养殖场粪肥药物含量调查研究

本研究采集了三个不同地区和动物种类干湿分离粪便的堆肥样本，并测定了各规模化养殖场猪粪(n=3)、羊粪(n=3)、牛粪(n=3)中养分、重金属以及抗生素的含量。实验结果表明，不同动物种类的粪便在水分、有机物含量和酸度/碱度方面存在显著差异。在重金属分布方面，猪粪的铜和锌含量明显高于牛粪和羊粪，未超过《畜禽粪便安全使用准则》(NY/T1334-2007)中Cu与Zn所规定的最高使用标准。所有样品中未检测到磺胺类、四环素类、大环内酯类、氯霉素类抗生素，但喹诺酮类抗生素有不同程度残留，其中猪粪残留喹诺酮类抗生素最高为2.58mg/kg，羊粪残留喹诺酮类抗生素最高为1.06mg/kg。说明重庆市畜禽养殖过程中饲料添加剂的应用较为合理，畜禽粪便的安全利用潜力较高。相关系数法分析结果表明水分含量与有机物含量之间存在显著的正相关关系，有机物含量与pH值之间存在显著的负相关关系，铜含量与锌含量之间存在显著的正相关关系。此外，水分含量与喹诺酮残留量、铜含量与喹诺酮残留量、锌含量与喹诺酮残留量之间也存在一定的相关性。根据上述结果，本研究作出了潜在风险分析，并提出了一些防止粪肥污染的建议。.1研究背景与意义随着畜牧业的普及，应用于养殖场的一些药物正逐渐减量化和去抗化，但仍有一些养殖场违规投入添加剂，导致粪肥中出现过量重金属和残留抗生素。肥料肥力成分作为重要的农业资源，在维护生态平衡和促进农业可持续发展方面发挥着关键作用。了解重庆市各地区畜禽粪便中重金属含量特征及分布，以及畜禽粪便中药物的残留水平，有助于判断畜禽粪便有机肥肥料化利用的适宜性和安全风险，对重庆市养殖场畜禽粪便中有毒物质的监控及粪便无害化处理，特别是粪便重金属残留的控制有重要意义REF_Ref18531\r\h[1]。1.2国内外研究现状国内外众多学者针对畜禽粪便中的药物残留问题，展开了广泛而深入的研究。他们不仅致力于开发高效、灵敏的检测技术，还成功建立了多种先进的检测方法体系，其中，液相色谱-串联质谱法凭借其高分辨率和高灵敏度，在药物残留检测中占据了重要地位；而微生物检测法则以其操作简便、成本较低的特点，也受到了广泛关注。此外，学者们还深入探究了粪肥中药物含量的分布规律，通过大量实验数据和统计分析，揭示了药物含量受养殖方式、饲料来源及药物剂量和使用时间等多重因素交织影响的复杂关系。这些研究深化了我们对畜禽粪便中药残状况的认知，为药物残留控制构建了稳固的理论支撑。同时，前沿探索聚焦于粪肥药物降解路径，借助模拟与实地监测，明晰了不同条件下药物的降解速度及产物，为评估其环境风险供应了科学凭证REF_Ref4641\r\h[1]。此外，针对粪肥药残控制，学者提出了诸如改良养殖模式、优化饲料构成、合理调控药物剂量与使用时长等策略，旨在源头削减药残，确保畜禽产品安全及环境可持续性。国内外在畜禽粪便药残检测、分布、降解及控制领域均取得了长足进步，为降低药残、捍卫食品安全与生态环保提供了坚实的理论与实践导向REF_Ref26262\r\h[2]。现有研究为养殖场粪肥药物含量调研供给了关键理论与技术支撑，但多数研究集中于实验室剖析，实际生产应用探究较少，需强化与实际生产的融合，提升研究实用性REF_Ref7853\r\h[3]。