“豬-沼-茶”生產(chǎn)模式對(duì)土壤和茶葉中重金屬含量的影響試驗(yàn)

邵一峰，翟繼鵬，張金枝*，葉柏寧，李曉梅

(1.龍泉市畜牧獸醫(yī)局，浙江龍泉 323700； 2.浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院；3.龍泉市西街街道辦事處)

“豬-沼-茶”生產(chǎn)模式對(duì)土壤和茶葉中重金屬含量的影響試驗(yàn)

邵一峰1，翟繼鵬2，張金枝2*，葉柏寧1，李曉梅3

(1.龍泉市畜牧獸醫(yī)局，浙江龍泉 323700； 2.浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院；3.龍泉市西街街道辦事處)

為探討“豬-沼-茶”生產(chǎn)模式對(duì)土壤和茶葉中重金屬含量的影響，隨機(jī)采集和測(cè)定龍泉市某規(guī)模豬場(chǎng)生長(zhǎng)豬飼料、豬糞、沼液及噴灌沼液茶園土壤和茶葉中的Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb含量。結(jié)果表明：沼液中重金屬含量較低，達(dá)到農(nóng)業(yè)灌溉標(biāo)準(zhǔn)。豬糞中的重金屬含量則高于飼料中的含量，土壤中的Cu、Zn含量接近標(biāo)準(zhǔn)上限指標(biāo)。試驗(yàn)表明，沼液是一種安全優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥，對(duì)茶葉品質(zhì)無(wú)明顯影響，采用“豬-沼-茶”生產(chǎn)模式，既解決了規(guī)模豬場(chǎng)的環(huán)境污染問(wèn)題，又可為茶葉生產(chǎn)提供安全優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥，有利于實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)兩者的良性循環(huán)。

生產(chǎn)模式；污染控制；重金屬；豬糞

隨著養(yǎng)豬業(yè)規(guī)模化、集約化生產(chǎn)方式的快速發(fā)展，豬場(chǎng)糞污的處理問(wèn)題成了養(yǎng)豬生產(chǎn)中的最大負(fù)擔(dān)。一家百頭種豬場(chǎng)的日排糞量可達(dá)2.5 t，年排糞量近1000 t；污水日排放量可達(dá)2.15 t，年排放量可達(dá)800 t；一家萬(wàn)頭商品豬場(chǎng)的日排污量可達(dá)到100～150 t，其污染負(fù)荷幾乎相當(dāng)于一座10～30萬(wàn)人口的城鎮(zhèn)負(fù)荷[1-2]。

規(guī)模豬場(chǎng)的大量糞尿排放，如不能及時(shí)處理、消納，必將對(duì)自然環(huán)境、人居環(huán)境造成一系列污染。另外，糞污中的某些高濃度物質(zhì)(如Cu、Zn、Fe及微生物等)會(huì)隨同糞污一同進(jìn)入土壤，引起土壤中相應(yīng)物質(zhì)含量異常，形成營(yíng)養(yǎng)富集，不僅對(duì)土壤本身結(jié)構(gòu)可能引起影響、破壞，而且還會(huì)影響周?chē)鷳B(tài)環(huán)境和人體健康，造成土壤污染和生物中毒，重金屬在食物中富集，則可引起嚴(yán)重的食品安全問(wèn)題。

目前，對(duì)于施用畜禽糞肥、沼液對(duì)環(huán)境及食品安全性影響的研究甚少。本試驗(yàn)通過(guò)實(shí)地取樣分析，測(cè)定龍泉市某規(guī)模豬場(chǎng)的飼料、糞肥、沼液及噴灌沼液茶園土壤和茶葉中的重金屬含量，以評(píng)估豬場(chǎng)排泄物中重金屬含量及施肥茶園中的重金屬遷移規(guī)律，為綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)于2013年5月下旬進(jìn)行。隨機(jī)采集龍泉市某規(guī)模豬場(chǎng)生長(zhǎng)豬飼料、豬糞、沼液及噴灌沼液茶園土壤和茶葉樣品。

