杭州城郊养殖场畜禽粪便主要养分及有害物质分析

杭州城郊养殖场畜禽粪便主要养分及有害物质分析
王丽;陈光才;宋秋华;汪庆兵;李泽波;张建锋
【摘要】应用常规化学分析方法测定了杭州城郊养殖场的17个畜禽粪样(10个猪粪,7个鸡粪)的养分及重金属含量,并应用固相萃取-高效液相色谱串联质谱法对其中的残留抗生素进行了测定.结果表明:养殖场畜禽粪中含有丰富的有机质和总氮、总磷、总钾等养分;Cr、Ni、Cd、Hg、Pb等重金属元素含量较低,但是Cu、Zn含量普遍较高,As、Cu和Zn含量分别为0.44～80.99mg/kg、16.20～911.93 mg/kg和80.46～4 989.36 mg/kg;与我国农用污泥污染物控制的国家标准(GB 4284-1984)相比,畜禽粪中As、Cu和Zn的超标率分别为35.3％、17.6％和35.3％;畜禽粪中四环素类、喹诺酮类和磺胺二甲嘧啶的含量分别为0.13～66.62 mg/kg、ND～2.71 mg/kg和ND～0.02 mg/kg(ND代表未检出),四环素类、喹诺酮类和磺胺二甲嘧啶在畜禽粪中的检出率分别为100％、58.82％和47.01％.因此,养殖场畜禽粪中有害成分对农田施用后存在潜在的危害性,使用前应对畜禽粪进行无害化处理.
【期刊名称】《上海农业学报》
【年(卷),期】2014(030)002
【总页数】5页(P85-89)
【关键词】畜粪;禽粪;养分;重金属;抗生素
【作者】王丽;陈光才;宋秋华;汪庆兵;李泽波;张建锋
【作者单位】江西理工大学冶金与化学工程学院,赣州 341000;中国林业科学研究院亚热带林业研究所,富阳 311400;中国林业科学研究院亚热带林业研究所,富阳
311400;江西理工大学资源与环境工程学院,赣州 341000;中国林业科学研究院亚
热带林业研究所,富阳 311400;中国林业科学研究院亚热带林业研究所,富阳311400;中国林业科学研究院亚热带林业研究所,富阳 311400
【正文语种】中文
【中图分类】S141
畜禽粪因含有丰富的有机质和N、P、K等营养成分而作为一种常用有机肥被长期施用于农田、菜地［1］。

目前大量饲料添加剂及配方饲料的使用，使畜禽粪的成分与以往相比发生了变化，影响其应用［2－3］。

随着畜禽养殖业集约化、规模
化的发展，抗生素被大量用于动物的疾病治疗以及以亚治疗剂量长期添加于饲料中，预防动物疾病、降低发病率和死亡率以及促进动物生长［4－5］。

由于抗生素大
多不能被完全吸收，有40%～90%从母体或以代谢物的形式排出动物体外，进入
土壤和水体环境，对土壤生态系统、水体生态系统产生毒害，并通过食物链最终对人体健康产生危害［6－7］。

抗生素作为一种新型的环境污染物已引起人们的广
泛关注［8－9］。

同时，畜禽粪的不合理处置现象越来越普遍，其造成的严重环
境污染，已成为我国农村面源污染的主要来源之一［1，10］。

因此，畜禽粪成分的调查对合理施用畜禽有机肥料，减少农业环境污染，提高畜禽粪资源的安全有效利用具有指导意义。

近年来，养殖污染问题得到普遍重视，国内已开展了关于畜禽粪作为有机肥造成的畜禽粪-土壤-作物系统重金属污染方面的研究［11－12］。

为全面了解养殖畜禽粪中养分和有害成分的状况，本研究采集杭州城郊养殖场的
17个畜禽粪样，分析其养分、重金属元素和抗生素残留量，为其无害化处理和农
业安全施用提供科学依据。

1.1 畜禽粪样品采集
选取杭州城郊养殖场的17个畜禽粪样（其中10个猪粪、7个鸡粪）作为试验材
料，采集的粪样分为两部分：一部分室温下风干，并磨细过0.25 m m土筛用于养分和重金属元素的全量分析；另一部分样品冻干并冷藏（－5℃）用于测定抗生素。

1.2 样品分析方法
用常规方法分析畜禽粪样的含水率、pH、电导率、灰分等基本性质，及全量N、P、K、有机碳等养分含量［13］。

样品经H N O3-H ClO4消煮后，用IC P-M S 分析测定Cr、Ni、Cd、Pb、Cu、Z n等重金属含量；采用原子荧光法（A FS）
测定重金属Hg、As含量。

