发酵床养猪垫料重金属元素累积特性分析

王军一,周 磊,张 静,王庆华,诸葛青,李家伦,王月静,刘玮孟*

（1.临沂市畜牧站,山东 临沂 276000 ；2.罗庄区畜牧局,山东 临沂 276017;3.临沂市动物疫病预防控制中心, 山东 临沂 276000）

发酵床养猪垫料重金属元素累积特性分析

王军一1,周 磊1,张 静2,王庆华1,诸葛青3,李家伦1,王月静1,刘玮孟3*

（1.临沂市畜牧站,山东 临沂 276000 ；2.罗庄区畜牧局,山东 临沂 276017;3.临沂市动物疫病预防控制中心, 山东 临沂 276000）

对发酵床养猪模式下，在不同使用时间（0 d、1年、2年）的发酵床垫料中垫料重金属组分进行了监测，探索分析其变化和沉积规律。结果表明，随垫料使用时间的延长，重金属铜、锌、砷、铅、铬的含量均显著增加(P＜0.01)；垫料使用2年后铜、锌、砷、铅、铬等重金属元素含量均在标准限量范围内，其中锌元素的增加量明显高于铜，砷、铅、铬的含量分别为18.7 mg/kg、1.98 mg/kg、0.2 mg/kg。

发酵床；垫料；重金属；沉积规律

发酵床养猪，又称为“生物环保养猪法”，主要是利用锯末、稻壳、花生壳等材料混合一定数量的益生菌，堆积发酵而成。发酵床通过充分降解粪便，进而降低了养殖舍内有害气体浓度，达到减少养殖污染排放的目的。 猪粪尿通过益生菌的发酵分解和转化后，最终达到无臭、无味、无害化的目的，是一种低排放、无污染的环保养猪技术[1]。但是有报道称发酵床养猪法，排放的猪粪尿会被高浓度浓缩，沉积在发酵床垫料中；同时认为饲料中添加的铜、锌等元素在发酵床里超浓缩富集后，一次性地排放到某一特定环境中，会造成很大的危害；以及垫料作为肥料使用是否会造成二次污染[2-4]。因此，针对这些问题，本试验通过监测发酵床养猪垫料中重金属元素(铜、锌、镉、铅、砷)含量的变化，探明垫料中这些元素的累积情况，以期为垫料的资源化合理利用提供依据。

1  材料与方法

1.1 样品采集

样品采集地点为临沂费县睿农农牧有限公司养殖场，分别采取使用0 d、1年、2年的垫料500 g，每栏发酵床内均取3点，分别为干燥区、粪便集中排泄区以及饮水区，使用土钻在垫料层20 cm处取样，装于自封袋内，贮存备用。

1.2 测定方法

垫料中铜、锌、铅、镉含量采用感应耦合等离子体测定，砷含量采用原子荧光分光光度计测定。以上重金属检测时分别取适量样品分解液稀释到标准曲线内再测定其含量。

1.3 数据分析

所有数据均以平均数±标准差表示，采用SAS(6.12)的一般线性模型(GLM)对数据进行单因素方差分析，各处理组间的平均值比较采用Duncan多重比较进行分析，(P＜0.05)认为差异显著。

2  结果

2.1  发酵床养猪垫料中铜、锌等矿物质元素含量变化

不同发酵床养猪垫料中铜、锌矿物质元素含量变化结果见图1、图2。随着饲养天数的增加，垫料中铜、锌的含量逐渐增加。使用1年和2年后，垫料中铜含量分别为71 mg/kg、180.3 mg/ kg，而锌含量分别为162 mg/kg、371 mg/kg左右，Zn的增加量幅度要明显高于Cu，在使用不同时间段发酵床重金属Cu、Zn含量差异极显著(P＜0.01)。

2.2  发酵床养猪垫料中重金属元素As、Pb、Cd含量变化

不同使用时间发酵床垫料中As、Pb、Cd含量分别如图3、图4、图5。发酵床使用随着时间的延长，As、Pb、Cd均表现出逐年积累的趋势，并且差异极显著(P＜0.01)。使用2年后As、Pb、Cd的含量分别为18.7 mg/kg、1.98 mg/kg、0.2 mg/kg。

