倪治华，孙万春，林 辉，钟 杭，朱伟锋，陆若辉，马军伟

(1.浙江省耕地质量与肥料管理总站，浙江 杭州 310020； 2.浙江省农业科学院 环境资源与土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

畜禽粪便含有大量的有机质和丰富的N、P、K等营养元素，在传统农业中一直被视作农作物宝贵的有机肥源而被充分利用，维系着土壤肥力和作物产量的逐年提升[1]。有机肥料商品化是规模养殖场畜禽粪便资源化利用的必由之路，可以有效消减因高密度养殖给周边环境带来的承载压力，减轻农业面源污染，增加土壤有机质含量，是生态农业循环经济中的重要一环。当前，我国政府对有机肥的补贴逐年增加，2018年的补贴总额已达到600多亿元。浙江省从2010年实施畜禽商品有机肥补贴政策以来，全省累计推广有机肥600多万t，近3 a年推广量均稳定在100万t以上。

随着集约化养殖技术的快速发展，以饲料添加剂为主要特征的功能型复合饲料的应用几乎占领了全部的规模养殖场。饲料添加剂和抗生素的大量使用使得畜禽粪便的成分、性质等发生了较大的改变，进而导致有机肥质量发生根本性转变，呈现出高盐、高养分，以及重金属、抗生素残留普遍等特点[2-3]。近年来，关于饲料添加剂的不合理使用可能会对畜禽粪便消纳农田土壤和环境造成危害的担忧，已经被越来越多的研究报道所证实，其中既涉及农田土壤中重金属、抗生素等污染物的快速积累等潜在风险，还包括土壤微生物活性下降、作物生长和农产品安全受到污染威胁等直接影响，特别是重金属危害突出[4-6]。摸清畜禽粪便源有机肥的重金属、养分、抗生素等含量状况，对于明确畜禽粪便有机肥的施用风险，以及制定合理、科学的施肥措施等具有积极意义。20世纪90年代初，农业部全国农业技术推广中心曾对全国范围内畜禽粪便资源的重金属和养分状况进行过调查分析，但是当时并未关注抗生素污染情况[7]。此外，由于存在堆肥、添加辅料等工艺过程，成品有机肥商品与畜禽粪便原料在性质成分上还是有一定差异的。目前，我国已开始针对商品有机肥和畜禽粪便开展更多污染物相关的调研和评价[8-9]，对指导有机肥合理施用发挥了参考作用。为了充分了解和评价浙江省内的畜禽粪源有机肥现状，从而规范省内的有机肥生产和使用，基于实地采样检测和现有试验研究成果的整理分析，探讨商品有机肥内有害物质对土壤和生态环境的潜在风险，并提出控制有机肥使用安全风险的相关技术、管理对策与政策建议。

1 材料与方法

1.1 受检样品

本研究涉及多批样品数据：(1)第一批样品共1 094个，来源于2014—2016年浙江省土壤与肥料检测中心对浙江省商品有机肥产品的市场抽检样品，参照NY 525—2012标准中的11项指标进行检测；(2)第二批样品共107个，来源于浙江省和周边(上海)的80多家规模有机肥料企业，于2012—2013年采集，对样品中的重金属(As、Hg、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn)、抗生素(16种磺胺类、19种氟喹诺酮类、4种四环素类化合物)含量进行检测；(3)第三批样品共46个，来源于2008年浙江省内46家商品有机肥料生产企业，对样品中的重金属(As、Hg、Pb、Cd、Cr)含量进行定量检测；(4)第四批样品共39个，于2008年采集于浙江省不同规模的养殖场，包含猪、鸡、牛粪便样品，主要开展重金属检测分析；(5)第五批样品共91个，为畜禽粪便样品，于2012年从浙江省有机肥料加工企业现场采集，主要开展重金属含量的测试分析，同时对其中56份畜禽粪便样品开展含盐量检测。

1.2 分析方法

参照行业标准NY 525—2012《有机肥料》，检测有机肥料中的有机质(OM)、总养分(N+P2O5+K2O，TN)、水分(W)、pH、粪大肠菌群数(FC)和蛔虫卵死亡率(AEM)。参照NY 525—2012中的方法，提取有机肥料中5项有限量要求的重金属——As、Hg、Pb、Cr、Cd；参照GB 18877—2009中的方法，提取有机肥中的Cu和Zn。Cu、Zn、Pb、Cr、Cd含量用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)测定，As、Hg含量采用原子荧光光度法测定。有机肥中的盐分含量检测采用称重法，按照肥水比1∶10的质量比浸提，浸提液烘干后测定固态残渣的质量，计算获得盐分含量。