例如，粪肥还田利用相关研究应用技术多、基础理论少，单项技术多、集成模式少，面对绿色发展新形势、新任务、新要求，亟需深刻阐明畜禽粪肥生命周期养分流动与机理机制，突破粪肥科学还田、养分高效利用技术瓶颈，制定适应不同区域粪肥还田利用整体方案，为农业绿色发展提供技术支撑。此外，新型药物及新兴养殖模式下的粪肥药物含量研究尚显薄弱，有待拓宽研究范畴。如在水产养殖用药物行业，全球Top5和Top10生产商市场份额等数据表明，新型药物的研发和应用正在不断推进，但在畜禽粪肥中的药物含量研究尚未跟上这一趋势。未来的研究应更加注重从实验室到实际应用的转化，加强粪肥施用对土壤环境及作物生长影响的监测与评估，完善粪肥还田利用监测体系，构建涵盖养殖舍内、场区、农田等不同尺度的粪污/粪肥收集、储存、运输、利用各环节监测体系，建立大数据库，指导粪肥科学利用，从而实现种养结合的良性循环，促进农业可持续发展。1.3研究目的与内容本研究旨在系统地调查养殖场粪肥中重金属和药物的含量状况，深入分析其影响因素，并评估潜在风险，为制定有效的防控措施提供科学依据。具体研究内容包括：通过收集和分析不同地区、不同畜禽种类养殖场的粪肥样本，明确其中重金属（Cu、Zn）和常见药物（如四环素类、磺胺类、喹诺酮类、大环内酯类、氯霉素类等）的含量水平及分布特征；探究不同因素对粪肥中重金属和药物含量的影响；综合评估粪肥中重金属和药物残留的潜在风险。第二章材料与方法2.1样品采集参考已有研究的采样方法，在多个具有代表性的区县选择不同养殖类型的养殖场，涵盖猪、羊、牛等常见畜禽。每个养殖场内，依据不同生长阶段、养殖区域等因素，多点采集新鲜粪肥样品，确保样品的代表性。2.2实验仪器与试剂（1）重金属检测相关仪器与试剂测定粪肥重金属含量时，使用电感耦合离子体仪、原子吸收分光光度计（AAS）等。采用电感耦合离子体仪测定重金属Zn、Cu的含量，试剂有硝酸、高氯酸等用于样品消解；还有各种重金属标准溶液，用于绘制标准曲线进行定量分析。（2）抗生素检测相关仪器与试剂检测抗生素常用的仪器为高效液相色谱仪（HPLC）REF_Ref18685\r\h[3]。实验试剂包括超纯水、甲醇、乙腈、甲酸、柠檬酸缓冲液等用于样品提取；抗生素标准品用于制备标准曲线。（3）其他实验仪器与试剂在样品处理过程中，还会用到电子天平用于精确称重；离心机用于分离样品；微波消解仪用于样品前处理；恒温振荡器辅助样品提取；pH计测定样品酸碱度；固相萃取装置用于净化和富集样品。相关试剂包括用于调节pH的氢氧化钠、盐酸等，以及实验用水均为超纯水，以保证实验准确性REF_Ref18711\r\h[4]。2.3测定方法（1）重金属含量测定根据《土壤质量铜、锌的测定火焰原子吸收分光光度法》(GB/T17138—1997)。采用原子吸收分光光度法，测定相应的元素含量，依据被测元素的基态原子对其特征辐射光的吸收程度这一原理，对Cu、Zn进行定量分析。（2）药物含量测定利用固相萃取－超高效液相色谱－串联质谱法对畜禽粪便中四环素类、磺胺类、喹诺酮类、大环内酯类、氯霉素类等抗生素进行检测REF_Ref9505\r\h[5]。3.1养殖场粪肥中相关指标含量分析3.1.1水分、有机质和pH实验结果显示，在水分含量方面，整体呈现出猪粪＞牛粪＞羊粪的态势。不过，经统计分析，三者之间并未呈现出显著性差异。其中羊粪水分含量为24.03%~34.13%，波动范围较大，这一较大的波动范围，可能与羊的饲养环境、饲料种类以及采集样本时的具体条件等多种因素相关；对有机质含量来说，整体表现同样为猪粪＞牛粪＞羊粪。