肉牛糞尿中重金屬含量變化特征分析

吳志堅，李翔宏，饒 輝，夏宗群，林春斌，寧 財，吳志勇

（江西省農業技術推廣中心，江西 南昌 330046）

近年來，在畜禽養殖中為了有效降低動物的患病幾率，促進動物生長，降低養殖成本和提高養殖收益，重金屬等具有促進畜禽生長作用的物質被廣泛地加入飼料中。潘尋等［1］的研究表明，Cr、Pb、Hg是養殖場較常用的飼料添加劑成分。在生產配合飼料時，為了改善飼料的適口性和防霉性，提高飼料的質量等，往往添加一些酸性物質，酸性物質會使機器表面的鍍鋅和鍍鎘溶出，造成飼料中的重金屬Zn、Cd含量過高。同時部分飼草料在種植過程中本身也會從環境中富集少量重金屬。上述不同來源的重金屬使得家畜飼料中常含有一定量的重金屬。胡海平等［2］對東北三省不同規模養殖場畜禽飼料的分析發現，吉林、黑龍江、遼寧三省牛飼料中Zn 的平均含量分別為116.73、120.26和 134.04 mg/kg。由于重金屬具有難遷移、難降解、易富集、危害大等特點，畜禽飼料中的重金屬約95%以上會殘留于糞尿中；將畜禽糞尿施入農田后，其中的重金屬又會進入環境［3］，從而導致環境中重金屬含量增加，污染土壤環境［4］；土壤中的重金屬還可能通過作物富集流轉到人體中，危害人類健康［5-6］。王飛等［7］對華北地區畜禽糞便中重金屬進行了調查分析，發現華北地區畜禽糞便超標以Cu、Zn為主，Pb、Cr和As次之，Cd、Ni和Hg不超標；各種畜禽糞便以豬糞和肉雞糞的超標情況最為嚴重，肉牛糞次之，奶牛糞不超標。目前，針對畜禽養殖重金屬的研究多集中在生豬上［8-12］，對肉牛養殖中重金屬富集情況的研究報道較少。本試驗選擇當地1個規模肉牛場中犢牛、育肥牛和母牛3個不同飼養階段各5頭牛為研究對象，通過在不同季節對糞尿中Cu、Zn、Cd、Pb、Cr和As等幾種重金屬含量的監測，分析了其變化特征，以期摸清肉牛糞尿中重金屬含量水平，為當地肉牛養殖場選擇飼料和獸藥種類、用量，以及合理施用糞污提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗場概況

選擇江西高安市某規模肉牛場為試驗場，該場的清糞方式以人工干精糞為主，收集的糞便經自然堆漚發酵后還田，用于種植牧草、蔬菜和果樹等；污水通過專用管網進入處理系統，經厭氧發酵后用于種植牧草、蔬菜和果樹等。

1.2 試驗牛

試驗牛為西門塔爾和錦江黃牛的雜交牛，分犢牛、育肥牛和母牛3個不同階段，每階段各選擇5頭牛。在每個季節試驗開始時對每頭試驗牛稱重，試驗牛的平均體重見表1。

表1 各階段不同季節試驗牛的平均體重 kg

1.3 試驗方法

對每頭試驗牛采取定位欄單獨飼養，試驗日期為2018年9月～2019年8月，分秋、冬、春、夏4個季度；在每個季度試驗開始時提前7 d對試驗牛稱體重，然后將其轉入試驗欄舍，開展預試驗，在第8天開始采樣。

1.4 日糧組成和采食量

飼料主要包括精料、輔料（酒糟、豆渣等）和草料（含青貯、鮮草），在3個不同階段飼喂的精飼料、輔料、草料的種類一致，僅配比和用量不同。草料供應的季節性明顯，冬、春季以黑麥草鮮草、稻草和青貯料為主，夏、秋季以象草等鮮草為主。在試驗期間記錄每頭牛每天的總采食量，含精料、輔料和草料。試驗牛的采食量及部分飼料的重金屬含量分別見表2和表3。

表2 在不同季節各階段試驗牛的平均采食量 kg/d

表3 幾種主要飼料中的重金屬含量 mg/kg

1.5 樣品采集

1.5.1 糞便 分別收集每頭牛24 h排出的糞便，混勻后采用四分法取樣，同一階段的每頭牛取100 g糞便；再將5頭牛的取樣糞便混合在一起，攪拌均勻，制成一個混合樣品，總重量為500 g。按照每100 g糞便樣品添加5 mL濃度為4.5 mol/L硫酸的比例對樣品進行預處理，用保溫樣品箱加冰袋保存，然后送檢。

