刘兴华 朱荣生 王怀中 陈娟 齐波 孙守礼 成建国 黄保华 呼红梅 王思贵

摘要：随着我国畜禽养殖业的快速发展和饲料添加剂的广泛使用，畜禽粪污资源化利用和污染控制已经成为环境污染防控过程中面临的主要问题之一。为了掌握山东省规模化猪场配合饲料和猪粪中矿物质元素含量水平，本研究对山东省16地市部分规模化猪场的配合饲料和猪粪中矿物质元素含量进行了测定，分析了二者的相关性并对猪粪中残留的Zn、Cu进行了超标评价。结果显示，不同生产阶段猪饲料中矿物质元素Fe、Mn、Ca、Zn和Cu的平均添加量范围分别为90.95～106.91、21.41～25.09、3 003.42～4 073.24、195.72～1 498.63 mg/kg和27.89～144.27 mg/kg;Fe、Mn和Cu的平均添加量均符合《饲料添加剂安全使用规范》（农业部1224号公告），仅有少数养猪场的最高检测值超过规范中的最高限制值;猪粪中Zn、Cu残留量均超过国内外堆肥参考标准;配合饲料与猪粪中Zn含量存在显著相关关系，除了保育期和生长前期，Cu含量在其他生产阶段均存在相关关系，表明饲料中矿物质元素的过量添加是导致猪粪中Zn、Cu元素残留量增加的主要原因;山东省规模化养猪场猪粪中Zn、Cu具有潜在超标风险，应予以高度重视。

关键词：猪场;配合饲料;猪粪;矿物质元素

中图分类号：S816  文献标识号：A  文章编号：1001-4942（2019）08-0084-07

Abstract With the rapid development of livestock and poultry industry and wide use of feed additives， resource utilization of livestock waste and pollution control had become key problems in the environmental pollution control process of agriculture in China. Formula feed and pig manure samples collected from intensive farms in 16 cities of Shandong Province， were analyzed in the mineral element contents and correlations. The residual amounts of Zn and Cu in pig manure were evaluated whether exceeding standard. The results showed that the average distribution ranges of Fe， Mn， Ca， Zn and Cu in pig feed were 90.95～106.91， 21.41～25.09， 3 003.42～4 073.24， 195.72～1 498.63 mg/kg and 27.89～144.27 mg/kg at different production stages， respectively. The average additive contents of Fe， Mn and Cu met the standard of Safe Use of Feed Additives （Agriculture Ministry Notice 1224），and the maximum additives of only a few farms were above current standard. The Zn and Cu residual amounts of pig manure exceeded the standard of compost at home and abroad， and the Zn content of pig feed and manure showed significant correlation， but the Cu contents existed correlation at production stages except for conservation period and early growth period. These indicated excessive additives were the main reason for Zn and Cu residue in manures. Meanwhile， the Zn and Cu contents of pig manure in intensive farm of Shandong Province might have potential excessive risk and should be given high attention.

Keywords Pig farm; Formula feed; Manure; Mineral element

隨着农业集约化发展以及土壤环境污染的加剧，农业用地土壤矿物质元素逐年积累，已经影响到人类健康[1]。畜禽粪便是农作物生长过程中的传统有机肥料[2]，随着现代有机农业、绿色农业和循环农业的发展，畜禽粪便资源化利用越来越受到重视[3]。为了促进畜禽生长，饲料中过量添加Zn、Cu等矿物质元素导致畜禽粪便中部分矿物质元素残留增加，甚至超标[4-6]。Zn、Cu等矿物质元素随着有机肥施用进入农田，不但在农业环境中积累造成污染，还会进入食物链，给人类健康带来安全隐患。已有相关研究表明，国内外畜禽粪便中Zn、Cu等矿物质元素残留量超标的现象普遍存在[7-10]。潘寻等[1]研究表明，Zn、Cu等矿物质元素是养殖场较常用的饲料添加剂。我国10省规模化猪场粪便中部分矿物质元素残留量超标问题明显，尤其是Zn、Cu残留量超标最突出，最高残留量分别达到3 692 mg/kg和916 mg/kg[2，11]。张树清等[12]检测了浙江、江苏、北京等7省市的规模化猪场粪便中矿物质元素残留量，结果显示Zn、Cu含量最高分别达到871.0 mg/kg和1 591.0 mg/kg。广东省猪粪便中Zn、Cu的最高检测含量分别为119.4 mg/kg和486.6 mg/kg[13]。朱建春等[7]研究发现，陕西省育肥猪饲料和粪便中部分矿物质元素残留量显著高于国家标准值。西班牙的36家主要养猪场的猪粪便中Zn、Cu平均含量分别为172.0 mg/kg和42.0 mg/kg[14]，英国大多数饲料中均含有Zn、Cu等添加剂，其中Zn、Cu含量分别为150～2 920 mg/kg和18 ～ 360 mg/kg[15，16]。与国外相比我国畜禽粪便中以Zn、Cu超标最为严重[17]。