其中，牛粪的有机质均值最高，达到615mg/kg。这一结果与牛的饮食结构密切相关，牛主要以富含纤维的草料为食，其消化系统对纤维的分解和转化，使得牛粪中积累了相对较多的有机质。pH作为畜禽粪便的重要物理指标。从分布特征来看，三种畜禽粪便的pH均大于5.5，分布范围不集中，猪粪pH波动最大(7.4~9.7)，而羊粪的pH偏高，极值为9.7，这种偏碱性的特征，可能对土壤的酸碱度产生一定影响，进而影响土壤微生物群落的活性以及植物对养分的吸收利用。结合重庆市部分相关研究文献进行对比分析后发现：本研究采样显示猪粪水分均值约30.4%，波动范围较窄（<5%）。2024年农业农村部对重庆市荣昌区8家生猪养殖场的采样显示，猪粪水分含量因处理工艺不同差异显著：采用“干清粪+沼气工程”的养殖场，猪粪水分均值约40%~55%；而“水泡粪”工艺的猪粪水分高达70%~80%REF_Ref18966\r\h[6]。3.1.2重金属分布不同种类畜禽粪便重金属含量特征：实验结果显示，调查区域的养殖场猪粪、牛粪和羊粪的重金属Cu、Zn总量的平均值分别为147.5、46.53、41.83mg/kg，畜禽粪便重金属含量整体含量猪粪>羊粪>牛粪，可能与猪饲料中高剂量硫酸铜添加剂使用直接相关。此外，猪粪铜含量差异较大，含量范围为90.4-204.5mg/kg，其变异系数为42.08%，猪粪锌含量极值达971.0mg/kg，远超牛粪和羊粪，说明猪粪锌污染风险较高；羊粪锌含量差异较大，含量范围为349.6-547.7mg/kg，变异系数为27.01%。由下图可知，不同区县同一畜禽的重金属含量之间也存在较大差异，猪粪中Cu和Zn含量均以Ⅲ-猪场（Cu=204.5mg/kg、Zn=971.0mg/kg）最高、牛粪中Cu和Zn含量分别以III-牛场和I-牛场最高，分别为34.4和257.4mg/kg，羊粪中Cu和Zn含量分别以II-羊场和III-羊场最高，分别为547.7和59.6mg/kg。不同区域间猪粪和鸡粪中重金属含量差异可能与集约化养殖场施用的饲料中微量元素添加剂的种类及含量不同有关REF_Ref19031\r\h[7]。3.1.3超标情况我国《有机肥料》行业标准（NY/T525-2012）对Cu和Zn无明确规定，为了直观地表达粪肥中Cu和Zn的超标情况，本研究参照了《畜禽粪便安全使用准则》(NY/T1334-2007)，堆肥中Zn的限量是500mg/kg，Cu的限量是250mg/kgREF_Ref19165\r\h[8]。按照该数值：本次研究取样的畜禽粪便中Cu的超标率为0，均满足旱地栽培要求，Zn的超标率分别为猪粪100%、羊粪33.3%，其余样本虽符合标准限量但含量都较大。在与同地区2016年研究数据REF_Ref12789\r\h[6]比对分析后发现重庆市养殖场粪肥重金属污染现象已得到较大改善。但若按照英国标准BSEN13432：2000（Cu限量50mg/kg、Zn限量150mg/kg）和德国腐熟堆肥标准（最高限量值分别为100、400和50mg/kg），Cu、Zn的超标率明显增加。可见，我国在养殖场粪肥重金属污染控制方面仍有较大完善空间REF_Ref9727\r\h[9]。3.1.4抗生素检测情况目前我国已有17种抗生素、抗氧化剂和激素类药物及11种抗菌剂作为兽药用于饲喂畜禽。