李夢婷，張曉倩，劉海學

(天津農學院農學與資源環(huán)境學院，天津 300380)

?

規(guī)?；B(yǎng)殖場糞便中主要農化指標檢測的研究

李夢婷，張曉倩，劉海學*

(天津農學院農學與資源環(huán)境學院，天津 300380)

目的以天津市有代表性的某規(guī)模化養(yǎng)殖場秋季新鮮豬糞為材料，測定新鮮豬糞中有機質、含水率、揮發(fā)性固體以及重金屬元素(Cu、Zn、As等)的含量和各元素間的相關性，為畜禽糞便對環(huán)境污染影響相關方面的研究及畜禽養(yǎng)殖環(huán)境管理決策提供科學依據。方法糞便中各元素的測定方法主要依照相關的國家標準。結果有機質含量、含水率、揮發(fā)性固體、總氮和總磷的平均值分別為52.44%、69.22%、71.96%、2.97%和0.2164%；重金屬元素Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、As、Hg質量平均值分別為460.60、191.4、0.796 1、0.034 64、26.34、0.53 10、0.228 4 mg·kg-1。As與Cd存在顯著正相關，但與Cr存在顯著負相關；含水率與Cr存在極顯著正相關；揮發(fā)性固體與Cd存在顯著負相關；總氮與Hg存在極顯著負相關。結論新鮮糞便中有機質含量較高，總氮和Cu均超標，超標率分別為60%、100%，其余元素均未超標。各元素間相關性大都不顯著。

糞便；農化指標；重金屬；相關性

0　引　言

近年來，中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，創(chuàng)造了連續(xù)20年年平均增長量10%的奇跡，產值增加近5倍。但是，隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，特別是畜禽養(yǎng)殖規(guī)模越來越大，集約化和機械化程度越來越高，畜禽糞污染已成為不容忽視的環(huán)境問題[1]。中國在20世紀90年代初對國內主要有機肥源中的養(yǎng)分和有害元素進行過調查分析[2]，但近年來，隨著畜禽養(yǎng)殖方式的轉變，畜禽糞便的成分發(fā)生較大的變化[3]。周博等[4]的研究表明,現代養(yǎng)殖條件下，由于飼料、添加劑等的普遍使用，畜禽有機肥中的重金屬含量明顯增加。雖然Zn、Cu是作物必需的微量元素，但需要量較小，過量投入會對作物造成傷害，導致農產品中含量超標，對人類健康構成威脅。覃麗霞等[5]的研究表明，在所調查的各有機肥樣品中，豬糞肥的重金屬含量最高，合格率最低，其中Cu的含量遠高于其他有機肥。畜禽糞便是商品有機肥生產的主要原料，但隨著畜禽飼料添加劑的大量使用，許多未被畜禽吸收的微量元素積累在畜禽糞便中，集約化畜禽養(yǎng)殖場的畜禽糞便有可能成為一些重金屬污染的富集庫[6]。石艷平等[7]的研究表明生豬糞便中重金屬含量較高的元素種類與對應飼料相一致，劑高量重金屬的飼料對應高量重金屬的糞便。而且，隨著農業(yè)的集約化發(fā)展及環(huán)境污染的加劇，農產品產地土壤重金屬積累逐年增加，已經影響到食物鏈安全和人體健康[8]。由于有機肥在農業(yè)生產中地位的不斷上升，有機肥的氮、磷、重金屬污染已成為必不可少的研究話題。

本文通過對天津市有代表性的某規(guī)?；B(yǎng)殖場新鮮糞便中各農化指標的研究，以期為畜禽糞便對環(huán)境污染影響相關方面的研究及畜禽養(yǎng)殖環(huán)境管理決策提供科學依據。

1　材料與方法

1.1采樣地點

天津市某規(guī)模化養(yǎng)殖場作為糞便采樣點。采樣后，參考HJ/T166-2004中規(guī)定保存。運輸前逐一與采樣記錄和樣品標簽進行核對，無誤后裝箱。采集的糞便保存于保溫樣品箱內低溫運輸，避免途中破損、日光照射以及新的污染物玷污原樣品，24 h內送至檢測實驗室分析化驗。

1.2樣品預處理

采樣后，對新鮮樣品進行預處理和保存，每次采集的新鮮糞便中，4/5樣品加濃度為4.5 mol·L-1的濃硫酸，添加比例為每100 g加20 ml。1/5樣品不進行預處理，用于含水率和總氮的測定。除分析含水率和全氮的樣品，其余樣品風干，人工研磨過2 mm尼龍篩，再經瑪瑙研磨機過0.15 mm(100目)尼龍篩，制備完畢的樣品用磨口瓶盛裝。