2 结果与分析

2.1 浙江省商品有机肥总体质量状况

依据NY 525—2012标准规定的技术指标，对2014—2016年抽检的1 094个商品有机肥料样品进行合格率分析。由表1可知，浙江省商品有机肥料市场抽检平均合格率为72.5%，其中，2014、2015、2016年的抽检合格率分别为68.0%、70.6%、79.4%，有逐年增加的趋势。市场抽检不合格产品中，指标不符合率从高到低依次为重金属(As+Hg+Pb+Cd+Cr)(27.8%)、水分(20.0%)、pH(17.2%)、总养分(N+P2O5+K2O)(15.5%)、有机质(13.6%)，以及粪大肠菌群数和蛔虫卵死亡率(6.0%)。由重金属超标造成商品有机肥产品不合格的比例最高，其次是水分含量。

针对有机肥质量的调研工作在全国各地均有开展，总体上看，整个商品有机肥市场不断规范，商品有机肥合格率不断提高。梁金凤等[10]报道，2006年北京郊区商品有机肥的抽检合格率仅有7.9%，有机质含量低于标准的产品达73.7%；另据报道，2012年广东省商品有机肥的抽检合格率在30%左右，有机质含量不足，及重金属、水分含量超标是致使产品不合格的主要原因[11]；黄绍文等[8]于2014年采集全国主要菜区的126个商品有机肥开展调研，虽未涵盖NY 525—2012规定的全部技术指标，但从重金属数据上判断，商品有机肥合格率不高；王永欢等[12]报道，2016年辽宁省有机肥产品的质量合格率在70%以上，但重金属超标严重。总体上看，重金属超标已成为阻碍现代有机肥质量提升的一个瓶颈。

2.2 浙江省畜禽粪源有机肥的使用风险

2.2.1 重金属污染风险

多年来，As、Cu、Fe、Mn和Zn等微量元素作为畜禽饲料添加剂进入生态链。我国每年使用的微量元素添加剂约为15～18万t，保守估计至少有10万t左右未被动物吸收而随畜禽粪便排出[13-14]。业内专家关于有机肥施用的环境安全风险评估问题存在较大的分歧，为此，农业部从2010年起在全国范围内开展商品有机肥补贴应用模式试点，同时，安排专项组织开展协作网试验。从2012—2013年对浙江省和周边(上海)80多家规模有机肥料企业有机肥产品的重金属检测数据可知，依据NY 525—2012判定，商品有机肥中As的超标率最高，总体达到36%，以猪粪为原料的商品有机肥料As超标率达50%，而以鸡粪、牛粪为原料的商品有机肥料As超标率均为10%左右。在检测的重金属中，Hg超标率最低，为4.8%，全部源自以猪粪为原料的商品有机肥料样品。

另据2008年从浙江省46家商品有机肥料生产企业采集的样品检测结果可知，有7份样品的Cd、Pb或Cr含量超过NY 525—2002的限定标准，超标率为15.22%。超标产品中Cr含量最高，达12 262 mg·kg-1，超标40倍。这些重金属含量超标的商品有机肥进入土壤后经多年积累，无疑会对土壤环境质量形成极大的安全隐患。

表1 2014—2016年商品有机肥料产品质量检验结果Table 1 Quality of commercial organic fertilizers during 2014-2016

明确有机肥产品中重金属的来源对于重金属污染风险防控具有重要意义。对2012年从有机肥料加工企业现场采集的91个畜禽粪便样品进行重金属含量测试分析，结果(表2)显示：As在猪粪中的最高含量达到39.5 mg·kg-1，为限量标准的2.6倍；Pb在猪粪中的最高含量达到416 mg·kg-1，为限量标准的8.32倍；Cd在猪粪中的最高含量达到7.0 mg·kg-1，为限量标准的2.3倍。由此可知，畜禽粪便是有机肥产品中重金属污染的主要来源。2008年对不同规模养殖场采集的39份畜禽(猪、鸡、牛)粪便样品(其中23份为猪粪样品)的重金属测试分析结果也得出了同样的结论：在采集的39份粪便样品中，有19个样品的Cu含量超过200 mg·kg-1，其中11个样品的Cu含量超过500 mg·kg-1，最高的达781 mg·kg-1；有21个样品的Zn含量超过500 mg·kg-1，其中8个样品的Zn含量超过1 000 mg·kg-1，最高的达2 396 mg·kg-1；有6个样品的As含量和1个样品的Pb含量超过NY 525—2002限量标准，超标率达17.95%。特别是猪粪样品的重金属残留浓度较高，69.57%的猪粪样品Cu含量超过200 mg·kg-1，43.48%的猪粪样品Cu含量超过500 mg·kg-1，69.57%的猪粪样品Zn含量超过500 mg·kg-1，26.09%的猪粪样品As含量超过30 mg·kg-1。

