华北地区饲料和畜禽粪便中重金属质量分数调查分析

第31卷第5期农业工程学报V ol.31 No.52015年3月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Mar. 2015 261 华北地区饲料和畜禽粪便中重金属质量分数调查分析王 飞1,2，邱 凌1※，沈玉君3，葛一洪1，候月卿3（1. 西北农林科技大学，杨凌 712100； 2. 农业部农业生态与资源保护总站，北京 100125；3. 农业部规划设计研究院，北京 100125）摘要：为加强重金属的源头控制，进一步形成农产品产地有机肥源重金属阻控体系，该文对华北地区畜禽饲料和粪便中重金属质量分数进行采样调查分析，结果表明，华北地区畜禽粪便超标以Cu、Zn为主，Pb、Cr和As次之，Cd、Ni 和Hg不超标。

各种畜禽粪便以猪粪和肉鸡粪的超标情况最为严重，肉牛粪、蛋鸡粪次之，奶牛粪不超标。

猪粪的Cu、Zn超标率分别高达100%、91.67%，肉鸡粪主要以Cr、Cu、Zn污染为主，超标率分别为50%、66.67%和50%，而蛋鸡粪仅有Cu超标，超标率为11.11%。

不同畜禽饲料中重金属的超标情况以猪饲料和肉牛饲料最为严重，肉鸡饲料及奶牛饲料次之。

按照农业部1224公告对Cu、Zn的标准，猪饲料中Cu、Zn超标率为66.67%、80.00%，肉鸡饲料中Zn超标62.50%；按照饲料卫生标准对Cr、Pb的标准，肉牛中Cr、Pb超标83.33%、66.67%，奶牛饲料中Cr超标60.00%，蛋鸡饲料中Pb超标53.85%，不同畜禽饲料中Cd的质量分数均不超标。

畜禽粪便中重金属Cd、Cr、Cu、Zn的质量分数与饲料中重金属质量分数呈极显著正相关（P＜0.01），Pb、As与饲料中重金属呈显著相关性（P＜0.05）。

该调查研究有助于掌握华北地区重金属饲料-畜禽粪便污染现状，揭示了对于畜禽粪便或有机肥的重金属超标问题应从源头控制。

关键词：粪便；重金属；肥料；华北地区；畜禽饲料；调查分析doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2015.05.036中图分类号：X71; S831.4+1 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2015)-05-0261-07王飞，邱凌，沈玉君，等. 华北地区饲料和畜禽粪便中重金属质量分数调查分析[J]. 农业工程学报，2015，31(5)：261－267.Wang Fei, Qiu Ling, Shen Yujun, et al. Investigation and analysis of heavy metal contents from livestock feed and manure in North China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(5): 261－267. (in Chinese with English abstract)0 引 言近年来，随着公众对无公害农产品了解的普及，在农产品生产过程中有机肥的安全合理施用倍受重视。

畜禽粪便是主要的有机肥原料，是影响农产品品质的重要因素之一。

由于畜禽养殖业集约化、规模化的快速发展，一些重金属元素如Cu、Zn、As、Cr、Pb等被广泛应用于饲料添加剂，加之微量元素在动物体内生物效价很低[1]，大部分进入到畜禽粪便中，这些重金属随着有机肥施入农田，影响农产品安全，危害人体健康。

华北地区作为中国的重要农产品产地，掌握该地区重金属在饲料-畜禽粪便中的污染现状，为加强重金属的源头控制，进一步形成农产品产地有机肥源重金属阻控体系提供依据。

畜禽粪便中的重金属主要来源于动物饲料。

胡海平[2]等对东北三省不同规模养殖场畜禽饲料的分析发现，吉林、黑龙江、辽宁三省猪饲料中的重金属Zn的质量分数平均值分别为209.35、120.00和117.58 mg/kg；牛饲料中收稿日期：2014-11-26 修订日期：2015-02-04基金项目：公益性行业（农业）科研专项（201203045）作者简介：王飞，男，山东烟台人，高级工程师，主要从事生态农业研究。

北京农业部农业生态与资源保护总站，100125。

Email：reeawf@ ※通信作者：邱凌，男，陕西西乡人，教授，博士，主要从事农村能源与环境工程研究。

杨凌西北农林科技大学机械与电子工程学院，712100。

Email：ql2871@ Zn的质量分数分别为116.73、120.26和134.04 mg/kg；鸡饲料中Zn的质量分数分别为95.51、77.59和97.23 mg/kg。

朱建春等[3]对陕西省64家规模化养猪场猪粪与饲料中重金属质量分数进行研究发现，饲料中Cu和Zn平均质量分数在38.33～805.61和90.69～1 208.19 mg/kg之间。

潘寻等[4]的研究表明，Cr、Pb、Hg 是养殖场较常用的饲料添加剂。

黄玉溢等[5]对广西养殖场调研表明，Cu和Zn的质量分数在猪饲料中分别为159.4和238.2 mg/kg。

英国的大多数饲料中Cu和Zn的质量分数也比较高，其中猪饲料中Zn、Cu质量分数范围分别为150～2 920和18～217 mg/kg[6-7]。

针对饲料中重金属质量分数的研究多集中在猪饲料的Cu和Zn上，牛、鸡等其他畜禽饲料以及Cr、Pb 等其他重金属元素的污染状况目前报道相对较少。

畜禽饲料中重金属约95%以上随畜禽粪便排泄而进入环境[8]。

据报道，中国每年使用的微量元素添加剂有15～18万 t，约有10万t左右未被动物利用而随粪便排出体外，进而污染环境[2]。

畜禽粪便中重金属质量分数与地域及畜禽种类有关。

Eneji等[9]研究表明，日本牛粪中重金属Cu和Zn的质量分数分别是200和800 mg/kg，普遍超标。

张树清等[10]对北京、浙江、山东、吉林、江苏、宁夏、陕西等地典型规模化养殖场畜禽粪便中重金属质量分数进行了研究分析，结果发现猪粪中Cu、Zn、As的质量分数明显高于鸡粪，而鸡粪中Cr 的平均质量分数高于猪粪。