最常用的兽药有抗生素类、驱虫药类、促生长素类、抗原虫药类、镇静剂类和抗球虫药等。动物用药后药以原形或代谢产物的形式随粪、尿等排泄物排出残留于环境中REF_Ref19429\r\h[10]。本研究对粪肥抗生素含量的测定如上表所示，所有样品中仅喹诺酮类抗生素有少量残留。而在2020年重庆市渝北区部分猪场调查研究结果中显示，粪便中的四环素类抗生素含量检出率最高为90%，抗生素含量均值为20.75mg/kg，可见养殖场抗生素使用过程越来越规范REF_Ref27317\r\h[11]。3.2相关性分析注：*表示p<0.05**表示p<0.01种子发芽指数与pH呈显著负相关（r=-0.678*）。推测在自然体系中，当pH值过高或过低时，会影响种子内部的生理生化反应。例如，过酸或过碱的环境可能会使种子的酶活性受到抑制，影响种子对养分的吸收和代谢，进而不利于种子发芽，导致种子发芽指数降低。水分与有机质的极显著正相关（r=0.817**），推测有机质丰富的环境往往能更好地保持水分。在畜禽粪便中，有机质含量高时，其多孔结构和亲水基团等能吸附更多水分。有机质与pH值的显著负相关（r=-0.746*），推测在自然体系中，有机质在微生物分解过程中会产生各种酸性代谢产物，比如有机酸等。随着有机质含量增加，这些酸性物质积累增多，会使体系的pH值下降。铜与锌的极显著正相关（r=0.833**），在畜禽粪便中，铜和锌可能具有相似的来源，比如饲料中添加的微量元素补充剂，会同时带入铜和锌，使得铜和锌的含量变化趋势相近。水分与喹诺酮（r=0.593）：虽未达显著性，但呈现负相关性，提示高湿度可能延缓喹诺酮的降解，从环境化学角度看，水分影响喹诺酮类物质在体系中的存在状态和迁移转化过程。水分含量高时会增加喹诺酮的溶解性，使其在体系中分布更均匀，减缓其降解速度，比如通过影响微生物活性和化学反应速率等途径，所以呈现一定正相关性，但还需进一步验证。铜-喹诺酮（r=0.342）与锌-喹诺酮（r=0.251）：相关性较弱，一方面，喹诺酮的代谢途径较为复杂，可能受到微生物、光照、温度等多种因素影响，而铜、锌对其影响相对较小。另一方面，检测方法的灵敏度可能不足，无法准确捕捉到铜、锌与喹诺酮之间细微的关联，导致呈现出较弱的相关性。3.3我国不同时期的畜禽粪便中重金属含量对比注：2009年数据来自于REF_Ref19994\r\h[13].2018年数据来自于REF_Ref20014\r\h[14]。上表分析可知，整体上Cu在猪类中控制效果显著，Zn在牛、羊类中普遍上升。其中：猪粪：Cu含量从2009年开始降幅显著，可能与饲料添加剂规范或处理技术改进相关；Zn含量虽从2009年持续增至2018年，但本研究结果较2018年下降，但仍高于2009年水平。在其他文献调研过程中发现猪粪中Zn含量在不同的时间段内也呈现出了显著性差异，即2016—2020年Zn含量平均值显著高于2000-2005年、2006-2010年72.2％、85.1％REF_Ref21304\r\h[15]。牛类：Zn含量持续激增，2018年至今增长125.6%。羊类：Cu含量2018年较2009年显著上升。经查阅得知2013年《饲料添加剂安全使用规范》明确限制了高铜添加剂（如硫酸铜）在猪饲料中的使用量（仔猪≤200mg/kg，育肥猪≤150mg/kg)，这直接导致猪粪Cu含量从2009年的501.04mg/kg骤降至如今的139.5mg/kg。