此外，发酵辅料或成品添加剂也可能造成有机肥重金属污染。行业标准中虽然规定了有机肥原料主要使用畜禽粪便、动植物残体和动植物产品下脚料，但由于新鲜猪粪的含水量达到80%～90%，因此在进行生物发酵时，需添加一定量的辅料用以控制水分、调节C/N。辅料添加比例一般为20%～30%，推荐使用与农业生产环境成分近似、含C较高的木屑、秸秆等。但在实际中，发酵辅料和成品添加剂的来源十分复杂，除了木屑、秸秆外，一些动植物产品下脚料和工业产品废弃物也被用作有机肥辅料，如味精厂、制药厂发酵废渣，酒糟，合成板材锯末，食用菌废弃基质，草木灰，生物质发电的灰烬，火电厂烟煤灰，低品位磷矿粉等，特别是一些有机肥料生产厂家违规使用污水处理厂的污泥、皮革制造厂的废弃物等，由于其成分具有不可控性，极易导致重金属超标。对此问题必须给予足够的重视。

2.2.2 抗生素污染风险

规模养殖场的单位养殖密度大，极易诱发动物传染性疾病；因此，规模养殖场多采用抗生素类药物用于预防和治疗畜禽疾病。由于给药量大，不能被完全吸收利用的抗生素类药物就会残留于畜禽粪便中。研究表明，抗生素摄入后，除极少部分存留于生物体内，有60%～90%(某些抗生素甚至高达95%)都以原药和代谢产物的形式排出体外，残留于畜禽粪尿中[15-16]。关于这部分残留物质在动植物生态链的循环路径虽然尚不十分清楚，但其对土壤环境和微生物种群平衡的影响则是直接和显而易见的。目前，抗生素在规模化养殖场畜禽粪便中普遍检出，并具有较高的残留浓度，畜禽养殖过程中的抗生素残留已经成为抗生素污染和抗性细菌传播的重要库和源。

表2 浙江省有机肥加工企业粪便原料的重金属含量Table 2 Heavy metal contents in raw manure of organic fertilizer production industries in Zhejiang

抗生素作为一种可降解的化合物，其在堆肥、烘干等有机肥加工过程中会得到一定程度的去除。本研究重点针对2012—2013年采集的浙江省和周边(上海)80多家规模有机肥料企业的有机肥产品进行抗生素残留检测分析。由表3可知，在供试的107个样品中，共检出11种抗生素类化合物，其中，四环素类化合物的检出率最高，其次为氟喹诺酮类，磺胺类化合物的检出率最低。在11种频繁检出的抗生素类化合物中，强力霉素的检出率最高，最大检出质量浓度可达71.0 mg·kg-1，其次为氟喹诺酮类化合物中的恩诺沙星，检出率为46%，最大检出质量浓度达4.0 mg·kg-1。磺胺二甲嘧啶和磺胺-6-甲氧嘧啶是浙江省畜禽粪源有机肥中最常检出的磺胺类化合物，最大检出质量浓度达4.0和2.5 mg·kg-1。以上结果说明，尽管经过有机肥加工过程，但由于缺乏配套的抗生素去除强化技术工艺，目前有机肥产品的抗生素污染风险仍较大。

表3 2012—2013年浙江省有机肥料中抗生素的检出情况Table 3 Detection of antibiotics in organic fertilizersin Zhejiang during 2012—2013

SAs，磺胺类；FQs，氟喹诺酮类；TCs，四环素类。
SAs， Sulfonamides; FQs， Fluoroquinolones; TCs， Tetracyclines.