豬糞樣品的內(nèi)容物大多分布不夠均勻，理化性質(zhì)、含水率、腐熟程度等不盡相同，因此應(yīng)多點(diǎn)選取有代表性糞堆(不含墊料和堆肥輔料等雜物)，采集后用糞勺搗碎固形物，并經(jīng)充分混合，采糞量500 g左右，密封袋保存?zhèn)溆谩２杉L(zhǎng)豬飼料樣品300 g左右，裝入樣品袋保存?zhèn)溆谩Ｕ右翰勺哉託獬厣锨宀糠?，用糞勺震蕩后取樣500 mL左右，灌入棕色玻璃密封瓶保存?zhèn)溆?。土壤樣品則采自施用過(guò)沼液的茶園，多點(diǎn)采集深0～20 cm土壤樣品，均勻混合，每個(gè)樣品重0.5～1 kg，密封袋保存?zhèn)溆?。茶葉樣品采自成熟度較高植株，多點(diǎn)采集完整葉片，每份約1 kg，密封袋保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 樣品處理

1.2.1 固樣 糞樣采用適量濃硫酸固樣，風(fēng)干磨碎過(guò)1 mm尼龍篩，保存?zhèn)溆?。沼液不?jīng)處理，置于-20 ℃冰箱中凍存?zhèn)溆?。土壤樣品?5 ℃下烘干至恒重，過(guò)1 mm尼龍篩后保存?zhèn)溆?。茶葉葉片放入預(yù)熱至110 ℃烘箱“殺青”30 min，于65 ℃下烘干至恒重，用陶瓷坩堝磨碎，過(guò)1 mm尼龍篩后保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 濕法灰化 因Hg較易揮發(fā)，故土壤樣品采用王水-高氯酸(3∶1)濕法灰化、定容；其余樣品采用硝酸-高氯酸(4∶1)濕法灰化、定容。

1.3 測(cè)定方法 采用原子吸收分光光度法測(cè)定樣品中7種重金屬(Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb)含量。

采樣、前處理過(guò)程中盡量使樣品、樣液避免接觸粉碎機(jī)等金屬儀器；所有接觸到樣品的玻璃容器均預(yù)先用15%稀鹽酸浸泡15 h后清洗干凈。

1.4 數(shù)據(jù)分析 采用Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 飼料中重金屬含量測(cè)定結(jié)果 詳見(jiàn)表1。

表1 飼料中重金屬含量測(cè)定結(jié)果

由表1可見(jiàn)，參照《飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB13078-2001)、《飼料中銅的允許量》(GB 26419-2010)、《飼料中鋅的允許量》(NY 929-2005)等規(guī)定，飼料中Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb含量的測(cè)定結(jié)果與參考標(biāo)準(zhǔn)(允許量)相比均未超標(biāo)，尤其是Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb含量遠(yuǎn)低于國(guó)定的參考標(biāo)準(zhǔn)(允許量)，Cu含量的測(cè)定結(jié)果雖較高，但也未超標(biāo)。

2.2 豬糞中重金屬含量測(cè)定結(jié)果 詳見(jiàn)表2。

表2 豬糞中重金屬含量的測(cè)定結(jié)果

由表2可見(jiàn)，根據(jù)農(nóng)業(yè)部制定的有機(jī)肥料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY 525-2002)和農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)(GB 4284-84)，豬糞中Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb含量的測(cè)定結(jié)果與參考標(biāo)準(zhǔn)，雖然豬糞中Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb含量均高于飼料，但遠(yuǎn)低于農(nóng)業(yè)部規(guī)定的有機(jī)肥料中重金屬含量的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 沼液中重金屬含量測(cè)定結(jié)果 詳見(jiàn)表3。

表3 沼液中重金屬含量測(cè)定結(jié)果

由表3可見(jiàn)，根據(jù)國(guó)家制定的農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB5084-2005)，沼液中Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb含量的測(cè)定結(jié)果與參考標(biāo)準(zhǔn)，沼液中的Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb含量均未超過(guò)農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明厭氧發(fā)酵工藝有效改善了豬場(chǎng)廢水中的重金屬含量，可作農(nóng)田灌溉用水。