这也表明了在控制粪肥重金属污染过程中政策执行力度与行业合规性提升是关键REF_Ref9672\r\h[17]。但Zn相关添加剂的使用可能未得到有效规范，需持续关注其含量变化对周边土壤、水体等生态环境可能带来的重金属富集风险，其将会影响土壤微生物活性、植物生长等生态过程。应借鉴控制Cu含量的成功经验，进一步完善饲料添加剂相关法规政策，明确Zn添加剂使用标准和范围，加强对饲料生产企业监管，确保规范生产。同时，加强养殖过程中粪便处理技术研发和应用，通过生物降解、堆肥处理等方式，降低粪便中Zn等重金属对环境的污染风险，实现畜牧业绿色可持续发展。3.4影响因素分析(1)饲料因素：铜、锌是维持动物代谢和生长所必需的微量元素，饲料中添加铜、锌等微量元素可提高动物采食量和饲料利用率。但是畜禽对微量元素利用率很低高铜饲料中90.0%以上的铜不能被机体吸收而随粪便排出。因此，畜禽粪便中重金属含量与饲料中重金属含量密切相关，特别是铜、锌这两种动物必需的微量元素。本试验中不同地区不同规模猪粪便中铜和锌的含量差异显著，可能是因为不同规模的养殖场在猪的不同阶段饲料添加情况不同导致。(2)养殖方式因素：高密度养殖模式下，畜禽生活空间狭小，易引发疾病，促使养殖户加大药物使用量来预防和控制疾病传播。而且，大量畜禽集中排放的粪便和污水中，药物和重金属含量相应增加，若处理不当，会导致污染在较小区域内高度集中，增加了对周边土壤、水体和空气的污染风险。因此在一些规模化猪场周边，土壤和水体中抗生素和重金属含量会明显高于其他区域REF_Ref27317\r\h[16]。(3)养殖废弃物处理方式因素：养殖废弃物的处理方式直接关系到药物和重金属是否会进入环境。部分养殖场采用简单的堆肥或直接排放方式处理畜禽粪便，这种方式无法有效去除粪便中的药物和重金属，导致它们在环境中持续存在并不断累积。3.5粪肥中重金属与抗生素的潜在风险规模化畜禽养殖发展迅速，其产生的粪便含大量重金属，如Cu、Zn等，可能会给生态环境和人类健康带来潜在风险。重金属对土壤的危害：长期使用重金属含量高的粪便施肥，将导致土壤中微量元素蓄积污染，从而对植物尤其是农作物产生毒害作用，并在农作物中蓄积间接危害人体健康。且粪肥中的重金属，会在土壤发生一系列生化反应，杀死土壤中的微生物，破坏土壤的生态系统。猪粪中Cu、Zn是影响土壤正常使用年限的主要因素。土壤重金属污染还会影响土壤微生物群落结构和土壤酶活性，进而干扰土壤生态系统的正常功能REF_Ref9672\r\h[17]。重金属对水体的污染：畜禽粪便中的重金属可随地表径流、淋溶等进入水体，造成水体污染。养殖场畜禽污水中抗生素普遍存在且难以去除，重金属也会随着畜禽污水进入养殖场周围的土壤和水体中，影响水质，破坏水生态平衡，对水生生物的生存和繁衍构成威胁REF_Ref20184\r\h[18]。重金属对农作物的影响：土壤中的重金属易被农作物吸收，导致农产品中重金属超标。粪便中过量的Zn会导致植物Zn中毒，抑制光合作用，造成植物失绿现象和生长障碍问题，最终甚至导致其死亡，并且通过食物链进入人体，危害人体健康。重金属对人体健康的威胁：人类食用含有超标重金属的农产品或饮用受污染的水，重金属会在人体内不断积累，引发慢性中毒、免疫力下降等问题，严重时还会增加细胞突变、癌变和畸形的风险。