Zn是多种酶的重要组成部分，不仅参与猪生长的多种代谢过程，高剂量的Zn还可以缓解断奶引起的肠形态和肠通透性的改变，维持肠屏障的正常功能[11]。Cu是一种抗菌剂和骨骼强壮剂，也是新陈代谢所需关键酶的辅助因子，直接参与胆固醇代谢、骨骼矿化、免疫机能调节等过程[13]。猪饲料中添加充足的Zn可以促进猪的快速生长和健康，故饲料中经常添加ZnSO4和CuSO4[28]。虽然畜禽对Zn和Cu有一定的耐受性，但是摄入量过高会引起肾脏损害，降低免疫力，提高牲畜的发病率。Zn和Cu的最大检测值为国家标准规定值的17.8倍和3.6倍，保育期猪配合饲料中Zn的平均检测值为国家标准的9.9倍。Zn和Cu最高检测量均出现在保育猪时期，说明这两种矿物质元素在饲料添加剂的生产可能具有同源性，也与该时期猪对两种元素的需求量较大有关。对于保育猪而言，添加一定量的Zn、Cu可以促进仔猪的生长，提高日增重，保育猪饲料中Cu添加量在125～250 mg/kg时，可以显著提高饲料效率[29]。但是日粮Zn、Cu含量过高时，对猪的促进生长作用就会消失，甚至会影响仔猪的造血功能，使机体生长缓慢[30]。

2.2 规模养猪场猪粪中矿物质元素残留量

猪粪中矿物质元素残留量的分布趋势与其在饲料中的含量一致，即配合饲料中添加量高的矿物质元素在猪粪中的残留量也相对较高，说明饲料中矿物质元素的添加量高于猪的生长、生产需求，部分于粪中排出。猪粪中矿物质元素残留量最高的是Ca，其次依次为Zn、Fe、Cu、Mn。其中，Ca含量最大值出现在种公猪生产阶段，最大值为47 997.75 mg/kg，该阶段Ca的平均值为17 572.05 mg/kg，显著高于除哺乳母猪外的其他生产阶段，保育期猪粪中Ca含量的最大值和平均值均最低（表2）。

保育期猪粪中Fe残留量最高，达到453.04 mg/kg，生长前期、生长后期猪粪中Fe残留量次之，哺乳母猪粪中Fe残留量最低。哺乳母猪粪中Mn残留量最高，达到99.62 mg/kg，种公猪粪中Mn残留量次之，生长后期、生长前期、保育期猪粪中Mn残留量较少，为83.28～86.18 mg/kg。哺乳期母猪粪中Mn的残留量显著高于保育期和生长期，保育猪、生长前期和生长后期猪粪中Mn的殘留量差异不显著（P>0.05）。微量元素中，Zn在猪粪便中的总量最高，含量范围为120.22～3 671.07 mg/kg，其中，保育期猪粪便中Zn的最高检测量和平均值均最高。保育期猪粪中Cu的平均含量最高，为547.18 mg/kg，且最高含量也出现在保育猪时期，生长前期次之。