将采集的新鲜猪粪、鸡粪冷冻干燥，粉碎过0.25 m m筛。

准确称取1.000g样品，加入20 m L甲醇＋乙酸＋水（6∶3∶1，V/V/V）溶液，涡旋振荡1 min，常温
超声20 min，在4℃下10 000 r/min离心10 min，然后准确吸取10.0 m L上
清液于试管内，弃去所剩上清液，再加入20 m L甲醇＋乙酸＋水（6∶3∶1，
V/V/V）溶液，重复上述操作后吸取10.0 m L上清液于试管内，再次弃去所剩上
清液，再加入10.0 m L甲醇＋乙酸＋水（6∶3∶1，V/V/V）溶液，同样上述操作后，吸取5.0 m L上清液于试管内。

将3次的上清液合并，充分混合后，取5.0 m L提取液用超纯水稀释提取液使其甲醇浓度低于10%，过固相萃取小柱，用甲醇
洗脱固相萃取小柱，氮气吹干，用0.3%甲酸水溶液定容，过0.22μm滤膜，采用高效液相色谱-串联质谱法测定畜禽粪中四环素类（四环素、金霉素、土霉素）、
喹诺酮类（诺氟沙星、环丙沙星、洛美沙星）和磺胺二甲嘧啶含量。

2.1 畜禽粪便的基本性质
由表1可见，猪粪、鸡粪的含水率（风干基）相差不明显，但猪粪高于鸡粪，其
平均含水率（风干基）为12.06%，这与张树清等［14］的研究一致；猪粪和鸡粪的pH分别在7.20～8.18 和7.56～8.66，为微碱性；猪粪、鸡粪的电导率值均相对较高，平均值分别为5.46 m S/c m、5.89 m S/c m。

C/N猪粪明显高于鸡粪，猪粪在6.82～19.20，鸡粪在1.95～9.94；猪粪、鸡粪中灰分含量分别为
11.58%～35.94%、30.99%～67.07%，灰分鸡粪高于猪粪，这与有关研究结果相似［14－17］。

总之，猪粪、鸡粪的基本性质差异相对较大，这可能与猪、鸡本
身的代谢和各个养殖场饲养方式不同有一定的关系。

2.2 畜禽粪便的养分含量
从表2可以看出，猪粪、鸡粪中养分含量差别较大。

猪粪中有机碳、有机质的含
量分别为231.96～371.95g/kg、399.90～641.23g/kg，平均值为297.71g/kg、513.25g/kg；全氮、磷、钾含量分别为17.09～43.26g/kg、1.71～5.51g/kg、4.57～16.76g/kg，平均值为31.83g/kg、4.17g/kg、16.39g/kg。

鸡粪中有机碳、有机质的含量分别为73.95～272.07g/kg、127.50～469.05g/kg，平均值为149.87g/kg、258.38g/kg；全氮、磷、钾含量分别为17.32～37.83g/kg、
2.19～7.32g/kg、12.63～25.60g/kg，平均值为28.58g/kg、
3.81g/kg、
17.75g/kg。

从理论上分析，因为鸡的消化道较猪的短，饲料中的养分吸收利用较少而随粪便排出较多。

但从试验结果可以看出，猪粪中有机碳、有机质平均含量是鸡粪中的1.98倍，猪粪中全氮、磷含量分别是鸡粪的1.11倍和1.09倍，其主要
原因可能与畜禽饲料成分配比不同，畜禽粪便的质地、成分不同有关。

可以看出，在不同养殖场同类粪便之间养分含量也存在较大的差别，这可能与不同养殖场饲养方式、养殖规模、饲料成分配比差异和不同饲料添加剂的使用有关。

总之，畜禽养殖场猪粪、鸡粪中丰富的有机碳、有机质、全钾、全氮、全磷可以作为有机肥料应用于农业生产。

2.3 畜禽粪便中重金属含量
重金属元素作为饲料添加剂被广泛应用于畜禽养殖过程，畜禽粪便中不可避免地含有一些对环境和生物有害的重金属。

重金属元素具有难迁移、易富集、危害大等特点，这不仅增加了畜禽粪便的无害化处理难度，而且给其资源化利用带来了环境风险［4，14］。

有关研究表明，污泥的使用会增加土壤和作物的重金属含量，并且
使用量与含量成一定的线性关系［4］，因此养殖场畜禽粪的施用也可能导致土壤及作物的重金属含量超标。

由表3可见，不同来源畜禽粪及不同养殖场同类粪便
中重金属含量差异较大，这可能与饲料添加剂和预混剂的使用量有关［14］。

本
研究对猪粪、鸡粪中Cr、Ni、Cd、Hg、Pb、As、Cu、Fe、Z n等重金属元素进行了测定，结果表明：猪粪、鸡粪中Cr的含量变化范围分别为4.08～36.27
mg/kg、6.20～71.58 mg/kg，鸡粪中Cr的平均含量是猪粪中的2.19倍。

