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摘要：采用盆栽试验，选用熟化的发酵猪粪垫料及酒糟垫料作有机肥，研究白菜的产量变化及不同重金属在白菜中的累积情况，并对采收的白菜进行安全评价。结果显示，垫料作有机肥添加量较高时，对白菜出苗率与产量均有一定的影响；酒糟/木屑垫料作有机肥安全施用量约在5%～10%。墊料作有机肥时，白菜不同重金属元素铜（Cu）、锌（Zn）、砷（As）、铬（Cr）表现为随施肥量增加其含量增加，Cu、Zn、As、Cr含量均在安全标准要求之内。健康风险指数表明，猪发酵床垫料作有机肥时，铜、锌、砷、铬元素没有明确的安全问题。
关键词：白菜；猪发酵床垫料；重金属；安全性；产量；健康风险指数
中图分类号： S634.06文献标志码： A
文章编号：1002-1302（2016）12-0201-03
收稿日期：2015-11-12
基金项目：江苏省农业科技自主创新资金[编号：CX（12）1001]。
作者简介：李晟（1982—），女，江苏盐城人，助理研究员，主要从事畜禽粪便废弃物利用研究。Tel：（025）84390345；E-mail：jaslisheng@163.com。
通信作者：[JP2]张霞，博士，副研究员，主要从事饲草生理与畜禽粪便废弃物利用研究。Tel：（025）84390341；E-mail：583765990@qq.com。
随着畜牧业的不断发展，畜禽粪便环境污染问题日益突出，生态养殖模式应运而生。猪发酵床生态养殖技术提高了猪的生产性能、动物福利，增强了猪免疫机能[1-2]，并减少了传统养殖中水冲粪产生的对环境污染严重的大量污水，具有低排放低污染的优点，越来越受到人们的重视。发酵床养殖后的垫料内含有丰富的氮、磷、钾、有机质等营养成分[3-4]，是上好的有机肥原料。但随着畜禽养殖业的规模化、集约化发展，大量促进动物生长发育的饲料添加剂和预混剂被广泛使用，使得畜禽对微量重金属元素吸收利用率低，重金属元素大部分随畜禽粪便排出。在猪发酵床养殖模式下，猪的粪尿均排在垫料上，因此垫料内均含有一定量的重金属元素[3，5-7]，而且随着垫料使用时间延长，垫料内重金属含量有增加的趋势[5-6，8-9]。重金属元素具有难迁移、易富集、危害大等特点，熟化垫料作为有机肥应用，进入农田生态环境后，有可能存在一定的安全风险。白菜是人们日常摄食量较多的蔬菜，对重金属有较强的富集能力[10-12]。本研究选用饲养过2～3批猪的发酵床熟化垫料作为有机肥，以白菜为材料，研究垫料作有机肥利用时对白菜出苗、产量及白菜重金属积累的影响，并对白菜重金属残留量进行健康风险评价，从而为垫料有机肥资源化利用提供依据。
1材料与方法
1.1试验材料
本研究所用植物材料为白菜（Brassica chinensis L.），品种为热抗605，购自当地种子店。
供试土壤采自江苏省农业科学院畜牧研究所南京试验田0～20 cm的土层，土壤为低山丘陵黄棕壤，又称马肝土。
1.2试验设计
1.2.1试验1
试验所用垫料是以发酵猪粪为基质配以少量木屑的垫料（简称发酵猪粪垫料），饲养2批猪。试验共设4个处理，分别是垫料添加量为土壤质量的0%（对照组，不加垫料）、10%、25%、50%，每个处理3次重复，采用20 cm×30 cm的周转箱进行盆栽种植。2012年9月11日，土壤与垫料混匀后装盆，浇自来水至田间持水量的70%，平衡1周。于2012年9月18日播种，播种后10 d观测出苗情况，并定苗50株/盆。2012年10月24日收获。
1.2.2试验2