1.3監(jiān)測參數及監(jiān)測方法

豬糞中各指標的監(jiān)測參數方法及標準號見表1：

表1　豬糞中各指標的參數監(jiān)測方法及標準號

1.4數據處理方法

采用 Excel 軟件和 SPSS 統計軟件進行數據處理。

2　結果與分析

2.1新鮮糞便中重金屬含量情況

表2為天津市某規(guī)?；B(yǎng)殖場新鮮糞便中各重金屬含量的情況。2011年農業(yè)部發(fā)布有機肥行業(yè)標準(NY 525—2011),Cd、Cr、Pb、As、Hg的限量值分別為3、150、50、15、2 mg·kg-1[9]。在此次采集的所有樣品中，以上元素均未超標。但按照德國腐熟堆肥中部分重金屬限量標準，Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni、Hg的最高限量值分別為1.5、100、100、150、400、50、1 mg·kg-1[9]。新鮮豬糞中除Cu的超標率為100%，其余元素均未超標。

變異系數反映了總體樣本中各采樣點的平均變異程度。一般情況下，變異系數在0%～10%之間屬于弱變異，在10%～100%之間屬于中等變異，100%以上屬于強變異[10,11]。表2中Cu、Zn變異系數小于10%，屬于弱變異，說明Cu、Zn受人為因素影響較小;Pb、Cd、Cr和As為中等變異;Hg變異系數為132.81%，屬于強變異,說明Hg受人為因素影響較大。實驗中，由于原子熒光光度計管道中Hg的吸附能力極強，盡管清洗管道多次，也不排除有殘留的可能性。

朱建華等研究表明有機肥料重(類)金屬中最多出現的是銅超標，其次為砷，第三為鎘；鉛與汞沒有發(fā)生超標現象[12]。張緒美等[13]測定的蘇南某市有代表性的規(guī)?；B(yǎng)殖場中，根據德國《腐熟堆肥中部分重金屬元素》表，豬糞中的Cu超標率為96.15%，平均值為(444.62±306.72)mg·kg-1,與此次測定結果相近，此次Cu的測定結果超標率為100%，平均值為(460.60±39.06)mg·kg-1。說明糞便中Cu的含量普遍超標。

表2　規(guī)模化養(yǎng)殖場新鮮糞便中各重金屬含量的情況

2.2新鮮糞便中部分農化指標含量狀況

表3　規(guī)?；B(yǎng)殖場新鮮糞便中部分農化指標含量情況

由表3可知新鮮豬糞含水率的平均值為69.22%，變幅為63.51%～73.91%；有機質含量的平均值為52.44%，變幅為51.11%～53.63%；揮發(fā)性固體含量的平均值71.96%，變幅為70.87%～72.61%；總氮的平均值為2.97%，變幅為2.82%～3.04%(污染限值為3%)，超標率為60%；總磷的平均值為0.216 4%，變幅為0.017 0%～0.869 8%(污染限值為1.5%)，無超標現象。周博等[4]研究表明豬糞平均總氮及總磷的含量分別為1.65%及0.85%，相比之下，此次結果總氮含量較高，測量結果均大于1.65%，而總磷含量跨度較大,最小值為0.017 0%，最大值為0.869 8%。

含水率、有機質、揮發(fā)性固體和總氮的變異系數均小于10%，屬于弱變異，其中，揮發(fā)性固體變異系數最小，為0.95%；含水率變異系數相對較大，為5.62%，說明上述指標受人為干擾較少。但總磷的變異系數為152.6%，為強變異，說明人為干擾較多。

2.3新鮮糞便重金屬之間的相關性

如表4所示，Cu與Zn、Pb、Hg、As均為不顯著正相關，其中，與As相關程度最弱，相關系數為0.130；與Zn低度相關，相關系數為0.414；與Pb、Hg中度相關，相關系數分別為0.523、0.693。Cu與Cd、Cr呈不顯著負相關，與Cd基本不相關，相關系數為-0.169；與Cr為中度負相關，相關系數為-0.523。Zn與Pb、Cr、Hg存在不顯著的正相關，其中，與Pb的相關系數為0.451，低度相關；與Cr相關系數為0.019，基本不相關；與Hg的相關系數為0.697。中度相關。Zn與Cd、As存在不顯著低度負相關，相關系數分別為-0.331、-0.366。Pb與Cr、Hg存在不顯著高度相關，其中，與Cr為負相關，相關系數為-0.862；與Hg為正相關，相關系數為0.843。Pb與Cd、As存在不顯著中度正相關，相關系數分別為0.597、0.660。Cd與Cr存在不顯著中度負相關，相關系數為-0.729；與Hg相關程度弱，相關系數為0.216。但Cd與As存在顯著高度正相關，相關系數為0.917。Cr與Hg存在不顯著中度負相關，相關系數為-0.578；與As存在顯著高度負相關，相關系數為-0.900。Hg和As相關程度弱，相關系數為0.249。

