福建省猪场粪污及土壤重金属含量的调查研究

何波澜　黄勤楼　钟珍梅　黄秀声

福建省猪场粪污及土壤重金属含量的调查研究

何波澜1黄勤楼2*钟珍梅3黄秀声3

（1.重庆市璧山区来凤畜牧兽医站重庆璧山402763；2.福建省农业科学院畜牧兽医研究所福州350013；3.福建省农业科学院农业生态研究所福州350013）

针对当前猪粪污中重金属污染问题，取样调查不同类型养殖场猪粪污重金属含量，旨在摸清福建省养殖场粪污中主要的重金属种类及污染程度。测定福建省10个不同规模猪场粪污、土壤和杂交狼尾草的重金属铜、锌、镉、砷含量，结果表明：粪渣中铜、锌、镉、砷含量均较猪粪和沼渣中低；沼液中重金属含量最低。粪污和土壤的镉和砷含量较低，均未超标；土壤中的铜、锌超标率高于30%，小型猪场的铜锌超标率较规模化猪场的高；小型猪场沼渣中铜锌超标率均为100%，规模化猪场铜、锌超标率均超过50%；只有一个规模化猪场的杂交狼尾草因浇施沼液而出现镉含量超标现象。

猪场粪污土壤重金属采样调查

重金属元素通常是指铜、铅、砷、镉、汞、硒、铬等生物毒素较强的元素，它们进入环境后，不易分解，而是长期残留，在常量甚至微量接触条件下，即可对动物或人产生明显的毒害作用。重金属污染是猪肉生产中“三大污染”之一，为了改善猪的生长性能，提高养殖效益，生猪养殖过程中常常在饲料中人为大量添加一些可以促进动物生长和提高饲料利用率的微量元素，添加量远远超出动物所能吸收的量[1]。这些重金属元素随饲料进入动物机体后，少部分被猪体吸收，蓄积在动物器官内，不易分解，容易引起动物急性或慢性中毒，有的还具有致癌、致突变和致畸作用[2]。而大部分重金属通过猪粪、尿排泄到土壤或水域中，严重破坏人们的生存环境，由于重金属元素可通过食物链富集，最终影响人类健康[3-5]。

近年来，福建省生猪养殖业迅猛发展，带来巨大经济效益的同时，猪场粪污的排放也给环境造成了严重的破坏。传统观念认为粪污是绿色肥料，但由于饲料中添加的大量重金属流入粪污中，现今有很多学者针对猪场粪污的重金属含量及安全性进行了研究[3-4,6-7]。本试验针对养殖场重金属污染现状，采集福建省各地不同规模猪场粪污和土壤，测定其重金属Cu、Zn、Cd、As含量，旨在分析猪场重金属污染的程度，评估将猪粪污资源化利用后是否存在二次污染。

1　材料与方法

1.1试验材料供试母猪粪、育肥猪粪、沼渣、粪渣、沼液、沼液浇灌过的土壤均采自福建省10个不同规模猪场，其中6个规模化猪场生猪存栏数2 000头～10 000头，4个小型猪场生猪存栏数为200～500头。

1.2试验样品的采集方法猪粪、沼渣和粪渣的采集与处理：本研究采集了母猪和育肥猪的粪便、沼渣和粪渣。分栏取猪粪样品，每栏取1份样品，每种样品取3份，每份取样1 kg，采集后装至密封袋中，称其鲜重。从沼气池取沼渣3份，在干湿分离器处取粪渣3份，每份1 kg，装至塑料密封袋中，称好鲜重。将所取的样品带回实验室于烘箱65℃中烘干至恒重，称其干重。将烘干后的猪粪、沼渣和粪渣粉碎后过筛100目，用于铜、锌、镉、砷的测定。

土壤样品的采集：土壤分为0～20 cm和20～40 cm的土层，按照5点法采集。采集时去除其中的小石头和其他杂物。将采集好的土壤样品分别装至塑料密封袋中，称其鲜重后，置于阴凉干燥处风干，至恒重，称其干重。用研钵将风干后的土壤磨细过100目筛待测Cu、Zn、Cd、As。