部分重金属还可能在人体中产生对多种抗生素免疫的“超级细菌”，威胁人类健康REF_Ref21421\r\h[19]。土壤中抗生素残留多与兽用抗生素有关，大部分兽用抗生素通过动物尿液和粪便排出进入土壤。抗生素会干扰土壤微生物正常生长和代谢，使微生物种群数量和多样性下降，比如降低土壤中分解者（如细菌、真菌等）的活性，影响土壤有机物分解和养分循环。土壤中抗生素残留会为抗生素耐药细菌（ARB）滋生创造条件，这些耐药菌可能通过食物链传递，将会威胁人类和动物健康REF_Ref9244\r\h[20]。3.第四章结论与建议4.1结论本研究针对重庆市规模化养殖场粪肥，系统调查了其中重金属和药物含量，得出以下结论：（1）畜禽粪便成分特征鲜明：不同畜禽粪便在水分、有机质和pH值上差异显著。水分含量猪粪最高，牛粪次之，羊粪最低但波动大；有机质含量猪粪最高，牛粪因饲料结构均值领先；pH值方面，羊粪偏碱性，猪粪波动剧烈。这些差异与畜禽饮食结构、代谢特点紧密相关，影响着粪肥后续处理与利用。（2）重金属污染状况复杂：猪粪中铜、锌含量远超牛粪和羊粪，部分样本严重超标。猪粪铜、锌超标率均达100%，羊粪锌超标率为33.3%。虽相较以往，重庆养殖场粪肥重金属污染有所改善，但对比国外严格标准，超标问题依旧突出，反映出我国在重金属污染控制标准和监管上存在提升空间。（3）抗生素残留趋于好转：仅喹诺酮类抗生素有少量残留，四环素类、磺胺类等均未检出，与过去研究相比，表明养殖场抗生素使用逐渐规范。但喹诺酮类残留仍可能带来潜在风险，需持续关注其在环境中的迁移转化及长期影响。4.2建议（1）强化饲料监管严格规范饲料生产标准，明确药物和重金属添加剂的使用种类、剂量及适用范围，加强对饲料生产企业的监管力度和执法力度，定期进行检查和抽检，严厉打击违规添加行为。建立健全饲料质量追溯体系，实现从原料采购到产品销售的全过程追溯，确保问题饲料可及时召回和处理。加强对养殖户的宣传教育，提高其对合理使用饲料重要性的认识，引导其选择正规、优质的饲料产品，避免盲目追求生长速度而过度使用添加剂。（2）优化养殖方式合理控制养殖密度，为畜禽提供适宜的生活空间，降低疾病发生几率，减少药物使用量。推广生态养殖模式，如种养结合、立体养殖等，通过生态系统的自我调节能力，实现资源的循环利用，降低养殖废弃物对环境的污染。加强养殖过程中的日常管理，做好畜禽舍的清洁、消毒工作，定期对畜禽进行健康检查，及时发现和处理疾病，减少不必要的药物使用。（3）加强废弃物处理加大对先进废弃物处理技术的研发和推广力度，如厌氧发酵、好氧堆肥、异位发酵床等，这些技术能够有效降解药物残留和降低重金属活性，以及10%木屑添加到畜禽粪便堆肥中时，能有效吸收钝化牛粪、猪粪中重金属Cu含量，吸收钝化牛粪、猪粪、鸡粪中重金属Zn含量，实现废弃物的无害化处理和资源化利用。建立完善的废弃物收集和处理体系，确保养殖场的粪便和污水能够得到及时、有效的处理，避免未经处理直接排放到环境中。鼓励养殖场与周边农户或企业合作，将处理后的废弃物作为有机肥料、能源等进行综合利用，提高资源利用率。

参考文献朱明芬，肖长峰，陆新章．饲料中重金属的危害及污染途径研究［J］.国外畜牧学(猪与禽)，2015，35(9)：61．许俊香，邹国元，孙钦平，等.畜禽粪便Cu、Zn含量特征研究[J].江苏农业科学，2024，52(11)：254-259.卓霞军.氟喹诺酮类药物的荧光分析以及在水环境中