“猪-沼-茶”生产模式对土壤和茶叶中重金属含量的影响试验

2017-04-06邵一峰翟继鹏张金枝叶柏宁李晓梅

浙江畜牧兽医 2017年2期

关键词：猪粪沼液茶园

邵一峰，翟继鹏，张金枝*，叶柏宁，李晓梅

(1.龙泉市畜牧兽医局，浙江龙泉 323700； 2.浙江大学动物科学学院；3.龙泉市西街街道办事处)

“猪-沼-茶”生产模式对土壤和茶叶中重金属含量的影响试验

邵一峰1，翟继鹏2，张金枝2*，叶柏宁1，李晓梅3

(1.龙泉市畜牧兽医局，浙江龙泉 323700； 2.浙江大学动物科学学院；3.龙泉市西街街道办事处)

为探讨“猪-沼-茶”生产模式对土壤和茶叶中重金属含量的影响，随机采集和测定龙泉市某规模猪场生长猪饲料、猪粪、沼液及喷灌沼液茶园土壤和茶叶中的Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb含量。结果表明：沼液中重金属含量较低，达到农业灌溉标准。猪粪中的重金属含量则高于饲料中的含量，土壤中的Cu、Zn含量接近标准上限指标。试验表明，沼液是一种安全优质的有机肥，对茶叶品质无明显影响，采用“猪-沼-茶”生产模式，既解决了规模猪场的环境污染问题，又可为茶叶生产提供安全优质的有机肥，有利于实现养殖业和种植业两者的良性循环。

生产模式；污染控制；重金属；猪粪

随着养猪业规模化、集约化生产方式的快速发展，猪场粪污的处理问题成了养猪生产中的最大负担。一家百头种猪场的日排粪量可达2.5 t，年排粪量近1000 t；污水日排放量可达2.15 t，年排放量可达800 t；一家万头商品猪场的日排污量可达到100～150 t，其污染负荷几乎相当于一座10～30万人口的城镇负荷[1-2]。

规模猪场的大量粪尿排放，如不能及时处理、消纳，必将对自然环境、人居环境造成一系列污染。另外，粪污中的某些高浓度物质(如Cu、Zn、Fe及微生物等)会随同粪污一同进入土壤，引起土壤中相应物质含量异常，形成营养富集，不仅对土壤本身结构可能引起影响、破坏，而且还会影响周围生态环境和人体健康，造成土壤污染和生物中毒，重金属在食物中富集，则可引起严重的食品安全问题。

目前，对于施用畜禽粪肥、沼液对环境及食品安全性影响的研究甚少。本试验通过实地取样分析，测定龙泉市某规模猪场的饲料、粪肥、沼液及喷灌沼液茶园土壤和茶叶中的重金属含量，以评估猪场排泄物中重金属含量及施肥茶园中的重金属迁移规律，为绿色农产品生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料试验于2013年5月下旬进行。随机采集龙泉市某规模猪场生长猪饲料、猪粪、沼液及喷灌沼液茶园土壤和茶叶样品。

猪粪样品的内容物大多分布不够均匀，理化性质、含水率、腐熟程度等不尽相同，因此应多点选取有代表性粪堆(不含垫料和堆肥辅料等杂物)，采集后用粪勺捣碎固形物，并经充分混合，采粪量500 g左右，密封袋保存备用。采集生长猪饲料样品300 g左右，装入样品袋保存备用。沼液采自沼气池上清部分，用粪勺震荡后取样500 mL左右，灌入棕色玻璃密封瓶保存备用。土壤样品则采自施用过沼液的茶园，多点采集深0～20 cm土壤样品，均匀混合，每个样品重0.5～1 kg，密封袋保存备用。茶叶样品采自成熟度较高植株，多点采集完整叶片，每份约1 kg，密封袋保存备用。

1.2 样品处理

1.2.1 固样粪样采用适量浓硫酸固样，风干磨碎过1 mm尼龙筛，保存备用。沼液不经处理，置于-20 ℃冰箱中冻存备用。土壤样品在65 ℃下烘干至恒重，过1 mm尼龙筛后保存备用。茶叶叶片放入预热至110 ℃烘箱“杀青”30 min，于65 ℃下烘干至恒重，用陶瓷坩埚磨碎，过1 mm尼龙筛后保存备用。

1.2.2 湿法灰化因Hg较易挥发，故土壤样品采用王水-高氯酸(3∶1)湿法灰化、定容；其余样品采用硝酸-高氯酸(4∶1)湿法灰化、定容。

1.3 测定方法采用原子吸收分光光度法测定样品中7种重金属(Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb)含量。