王飞等[11]对华北地区畜禽粪便有机肥中重金属质量分数研究发现，华北农产品产地商品有机农业工程学报 2015年262肥中重金属污染的主要来源为高Pb、高Hg饲料添加剂的使用。

姚丽贤等[12]对广东省集约化养殖场61个禽畜粪样本进行了研究分析，发现鸡粪和猪粪中重金属超标以Cu、Zn和As三种元素为主，其中Zn元素的超标最为普遍。

华北是中国重要的集约化蔬菜产地，本研究的开展对进一步减轻该地区重金属污染、保障农产品质量安全具有重要意义。

1 材料与方法1.1 研究区域概况及采样点布设华北地区由北至南经燕山山脉到桐柏山和大别山地区，由西向东经太行山脉和豫西山地到黄海、渤海和山东丘陵地区，东南至苏、皖北部并与长江中下游平原相连接[13]，主要以蔬菜、经济作物和粮食作物为主[14]，根据饲料-畜禽粪便采样点布设区域，本文中的华北地区包括河北、河南(豫北)、山东、山西、天津、北京等省市（图1）。

图1采样点示意图Fig.1 Location of sampling stations2012年8－11月在华北地区采集样品92个，其中，畜禽粪便46个，饲料46个。

采样点平均分布在华北6省市，于试验室经风干、研磨，过尼龙筛（100目）后置于密封袋中保存备测。

1.2 重金属分析方法委托中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心测试分析所采集样品中Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni、As和Hg等8种金属质量分数。

采用王水消解法提取As和Hg，以海光AFS-9800 原子荧光测定仪测定质量分数[15]；采用HNO3+HClO4法消解其他重金属质量分数，采用耶拿ContrAA 700原子吸收-火焰模式测定Cr、Cu、Ni、Pb和Zn质量分数，采用耶拿ContrAA 700原子吸收-石墨炉模式测定Cd质量分数。

质控方法[11]：试验设置5%的平行样，使用标准样品GSV-2进行质量控制。

2 结果与讨论2.1 华北地区畜禽粪便中重金属的频数分布情况不同重金属质量分数的频数分布情况如图2所示。

按德国腐熟堆肥标准，采集的畜禽粪便样品中重金属Cu 质量分数超标的样本数达45.65%（图2a），50～100 mg/kg 的样本量占全部的39.13%，接近标准限量值（100 mg/kg），具有潜在超标风险。

Zn的质量分数超过标准限值400 mg/kg的样本数达36.96%（图2c），其中1 000 mg/kg以上的样本数达15.22%。

因此，华北地区畜禽粪便中重金属Cu、Zn的质量分数应得到高度重视。

参照德国腐熟堆肥对Cr、Pb的标准（100、150 mg/kg）以及有机肥行业对As的标准(15 mg/kg)，Cr、Pb和As的超标样本均低于10%，分别为6.52%、2.17%和2.17%（图2b、图2d和图2g），Cd、Ni、Hg均不超标，且质量分数远低于德国腐熟堆肥标准对Cd（1.50 mg/kg）、Ni（50 mg/kg）、Hg（1.00 mg/kg）的限值。

图2 华北地区畜禽粪便中重金属质量分数分布图Fig.2 Frequent distribution of heavy metal contents in manure of North China第5期王飞等：华北地区饲料和畜禽粪便中重金属质量分数调查分析263华北地区畜禽粪便中重金属Cu、Zn的超标样本数均在30%以上，污染较为严重，这与Cang等[16-19]调查结果一致。

这可能是由于养殖户在饲料中添加大量微量元素（如Cu、Zn等），导致大量重金属元素不能被动物吸收，而随粪尿排出体外[20]。

2.2 华北地区不同种类畜禽粪便重金属质量分数分析不同种类畜禽粪便的重金属质量分数值及超标情况不同，如表1所示。

由于畜禽养殖场个体差异及养殖模式不同，导致同类畜禽粪便的重金属质量分数差异仍然较大。

总体来看，各种畜禽粪便的超标情况以猪粪和肉鸡粪最为严重，肉牛粪、蛋鸡粪次之，奶牛粪不超标。

猪粪的Cu、Zn超标率分别高达100%、91.67%，这与刘荣乐、潘寻等[4,17]报道类似。

肉鸡粪主要以Cr、Cu、Zn污染为主，超标率分别为50%、66.67%和50%，而蛋鸡粪仅有Cu超标，超标率为11.11%。

同样，肉牛粪的重金属超标情况高于奶牛粪。

这与重金属的功能及其饲料添加有关。

Zn可促进动物快速生长[21]，而补充Cr可增加质量并改善胴体品质[22]，因此，对于肉牛、肉鸡等以肉作为最终产品的养殖场，商家为了促进动物快速长成、提高质量、改善品质，不惜代价添加该类重金属，致使畜禽粪便中重金属超标严重。