2.4 土壤中重金屬含量測(cè)定 詳見(jiàn)表4。

表4 土壤中重金屬含量測(cè)定結(jié)果

由表4可見(jiàn)，根據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)土壤化肥標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-1995)規(guī)定，土壤中的Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb含量均未超過(guò)規(guī)定的允許量，適用于一般農(nóng)田的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 茶葉中重金屬含量測(cè)定 詳見(jiàn)表5。

表5 茶葉中重金屬含量測(cè)定結(jié)果

由表5可見(jiàn)，根據(jù)《無(wú)公害食品茶葉》(NY 5017-2001)中對(duì)茶葉重金屬限量的規(guī)定，經(jīng)施用無(wú)公害處理的豬糞有機(jī)肥和灌溉沼液的茶葉中Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb等重金屬含量均符合《無(wú)公害食品茶葉》(NY5017-2001)的限量規(guī)定。

3 小結(jié)與討論

3.1 飼料中重金屬含量對(duì)豬糞中重金屬含量的影響 實(shí)際生產(chǎn)中，由于某些微量元素具有促進(jìn)畜禽生長(zhǎng)、防控疾病等生物學(xué)功能常被用作飼料添加劑，如Cu、Zn、As等制劑。但由于其生物學(xué)效價(jià)較低，需要過(guò)量添加才能取得較好的飼喂效果。筆者在嘉興和溫州等地的飼料采樣研究中，尤以Cu的超標(biāo)現(xiàn)象最為普遍，其次為As，而其余數(shù)種重金屬元素在飼料中的分布差異性較大。據(jù)本次測(cè)定分析，龍泉地區(qū)的規(guī)模豬場(chǎng)重金屬含量的控制情況較好，未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。

王瑾等(2008)[3]，根據(jù)飼料中重金屬和抗生素的測(cè)定調(diào)查，Cu含量均超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，Zn含量均未超標(biāo)，As含量則超出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)十倍；姜萍等(2010)[4]報(bào)道，重金屬在豬飼料-糞便-土壤-蔬菜中的分布特征研究表明，大豬和小豬飼料中的Cu含量超標(biāo)率分別為81.6%和30.8%，Zn含量的超標(biāo)率分別為89.5%和94.9%；董占榮等(2008)[5]報(bào)道，杭州市郊規(guī)?；i場(chǎng)豬糞的重金屬含量及其形態(tài)調(diào)查表明，飼料中Cu、Zn、Cd的超標(biāo)率分別達(dá)到100%、100%和11.1%。

不能被豬體充分利用的大部分微量元素隨糞、尿排泄過(guò)程排出體外，成為豬場(chǎng)糞污中重金屬含量的最主要來(lái)源。王瑾等(2008)[3]報(bào)道，根據(jù)飼料中重金屬和抗生素對(duì)土壤和蔬菜的影響研究中，發(fā)現(xiàn)施用豬糞肥的土壤中Cu、Zn、As含量均嚴(yán)重超標(biāo)，其中Cu最高超標(biāo)133.98%，Zn超標(biāo)52.05%，As超標(biāo)12.04%。據(jù)梁金鳳等(2009)[6]報(bào)道，根據(jù)京郊有機(jī)肥質(zhì)量狀況分析，豬糞中Cr、Pb、Hg的殘留問(wèn)題較為嚴(yán)重。

根據(jù)飼料和豬糞中的重金屬超標(biāo)情況分析，可以發(fā)現(xiàn)飼料中的重金屬是豬糞中重金屬殘留的重要來(lái)源。黃磊等(2011)[7]研究了不同飼養(yǎng)階段豬糞中常見(jiàn)微量元素的含量水平，發(fā)現(xiàn)豬糞中微量元素含量因飼養(yǎng)階段不同而有明顯差異，Cu、Zn兩種元素呈現(xiàn)相仔豬糞>育肥豬糞>種豬糞的規(guī)律，其中Cu的最高含量可達(dá)1170 mg/kg，Zn的最高含量可達(dá)1860 mg/kg；As含量的規(guī)律為育肥豬糞>仔豬糞>種豬糞，最高含量可達(dá)104 mg/kg，三種元素的超標(biāo)率均為100.0%。該調(diào)查顯示豬糞中重金屬和飼料中的添加限量有一定的相關(guān)性。實(shí)際生產(chǎn)中，一般呈現(xiàn)仔豬飼料中的Cu、Zn含量高于育肥豬飼料的情況。