目前，我国还未颁布关于畜禽粪便中矿物质元素排放的标准，与畜禽粪便相关的国内可参考的指标主要为有机肥料和农用污泥等标准。其中《农用污泥中污染物控制标准》[31]限值中规定Zn和Cu的排放标准限值分别为500 mg/kg和250 mg/kg，而德国腐熟肥重金属限制中规定Zn和Cu的排放标准限值分别为400 mg/kg和100 mg/kg，与之相比，我国的排放标准相对宽松。按照有机肥料和农用污泥标准进行比较，不同生产阶段猪粪中Zn的平均含量均超过了标准限制，保育猪、生长前期和生长后期猪粪便中Cu的平均含量也超出标准限制，说明猪粪作为有机肥料再利用，需要进行科学的配比处理，直接使用存在一定的重金属污染风险。

2.3 规模化猪场配合饲料和猪粪中矿物质元素含量相关性分析

粪便中的矿物质元素含量水平是其在饲料中含量水平和饲料利用效率的客观反映，不同生产阶段猪饲料与粪便中矿物质元素和重金属含量具有相关性。由表3可以看出，除了保育猪饲料中的Fe与猪粪便中Fe的含量存在极显著相关关系外，其他各生产阶段的猪饲料与粪便中Fe的含量均不存在显著相关关系;在各生产阶段，猪饲料和粪便中Zn含量均存在显著或极显著相关关系;哺乳母猪、种公猪饲料和粪便中Cu的含量存在极显著相关关系，生长后期猪饲料与粪便中Cu含量存在显著相关关系。这表明猪在不同生产阶段对矿物质元素的蓄积能力不同，不同矿物质元素在猪体内的代谢过程也存在差异，但是猪饲料中的矿物质元素仍然是粪便矿物质元素的主要来源，而且矿物质在粪便中有逐渐富集的趋势[32]，同时也充分说明饲料中高浓度矿物质元素添加剂的使用会导致粪便中较高的矿物质元素残留，且含有矿物质元素的粪便有机肥施入农田，会使农田土壤中矿物质元素含量逐渐富集，超过背景值[33]，造成农田土壤矿物质元素污染，给粪便资源化利用带来了很大的制约[1，3，8]。鉴于此，2017年农业部发布了《饲料添加剂安全使用规范》第2625号公告，降低了Zn、Cu等元素的最高限量标准，以缓解由养殖引发的粪便矿物质元素污染问题。

2.4 规模化养猪场猪粪中Zn、Cu残留量超标评价

粪便中Zn和Cu的质量分数频数分布情况如图2所示。按照德国腐熟堆肥的参考标准，采集的粪便样品中Cu的质量分数超过标准限量值的样本数达到76.6%，具有潜在超标风险。Zn的质量分数超过标准限量值的样本数达到36.3%，其中1 000 mg/kg以上的样本数达5.0%。因此，生猪养殖粪便中Cu和Zn的超标使用情况应予以高度重视。

3 讨论与结论

山东省规模化养猪场配合饲料中矿物质元素平均含量符合我国《饲料添加剂安全使用规范》（农业部1224号）的规定值，部分养猪场的矿物质元素最高检测值超过规范中的最高限制值，存在不规范添加的现象。饲料添加剂的不规范使用造成粪便中矿物质元素残留，残留的矿物质元素通过有机肥使用等过程进入环境中，过量矿物质元素的残留会造成农田土壤重金属含量增加，严重者造成污染。参照我国《农用污泥中污染物控制标准》和德国腐熟堆肥的参考标准评估猪粪便中Zn、Cu的环境风险，可以得出，山东省规模化养猪场猪粪中Zn、Cu含量具有较高的超标风险，应予以高度重视。饲料中Zn、Cu的过量添加是猪粪中残留较高的主要原因。因此，规模化养猪场应严格按照国家标准要求控制矿物质元素的添加量，尤其是在2017年农业部发布了更为严格的添加标准之后，养猪场更需要从源头把关，严控矿物质元素的添加量，降低猪粪中的残留，减少畜牧废弃物对农业土壤和环境的危害。

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