试验所用垫料是以酒糟-木屑（质量比60 ∶[KG-*3]40）为基质的垫料（简称酒糟垫料），饲养2批猪。试验共设6个处理，分别是垫料添加量为土壤质量的0%（对照组，不加垫料）、5%、10%、15%、20%、25%。每个处理3次重复。采用20 cm×30 cm的周转箱进行盆栽种植。于2012年12月18日土壤与垫料混匀后装盆，播种。于播种后10 d定苗至50株。2013年2月2日收获。
1.3测试方法
垫料锌（Zn）、铬（Cr）、铜（Cu）、砷（As）含量测定：采用硝酸-高氯酸（体积比4 ∶[KG-*3]1）在130～210 ℃条件下消煮，采用电感耦合等离子体（inductively coupled plasma，简称ICP）测定样品中全量Zn、Cr、Cu含量，As含量采用原子荧光分光光度计测定。数据分析采用SAS 8.1和Excel软件。
1.4健康风险评价
目前，国际上公认的主要毒性（安全性）指标为每日允许摄入量（acceptable daily intakes，简称ADI），是指人类每日摄入某物质直至终生而不产生可检测的对健康产生危害的量，按体质量计算，其单位可以表示为mg/（人·d）（平均60 kg体质量）。人们普遍采用联合国粮食与农业组织、世界卫生组织（FAO、WHO）的推荐值（表2）。相关公式：
[JZ]Qi=D·Ci/1 000；
[JZ]RI=Qi/ADI。
式中：Q为重金属的摄入量，mg/d；i为重金属的种类；D为每日白菜的食用量，g；C为白菜中重金属的浓度，mg/kg；RI为健康风险指数，若RI<1，则处于安全水平；若RI>1则存在健康风险，且数值越大，健康风险也越大[13-14]。
1.5评价标准
本研究参考的评价标准采用我国颁布和实施的食品中Cd、Pd、Cr限量标准（表3）。
2结果与分析
2.1不同垫料施用量白菜出苗率及产量
由表4可知，发酵猪粪垫料作有机肥时，随垫料施用量增加，白菜出苗率在一定范围内极显著降低，对照组及施用发酵猪粪垫料10%处理组出苗率极显著高于施用垫料25%、50% 2个处理组，施用发酵猪粪垫料10%不影响白菜出苗率。白菜产量随垫料施用量增加，在一定范围内极显著降低，对照白菜产量最高，其次为施用10%垫料处理。 由表5可知，酒糟垫料作有机肥时，垫料不同施用量之间白菜产量极显著差异（P<0.01），施用垫料处理白菜产量均高于对照组。随垫料施用量增加，白菜生物产量先增加后降低，垫料施用量5%、10%时产量最高。
2.2不同垫料施用量白菜重金屬含量
由表6可知，发酵猪粪垫料作有机肥时，白菜Zn含量随垫料用量增加在一定范围内极显著增加（P<0.01），Cr含量随垫料用量增加在一定范围内显著增加，Cu元素含量在各处理之间差异不显著，白菜内As、Pb、Cd 3种元素无检出。
由表7可知，白菜Zn与As含量随垫料施用量增加而增加，As的含量远低于国家规定标准0.5 mg/kg，Cu与Cr没有检测出。
2.3不同垫料施用量白菜食品安全性
中国营养学会建议每日进食蔬菜400 g，可得人体每天从白菜中可能摄取的重金属元素含量。由表8、表9可知，不同重金属元素每人每日可能摄入量ADI随垫料施用量增加而增加，发酵猪粪垫料和酒糟垫料作有机肥时，不同重金属元素每人每日可能摄入量ADI均小于联合国粮食与农业组织、世界卫生组织（FAO、WHO）的推荐值，而相比仅有Cr元素健康风险指数RI相对较高。
3结论与讨论
本研究分别选用发酵猪粪垫料及酒糟垫料为有机肥，以期研究不同原料的垫料在饲养2批猪后作有机肥在白菜上的应用效果。
3.1垫料有机肥对白菜出苗的影响