1.5.2 尿液 分別收集每頭牛24 h排出的尿液，同一階段的每頭牛取100 mL尿液；再將5頭牛的取樣尿液混合在一起，攪拌均勻，制成一個混合樣品，總體積為500 mL。向混合尿液樣品中加入10 mL濃度為50%的硝酸進行預處理，然后送檢。

1.6 檢測方法和儀器

1.6.1 糞便中重金屬含量的檢測方法和儀器 Cu含量的檢測采用《有機肥料銅的測定方法》NY/T 305.1─1995，檢測儀器為AA240FS安捷倫火焰原子吸收光譜儀。Zn含量的檢測采用《有機肥料鋅的測定方法》NY/T 305.2─1995，檢測儀器為AA240FS安捷倫火焰原子吸收光譜儀。Cd、Pb、Cr、As含量的檢測采用《肥料汞、砷、鎘、鉛、鉻含量的測定》NY/T 1978─2010，檢測儀器為AA240FS安捷倫火焰原子吸收光譜儀、BAF-2000原子熒光分光光度計。

1.6.2 尿液中重金屬含量的檢測方法和儀器 Cu、Zn含量的檢測采用《水質銅、鋅、鉛、鎘的測定：原子吸收分光光度法》GB/T 7475─1987或《水質65種元素的測定：電感耦合等離子體質譜法》HJ 700─2014，檢測儀器為AA240FS安捷倫火焰原子吸收光譜儀和iCAP RQ電感耦合等離子體質譜儀。Cd、Pb、Cr含量的檢測采用《水質65種元素的測定：電感耦合等離子體質譜法》HJ 700─2014，檢測儀器為iCAP RQ電感耦合等離子體質譜儀。As含量的檢測采用《水質汞、砷、硒、鉍和銻的測定：原子熒光法》HJ 694─2014，檢測儀器為BAF-2000原子熒光分光光度計。

1.7 數據處理

應用EXCEL 2007進行數據整理；采用SPSS 19.0進行單因素方差分析；采用LSD法檢驗組間差異的顯著性；用Duncan氏法對組間差異進行比較。試驗數據用平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 不同飼養階段糞便中重金屬含量的季節性變化

2.1.1 犢牛不同季節糞便中重金屬含量 從表4可以看出：Cu含量在夏、秋、冬3個季節間差異性不顯著，但均顯著（P＜0.05）高于春季；Zn含量分布于230.00～276.00 mg/kg間，As含量分布于0.91～1.26 mg/kg間，且兩者在各季節間均無顯著性差異；Cd含量在春季最高，春季與夏季間無顯著性差異，但顯著（P＜0.05）高于秋、冬兩個季節，且在夏、秋、冬3個季節間差異均不顯著；Pb含量在春季最高，春季與秋季間無顯著差異，但顯著（P＜0.05）高于夏、冬兩個季節，且在夏、冬季節間無顯著差異；Cr含量在秋季最高，秋季與冬季間無顯著差異，但顯著（P＜0.05）高于春、夏兩個季節，且在春、夏、冬3個季節間差異不顯著。

2.1.2 育肥牛不同季節糞便中重金屬含量 由表4可知：Cu含量分布于50.43～56.93 mg/kg間，As含量分布于0.97～0.62 mg/kg間，兩者在各季節間均無顯著性差異；Zn含量在春、秋兩季節間無顯著差異，但均顯著（P＜0.05）高于夏、冬兩季，且在夏、冬季節間差異不顯著；Cd含量在春、秋、冬3個季節間差異不顯著，但春、秋兩個季節均顯著（P＜0.05）高于夏季，而在夏、冬季節間差異不顯著；Pb含量在春、夏、秋3個季節間無顯著性差異，但春、秋兩個季節均顯著（P＜0.05）高于冬季，且在夏、冬季節間差異不顯著；Cr含量在秋季最高，達到14.43 mg/kg，顯著（P＜0.05）高于夏季的（5.03 mg/kg），而在春、夏2個季節間無顯著性差異。