表4　新鮮糞便中各重金屬之間的相關系數(n=5)

注：**表示顯著性水平P<0.01(極顯著)，*表示顯著性水平P<0.05(顯著)，下同。

2.4新鮮糞便部分農化指標之間的相關性

由表5可知，含水率與有機質、總磷存在不顯著負相關，相關系數分別為-0.454、-0.228；與揮發(fā)性固體、總氮存在不顯著中度正相關，相關系數分別為0.636、0.693。有機質與揮發(fā)性固體、總氮、總磷基本不相關，相關系數分別為0.058、-0.017、-0.085。揮發(fā)性固體與總氮基本不相關，相關系數為0.191；與總磷存在不顯著高度負相關，相關系數為-0.857?？偟c總磷存在不顯著低度正相關，相關系數為0.340。

表5　新鮮糞便部分農化指標之間的相關系數(n=5)

2.5新鮮糞便部分農化指標與重金屬的相關性

表6所示，含水率與Cu、Pb、Cd、Hg、As存在不顯著負相關，相關系數在-0.857～-0.549之間；與Zn基本不相關，相關系數為0.033，與Cr存在極顯著高度正相關，相關系數為0.962。有機質與Cr、As存在不顯著中度相關，其中，與Cr為負相關，相關系數為-0.596；與As為正相關，相關系數為0.562；與Cu、Zn存在不顯著低度相關，其中，與Cu為正相關，相關系數為0.433，與Zn為負相關，相關系數為-0.410；與Pb、Cd和Hg基本不相關，相關系數分別為0.210、0.208和-0.112。揮發(fā)性固體與Pb、Hg和As存在不顯著負相關，相關系數分別為-0.640、-0.331和-0.783；與Cr存在不顯著中度正相關，相關系數為0.621；與Cd存在顯著高度負相關，相關系數為-0.955；與Cu、Zn基本不相關，相關系數分別為0.238、0.110。總氮與Cu、Zn、Pb、Cd和As存在不顯著負相關，相關系數從-0.133～-0.825；與Cr存在不顯著中度正相關，相關系數為0.589；與Hg存在極顯著負相關，相關系數為-0.965?？偭着cPb、Cr和Hg基本不相關，相關系數絕對值均小于0.3；與Zn存在不顯著低度負相關，相關系數為-0.369；與Cd存在不顯著高度正相關，相關系數為0.833；與Cu和As存在不顯著中度相關，其中，與Cu存在負相關，相關系數為-0.666，與As存在正相關，相關系數為0.607。

表6　新鮮糞便部分農化指標與重金屬的相關系數(n=5)

3　結論與討論

實驗結果表明，天津市某規(guī)模化養(yǎng)殖場中新鮮糞便的有機質含量、含水率、揮發(fā)性固體的平均值分別為52.44%、69.22%、71.96%；總氮的平均值為2.97%，超標率為60%(污染限值為3%)；總磷的平均值為0.216 4%，沒有超標(污染限值為1.5%)。目前，飼料廠及養(yǎng)殖場多用銅、鋅、砷等金屬元素作為飼料添加劑喂養(yǎng)牲畜[5]，一些研究表明，豬對這些重金屬添加劑吸收很少，95%以上都通過糞便、尿等形式排出體外[14-16]，所以豬糞便中的重金屬含量普遍較高。此次研究中，重金屬元素中除Cu超標率為100%(德國《腐熟堆肥中部分重金屬元素標準》)，其余元素在相應標準下均未超標，但豬糞便中重金屬含量的范圍跨度較大，推測可能與飼料添加劑的種類有關。

含水率、有機質、揮發(fā)性固體、總氮、Cu和Zn變異系數小于10%，屬于弱變異；Pb、Cd、Cr和As為中等變異，變異系數分布在10%～100%；總磷和Hg屬于強變異，變異系數分別為152.6%和132.81%。

新鮮糞便重金屬元素相關性中，As與Cd存在顯著高度正相關，相關系數為0.917，但與Cr存在顯著高度負相關，相關系數為-0.900；新鮮糞便部分農化指標相關性中，各元素間均無顯著的相關性；新鮮糞便部分農化指標與重金屬的相關性中，含水率與Cr存在極顯著高度正相關，相關系數為0.962；揮發(fā)性固體與Cd存在顯著高度負相關，相關系數為-0.955；總氮與Hg存在極顯著高度負相關，相關系數為-0.965。

[1]袁云麗,羅建中,陳敏.規(guī)?；B(yǎng)殖場畜禽糞便中重金屬的污染研究進展[J].廣東化工,2012,39(07):79-80.