猪粪、鸡粪中Ni的含量范围分别为4.32～12.09 mg/kg、4.52～12.91 mg/kg，其平均含量相差不明显，分别为7.37 mg/kg和7.04 mg/kg。

猪粪、鸡粪中Cd、Hg含量普遍较低，猪粪中Cd、Hg含量范围分别为0.13～0.29 mg/kg、0.11～0.34 mg/kg，鸡粪中含量范围分别为0.09～0.14 mg/kg、0.10～0.35 mg/kg。

猪粪、鸡粪中As、Cu、Fe、Z n含量较高，As、Cu、Fe、Zn在猪粪中的含量范围分别为0.44～80.99 mg/kg、32.51～911.93 mg/kg、956.73～6 918.88 mg/kg、105.78～4 989.36 mg/kg；在鸡粪中含量范围分别为1.90～42.73 mg/kg、16.20～140.41 mg/kg、230.81～3 227.18 mg/kg、80.46～670.67 mg/kg，As、Cu、Fe和Z n在猪粪中的平均含量分别是鸡粪中的1.45倍、4.77倍、2.35倍和4.72倍。

我国目前还未制定畜禽粪便重金属的控制指标，本文按照我国农业部有机肥料行业标准（N Y/525-2012，该标准未对Cu、Z n含量作出限量）［18］，Cr、Cd、Hg、Pb、As施用临界值（mg/kg）分别为150、3、2、50 和15。

根据此标准
对测试结果进行比较分析，畜禽粪便中Cr、Cd、Hg、Pb的含量均未超标；As超标明显，在猪粪、鸡粪中的超标率分别为50%和14.3%。

按照我国农用污泥中污
染物控制标准（G B4284-1984）［19］，Cr、Ni、Cd、Hg、Pb、As、Cu、Z
n施用临界值（mg/kg）分别为600、100、5、5、300、75、250、500。

根据
此标准对测试结果进行比较分析，畜禽粪便中Cr、Ni、Cd、Hg、Pb的含量均未
超标；在猪粪中As、Cu、Z n超标明显，其超标率分别为50%、70%、70%，在鸡粪中Cu未出现超标现象，As、Z n超标率分别为14.3%和14.28%。

总之，畜禽粪便中As、Z n的超标普遍存在，不合理的施用会导致土壤环境污染。

2.4 畜禽粪便中抗生素含量
由表4可知，四环素类、喹诺酮类、磺胺二甲嘧啶在猪粪和鸡粪中都有不同程度
的检出，其中四环素类检出率为100%；喹诺酮类在猪粪、鸡粪中的检出率分别为60%和57.1%；磺胺二甲嘧啶在猪粪、鸡粪中的检出率比四环素类、磺胺类低，
分别为40%和57.1%，可见养殖场中抗生素的使用较为普遍。

猪粪中四环素类的
含量差异较大，其范围为0.13～66.62 mg/kg，平均含量为1.09 mg/kg，3种四环素类的平均残留表现为金霉素＞四环素＞土霉素；鸡粪中四环素类的含量为
0.42～3.23 mg/kg，平均含量为1.09 mg/kg，平均残留表现为金霉素＞土霉素
＞四环素，总体来看猪粪中四环素类含量高于鸡粪中的四环素类含量，这与张树清等［14］的研究结果一致。

喹诺酮类抗生素在猪粪中的含量范围为N D～2.04
mg/kg，平均含量为1.09 mg/kg，3种喹诺酮类抗生素的平均残留表现为环丙沙星＞诺氟沙星＞洛美沙星；在鸡粪中的含量范围为N D～2.71 mg/kg，平均含量为1.27 mg/kg，平均残留表现为诺氟沙星＞环丙沙星＞洛美沙星，洛美沙星在猪粪、鸡粪中含量较低，这可能与洛美沙星毒性大，添加量少有一定的关系［14］。