发酵猪粪垫料作为有机肥且施肥量25%及以上时，显著降低白菜的出苗率，表明猪发酵床垫料在饲养2批猪后作有机[CM（25]肥，施用量25%时影响白菜的出苗时间及出苗率，说明施[CM）]
用量为25%时即对白菜种子有一定的毒性。由于垫料施用量间隔相对较大，想要更详细地明确发酵猪粪垫料对白菜种子出苗毒性的影响，还须进一步研究。
3.2垫料有机肥对白菜产量的影响
酒糟垫料为有机肥时，随垫料施用量增加，白菜产量均表现为先增加后降低，说明垫料施用量高于一定量时将对白菜产量产生负影响，可能施用量超过一定量时垫料内的盐分对白菜苗引起的毒性使其产量下降。而发酵猪粪垫料为有机肥时，随垫料施用量增加白菜产量显著下降，说明发酵猪粪垫料饲养2批猪后对白菜产量的影响较大，由于猪粪含量较高对白菜产量的抑制作用较强，这可能与发酵猪粪垫料pH值电导率较高有一定关系，发酵猪粪垫料对白菜的离子毒性相对较大。因此，不同垫料原料与垫料施用量对白菜产量均有一定的影响，酒糟垫料作有机肥施用量约在5%～10%，发酵猪粪垫料使用量在本试验中低于10%。
3.3垫料有机肥对白菜重金属含量的影响
酒糟垫料作有机肥时，白菜不同重金属元素（Zn、Cu、Cr、As）均表现为随施肥量增加其含量增加的趋势，这与前人研究结果一致[10，20]。其中Cu、Zn含量国家已不设立最高含量标准，白菜内Cr元素含量均低于国家标准规定的0.5 mg/kg（新鲜叶菜），As含量远低于国家标准规定的0.5 mg/kg（新鲜叶菜）[19]。
3.4垫料有机肥对白菜ADI及RI的影响
由于测定结果的限制，本研究只对Zn、Cu、Cr、As 4种元素进行讨论，不对铅与镉进行讨论。由于人体每日接触的有毒物质不仅来源于食品，通过空气、饮水等也能摄入人体，因此总膳食中允许含量要低于每人每日可能摄入量。一般来说，通过食物摄入的有害物质占总摄入量的80%～85%。发酵猪粪垫料或者酒糟垫料作有机肥时，不同重金属元素每人每日可能摄入量均小于联合国粮食与农业组织、世界卫生组织（FAO、WHO）的推荐值，以及小于80% ADI值。研究表明，长期施污泥有机肥的白菜重金属残留量及其每人每日可能摄入量均随施肥量及施肥次数增加而呈不断增多的趋势[10]。作为生物体必需的营养元素，适量的锌、铜对人和动物都是有益的，过量时却会对生物的生长带来危害[16，21]。但2007年中国总膳食研究评估膳食锌、铜的摄入量发现，我国居民膳食铜的摄入量充足，锌的摄入不足，且铜、锌的摄入量均低于安全限量标准，认为不存在铜、锌的食用安全性问题，已废除标准GB 13106—1991《食品中锌限量卫生标准》与GB 15199—1994《食品中铜限量卫生标准》[19]。尽管垫料内铜、锌含量相对较高[5-6]，本研究显示，施用猪发酵床垫料作有机肥时不会产生铜、锌元素的安全问题。而对砷的研究表明，发酵猪粪与酒糟垫料作有机肥时其ADI与RI也很低，说明施用猪发酵床垫料作有机肥时也不会产生砷元素的安全问题。尽管施垫料量在25%、50%时，铬元素的健康风险指数RI相对稍高，但是在实际生产中有机肥施用量均低于25%，按照本试验结果施用垫料为土壤质量的5%～10%计算，在实际生产中也属于较高的水平，因此实际生产中施用垫料有机肥铬元素的健康风险指数也是较低的，是相对安全的。
[HS2][HT8.5H]参考文献：[HT8.SS]
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[4]张霞，顾洪如，杨杰，等. 猪发酵床垫料中氮、磷、重金属元素含量[J]. 江苏农业学报，2011，27（6）：1414-1415.
