畜禽糞便Cu、Zn含量特征研究

摘要：為了解畜禽糞便中Cu、Zn含量在近年來的變化趨勢，通過文獻調(diào)研，分析了牛糞、豬糞和雞糞中的Cu、Zn含量、隨時間變化和區(qū)域變化的特征。結(jié)果表明，畜禽糞便中Cu、Zn含量表現(xiàn)為豬糞（500.9、1 121.5 mg/kg）gt;雞糞（121.8、436.3 mg/kg）gt;牛糞（52.1、202.6 mg/kg）。豬糞Zn含量隨年代變化呈極顯著增加趨勢（Plt;0.01），增加速率約為55.9 mg/（kg·年）；雞糞Cu含量隨年代變化呈下降趨勢（Plt;0.05），下降速率約為6.55 mg/（kg·年）。不同區(qū)域豬糞Cu、Zn含量有差異，廣西省豬糞Cu含量最高，平均值為796.6 mg/kg，湖南省豬糞Zn含量最高，平均為 1 674.1 mg/kg。研究表明，雞糞中的Cu近年來得到較好的控制，而豬糞Zn控制效果較差；由于豬糞Cu、Zn含量高，長期施用條件下存在土壤Cu、Zn累積的風險，因此應重點加強飼料行業(yè)的監(jiān)管力度。

關鍵詞：畜禽糞便；銅；鋅；特征；有機肥；重金屬污染

中圖分類號：X713文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）11-0254-06

隨著我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)生了大量畜禽糞便，資源化處理并進行農(nóng)田利用是最經(jīng)濟有效的措施之一。由于飼料添加劑中微量元素的使用及重金屬的伴隨添加，畜禽糞便中鎘、鉻、鉛、汞、砷、銅和鋅等元素對環(huán)境的影響越來越引起人們的關注，畜禽糞便已成為農(nóng)田重金屬的重要污染源之一。有機肥農(nóng)業(yè)行業(yè)標準（NY/T 525—2021《有機肥料》）制定了鎘、鉻、鉛、汞、砷5種重金屬的限量標準，但是對銅和鋅未進行限量規(guī)定。

銅和鋅作為維持畜禽正常生理機能所必需的微量元素，因參與體內(nèi)代謝、增強免疫力、促進生長發(fā)育而被廣泛添加到畜禽飼料中。我國2019年消耗的飼料添加劑中，硫酸銅2.0萬t，同比增長1.4%；硫酸鋅8.0萬t，同比增長23.3%［1］。隨著銅、鋅添加劑的大量使用，畜禽中銅、鋅的積累量遠超過了畜禽對銅、鋅的代謝能力，造成大量的銅、鋅（95%以上）隨糞尿排出體外［2］。文獻表明，畜禽糞便中重金屬以銅和鋅污染最為嚴重［3-6］，隨著畜禽糞便作為有機肥不斷進入農(nóng)田，大量的銅和鋅在土壤中不斷累積［7-9］，成為土壤重金屬污染的重要來源。《飼料添加劑安全使用規(guī)范》的發(fā)布和修訂，對畜禽糞便重金屬起到了一定的控制效果，但對銅、鋅的控制效果仍然不明確。

因此，研究畜禽糞便中銅、鋅含量，對于明確近年來銅和鋅的控制效果、了解和評價有機肥的安全現(xiàn)狀、降低土壤重金屬污染風險具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

對中國知網(wǎng)、萬方和維普等數(shù)據(jù)庫進行檢索，檢索關鍵詞包括畜禽糞便、畜禽糞污、畜禽廢棄物、牛糞、豬糞、雞糞、重金屬、微量元素、銅（Cu）、鋅（Zn）等，檢索年限為1980—2022年。累計在中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫檢索中英文文獻582篇，在維普數(shù)據(jù)庫檢索中文文獻589篇，在萬方數(shù)據(jù)庫檢索中英文文獻480篇。