沼液的采集∶用经10%硝酸浸泡过的塑料瓶取沼液池排出口的沼液3份，每份1 L左右，加入HNO3，使其pH为4～5，带回实验室冰箱2℃保存备用。

1.3测定方法

1.3.1猪粪、沼渣和粪渣中Cu、Zn、Cd和As的测定

1）Cu和Zn的测定：称取样品0.2～0.5 g于聚四氟乙烯坩埚中，用少量双蒸水润湿，加入3 mL HCl（优级纯），放在电热板上低温加热（80～100℃），待煮至2 mL时，取下稍冷却，然后加入5 mL HNO3（优级纯）、2 mL HF（优级纯）和2 mL HClO4（优级纯），加盖在电热板上加热（180～200℃），1 h后开盖继续加热，适时摇动坩埚，让坩埚壁上的样品与酸充分接触。煮至冒浓烟时，盖上盖子，加热至坩埚壁上的有机物消失后，打开盖子驱赶高氯酸白烟，直至坩埚内样品呈黏稠状。在消煮过程中，可以根据样品的消煮状况加入2 mL HNO3（优级纯），重复以上步骤。待冷却后，用双蒸水冲洗内壁和盖子，加入50% HNO3溶液1 mL，在电热板上温热溶解残渣，最后将溶液移至经10%硝酸浸泡过的50 mL容量瓶中，待冷却后定容。将消煮好的溶液在火焰原子吸收分光光度计上测定Cu和Zn。

2）Cd的测定：采用GB/T 5009.15-2003的方法测定。

3）As的测定：称取样品0.5～1 g于经过10%硝酸浸泡过的100 mL三角瓶中，加入20 mL HNO3（优级纯），1.25 mL H2SO4（优级纯），加盖小漏斗，摇匀后放置过夜。第2 d将其放在电热板上消煮至10 mL左右时，补加5 mL HNO3（优级纯），再次消煮至10 mL时，再补加5 mL HNO3（优级纯），再消煮至10 mL时，加入1.5 mL HClO4（优级纯），继续消解至完全。当HClO4白烟冒尽，H2SO4白烟冒出时，取下稍冷后加入25 mL双蒸水赶酸。最后将消解好的样品用双蒸水转移至经10%硝酸浸泡过的25 mL容量瓶中。在上机测定前，加入50 g/L硫脲-50 g/L抗坏血酸混合溶液2.5 mL定容，放置20 min后，用10%HCl溶液作载流，15 g/L KBH4-5 g/L KOH作为还原剂，在原子荧光光谱仪上测定As含量。

1.3.2土壤中Cu、Zn、Cd和As的测定

1）Cu和Zn的测定：土壤样品中的铜和锌含量按照GB/T 17138-1997方法测定。

2）Cd的测定：土壤Cd采用GB/T 17141-1997方法测定。

3）As的测定：称取过筛好的土壤样品0.25 g于100 mL经10%硝酸浸泡过的三角瓶中，加入HNO3（优级纯）7.5 mL、H2SO4（优级纯）2.5 mL、HClO4（优级纯）1.5 mL，摇匀后盖上小漏斗过夜。第2 d放在电热板上先低温加热，再慢慢升温至中温，待土壤消煮呈乳白色即可。消煮时可以根据消煮的情况加入适当的HNO3（优级纯）以确保消解完全。取下三角瓶稍冷，用双蒸水冲洗三角瓶和漏斗，然后再继续加热至内容物剩余1～2 mL，取下用双蒸水将消解液移至经10%硝酸浸泡过的50 mL容量瓶中。在上机测定前加入50 g/L硫脲-50 g/L抗坏血酸混合溶液5 mL，2.5 mL HCl（优级纯），定容摇匀后放置20 min，用10%HCl溶液作载流，15 g/L KBH4-5 g/L KOH作为还原剂，在原子荧光光谱仪上测定As含量。