2.2.3 盐渍化风险

高盐分也是制约有机肥安全施用的一个重要方面。在规模化养殖过程中，向饲料中添加食盐的现象十分普遍，这样做可以增加畜禽食欲，帮助消化，增强体质，提高抗病能力。此外，大量使用的添加剂中也常含有较高的盐分，也是畜禽粪便中盐分的重要来源[17]。本研究对2012—2014年从浙江省采集的56份畜禽粪便进行了盐分含量分析，结果表明，畜禽粪便中盐分含量(干基)平均值为10.3 g·kg-1，检出范围为4.9～27.5 g·kg-1，其中，鸡粪的最高盐分含量达26.1 g·kg-1，猪粪的最高盐分含量为16.3 g·kg-1。高盐的畜禽粪便样品直接导致相应的有机肥产品盐分偏高。施用盐分含量较高的畜禽粪源有机肥，以及在土壤盐分背景含量较高或较易积聚的地区连续大量施用畜禽粪源有机肥或沼液时，可能会造成局部农田土壤次生盐渍化[18]。该问题在浙江省金华、杭州等地的大棚生产中已有实际的土壤理化性状反映[19]。

3 讨论

3.1 有机肥使用安全风险成因分析

3.1.1 相关行业标准不配套

与传统养殖方式相比，现代规模养殖业生育周期短、饲养密度高、疾控风险大，与之相对应的是饲料添加剂和抗生素的普遍使用。同时，为增加畜禽食欲，帮助消化，缩短饲养周期，提高抗病能力，在饲料，特别是鸡饲料中添加食盐亦成为一种趋势。这使得规模养殖场的畜禽排泄物与传统分散养殖的畜禽粪便在成分、性质等方面都发生了较大的改变[20]。然而，在制定相关养殖标准时，如有机砷是否允许添加、最大盐分等方面并未充分衔接畜禽排泄物对消纳农田土壤环境的影响。例如，尽管有机砷对动物来说足够安全，但进入土壤后实际上是pH、Eh调控下的可利用态砷的直接提供者。此外，也未充分考虑添加剂在动物体内循环形成的生物集聚效应。如成年猪对铜的表观吸收率不高于5%～10%，而被吸收的铜又有60%～80%随胆汁进入消化道经粪便排出。饲料是猪粪中重金属最主要的来源，Fe、Zn、Cu等金属元素从饲料到粪便的浓缩率可达7～10倍，Mn约为3倍[21]。

3.1.2 现行标准执行不严格

Cu、Zn、Fe、Mn是动物生长的必需营养元素，抗生素是防范和控制动物疾病的有效手段。饲料中添加一定量的此类物质有助于畜禽生长，如铜可使仔猪腹泻率降低27.02%[22]。一般情况下，畜禽对这些物质的表观与实际吸收率均较低，用作疾病预防目的配入禽畜饲料添加剂的抗生素药物的很大一部分(60%～90%)会以原药形态直接排出体外，进入环境当中。这些物质可能会提高动物中毒的临界浓度，而投入成本较少，与可控风险相比，在当前饲养水平和条件下，养殖主体在主观和客观上均存在超量添加的可能。因此，生产实际中因存在高Cu而导致的猪粪发绿、发黑等现象并不鲜见。

3.1.3 部分添加物质达不到相关标准要求

从饲料添加剂的作用看，Ni为非主动添加物，但实际上有部分有机肥却存在Ni超标现象。从实地调研、市场反映，及物质来源上分析，这部分Ni可能来自饲料添加剂的某些组分，如采用工业硫酸锌、硫酸铜，甚至工业副产品替换饲料级标准产品，极有可能造成饲料添加剂整体Ni、Cd超标。与此类似，在有机肥加工阶段违规添加废酸制造的过磷酸钙或低品位磷矿粉，也是造成重金属含量超标的一大隐患。

3.1.4 辅料和成品添加物杂乱，有害因子复杂，污染物难以控制

从近几年浙江省生产实践看，有机肥生产加工中添加木屑、泥炭、酒糟、菌棒、茶制剂残渣等一些辅料(成本在400～1 000元·t-1)，基本能保证成品质量。虽然，为提升产品功效或提高有机肥的商品性，适当添加一些质量保证的过磷酸钙、磷矿粉等也无可厚非，但个别企业为降低生产成本违规使用不符合NY 525标准规定的适用原料，如加工工业或城市废弃物、工业副产品(淤泥、城市垃圾、废水处理厂污泥、高炉烟煤灰、粗磷矿与废酸磷肥等)，骗取补贴，并以有机肥料产品的名义违规销售，不仅使有机肥的肥效下降，还大大增加了重金属、不明有机物等有害物质对农产品和土壤生态环境的污染风险。此外，大量使用絮凝剂沉淀污泥等还会导致土壤板结等[23]。