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关键词：白菜；猪发酵床垫料；重金属；安全性；产量；健康风险指数
中图分类号： S634.06文献标志码： A
文章编号：1002-1302（2016）12-0201-03
收稿日期：2015-11-12
基金项目：江苏省农业科技自主创新资金[编号：CX（12）1001]。
作者简介：李晟（1982—），女，江苏盐城人，助理研究员，主要从事畜禽粪便废弃物利用研究。Tel：（025）84390345；E-mail：jaslisheng@163.com。
通信作者：[JP2]张霞，博士，副研究员，主要从事饲草生理与畜禽粪便废弃物利用研究。Tel：（025）84390341；E-mail：583765990@qq.com。
随着畜牧业的不断发展，畜禽粪便环境污染问题日益突出，生态养殖模式应运而生。猪发酵床生态养殖技术提高了猪的生产性能、动物福利，增强了猪免疫机能[1-2]，并减少了传统养殖中水冲粪产生的对环境污染严重的大量污水，具有低排放低污染的优点，越来越受到人们的重视。发酵床养殖后的垫料内含有丰富的氮、磷、钾、有机质等营养成分[3-4]，是上好的有机肥原料。但随着畜禽养殖业的规模化、集约化发展，大量促进动物生长发育的饲料添加剂和预混剂被广泛使用，使得畜禽对微量重金属元素吸收利用率低，重金属元素大部分随畜禽粪便排出。在猪发酵床养殖模式下，猪的粪尿均排在垫料上，因此垫料内均含有一定量的重金属元素[3，5-7]，而且随着垫料使用时间延长，垫料内重金属含量有增加的趋势[5-6，8-9]。重金属元素具有难迁移、易富集、危害大等特点，熟化垫料作为有机肥应用，进入农田生态环境后，有可能存在一定的安全风险。白菜是人们日常摄食量较多的蔬菜，对重金属有较强的富集能力[10-12]。本研究选用饲养过2～3批猪的发酵床熟化垫料作为有机肥，以白菜为材料，研究垫料作有机肥利用时对白菜出苗、产量及白菜重金属积累的影响，并对白菜重金属残留量进行健康风险评价，从而为垫料有机肥资源化利用提供依据。
1材料与方法
1.1试验材料
本研究所用植物材料为白菜（Brassica chinensis L.），品种为热抗605，购自当地种子店。
供试土壤采自江苏省农业科学院畜牧研究所南京试验田0～20 cm的土层，土壤为低山丘陵黄棕壤，又称马肝土。
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1.2.1试验1
试验所用垫料是以发酵猪粪为基质配以少量木屑的垫料（简称发酵猪粪垫料），饲养2批猪。试验共设4个处理，分别是垫料添加量为土壤质量的0%（对照组，不加垫料）、10%、25%、50%，每个处理3次重复，采用20 cm×30 cm的周转箱进行盆栽种植。2012年9月11日，土壤与垫料混匀后装盆，浇自来水至田间持水量的70%，平衡1周。于2012年9月18日播种，播种后10 d观测出苗情况，并定苗50株/盆。2012年10月24日收获。
1.2.2试验2
试验所用垫料是以酒糟-木屑（质量比60 ∶[KG-*3]40）为基质的垫料（简称酒糟垫料），饲养2批猪。试验共设6个处理，分别是垫料添加量为土壤质量的0%（对照组，不加垫料）、5%、10%、15%、20%、25%。每个处理3次重复。采用20 cm×30 cm的周转箱进行盆栽种植。于2012年12月18日土壤与垫料混匀后装盆，播种。于播种后10 d定苗至50株。2013年2月2日收获。
1.3测试方法
垫料锌（Zn）、铬（Cr）、铜（Cu）、砷（As）含量测定：采用硝酸-高氯酸（体积比4 ∶[KG-*3]1）在130～210 ℃条件下消煮，采用电感耦合等离子体（inductively coupled plasma，简称ICP）测定样品中全量Zn、Cr、Cu含量，As含量采用原子荧光分光光度计测定。数据分析采用SAS 8.1和Excel软件。