2.1.3 母牛不同季節糞便中重金屬含量 Cu含量在夏、冬兩個季節間無顯著性差異，但均顯著（P＜0.05）高于春、秋兩個季節，且在春、秋季節間差異不顯著；Zn含量范圍為248.00～297.33 mg/kg，Cd含 量 范 圍 為0.22～0.43 mg/kg，As含 量 范 圍 為0.80～1.03 mg/kg，Zn、Cd、As的含量在各季節間差異均不顯著；Pb含量在春季最高，達5.93 mg/kg，顯著（P＜0.05）高于春、夏、秋3個季節，且秋季的含量（4.93 mg/kg）也顯著（P＜0.05）高于夏、冬兩個季節，而在夏、冬季節間差異不顯著；Cr含量在秋、冬兩個季節較高，且分別顯著（P＜0.05）高于春、夏兩個季節，而在春、夏季節間差異不顯著（表4）。

表4 不同階段不同季節肉牛糞便中的重金屬含量 mg/kg

2.2 不同飼養階段尿液中重金屬含量的季節性變化

2.2.1 犢牛不同季節尿液中重金屬含量 由表5可見：Cu含量在夏季最高，在春、夏、冬3個季節間差異不顯著，但春、夏兩季與秋季間差異顯著（P＜0.05），而在秋、冬季間差異不顯著；Zn含量 范 圍 為711.67～1073.33 μg/L，Pb含 量 范 圍 為6.33～20.23 μg/L，兩者在各季節間差異均不顯著；Cd含量在冬季最高，冬季與春、夏季間差異不顯著，但顯著（P＜0.05）高于秋季，且在春、夏、秋3個季節間差異不顯著；Cr含量在春季最高，顯著（P＜0.05）高于其他3個季節，而秋季與夏季差異不顯著，但顯著（P＜0.05）高于冬季，另外在夏、冬兩季間差異也不顯著；As含量在夏季最高，夏季與春、秋2個季節間差異不顯著，但顯著（P＜0.05）高于冬季，且在春、秋、冬3個季節間差異不顯著。

2.2.2 育肥牛不同季節尿液中重金屬含量 從表5可以看出：Cu含量范圍為119.33～195.67 μg/L，Cd含 量 范 圍 為0.79～6.03 μg/L，Pb含 量 范 圍 為5.65～19.60 mg/L，三者在各季節間差異均不顯著；Zn與Cr含量均在秋季最高，且均顯著（P＜0.05）高于春、夏、冬3個季節，但在春、夏、冬3個季節間無顯著性差異；As含量在夏季最高，顯著（P＜0.05）高于春、秋、冬3個季節，而秋季顯著（P＜0.05）高于春、冬兩個季節，但春季與冬季間差異不顯著。

表5 不同階段不同季節肉牛尿液中的重金屬含量 μg/L

2.2.3 母牛不同季節尿液中重金屬含量 Cu含量分布 于90.70～226.67 μg/L，Zn含 量 范 圍 為797.67～1163.33 μg/L，Pb含 量 范 圍 為9.90～19.48 μg/L，Cr含量范圍為10.62～15.43 μg/L，As含量范圍為22.00～40.17 μg/L，Cu、Zn、Pb、Cr、As含量在各季節間差異均不顯著；Cd含量在冬季最高，為9.99 μg/L，顯著（P＜0.05）高于春、夏、秋3個季節，但在春、夏、秋季節間差異不顯著（表5）。

2.3 不同飼養階段肉牛糞尿中重金屬含量

從表6可以看出：Cu、Zn含量在育肥牛糞便中最高，分別為54.91和292.92 mg/kg；在不同飼養階段糞便中的Cd、Pb、Cr含量差別不大，且Cu、Zn、Cd、Pb、Cr這5種重金屬在肉牛不同飼養階段糞便中的含量均無顯著性差異；As含量在犢牛糞便中最高，為1.07 mg/kg，顯著（P＜0.05）高于育肥牛，但母牛糞便中的As含量與犢牛、育肥牛間均差異不顯著。

表6 不同飼養階段肉牛糞便中的重金屬含量 mg/kg

由表7可見：在不同飼養階段肉牛尿液中重金屬Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As的含量差異性不顯著，其均值分別為155.08、857.78、3.38、13.89、10.59、23.95 μg/L。