1.2 文獻篩選

對以上1 651篇文獻進行篩選。記錄文獻中樣本采集時間、地點、測試方法、養(yǎng)殖種類等要素，并記錄文獻中的Cu、Zn中位數(shù)、最小值、最大值和平均值等。其中，數(shù)據(jù)采集時間以取樣年份為準，若未有取樣年份則以收稿日期為準，如兩者均未提及則以發(fā)表日期往前推一年為準；此外，同一篇文獻中必須同時包含Cu和Zn 2種重金屬含量。

1.3 數(shù)據(jù)獲取

累計篩選有效文獻204篇，獲取Cu和Zn樣本數(shù)據(jù)各622個，涉及的畜種、時間和樣本量具體見表1。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2016及SPSS 19. 0進行統(tǒng)計分析，繪圖使用Excel。

2 結(jié)果與分析

2.1 畜禽糞便Cu、Zn平均含量

由圖1可知，畜禽糞便Cu、Zn含量畜種特征明顯，豬糞含量最高，Cu、Zn含量平均值分別為500.9、1 121.5 mg/kg；雞糞和牛糞Cu、Zn含量較低且差異不顯著。其中，豬糞Cu含量顯著高于牛糞和雞糞861.2%和311.2%；豬糞Zn含量顯著高于牛糞和雞糞453.6%和157.7%。

2.2 畜禽糞便Cu、Zn含量分布情況

由圖1、圖2可知，牛糞Cu含量范圍為4.56～437.2 mg/kg，平均值為52.1 mg/kg，變異系數(shù)104.6%，其中，62.2%樣品低于50 mg/kg，27.8%樣品在50～100 mg/kg內(nèi)，gt;100 mg/kg 的樣品僅占10.0%。牛糞Zn含量范圍為19.3～634.7 mg/kg，平均值為202.6 mg/kg，變異系數(shù)54.0%。其中，58.9%樣品低于200 mg/kg，37.8%樣品在200～400 mg/kg內(nèi)，大于400 mg/kg的樣品僅占3.33%。豬糞Cu含量范圍為5.91～3 400.00 mg/kg，平均值為500.9 mg/kg，變異系數(shù)82.4%，12.2%的樣品低于100 mg/kg，36.2%的樣品在100～400 mg/kg內(nèi)，gt;400 mg/kg 的樣品占51.6%。豬糞Zn含量范圍為39.7～9 224.0 mg/kg，平均值為 1 121.5 mg/kg，變異系數(shù)118.0%，22.5%樣品低于400 mg/kg，62.6%樣品在400～1 600 mg/kg內(nèi)，gt;1 600 mg/kg 的樣品占14.9%。雞糞Cu含量范圍為5.84～1 274.00 mg/kg，平均值為121.8 mg/kg，變異系數(shù)153.2%，70.8%樣品低于100 mg/kg，20.4%樣品在100～300 mg/kg內(nèi)，gt;300 mg/kg的樣品占8.76%。雞糞Zn含量范圍為38.8～1 992.8 mg/kg，平均值為435.3 mg/kg，變異系數(shù)83.1%，21.9%樣品低于200 mg/kg，41.6%樣品在200～400 mg/kg內(nèi)，gt;400 mg/kg 的樣品占36.5%。

2.3 畜禽糞便Cu、Zn含量在不同年代的變化

文獻調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)，1980—2000年的Cu、Zn樣本量牛糞、豬糞和雞糞分別僅有1、5、2組數(shù)據(jù)，由于樣本量小數(shù)據(jù)代表性不強，因此不考慮1980—2000年的數(shù)據(jù)，僅對2000—2021年數(shù)據(jù)進行年代特征分析，并將其分為4個階段，分別是2000—2005年、2006—2010年、2011—2015年、2016—2021年。

由圖3可知，牛糞、豬糞和雞糞中的Cu含量在2000—2021年的4個時間段內(nèi)均無顯著性差異；牛糞和雞糞中的Zn含量也無顯著性差異。而豬糞Zn含量在不同的時間段內(nèi)有顯著性差異，即2016—2021年Zn含量平均值顯著高于2000—2005年、2006—2010年72.7%、85.1%。