采样、前处理过程中尽量使样品、样液避免接触粉碎机等金属仪器；所有接触到样品的玻璃容器均预先用15%稀盐酸浸泡15 h后清洗干净。

1.4 数据分析采用Microsoft Excel 2003软件进行数据整理分析。

2 结果与分析

2.1 饲料中重金属含量测定结果详见表1。

表1 饲料中重金属含量测定结果

由表1可见，参照《饲料卫生标准》(GB13078-2001)、《饲料中铜的允许量》(GB 26419-2010)、《饲料中锌的允许量》(NY 929-2005)等规定，饲料中Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb含量的测定结果与参考标准(允许量)相比均未超标，尤其是Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb含量远低于国定的参考标准(允许量)，Cu含量的测定结果虽较高，但也未超标。

2.2 猪粪中重金属含量测定结果详见表2。

表2 猪粪中重金属含量的测定结果

由表2可见，根据农业部制定的有机肥料行业标准(NY 525-2002)和农用污泥中污染物控制标准(GB 4284-84)，猪粪中Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb含量的测定结果与参考标准，虽然猪粪中Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb含量均高于饲料，但远低于农业部规定的有机肥料中重金属含量的行业标准。

2.3 沼液中重金属含量测定结果详见表3。

表3 沼液中重金属含量测定结果

由表3可见，根据国家制定的农田灌溉水质标准(GB5084-2005)，沼液中Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb含量的测定结果与参考标准，沼液中的Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb含量均未超过农田灌溉水质标准，说明厌氧发酵工艺有效改善了猪场废水中的重金属含量，可作农田灌溉用水。

2.4 土壤中重金属含量测定详见表4。

表4 土壤中重金属含量测定结果

由表4可见，根据中国农业土壤化肥标准(GB15618-1995)规定，土壤中的Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb含量均未超过规定的允许量，适用于一般农田的二级标准。

2.5 茶叶中重金属含量测定详见表5。

表5 茶叶中重金属含量测定结果

由表5可见，根据《无公害食品茶叶》(NY 5017-2001)中对茶叶重金属限量的规定，经施用无公害处理的猪粪有机肥和灌溉沼液的茶叶中Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb等重金属含量均符合《无公害食品茶叶》(NY5017-2001)的限量规定。

3 小结与讨论

3.1 饲料中重金属含量对猪粪中重金属含量的影响实际生产中，由于某些微量元素具有促进畜禽生长、防控疾病等生物学功能常被用作饲料添加剂，如Cu、Zn、As等制剂。但由于其生物学效价较低，需要过量添加才能取得较好的饲喂效果。笔者在嘉兴和温州等地的饲料采样研究中，尤以Cu的超标现象最为普遍，其次为As，而其余数种重金属元素在饲料中的分布差异性较大。据本次测定分析，龙泉地区的规模猪场重金属含量的控制情况较好，未出现超标现象。

王瑾等(2008)[3]，根据饲料中重金属和抗生素的测定调查，Cu含量均超出国家标准，Zn含量均未超标，As含量则超出标准数十倍；姜萍等(2010)[4]报道，重金属在猪饲料-粪便-土壤-蔬菜中的分布特征研究表明，大猪和小猪饲料中的Cu含量超标率分别为81.6%和30.8%，Zn含量的超标率分别为89.5%和94.9%；董占荣等(2008)[5]报道，杭州市郊规模化猪场猪粪的重金属含量及其形态调查表明，饲料中Cu、Zn、Cd的超标率分别达到100%、100%和11.1%。

不能被猪体充分利用的大部分微量元素随粪、尿排泄过程排出体外，成为猪场粪污中重金属含量的最主要来源。王瑾等(2008)[3]报道，根据饲料中重金属和抗生素对土壤和蔬菜的影响研究中，发现施用猪粪肥的土壤中Cu、Zn、As含量均严重超标，其中Cu最高超标133.98%，Zn超标52.05%，As超标12.04%。据梁金凤等(2009)[6]报道，根据京郊有机肥质量状况分析，猪粪中Cr、Pb、Hg的残留问题较为严重。

