb和Cr土壤污染為1級，安全，土壤清潔，對人類健康危害無。

表5 試驗區土壤重金屬PN及分擔率（%）

3.3土壤環境潛在生態風險評估試驗區土壤重金屬Cu、Hg、Pb、Zn、Cd和Cr環 境 潛 在 風 險 系 數 為26.09～84.27、15.64～36.12、4.75～15.18、40.62～90.01、4.75～15.18和7.24～12.60；系數均值為70.21、23.65、8.63、75.81、12.87和8.08。全部樣土中Hg、Pb、Cd和Cr潛在生態風險系數，小于40，P綜≤1.0，RI小于150在土壤環境評估中為輕度生態危害程度，其中Hg取樣點污染占比率上出現3%中度污染，結合以上評估數據分析，可能是采用儀器在檢測中個別重金屬濃度較高，影響敏感度所致，將其低比例數據不作為明顯差異統計，排除誤差。Cu和Zn潛在生態風險系數均值40～80，綜合評估為環境污染中等程度，但樣土中最大值均超80的占比率分別為13%和11%，2.0＞P綜＞1.0，RI＜150在土壤環境評估中為中度生態危害程度。

表6 試驗區土壤重金屬Eri及樣點占比率（%）

4 分析與結論

4.1 分 析《（2017年修訂版）飼料添加劑安全使用規范》和《（2017年修訂版）飼料和飼料添加劑管理條例》對含重金屬類添加劑使用規范和嚴格管理，在規范出臺之前，由于Zn、Cu、Hg、Cd、Pb和Cr等元素在豬生長發育中具有促進作用，因此大部分相關企業添加現象十分普遍，呈現出用量不規范和投入化學形態多樣的問題；重金屬添加劑的濫用或超量添加，會在豬肝臟和腎臟等器官大量沉積，嚴重影響豬健康，通過施肥進入土壤，經食物鏈直接或間接影響人類健康。

2017年有研究表明，山東土壤重金屬輸入途徑主要是工業，交通，畜牧養殖和燃料焚燒等，同時土壤重金屬輸入量調查研究結果表明，畜禽養殖糞污輸入量占比在24.91%，其中豬糞輸入量占比達58.77%。而土壤重金屬存在性質具有典型的實時性和區域性，為此本研究立足山東生豬主產區的一塊長期施用腐熟豬糞種植區土壤重金屬沉積量和風險評估，該試驗場地周邊無工業和交通等人為因素的污染（如圖1），因此土壤重金屬為豬糞肥污染；經分析發現，土壤中的重金屬沉積現象依然存在，沉積存量與區域背景值對比，較2018年土壤Zn、Cu、Hg、Cd、Pb和Cr的存量都有不同程度的減少，其中土壤中Hg、Cd、Pb和Cr沉積存量呈顯著性減少，土壤環境潛在風險均處于低或無風險，對人危害較小或無害；土壤中Zn和Cu的沉積存量較高，依然處于較高風險等級，危害人類健康，這與政策出臺和逐年的農作物重金屬的生物富集與生物轉運相關度極高，根據該區域土壤Zn和Cu的實際情況，針對性選擇對Zn和Cu生物富集率較高的作物種植（如菠菜、金針菜、小白菜和豆類等作物）。從研究角度看，以Zn、Cu、Hg、Cd、Pb和Cr土壤沉積特征為代表，可深入研究生豬養殖過程輸入土壤的重金屬類型及污染程度，定期進行監測土壤生態風險評估，建立山東省生豬產區土壤重金屬動態數據庫。

4.2 結 論在山東種植區每年均采用豬腐熟糞肥施做，但在相關法規和規范的監管下和養殖相關企業環境保護的意識的提升，由豬糞肥的輸入土壤的重金屬呈減少趨勢；Zn和Cu在豬生產中特殊存在意義，其土壤沉積存量和風險等級要引起重視，應采取植物自然消解的方法進行土壤修復。