3.1.5 发酵成本不足，产品腐熟不全

当前浙江省有机肥生产大多采用好氧发酵工艺。正常条件下，使用高温发酵菌剂，采用高度80～150 cm的“条垛堆置”或“槽式翻混”装置均可使堆肥内的最高温度达到75 ℃以上，连续堆置7 d以上，足以有效杀灭类大肠菌群、蛔虫卵等有害生物[24-25]。但由于受投资规模、生产设施、质量管理、市场价格挤压等方面因素的制约，加之主管部门和行业标准对成品有害微生物指标检测仅作形式要求，生产企业为了利益最大化，往往忽略有机肥生产过程中必需也最为关键的发酵过程，有的采用自然发酵和堆场晾晒等简单工艺流程，仅对新鲜畜禽粪便作脱水、晒干处理，混合辅料就包装出厂，不仅给施用者留下安全隐患，还会增加施用后因二次发酵引起的烧根、烧苗风险。

3.2 控制有机肥施用安全风险的对策建议

施用含有有害污染物的畜禽粪源有机肥，不仅会对土壤有益微生物、土壤动物、土壤酶等土壤生态系统的重要组成部分形成明显抑制，而且由于带入的重金属在土壤中具有相对稳定、难降解、毒性强、累积效应明显等特性，会使得耕层土壤重金属含量快速脱离背景值，导致土壤清洁度和持续生产能力明显下降[4，26-28]。基于当前畜禽粪源有机肥施用的安全风险来源与成因分析，可以明确：饲料添加剂的科学、规范使用，及有机肥发酵工艺与成品质量的严格管控是控制畜禽粪源有机肥施用安全风险的基本途径。

3.2.1 加强饲料原料质量管理

严格按照《饲料原料目录》《饲料添加剂品种目录》《饲料药物添加剂使用规范》的要求采购原料，严格查验原料质量检验证明或按规定进行检测，禁止采购和使用不合格或超目录范围饲料原料，进一步完善饲料原料采购、留样和使用记录制度。

3.2.2 规范饲料添加剂使用管理

严格按照《饲料药物添加剂使用规范》《饲料添加剂安全使用规范》等相关要求组织生产、配制，依法科学合理使用微量元素添加剂和饲料药物添加剂，严禁超剂量、超范围使用。修订完善《饲料卫生标准》，删除有机砷采购、使用目录，控制饲料产品中砷制剂的允许添加量。同时，加大饲料和饲料添加剂的抽检、处罚力度，依法从严查处饲料产品重金属超标、超量、超范围添加行为。

3.2.3 加快畜牧饲养技术转型升级

进一步强化先进环保设备装置的研发应用，加快高转化、低残留环保型复合饲料的推广应用步伐，鼓励和引导规模养殖场合理使用有机制剂、酶制剂和微生物制剂等生态型添加剂，探索建立畜禽规模养殖场废弃物资源化利用分级管理制度，实施畜禽粪源定期检测监测，从源头上减少重金属、抗生素等有害物质的添加排放，降低污染风险。

3.2.4 提升商品有机肥质量水平

进一步强化生产企业现场考核，提高发酵工艺、设施装备等要素标准，明确生产企业在原料来源与成品质量控制等安全生产方面的内部管理制度要求。制定出台有机肥生产加工技术地方标准，建立商品有机肥生产原料分类管控与成品质量追溯制度，夯实技术工作基础。修改完善商品有机肥补贴推广实施指导意见，细化产品技术指标、企业类型、规模条件、支撑能力、管理水平、市场信誉等分类管理，强化事后监管。通过技术培训指导服务、政府补贴项目示范引导和实地抽查与质量跟踪监测等手段，确保畜禽粪源有机肥产品质量，降低施用安全风险，维护农民利益。

4 结论

按照我国现行NY 525—2012有机肥料标准，2014—2016年抽检的1 094个商品有机肥料的平均合格率为72.5%，合格率有逐年提高趋势，其中，重金属和水分超标是造成商品有机肥产品不合格的主要原因。

本研究调查的样本显示，浙江省畜禽粪源有机肥存在重金属超标、抗生素高残留和原料含盐量高等现象。As、Cd、Pb、Cr、Hg等超标样本均有检出，其中，以猪粪为原料的有机肥料重金属超标率高于其他粪源有机肥。畜禽粪便原料是成品有机肥重金属污染的主要来源。四环素类、氟喹诺酮类和磺胺类抗生素在商品有机肥中均有检出，其中，四环素类化合物的检出率最高，最大检出质量浓度可达71.0 mg·kg-1。作为有机肥原料的畜禽粪便中盐分含量在4.9～27.5 g·kg-1，其中，鸡粪中最高盐分含量达26.1 g·kg-1，猪粪中最高盐分含量为16.3 g·kg-1。

根据研究结果，提出以饲料添加剂的科学、规范使用，和有机肥发酵工艺与成品质量严格管控为主要内容的畜禽粪源有机肥施用安全风险控制基本路径与对策建议。