磺胺二甲嘧啶在猪粪、鸡粪中的含量均很低，含量范围均为N D～0.02 mg/kg。

畜禽粪作为有机肥料被广泛应用于农业生产，其丰富的有机质及氮、磷、钾为作物提供营养需要的同时，也造成了农田养分积累及失衡。

施肥直接影响土壤养分含量［20］，土壤养分收支失衡会使局部环境养分富集甚至导致污染发生［21］。

P
素作为添加物质被大量加入饲料中，使畜禽粪中P素达到较高水平，畜禽粪施用
于农田造成农田土壤P素积累［17］。

国际禽畜粪用量通常按传统用量或按禽畜
粪含N量来计算，近年来由于畜禽粪中N/P比例发生了变化，出于对P污染的考
虑已有学者提出应以含P量来计算［22］。

因此，在畜禽粪农用时应考虑其养分
比例，避免长期使用带来的P素过量积累导致的养分流失。

随着我国规模化养殖业的发展，饲料添加剂及抗生素被大量应用于畜禽养殖过程，造成畜禽粪中重金属元素、抗生素残留。

本研究表明：畜禽粪（猪粪、鸡粪）中普遍存在重金属As、Cu和Z n超标和抗生素残留的问题，与有关研究基本一致［9，14，23］，这种重金属严重超标的情况可能与我国不同地区的养殖特点有关。

畜
禽粪是有机肥料的主要原料，畜禽粪中重金属超标势必会影响有机肥的质量。

周炎等［10］研究显示，杭州市等地的有机肥料普遍存在Z n、Cu、As、Cd和Pb的超标等问题。

刘荣乐［24］研究发现，我国商品有机肥中重金属Z n、Cu、Pb的超标率分别为19.1%、16.7%、1.2%。

张树清等［25］研究表明，杭州市猪粪中
土霉素、四环素、金霉素的平均含量为8.42 mg/kg、2.48 mg/kg、0.54 mg/kg，与本研究结果土霉素、四环素、金霉素的平均含量为0.56 mg/kg、1.36 mg/kg、9.43 mg/kg存在一定的差异，这可能与不同养殖场的饲料配比、饲养方式不同有关［16］。

畜禽粪中重金属超标及抗生素残留已成为限制畜禽粪资源利用的瓶颈，为避免过量重金属元素及抗生素残留对环境和农产品造成威胁，必须加强畜禽粪的无害化处理。

研究表明，高温堆肥不仅可以促进抗生素的降解，达到减少畜禽粪便中的残留抗生素的目的，同时在一定程度上稳定了畜禽粪中的重金属含量［25］。

Jayashree
等［26］认为堆肥还可以有效地减少畜禽粪中氮素的损失，使畜禽粪保留营养价
值的同时减少了N H3对环境造成的潜在危害。

因此，寻求一种畜禽粪的无害化处理技术或方法对降低粪中的有害成分具有一定的现实意义。

通过对杭州城郊17个畜禽粪样的研究表明，畜禽粪中虽含有丰富的N、P等营养成分，但同时也含有较高的As、Cu、Z n和抗生素残留。

猪粪中N、P平均含量
分别为31.83g/kg和4.17g/kg，鸡粪中N、P平均含量分别为28.58g/kg和
3.81g/kg。

猪粪中As、Cu和Z n平均含量分别高达2
4.55 mg/kg、437.71
mg/kg、1356.30 mg/kg，与我国农用污泥中污染物控制标准（G B4284-1984）相比，其超标率分别为50%、70%、70%；鸡粪中As、Cu和Z n平均含量分别
为8.04 mg/kg、75.16 mg/kg、287.06 mg/kg，依据上述标准发现鸡粪中Cu
未超标，但是As、Z n超标率分别为14.3%、14.28%。

猪粪中金霉素、四环素、土霉素、环丙沙星、诺氟沙星、洛美沙星及磺胺二甲嘧啶的平均含量分别为9.43 mg/kg、1.36 mg/kg、0.56 mg/kg、1.68mg/kg、1.26mg/kg、0.35mg/kg、0.02mg/kg；鸡粪中各抗生素平均含量为1.98 mg/kg、0.62 mg/kg、0.66
mg/kg、1.31 mg/kg、2.02 mg/kg、0.47 mg/kg、0.02 mg/kg。

畜禽粪便作
为有机肥施用，在改良土壤结构的同时也带来了土壤重金属超标和抗生素残留的风险，因此畜禽粪便用于农业时需进行无害化处理并严格控制其用量，避免对生态环境及农田作物造成不良的后果。

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