由圖4可知，隨年份增加豬糞Zn含量呈極顯著上升趨勢（Plt;0.01），由2000年的838.7 mg/kg上升至2021年的1 448.3 mg/kg，增加速率約為 55.9 mg/（kg·年）。而雞糞Cu含量隨年份增加呈顯著下降趨勢（Plt;0.05），由2000年的89.1 mg/kg下降至2021年的68.7 mg/kg，下降速率約為 6.55 mg/（kg·年）。

2.4 畜禽糞便Cu、Zn在不同區(qū)域間的差異

文獻調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，豬糞樣本量較雞糞和牛糞大，因此重點分析了不同地區(qū)豬糞Cu、Zn的含量。由圖5可知，廣西省豬糞Cu含量最高（796.6 mg/kg），其次是重慶市和浙江?。?29.6、729.3 mg/kg），天津市最低，為257.5 mg/kg。湖南省豬糞Zn含量最高（1 674.1 mg/kg），其次是江蘇省和浙江省（1 646.9、1 604.9 mg/kg），甘肅省最低，為166.5 mg/kg。

不同省市豬糞Cu、Zn含量變異系數(shù)各異，Cu以湖南省最高（112.6%）、天津市最低（41.1%），Zn以河北省最高（174.8%）、吉林省最低（29.0%）。由于變異系數(shù)較大，導致僅有個別?。ㄊ?、區(qū)）存在顯著差異，如廣西省豬糞Cu含量顯著高于吉林省、安徽省、廣東省、遼寧省和天津市（Plt;0.05），而湖南省、江蘇省、浙江省和湖北省豬糞Zn含量顯著高于甘肅?。≒lt;0.05）。

2.5 不同生育階段的豬糞Cu、Zn含量

不同生育階段的豬糞便中Cu、Zn含量差異性很大。由圖6可知，仔豬糞中Cu含量顯著高于育肥豬和母豬糞39.2%和181.1%；Zn含量顯著高于育肥豬和母豬糞278.1%和350.3%。按照德國腐熟堆肥中的Cu、Zn標準（100、400 mg/kg），仔豬糞Cu、Zn超標率分別為100.0%和92.3%，育肥豬為97.6%和82.5%，母豬為100.0%和71.4%。

3 討論

3.1 畜禽糞便Cu、Zn含量特征

畜禽糞便Cu、Zn含量豬糞gt;雞糞gt;牛糞，畜種特征明顯。劉榮樂等對有機廢棄物進行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，豬糞中的Cu、Zn含量明顯高于雞糞和牛糞［10-12］，本研究結(jié)果與之一致。即使同一畜種的不同生長期，糞便中Cu、Zn含量也存在顯著差異，如仔豬糞便Cu、Zn含量顯著高于育肥豬和母豬（圖6）。石艷平等研究認為，不同生長期的豬糞中Cu、Zn含量總體排序為仔豬gt;中豬gt;大豬gt;母豬［13］。張輝等對不同日齡的豬糞進行重金屬含量對比，日齡35 d的仔豬糞Cu、Zn含量是180 d日齡豬糞的1.57、18.30倍［14］。潘尋等對山東省規(guī)模化豬場的糞便進行調(diào)研，認為小豬豬糞Cu、Zn含量顯著高于育肥豬和種豬［15］。因此，畜禽糞便Cu、Zn含量具有明顯的畜種特征，同一畜種不同生長時期，糞便中Cu、Zn含量也存在顯著差異。

豬糞Zn含量隨年份增加呈極顯著增加趨勢（Plt;0.01），增加速率約為55.9 mg/（kg·年），雞糞Cu含量隨年份增加呈顯著下降趨勢，下降速率約為6.55 mg/（kg·年）。李書田等2008年對全國畜禽糞便進行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，豬糞Zn含量較20世紀90年代增加了383.5%，而雞糞Cu含量變化不顯著［16］。黃紹文等2014年對全國畜禽糞便調(diào)研發(fā)現(xiàn)，豬糞和雞糞中Cu、Zn含量遠高于20世紀90年代初［6］。葉雪珠等2017年對浙江省商品有機肥中的重金屬含量進行調(diào)研，其中，Cu、Zn含量與2014年結(jié)果相比增加了134.4%和209.2%［17］。由此可見，豬糞中Cu、Zn含量隨年份不斷升高的趨勢更為普遍。