根据饲料和猪粪中的重金属超标情况分析，可以发现饲料中的重金属是猪粪中重金属残留的重要来源。黄磊等(2011)[7]研究了不同饲养阶段猪粪中常见微量元素的含量水平，发现猪粪中微量元素含量因饲养阶段不同而有明显差异，Cu、Zn两种元素呈现相仔猪粪>育肥猪粪>种猪粪的规律，其中Cu的最高含量可达1170 mg/kg，Zn的最高含量可达1860 mg/kg；As含量的规律为育肥猪粪>仔猪粪>种猪粪，最高含量可达104 mg/kg，三种元素的超标率均为100.0%。该调查显示猪粪中重金属和饲料中的添加限量有一定的相关性。实际生产中，一般呈现仔猪饲料中的Cu、Zn含量高于育肥猪饲料的情况。

3.2 土壤中重金属含量的累积据本次试验测定，土壤中的部分重金属元素，如Cu、Zn含量仍然显示接近超标情况，这可能与茶园本身土壤中重金属含量较高有关。

对于沼液，其重金属含量与土壤中重金属含量的相关性并不大，可以认为沼液中重金属对土壤中重金属含量的影响性较小，但长期施用是否会造成重金属累积尚需进一步研究。

3.3 “猪-沼-茶”生产模式的评估根据无公害茶叶标准中对茶叶重金属限量的规定，使用沼肥灌溉茶园的茶叶中重金属含量远低于无公害茶叶中的重金属限量规定；Cu、Zn含量也未超过食品中污染物限量规定(GB 2762-2005)，说明沼液完全可以作为一种安全而高效的肥料施用于茶园。

据以往报道，茶叶对Cd、Cr、Hg等重金属的富集能力较强，这与本研究结果相反。据李云等(2007)[8]、李友勇等(2011)[9]报道，茶叶对土壤中Cd、Cu和Hg的富集能力较强，而对As的吸附能力最弱，这可能与土壤As含量较低有关。且有研究表明，茶叶中As的溶出率仅为11.1%，形式以有机态为主，无机砷较少[10]。

综上所述，故可得出以下结论。

一是沼液中重金属含量较低，基本符合农业灌溉标准，厌氧发酵工艺可以改善饲料和猪粪中的重金属污染情况。据本次试验测定，饲料、猪粪和沼液中各重金属含量基本无超标情况，说明厌氧发酵是一项比较有效的猪粪污处理方法。

二是猪粪中Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb等重金属含量均高于饲料中的含量，说明饲料中的重金属通过猪体内的代谢作用在猪粪中形成了累积。沼液中重金属含量则与饲料中的重金属含量相关性不大，Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb含量均有显著下降。茶园中施用沼液后，对茶叶品质基本不受影响，符合《无公害食品茶叶》的限量规定。

三是试验表明，沼液是一种安全而良好的有机肥料，可以施入茶园。“猪-沼-茶”生产模式完全可行，可以实现养殖业和种植业的良性循环发展，促进农业增效、农民增收[11-13]。

[1]王新谋.家畜粪便学[M].上海交大出版社,1998:49-52,110.

[2] 严小东.当前规模猪场的排污现状及应对措施[J].科技致富向导，2011(3)：181-182.

[3] 王瑾，韩剑众. 饲料中重金属和抗生素对土壤和蔬菜的影响[J].生态与农村环境学报2008，24(4)：90-93.

[4] 姜萍，金盛杨，郝秀珍，等．重金属在猪饲料-粪便-土壤-蔬菜中的分布特征研究[J]．农业环境科学学报，2010，29(5)：942-947.

[5] 董占荣，陈一定，林咸永，等.杭州市郊规模化养殖场猪粪的重金属含量及其形态[J]. 浙江农业学报, 2008, 20(1)：35-39.

[6] 梁金凤，齐庆振，贾小红，等.京郊有机肥料的质量状况分析[J].中国土壤与肥料，2009(6):79-83.

[7] 黄磊，郭金花，李彦明. 不同饲养阶段猪粪中微量元素含量水平调查研究[J].北京农业，2011,3:131-134.

[8] 李云，张进忠，童华荣.重庆市某茶园土壤和茶叶中重金属的监测与污染评价[J].中国农学通报，2007,7:519-524.

[9] 李友勇，梁名志，田易萍，等．景洪市茶园茶叶和土壤中重金属的污染评价[J]．安徽农业科学，2011(15)：8972-8975.

[10] 王亮，余定学，周峻杰，等．茶叶中的微量砷及其在茶汤中形态的分析[J]．干旱环境监测，1999(4)：193-194,250.

[11] 中华人民共和国农业部.NY 525-2002有机肥料[S].2002.