表7 不同飼養階段肉牛尿液中的重金屬含量 μg/L

3 討論

3.1 肉牛糞尿中重金屬含量的季節性變化

本研究發現，肉牛在3個飼養階段糞便中Cu含量的季節性變化規律與精飼料中銅含量的變化基本一致，表現出較高的相關性，這與徐國茂等［13］的研究結果一致；尿液中的Cu含量隨季節變化不明顯或無明顯規律。犢牛和母牛糞便、尿液中的Zn含量在季節間無顯著差異；育肥牛糞便中的Zn含量在春季和秋季顯著高于冬季和夏季，以春季最高，夏季最低，這可能是由于育肥牛對草料的采食量大，而春季草料中的Zn含量較高，夏季草料中的Zn含量未檢出；育肥牛尿液中Zn含量在秋季顯著高于春季、冬季和夏季，與飼料中的Zn含量無明顯相關性。在不同階段糞便和尿液中的Cd含量隨季節變化不明顯或無明顯規律；飼料中的Cd含量除秋季的輔料和草料外，其他季節各種飼料中均未檢出，因此糞便和尿液中的Cd含量與飼料中的Cd含量無明顯相關性。在不同階段糞便中的Pb含量的季節性變化規律基本一致，在春季和秋季高，在夏季和冬季偏低；秋季糞便中Pb含量較高可能與秋季飼料中的Pb含量高有關；春季的精飼料、輔料和草料中均未檢出Pb，而春季糞便中的Pb含量顯著高于夏季和冬季，其原因有待進一步研究。在3個階段糞便中Cr含量的季節性變化規律基本一致，在秋季和冬季高，在春季和夏季低；秋季糞便中Cr含量較高可能與秋季飼料中的Cr含量高有關；冬季的精飼料、輔料和草料中均未檢出Cr，其原因有待進一步研究。不同階段糞便中As含量在各季節之間無顯著差異，且與飼料中As含量無明顯相關性。畜禽糞便和尿液中的重金屬主要來源于飼料和飲水，尿液中的重金屬含量與飲水中的重金屬含量相關性更高，這在生豬上得到了驗證［13］。本研究未對飲用水進行采樣檢測，有待今后進一步研究。

3.2 肉牛糞尿中重金屬含量水平

本研究結果表明，江西地區肉牛糞便中Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As等重金屬含量的年均值分別為50.79、277.14、0.31、4.63、10.14、0.91 mg/kg，與張亦菲等［14］報道的上海地區牛糞重金屬含量值比較接近，其中Cu、Zn、Cr、As含量在江西地區略低；與王飛等［7］報道的華北地區肉牛糞重金屬含量比較，Zn和As的含量比較接近，江西地區略低，Cu、Pb、Cr含量值相差較大，華北地區遠高于江西地區，而Cd含量江西地區遠高于華北地區。

在本研究中，肉牛尿液中Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As含量的年均值分別為155.08、857.78、3.38、13.89、10.59、23.95 μg/L。目前國內對肉牛尿液中重金屬含量方面的研究鮮有報道，對其他畜禽尿液中重金屬含量的研究也很少。徐國茂等［13］對江西省規模豬場尿液中Cu、Zn、Fe、Mn、Pb、Cd等6種重金屬的含量進行了測定，發現Cu、Zn含量較高，Pb、Cd含量比本研究略低。

近年來，有機肥重金屬污染問題在國內外引起了廣泛關注，各個國家都制定和實施了有機肥相關標準［15］，目前，我國發布的相關標準不多。在畜禽養殖業污染物排放標準GB 18596─2001中并未規定重金屬的排放限量，也未對還田的畜禽糞便規定其重金屬限量。根據《畜禽糞便安全使用準則》［16］對Cu、Zn、As，以及《有機肥料》［17］對As、Hg、Pb、Cd、Cr等重金屬含量的限量要求，本次監測肉牛糞便中Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As的含量均遠低于規定限量值。

4 結論

江西肉牛糞便中Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As含量的年均值分別為50.79、277.14、0.31、4.63、10.14、0.91 mg/kg，除Cu、Zn等無限量規定的元素外，其他重金屬元素的含量均遠低于畜禽糞便中重金屬限量值。尿液中Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As這6種重金屬的年均含量分別為155.08、857.78、3.38、13.89、10.59、23.95 μg/L。

犢牛糞便中Cu、Cd、Pb、Cr含量具有一定的季節性動態變化，而Zn、As含量的季節性變化不明顯；育肥牛糞便中Cu、As含量的季節性變化不明顯，而Zn、Cd、Pb、Cr含量具有一定的季節性動態變化；母牛糞便中Cu、Pb、Cr含量具有一定的季節性動態變化，而Zn、Cd、As含量的季節性變化不明顯。

犢牛尿液中Cu、Cd、Cr、As含量具有一定的季節性動態變化，而Zn、Pb含量的季節性變化不明顯；育肥牛尿液中Cu、Cd、Pb含量的季節性變化不明顯，而Zn、Cr、As含量具有一定的季節性動態變化；母牛尿液中Cu、Zn、Pb、Cr、As含量具有一定的季節性動態變化，而Cd含量的季節性變化不明顯。