我國《有機肥料》行業(yè)標準（NY/T 525—2021）對Cu和Zn無明確限量要求。為了更直觀地表達畜禽糞便Cu和Zn的超標情況，本研究采用德國腐熟堆肥中Cu含量為100 mg/kg、Zn含量為400 mg/kg的標準。按照該數(shù)值，牛糞中最高Cu、Zn含量超過標準3.37、0.59倍，超標率分別為10.00%和3.33%；豬糞中最高Cu、Zn含量超過標準33.0、22.1倍，超標率分別為87.8%和77.5%；雞糞最高Cu、Zn含量超過標準11.74、3.98倍，超標率分別為29.2%和36.5%。由此可見，牛糞Cu、Zn超標率最低，而豬糞Cu、Zn超標最為嚴重。趙睿等對文獻調(diào)研發(fā)現(xiàn)，按照德國腐熟堆肥的標準，豬糞Cu、Zn超標率分別為100.0%、84.0%［18］。任玉琴等分析了浙江省重點地區(qū)的豬糞重金屬含量，引用《畜禽糞便安全使用準則》中的限量標準，Cu、Zn超標率為24.4%～100.0%，若引用德國腐熟堆肥標準，超標率更高［19］。王玉婷等調(diào)研發(fā)現(xiàn)，豬糞Cu、Zn超標率分別達到100.0%和83.3%［20］。綜上，我國畜禽糞便中以豬糞Cu、Zn超標情況最為嚴重。

3.2 畜禽糞便Cu、Zn含量的影響因素

畜禽糞便中重金屬含量主要受飼料添加劑用量、畜禽種類和生長階段的影響。文獻表明，飼料Cu、Zn含量與糞便中Cu、Zn含量呈顯著正相關［21-22］，飼料中添加的Cu、Zn是糞便中Cu、Zn的主要來源［11］。豬飼料中Cu含量為2.87～368.80 mg/kg（平均值135.4 mg/kg），Zn含量為21.4～2 204.8 mg/kg （平均值317.0 mg/kg）［6，23-27］；而蛋雞和肉雞飼料中Cu含量分別為80.7、59.6 mg/kg，Zn含量為221.5、183.3 mg/kg［27］，明顯低于豬飼料中的Cu、Zn含量；還有文獻表明，豬飼料Zn的平均含量分別是奶牛、雞飼料的4.0、2.5倍［28］；對于生豬的不同飼養(yǎng)階段來說，為促進仔豬生長、防止腹瀉、減少炎癥［29］，仔豬飼料中添加的Cu分別是育肥豬和母豬的1.33～3.39倍和2.83～5.28倍，添加的Zn分別是育肥豬和母豬的2.54倍和6.62倍［13-14，30-32］。動物吃了高添加Cu、Zn的配合飼料，經(jīng)消化吸收后因濃縮效應，造成畜禽糞便中的Cu、Zn含量高于飼料幾倍甚至數(shù)十倍［33-36］。由此可見，畜種不同，同一畜種不同生長階段，飼料中Cu、Zn的添加量有較大差異，從而造成畜禽糞便Cu、Zn含量特征明顯。

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部于2009年發(fā)布了《飼料添加劑安全使用規(guī)范》并于2018年進行修訂，對Cu、Zn等微量元素最高限量進行了下調(diào)。但從不同年代畜禽糞便Cu、Zn含量（圖3和圖4）來觀察，控制效果并不理想，尤其豬糞中Zn含量不降反增，因此還應加強養(yǎng)殖場的規(guī)范養(yǎng)殖和含銅鋅飼料添加劑的監(jiān)管力度。

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