1.3.3沼液中Cu、Zn、Cd和As的测定Cu、Zn、Cd测定：按照GB/T 7475-1987方法测定。As测定：按照GB/T 7485-1987的方法测定。

1.3.4猪场重金属超标率的计算超标率%=（超过标准的猪场数/调查的猪场总数）×100。

1.4试验数据分析方法采用EXCEL分析处理数据。

2　结果与分析

2.1规模化猪场粪污和土壤中Cu、Zn、Cd、As含量从福建省各地共采集了6个规模化猪场的母猪粪、育肥猪粪、沼渣、粪渣、土壤（0～20 cm和20～40 cm），分析它们的Cu、Zn、Cd、As含量，结果见表1。其中福清两个规模化猪场、漳平规模化猪场、闽侯规模化猪场和龙岩规模化猪场的土壤长期（＞3年）使用沼肥浇灌。由表1可知，经过干湿分离器分离出来的粪渣中的Cu、Zn、Cd、As含量均较猪粪和沼渣的低，粪渣中Zn含量为284.35～1 063.37 mg/kg，Cu含量为78.27～449.30 mg/kg，Cd含量为0.06～0.24 mg/kg，As含量为0～0.20 mg/kg；而母猪粪中的Zn含量为647.36～1 230.05 mg/kg，Cu含量为129.11～298.52 mg/kg，Cd含量为0.26～0.63 mg/kg，As含量为0.18～1.04 mg/kg；育肥猪粪中的Zn含量为638.42～1 312.84 mg/kg，Cu含量为150.46～1 175.15 mg/kg，Cd含量为0.22～0.44 mg/kg，As含量为0.31～0.74 mg/kg；沼渣中Zn含量为433.96～2 846.25 mg/kg，Cu含量为75.93～2 566.39 mg/kg，Cd含量为0.21～1.10 mg/kg，As含量为0.02～9.80 mg/kg。说明猪场的粪污经过分离后，固体污染物中的重金属含量大幅度地减少；经过发酵沉淀后，沼液中的重金属含量均明显低于沼渣和猪粪的。除漳平规模化猪场外，其他猪场的母猪粪含Cu量均比育肥猪粪含Cu量低。母猪粪Cu含量为129.11～298.52 mg/kg；育肥猪粪中Cu含量为150.46～1 175.15 mg/kg。这可能是由于育肥猪对Cu的需求量较母猪高，而大部分猪场的育肥猪日粮中添加了过量Cu造成的。沼液中Zn含量为0.05～1.00 mg/kg；Cu含量为0.15～0.25 mg/kg；Cd含量均小于0.01 mg/kg；As含量为0.02～0.05 mg/kg。沼液中各种重金属含量均较低，这可能是由于猪场冲洗的污水稀释了重金属的浓度，也可能是由于重金属元素可溶于沼液中的量较低。

表1　规模化猪场粪污和土壤重金属含量mg/kg

0～20 cm土层中Zn含量为44.10～347.45 mg/kg；Cu含量为16.48～184.39 mg/kg；Cd含量为0.04～0.15 mg/kg；As含量为4.75～14.23 mg/kg。20～40 cm土层中Zn含量为6.68～351.01 mg/kg；Cu含量为17.45～65.46 mg/kg；Cd含量为0.05～0.17mg/kg；As含量为2.39～16.42 mg/kg。所采集规模化猪场土壤中的Cd和As含量均在土壤环境质量二级标准范围内；除了漳平规模化猪场土壤的含Zn量不符合土壤环境质量二级标准外，其余均符合；除南平规模化猪场表层土壤的含Cu量不符合土壤环境质量二级标准外，其余均符合[8]。