3.2 土壤中重金屬含量的累積 據(jù)本次試驗(yàn)測(cè)定，土壤中的部分重金屬元素，如Cu、Zn含量仍然顯示接近超標(biāo)情況，這可能與茶園本身土壤中重金屬含量較高有關(guān)。

對(duì)于沼液，其重金屬含量與土壤中重金屬含量的相關(guān)性并不大，可以認(rèn)為沼液中重金屬對(duì)土壤中重金屬含量的影響性較小，但長(zhǎng)期施用是否會(huì)造成重金屬累積尚需進(jìn)一步研究。

3.3 “豬-沼-茶”生產(chǎn)模式的評(píng)估 根據(jù)無(wú)公害茶葉標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)茶葉重金屬限量的規(guī)定，使用沼肥灌溉茶園的茶葉中重金屬含量遠(yuǎn)低于無(wú)公害茶葉中的重金屬限量規(guī)定；Cu、Zn含量也未超過(guò)食品中污染物限量規(guī)定(GB 2762-2005)，說(shuō)明沼液完全可以作為一種安全而高效的肥料施用于茶園。

據(jù)以往報(bào)道，茶葉對(duì)Cd、Cr、Hg等重金屬的富集能力較強(qiáng)，這與本研究結(jié)果相反。據(jù)李云等(2007)[8]、李友勇等(2011)[9]報(bào)道，茶葉對(duì)土壤中Cd、Cu和Hg的富集能力較強(qiáng)，而對(duì)As的吸附能力最弱，這可能與土壤As含量較低有關(guān)。且有研究表明，茶葉中As的溶出率僅為11.1%，形式以有機(jī)態(tài)為主，無(wú)機(jī)砷較少[10]。

綜上所述，故可得出以下結(jié)論。

一是沼液中重金屬含量較低，基本符合農(nóng)業(yè)灌溉標(biāo)準(zhǔn)，厭氧發(fā)酵工藝可以改善飼料和豬糞中的重金屬污染情況。據(jù)本次試驗(yàn)測(cè)定，飼料、豬糞和沼液中各重金屬含量基本無(wú)超標(biāo)情況，說(shuō)明厭氧發(fā)酵是一項(xiàng)比較有效的豬糞污處理方法。

二是豬糞中Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb等重金屬含量均高于飼料中的含量，說(shuō)明飼料中的重金屬通過(guò)豬體內(nèi)的代謝作用在豬糞中形成了累積。沼液中重金屬含量則與飼料中的重金屬含量相關(guān)性不大，Cu、Zn、Hg、Cr、Cd、As、Pb含量均有顯著下降。茶園中施用沼液后，對(duì)茶葉品質(zhì)基本不受影響，符合《無(wú)公害食品茶葉》的限量規(guī)定。

三是試驗(yàn)表明，沼液是一種安全而良好的有機(jī)肥料，可以施入茶園?！柏i-沼-茶”生產(chǎn)模式完全可行，可以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)的良性循環(huán)發(fā)展，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收[11-13]。

[1]王新謀.家畜糞便學(xué)[M].上海交大出版社,1998:49-52,110.

[2] 嚴(yán)小東.當(dāng)前規(guī)模豬場(chǎng)的排污現(xiàn)狀及應(yīng)對(duì)措施[J].科技致富向?qū)В?011(3)：181-182.

[3] 王瑾，韓劍眾. 飼料中重金屬和抗生素對(duì)土壤和蔬菜的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)2008，24(4)：90-93.

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2016-12-16

S851.2

A

1005-7307(2017)02-0004-004