3  讨论

发酵床养猪模式在一定程度上能够解决畜禽养殖污染难题，但是长期以来，人们一直关注发酵床垫料重金属的污染问题[5-6]，不同使用时间的发酵床养猪垫料中重金属元素含量的监测结果表明，使用2年的垫料中镉、铜、砷、锌、铅含量均高于使用1年的垫料，这一结果说明铜、锌、镉、砷、铅等元素在垫料内存在富集现象。但参照农用污泥中污染物控制标准(GB 4284—84) 以及城镇垃圾农用控制标准(GB 8172—87)[7-8]，使用2年的养猪发酵床垫料中铜、锌、镉、砷、铅等重金属元素含量均在标准限量范围内。

图1 垫料中Cu元素含量的变化

图2 垫料中Zn元素含量的变化

图3 垫料中As元素含量的变化

图4 垫料中Pb元素含量的变化

图5 垫料中Cd元素含量的变化

本研究发现，垫料中Zn元素的富集量要明显高于Cu元素的富集量，砷元素的富集量要远高于铅和铬。Cu、Zn含量在使用2年后分别达到180.3 mg/kg和371 mg/kg ，这可能是由于饲料中Cu、Zn的添加量高于生长育肥猪日粮中Cu、Zn的正常需要量，导致生长育肥猪粪便排泄物中Cu、Zn含量过高，而垫料中益生菌无法转化或者去除这些重金属元素。饲料中过量的Cu、Zn虽然能促进猪的生长发育，但含量过高时也反过来进一步抑制微量元素自身的消化吸收，加速了金属元素的富集[9]。本研究结果与张霞[10]等（2011）使用2年及7年的养猪发酵床垫料，发现砷、锌、铅、镉、镍、铬、铜等元素在垫料内确实存在累积现象，但是重金属元素含量均在标准限量范围内相一致。目前，对发酵床垫料重金属残留的相关研究报道较少。重金属残留与饮水、饲料、垫料、猪的饲养数量及密度等之间的相关性，发酵床使用更长的时间，特别是垫料中铜、锌、砷元素重金属富集量是否存在环境污染等生物安全问题以及垫料能否直接作为有机肥使用，还有待进一步验证。

[1] 武英，赵德云，盛清凯，等.发酵床养猪模式是改善环境，提高猪群健康和产品安全的有效途径[J].中国动物保健，2009(5)：89-92.

[2] 梁艳， 吕学斌， 何志平， 等. 发酵床养猪在四川的优势和存在的问题[J]. 四川畜牧兽医， 2009（5）：18-21.

[3] 孙云帆，贾银海，苏雷.健康养殖与现代畜牧业发展 (经济)模式研究进展[J].云南农业大学学报：自然科学，2013，28（S1）：146-157.

[4] Tait S， Tamis J， Edgerton B， et al. Anaerobic digestion of spent bedding from deep litter piggery housing. Bioresour. Technol.[J].BioresourTechnol，2009，100(7)：2210-2218.

[5] GB 4284—84 农用污泥中污染物的控制标准[s] ，1984年5月18日中华人民共和国城乡建设环境保护部发布.

[6] GB 8172—87 城镇垃圾农用控制标准[s]，1987年10月5日国家环境保护局发布.

[7] Schembri N， Sithole F， Toribio J A， et al. Lifetime traceability of weaner pigs in concrete-based and deeplitter production systems in Australia[J]. Journal of animal science， 2007， 85(11)： 3123-3130.

[8] 张霞， 杨杰， 李健， 等. 猪发酵床不同原料垫料重金属元素累积特性研究[J].农业环境科学学报，2013（1）： 166-171.

[9] 李少菁，王桂忠.重金属对日本对虾仔虾存活及代谢酶活力的影响[J].台湾海峡，1998，17(2)：115-120.

[10] 张霞， 顾洪如， 杨杰， 等. 猪发酵床垫料中氮、 磷、重金属元素含量[J].江苏农业学报， 2011， 27(6)： 1414-1415.

2014-07-15）

山东省现代农业产业体系生猪产业创新团队