2.2小型猪场粪污和土壤中Cu、Zn、Cd、As含量由表2可知，在采样的四个小型猪场中各种污染物的重金属含量也不相同，但整体上呈现出沼渣重金属含量高于猪粪重金属含量的规律。其中母猪粪Zn含量为450.66～1 003.44 mg/kg，Cu含量为103.57～120.03 mg/kg，Cd含量为0.16～0.39 mg/kg，As含量为0.07～0.68 mg/kg；育肥猪粪Zn含量为611.15～913.80 mg/kg，Cu含量为392.92～833.37 mg/kg，Cd含量为0.29～0.48 mg/kg，As含量为0.15～1.71 mg/kg；而沼渣Zn含量为1 024.40～2 039.22 mg/kg，Cu含量为634.91～896.11 mg/kg，Cd含量为0.69～0.88 mg/kg，As含量为0.82～1.05 mg/kg。由此可见沼渣中的重金属含量较猪粪中的高，这可能是由于沼渣经过发酵和沉积作用，使其重金属浓度增高。沼液中Zn含量为0.2～0.38 mg/kg，Cu含量为0.2～0.3 mg/kg，Cd含量均小于0.01 mg/kg，As含量为0.01～0.04 mg/kg；沼液中各种重金属含量均较猪粪中低。0～20 cm土层和20～40 cm土层的重金属含量差别不大，其中0～20 cm土层Zn含量为73.08～340.32 mg/kg，Cu含量为9.70～129.57 mg/kg，Cd含量为0.05～0.06 mg/kg，As含量为5.48～15.84 mg/kg；20～40 cm土层Zn含量为82.90～340.32 mg/kg，Cu含量为14.34～101.83 mg/kg，Cd含量为0.03～0.04 mg/kg，As含量为6.84～14.88 mg/kg。但是，在同一个猪场中的不同土层的重金属含量有一定差别，这与土壤施浇沼液量及施浇时间有关系，同时也与各个猪场的土壤环境有较大关系。

2.3Cu、Zn、Cd、As的平均含量规模化猪场和小型猪场各污染物重金属平均含量如表3所示，各个猪场中各样品的重金属镉平均含量均较低，均小于1 mg/kg；规模化猪场沼渣中砷的平均含量（3.47 mg/kg）高于小型猪场（0.95 mg/kg）；小型猪场土壤中的铜平均含量高于规模化猪场。不同规模猪场各污染物和土壤的重金属含量不同，这可能与各猪场的生产管理有较大关系。

表2　小型猪场粪污和土壤重金属含量mg/kg

2.4不同规模化猪场土壤、沼渣和沼液重金属超标率猪场重金属超标率如表4所示，所有猪场的沼渣、沼液和土壤中镉和砷均未超标；土壤和沼渣中的铜和锌都有不同程度的超标，总体上非规模化猪场土壤铜和锌的超标现象较规模化猪场的严重。规模化猪场沼渣铜超标率为66.67%，锌为83.33%，小型猪场沼渣铜和锌超标率均为100%，这可能是由于猪场饲料添加剂的使用不规范，饲料中Cu和Zn的添加量大量地超标导致，各重金属参照标准如表5所示。

表3　不同规模猪场重金属平均含量mg/kg

3　讨论

猪场粪污中各种重金属含量主要与各猪场所用饲料及药物有较大的关系；土壤中重金属含量不仅与饲料相关，还与猪场周边环境有较大的关系[9]。本研究中，在规模化猪场，沼渣的重金属含量均较粪渣高，笔者认为这是由于粪渣经过固液分离后，一部分的重金属被水冲走，从而降低了粪渣中的重金属含量；大部分猪场的育肥猪粪铜含量远远高于母猪粪的，这与在育肥猪饲料中滥用高铜有关。普遍地，猪场沼渣中的重金属含量比猪粪中的更高，这是由于沼渣经过发酵和长时间的沉淀积累，从而使沼渣中的重金属含量升高了。沼液中的四种重金属含量均不存在超标现象，这可能是由于大量冲洗圈舍用的水稀释了重金属的浓度。

