猪粪与农田土壤中重金属累积污染有关？

3讨论

3.1猪粪及农田土壤中重金属超标率及含量分布

从结果中看到，猪粪中Cu、Zn超标率极高，这是因为在猪的饲粮中添加高Cu和高Zn可以促进猪的生长，故而在饲料中添加剂量较高，可达到250mg/kg。而在饲料中多以CuSO4˙5H2O、ZnSO4˙2H2O和ZnSO4˙7H2O等无机物的形式添加，其生物学效价低于金属螯合物的有机添加形式。有机金属添加形式在较低添加量时可以达到在无机矿物添加剂在高剂量时才能达到的生物效果，改用有机金属添加可以降低粪污中金属元素的排出及对环境的污染。

在饲料中添加蛋氨酸铬对猪的生长育肥具有促进作用，但在试验中只添加200μg/kg即可达到很好的效果，其添加量只有有机肥限值的千分之一左右，饲料卫生标准的百分之二，远低于限值，故而在猪粪中没有超标。

其余如As、Hg、Cd，虽然有超标，但是这3种元素对猪的生产性能没有促进作用，反而有很强的毒性，在有机肥的标准中As、Hg、Cd的限值低于其他元素，同时在饲料安全卫生标准中对这3种重金属的限值也很低，Pb、Ni元素也同上述3种重金属类似。

而在农田土壤中，超标率最高的元素是Cd，接下来是Cr和Cu元素。除去Cd、Cr、Cu，剩下的重金属超标率均低于10%，甚至Zn的超标率只有2.94%。土壤中的重金属可以通过食物链进入人体累积，并最终影响人体健康。

从单项污染指数可以看出，在猪粪中，Cu、Zn显著高于其他6种金属;在土壤中则是Cd远高于其他7种，说明猪粪和土壤污染的主要贡献金属不同。且猪粪的Nemerow综合污染指数高于土壤，说明在施用有机肥的情况下猪粪中污染最重要的Cu、Zn并没有大量地累积在土壤中。且从二者的Nemerow综合污染指数就可以看出，土壤污染较猪粪轻。

3.2猪粪及农田土壤中重金属含量的相关性

猪粪中的重金属主要由其饲粮带来，Cr可以增强胰岛素在体内的生理功能，进而提高动物的生长、繁殖性能;Cu、Zn的添加也可以提高动物的生长性能。在畜牧生产中，Cu、Zn、Cr除去饲料原料，如谷物、饲草等所带来的之外，还由畜牧生产者额外添加矿物原料，导致在猪粪中Cu、Zn过高的超标率。

Cr为土壤中超标率排在第二的重金属，Cr与猪粪中较多重金属元素存在显著正相关，可以发现土壤中的Cr元素与猪粪中的Cr、Zn和Cd具有显著正相关。可以认为土壤中的Cr、Zn在很大程度上由猪粪带来。

农田中超标率最高的元素为Cd，其与猪粪中的其他任何一种重金属元素都没有显著相关，与猪粪中的Cd元素更是呈负相关。金属Cd具有较大的动物毒性，在动物生产当中并无积极作用，故而土壤中的金属Cd不是由施用动物粪便的有机肥所导致。

金属Cd较多地应用在电子制造行业中，如镉镍电池、镉镀层、颜料等，故土壤中的金属Cd有很大可能是灌溉水被污染所导致。土壤中Cu的超标率也较高，且在猪粪中Cu的超标率为100%，可以推测在生产中Cu的添加量极高;相关分析中，土壤和猪粪中Cu并无显著相关，只有较小的相关性，由此推测土壤Cu在一定程度上是由猪粪所带来，但并不是主要因素。

土壤与猪粪中相对应重金属有显著正相关关系的为Hg、Cr、Pb，说明土壤中这些重金属在很大程度上是由猪粪所带来。

3.3猪粪及农田土壤中重金属主成分分析及标志性重金属的筛选

从图3可以看出，8种重金属分成两个主成分，与第一主成分相关性较大的为Ni、Pb、Cr、Hg、Cu、Zn，第二主成分为As、Cd。第一主成分主要由工业废弃物的重金属和粪便中的重金属所组成，第二主成分主要由工业废水中的重金属组成。其中Ni、Pb、Cr、Hg聚在一起，Cu、Zn聚在一起，二者在第一主成分上呈负相关。在相关分析中，Hg、Cr、Pb与对应的重金属呈显著正相关，Ni元素由于数据问题，无法检测相关性。As、Cd在主成分分析的变量投影重要性较低，在主成分分析中忽略。

将主成分分析与相关分析结合起来可以看出，Cu、Zn在一定程度上来源于猪粪，通过施用有机肥累积在农田土壤中。土壤中的Pb、Cr、Hg与饲料中相应的Pb、Cr、Hg具有显著正相关，说明有机肥中的Pb、Cr、Hg在土壤中累积，会提高土壤中相应的浓度。建议在畜牧生产中降低Cu、Zn、Cr的添加量，或者在饲料中的添加改为有机螯合物的添加形式，可以提高动物对金属元素的利用率。并且在畜牧生产中严格控制饲料原料的Pb、Hg含量，防止在粪便有机肥中的累积。

Ni由于数据缺失原因，无法进行相关性分析。在主成分分析中，Ni的VIP值较高，说明Ni的浓度也可以较好地解释土壤和粪便中重金属的变异。这个结果与王飞等在2013年的结果不同，他们的分析中，以Cr元素为最大。这可能与其分析中纳入了其他动物粪便有关。

从上述分析可以看出，土壤中重金属超标率最高的是Cd，并且不是来源于粪便有机肥，而是由工业废弃物通过污水灌溉所致。

4结论

土壤Pb、Cr、Hg与猪粪有机肥中相应重金属显著相关，而Ni因为数据原因无法进行相关分析。但Pb、Ni是重金属污染中标志性重金属。

土壤Cu、Zn与猪粪有机肥中的Cu、Zn相关性不大，但猪粪有机肥中的Cu、Zn对土壤重金属中Cu、Zn累积具有一定的作用。

延伸阅读：

中国铬渣污染场地土壤污染特征

工业污染场地土壤修复技术研究

化学淋洗修复重金属污染土壤研究进展