[2]刑文英,李榮.中國有機肥料養(yǎng)分庫[M].北京:中國科學技術出版社,1999：20-98．

[3]程旭艷,王定美,喬玉輝,等.中國商品有機肥重金屬分析[J].環(huán)境污染與防治，2012,34(02):72-76.

[4]周博,朱振國,周建斌,等.楊凌地區(qū)不同畜禽有機肥養(yǎng)分及重金屬含量研究[J].土壤通報，2013,44(03):714-718.

[5]覃麗霞,馬軍偉,孫萬春,等．浙江省畜禽有機肥重金屬及養(yǎng)分含量特征研究[J].浙江農業(yè)學報,2015,27(04):604-610．

[6]吳凌云.福建省商品有機肥料重金屬含量的分析與研究[J].福建農業(yè)科技,2010，(01)：67-69.

[7]石艷平,黃錦法,倪雄偉,等.嘉興市主要生豬規(guī)?；B(yǎng)殖飼料和糞便重金屬污染特征[J].浙江農業(yè)科學,2015,56(09):1494-1497．

[8]唐翔宇,朱永官.土壤中重金屬對人體生物有效性的體外實驗評估[J].環(huán)境與健康雜志,2004,21(03):183-185.

[9]王飛,趙立欣,沈玉君,等.華北地區(qū)畜禽糞便有機肥中重金屬含量及溯源分析[J].農業(yè)工程學報,2013,29(19):202-208.[10]樊燕,武偉,劉洪斌.土壤重金屬與土壤理化性質的空間變異及研究[J].西南師范大學學報：自然科學版,2007,32(04):58-63．

[11]周文鱗,李仁英,岳海燕.南京江北地區(qū)菜地土壤重金屬污染特征及評價[J].大氣科學學報,2009,32(04):574-581．

[12]朱建華,楊曉磊,嚴瑾,等.上海商品有機肥料中重金屬含量及影響因素研究[J].上海農業(yè)學報,2010,26(04):113-116.

[13]張緒美,高蓓蕾,李梅.規(guī)?；B(yǎng)殖場畜禽糞便重金屬含量評價研究[J].現代農業(yè)科技,2014,(24):190-191.

[14]王瑾．飼料添加劑在土壤和蔬菜中的遷移及殘留研究[D].杭州:浙江工商大學,2009．

[15]Cang L,Wang Y,Zhou D,et al.Heavy metals pollution in poultry and livestock feeds and manures under intensive farming in Jiangsu Province,China[J].Envir Sci，2004,16(03):371-374．

[16]周維明,李敏,毛紅瑞,等.義烏市畜禽養(yǎng)殖糞便污染風險評價[J].中國農學通報,2012,28(23):36-40．

[責任編輯：劉守義英文編輯：劉彥哲]

Detection of Main Agrochemical Indexes of Feces in Large-Scale Farms

LI Meng-ting,ZHANG Xiao-qian,LIU Hai-xue

(Agriculture and Resources and Environment School,Tianjin Agricultural College,Tianjin 300380,China)

ObjectiveThe fresh autumn pig manure in a representative farm of Tianjin was taken as material to determine the contents of organic matter in fresh pig manure,moisture rate,volatile solids and heavy metals(Cu,Zn,As,etc.)and the correlation between each element.This study provided a scientific basis for the research of the influence of pollution from poultry and animal feces on environment and decision-making on livestock and poultry breeding environment management.MethodsThe determination method of each element of the feces were mainly based on the relevant national standards.ResultsThe organic matter content,moisture rate,volatile solids,total nitrogen and total phosphorus average were 52.44%,69.22%,71.96%,69.22% and 0.2164%,respectively.As to Heavy metal elements Cu,Zn,Pb,Cd,Cr,As,Hg,the average quantities were 460.60,191.4,0.796 1,0.034 64,26.34,0.531 0,26.34 mg/kg,respectively.As had significantly positive correlation with Cd,but significantly negative correlation with Cr;Moisture rate had significantly positive correlation with Cr;Volatile solids and Cd existed significantly negative correlation;Total nitrogen was significantly negatively correlated with Hg.ConclusionThe organic matter content is higher in fresh dejection;total nitrogen and Cu were overweight,which were 60%,100%;the rest of the elements are not overweighted.No significant correlation is found between the elements.

feces；agrochemical indicator；heavy metal；correlation

10.3969/j.issn.1673-1492.2016.05.005

天津市大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目(201510061068)

李夢婷(1995-)，女，四川廣元人，天津農學院農學與資源環(huán)境學院在讀學生，主要從事化學檢驗方面的研究。

劉海學(1965-)，男，內蒙古通遼人，博士，研究員，主要從事生化與分子生物學研究。

X 592

A

來稿日期：2016-03-08