表4　猪场土壤、沼渣和沼液重金属超标率mg/kg

表5　标准规定重金属含量mg/kg

猪场土壤和沼渣中的重金属铜和锌的超标率均较严重，非规模化猪场土壤和沼渣铜、锌超标率高于规模化猪场的，且长期使用沼肥浇灌的土壤中的Cu和Zn含量较其他土壤高，这与猪饲料中添加过量的铜和锌有密切的关系，与段然[9]等的研究一致。非规模化猪场沼渣中铜和锌的超标率达到了100%，规模化猪场也分别达到了66.67%、83.33%，说明猪场粪污中铜和锌的超标现象是比较普遍的，这与饲料中添加的大量铜、锌制剂有密切关系；而规模化猪场的超标情况较非规模化猪场的稍微好一点，这可能与猪场处理粪污的方式有关，规模化猪场都有将粪污先经过固液分离再排入沼气池中，这道工序可能使沼渣中的重金属含量降低了。镉和砷在所调查的猪场中均未出现超标的情况，这可能与自2008年起开始实施DB35/562-2008福建省《猪鸡鸭用饲料产品安全质量要求》地方标准有较大关系，该标准将饲料添加As的最大允许量确定为2 mg/kg[10]。严格控制了饲料中砷制剂的使用量，使猪场环境的砷含量降低。不同土层的重金属含量不同，这与土壤施沼肥年份、重金属种类及土壤理化性质等有关。

试验结果表明，猪场土壤和沼渣中重金属铜和锌超标现象严重，饲料重金属是粪污中重金属的主要来源，因此为了降低猪场粪污中的重金属含量，我们必须严格控制饲料中重金属的添加量，规范使用各类饲料添加剂，降低对周围环境和人畜的危害；同时，猪场应该严格规范处理粪污，提高重视程度。各猪场经沼肥浇灌后的土壤重金属含量都有所差别，但是普遍地，铜和锌的超标率较严重，因此，笔者建议在将粪污农用时，应控制其使用量，以降低其造成二次污染的几率。

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Research of contents of heavy metals in swine manure pollution and soil in Fujian province

He Bolan1Huang Qinlou2*Zhong Zhenmei3Huang Xiusheng3
(1.Laifeng Animal Husbandry&Veterinary Station,Bishan District,Chongqing City,Chongqing Bishan 402763; 2.Institute of Animal Husbandry&Veterinary,Fujian Academy of Agriculture Sciences,Fuzhou 350013; 3.Institute of Agricultural Ecology,Fujian Academy of Agriculture Sciences,Fuzhou 350013)

This research in view of the current problem of heavy metal pollution in swine manure pollution,surveying the heavy metal content of different types of pig farms pollution,aims to investigate main types and pollution degree of heavy metals in waste from the farms of Fujian province.We determinated the heavy metals,including copper,zinc,cadmium,arsenic in pig manure and sewage,soil, and hybrid pennisetum of ten different scale pig farms in Fujian province,and the results show that the content of copper,zinc,cadmium,arsenic in waste slag is lower than pig manure and biogas;the content of heavy metals in biogas slurry is the lowest.Waste and soil has a lower concentration of cadmium and arsenic,both of which were not overproof;The exceeding rate of copper and zinc in the soil are over than 30%,which are higher in the small pig farms than the large-scale pig farms;The exceeding rates of copper and zinc in biogas are 100%in small pig farms,which are more than 50%in large-scale pig farms;There is one large scale pig farm of the hybrid pennisetum by pouring biogas slurry,which is over the cadmium level.

hogpen waste soil heavy metals sampling survey

A

1003-4331（2015）05-0013-05

福建省自然科学基金（2013J01105）、公益性行业（农业）科研专项（201303094-04）、福建省农科院科技创新团队（CXTD-1-05）项目资助。

何波澜，女，助理兽医师。E-mail：597628178@qq. com。

＊黄勤楼，男，研究员。E-mail：hql202@126.com。