重庆市鸡场粪污重金属含量测定分析

韦艺媛，何道领，王震，陈红跃

（1.重庆市畜牧技术推广总站，重庆401121；2.重庆市生猪产业技术体系创新团队，重庆401121）

0 引言

畜禽粪便含有丰富的有机质、氮、磷、钾等养分，常作为优良的土壤改良剂施用于农田。但随着养殖业集约化、规模化的快速发展，一些重金属元素如铜、锌、砷等被广泛应用于饲料添加剂，而重金属在动物体内不仅生物效价低，且具有富集效应，大部分随畜禽粪便排放到体外环境中，给生态环境安全带来巨大压力。由于重金属的不降解性，当含有重金属残留的畜禽粪便长期施用于农田，易造成难修复甚至不可逆的土壤污染，借由土壤-水-植物系统迁移转化积累，引发农产品的安全隐患，并通过食物链对人体健康造成威胁。

为摸清重庆市鸡粪重金属含量现状，为鸡粪类有机肥替代部分化肥提供物质基础，本试验开展了全市部分区县鸡场粪污重金属检测工作，以期逐步摸清养殖场粪污中重金属含量，并对其安全性进行评价。

1 材料与方法

1.1 采样点及采样方法

1.1.1 采样点概况

按照年出栏量1000～10000只、10000～100000只和100000只以上三种饲养规模将采样点分为小型鸡场、中型鸡场和大型鸡场三种类型。

样品采集自重庆市15个重点养鸡生产区县，包括大中小鸡场的鸡粪样品49个及有机肥样品6个。

1.1.2 采样方法

采用五点采样法，即分散采集样品5个点，每点定量取0.5kg，放到干净的塑料布上，将样品混匀，再用四分法剔除多余样品（见图1，即将混匀的样品分成四份，留取对角的两份），如果四分法后，重量超过1kg，继续采用四分法，最终取1kg，用自封袋装，贴内标签，再外套一个自封袋，贴外标签，用不干胶封自封口，带回备用。干样于烘箱中65℃烘干至恒重，称其干重。烘干后的样品过筛100目，用于铜、锌、铅、镉、铬、砷、汞等重金属含量的测定。

图1 四分法

1.2 测定方法

1.2.1 铜、锌、铅、铬、镉含量测定

铜、锌、铅、铬、镉含量测定参照HJ 766-2015固废重金属检测标准[1]。电热板温度设置为220℃，样品加入优级纯硝酸和盐酸各5mL，加热消解4h，用2mol/L硝酸溶液淋洗玻璃漏斗，用水定容至50mL，用德国耶拿原子吸收分光光度计测定重金属铜、锌、铅、铬、镉含量。

1.2.2 砷、汞含量测定

砷、汞含量测定参照NY/T 1978-2010肥料中的测定方法[2]。称取风干样品0.4000g于50mL具塞比色管中，精确至0.0001g，加少许水湿润，加入10mL（1+1）王水加热摇匀，于沸水浴中消解2h，用去离子水稀释至刻度，摇匀后立即吸取10ml溶液用0.02%的硫酸-重铬酸钾稀释液稀释，原子荧光测定汞含量；测定砷含量时，吸取10mL消解液于50mL比色管中，加入3mL盐酸、5%的硫脲和5%的抗坏血酸溶液，用水稀释至刻度，摇匀用原子荧光分光光度计测定。

1.3 数据质量控制

1.3.1 样品平行控制

所有样品检测均采用三次平行，用于测定汞含量的样品平行间的相对标准偏差＜20%；用于测定镉含量的样品平行间的相对标准偏差＜15%；用于测定砷、铅、铜、锌、铬含量的样品平行间相对标准偏差＜10%。

1.3.2 标准物质控制

由于鸡粪样品没有国家标准品，本试验采用性质较为相近的芹菜标准品（GSB-26）全程控制，每批次设置3个标准物质进行质量控制，每批次样品数量（含样品的3次平行）为21个，所得结果均在标准品的含量范围内。

1.4 研究方法

1.4.1 单因子指数评价法

单因子指数是评价环境污染程度或者环境质量等级所用的一种相对无量纲指数，并能全面反应各个元素的污染程度，用单项因子表示污染程度或土壤环境质量等级的单项污染指数（Pi）。计算公式为：

式中：i表示重金属污染物。Si为i的评价标准，单位mg/kg；Ci表示样品中i的实测浓度，单位mg/kg；Ci与Si的比值Pi表示i的污染指数。Pi≤1，表示未污染；Pi＞1，表示污染，且Pi值越大，则污染越严重[3]。

本试验铅、镉、铬、砷、汞含量测定采用有机肥料NY/T 525-2012（见表1）的重金属限量标准，铜、锌含量测定参照欧洲国家对堆肥中重金属的限量标准（见表2）中西班牙（欧洲国家最高限量）对铜和锌的限量标准。

表1 肥料产品无害化指标对比（国家标准行业标准）[4,5,6,7,8]单位：mg/kg

表2 欧洲国家对堆肥中重金属的限量标准（2000年）[9]单位：mg/kg

1.4.2 内梅罗综合污染指数评价法

内梅罗（N.L.Nerrow）综合污染指数评价法，可以全面地综合反映环境的污染程度，该方法被广泛应用于环境重金属污染的评价，而且也兼顾了单因子污染指数的平均值和最大值，凸显高浓度污染物对整个区域内环境质量的影响，综合考虑了各个重金属对环境质量的影响。计算公式为：

式中：P综为综合污染指数，评价标准见表3；Pi为各种所测重金属的单因子指数评价值；avg（Pi）为粪污中各种重金属单因子评价的平均值；max（Pi）为粪污中重金属单因子评价的最大值。

表3 综合污染指数评价标准[3]

1.5 数据处理

采用Excel处理软件对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 鸡粪重金属含量

重庆市15个区县鸡粪及有机肥样品重金属含量如表4所示。七种重金属中锌含量最高，均值为493.00mg/kg，其次是铜，均值为124.25mg/kg，铬含量均值为4.32mg/kg，铅含量均值为2.27mg/kg，砷含量均值为1.74mg/kg，镉含量均值为0.23mg/kg，汞含量最低，均值为0.13 mg/kg。根据有机肥料NY/T 525-2012（见表1），铅、镉、铬、汞、砷五种重金属含量均低于肥料产品无害化指标对比表。由于国内没有对有机肥中铜和锌含量进行限定，依照欧洲国家对堆肥中重金属的限量标准（见表2）来看，铜和锌含量在西班牙规定的含量范围内。

表4 重庆市鸡粪重金属含量统计 单位：mg/kg

2.2 鸡粪重金属单因子及综合污染指数

重庆市15个区县鸡粪及有机肥样品重金属单因子和综合因子污染指数范围如表5所示。七种重金属单因子污染指数（Pi）在0～0.35范围内，综合因子污染指数（P综）在0～0.66范围内，依照综合指数评价标准（见表3）来看，Pi和P综均符合I级标准，达到清洁生产要求。

表5 重庆市鸡粪重金属单因子和综合因子污染指数范围

3 结论与讨论

本试验通过对重庆市15个区县鸡粪及有机肥样品检测分析，鸡粪及有机肥样品中，汞、砷、铅、镉、铬含量均符合相应的国家标准及行业标准要求（见表1、表4）。

铜和锌是动物生长的必需微量元素，铜是动物体内酶的构成成分，是血红素和红细胞形成过程中的催化剂。锌是多种酶的组分及其作用的必需因子，有资料表明适量的锌是维持动物免疫系统正常发育以及发挥免疫功能的关键微量元素[10]。一般在饲养过程中在饲料中添加足够的铜、锌促进动物生长。目前国内没有对有机肥中铜和锌含量进行限定，畜禽粪便重金属多参考《农用污泥中污染物控制标准》（GB4284-84）中铜和锌的限量标准，但也存在诸多争议，认为铜和锌的限量过于严格，中国土壤普遍缺锌，是世界上锌肥施用量最大的国家，人们在食品中也添加锌或用药物补锌[11]。因此本试验依照欧洲西班牙对铜和锌的限量标准，参照其堆肥标准，铜和锌含量依然在清洁范围之内。

另外，本试验通过内梅罗污染评价法对粪污中重金属进行评价，单因子污染指数和内梅罗综合污染指数均达到I级标准，符合安全生产要求（见表3、表5）。

4 对策及建议

有研究表明，家禽饲粮中90%以上的重金属不能被机体吸收而随粪便排出[12]。而且重金属在环境中具有累积效应，当重金属的量超过一定值时会引起环境污染风险。因此畜禽养殖过程中重金属的前端控制及后端处理非常重要。

4.1 源头控制

在前端生产环节，应当加强饲料生产监管，规范畜禽饲料添加剂的使用，控制微量元素的添加量，推广应用环保饲料，提高畜禽的饲料利用率，同时注重标准化的清洁生产模式，降低资源损耗和污染排放，从源头减少重金属对环境的污染风险，防患于未然。

4.2 有效处理

在后端处理环节，主要通过有效方法促进重金属活性钝化，降低重金属生物有效性。目前多采用微生物发酵和添加钝化剂等方法。微生物发酵法主要包括堆肥和沼气发酵。有研究表明，经堆肥处理后畜禽粪便中重金属对土壤环境及农产品的污染风险有所降低，而经沼气发酵处理的沼肥中重金属的流动性低于鲜粪[13]。钝化剂分为物理钝化剂、化学钝化剂和生物钝化剂等，通常与堆肥法配合使用。但不同钝化剂因对不同重金属钝化效果、形态影响不一，加之二次污染的风险，在生产实践中推广应用比较困难。

需要强调的是，目前我国现行的有机肥料标准（有机肥料NY/T 525-2012）中只包括了铅、镉、铬、砷、汞的限量值。为何未包括铜和锌？一是就铜和锌本身来看，两者区别于其他有毒有害重金属，都是动植物正常生长发育的必需微量元素，在农业生产中起着必不可少的重要作用，因此人体摄入时造成的健康风险也相对较低。二是立足我国实际来看，我国土壤耕地质量等级整体偏低，平均等级仅为4.76等[14]。调查表明，我国土壤普遍缺锌，需要通过补充施用锌肥或含锌量较高的有机肥来提高土壤锌含量；而土壤中铜含量虽然相对较高，并被列为现有耕地土壤的主要污染物之一，但主要是由于现行的土壤风险管控标准中铜的筛选限量值相对较低。因此不应过分“妖魔化”种养生产中铜、锌等重金属的存在，应保持科学的态度正确看待。