1.4健康风险评价
目前，国际上公认的主要毒性（安全性）指标为每日允许摄入量（acceptable daily intakes，简称ADI），是指人类每日摄入某物质直至终生而不产生可检测的对健康产生危害的量，按体质量计算，其单位可以表示为mg/（人·d）（平均60 kg体质量）。人们普遍采用联合国粮食与农业组织、世界卫生组织（FAO、WHO）的推荐值（表2）。相关公式：
[JZ]Qi=D·Ci/1 000；
[JZ]RI=Qi/ADI。
式中：Q为重金属的摄入量，mg/d；i为重金属的种类；D为每日白菜的食用量，g；C为白菜中重金属的浓度，mg/kg；RI为健康风险指数，若RI<1，则处于安全水平；若RI>1则存在健康风险，且数值越大，健康风险也越大[13-14]。
1.5评价标准
本研究参考的评价标准采用我国颁布和实施的食品中Cd、Pd、Cr限量标准（表3）。
2结果与分析
2.1不同垫料施用量白菜出苗率及产量
由表4可知，发酵猪粪垫料作有机肥时，随垫料施用量增加，白菜出苗率在一定范围内极显著降低，对照组及施用发酵猪粪垫料10%处理组出苗率极显著高于施用垫料25%、50% 2个处理组，施用发酵猪粪垫料10%不影响白菜出苗率。白菜产量随垫料施用量增加，在一定范围内极显著降低，对照白菜产量最高，其次为施用10%垫料处理。 由表5可知，酒糟垫料作有机肥时，垫料不同施用量之间白菜产量极显著差异（P<0.01），施用垫料处理白菜产量均高于对照组。随垫料施用量增加，白菜生物产量先增加后降低，垫料施用量5%、10%时产量最高。
2.2不同垫料施用量白菜重金屬含量
由表6可知，发酵猪粪垫料作有机肥时，白菜Zn含量随垫料用量增加在一定范围内极显著增加（P<0.01），Cr含量随垫料用量增加在一定范围内显著增加，Cu元素含量在各处理之间差异不显著，白菜内As、Pb、Cd 3种元素无检出。
由表7可知，白菜Zn与As含量随垫料施用量增加而增加，As的含量远低于国家规定标准0.5 mg/kg，Cu与Cr没有检测出。
2.3不同垫料施用量白菜食品安全性
中国营养学会建议每日进食蔬菜400 g，可得人体每天从白菜中可能摄取的重金属元素含量。由表8、表9可知，不同重金属元素每人每日可能摄入量ADI随垫料施用量增加而增加，发酵猪粪垫料和酒糟垫料作有机肥时，不同重金属元素每人每日可能摄入量ADI均小于联合国粮食与农业组织、世界卫生组织（FAO、WHO）的推荐值，而相比仅有Cr元素健康风险指数RI相对较高。
3结论与讨论
本研究分别选用发酵猪粪垫料及酒糟垫料为有机肥，以期研究不同原料的垫料在饲养2批猪后作有机肥在白菜上的应用效果。
3.1垫料有机肥对白菜出苗的影响
发酵猪粪垫料作为有机肥且施肥量25%及以上时，显著降低白菜的出苗率，表明猪发酵床垫料在饲养2批猪后作有机[CM（25]肥，施用量25%时影响白菜的出苗时间及出苗率，说明施[CM）]
用量为25%时即对白菜种子有一定的毒性。由于垫料施用量间隔相对较大，想要更详细地明确发酵猪粪垫料对白菜种子出苗毒性的影响，还须进一步研究。
3.2垫料有机肥对白菜产量的影响
酒糟垫料为有机肥时，随垫料施用量增加，白菜产量均表现为先增加后降低，说明垫料施用量高于一定量时将对白菜产量产生负影响，可能施用量超过一定量时垫料内的盐分对白菜苗引起的毒性使其产量下降。而发酵猪粪垫料为有机肥时，随垫料施用量增加白菜产量显著下降，说明发酵猪粪垫料饲养2批猪后对白菜产量的影响较大，由于猪粪含量较高对白菜产量的抑制作用较强，这可能与发酵猪粪垫料pH值电导率较高有一定关系，发酵猪粪垫料对白菜的离子毒性相对较大。因此，不同垫料原料与垫料施用量对白菜产量均有一定的影响，酒糟垫料作有机肥施用量约在5%～10%，发酵猪粪垫料使用量在本试验中低于10%。
3.3垫料有机肥对白菜重金属含量的影响
酒糟垫料作有机肥时，白菜不同重金属元素（Zn、Cu、Cr、As）均表现为随施肥量增加其含量增加的趋势，这与前人研究结果一致[10，20]。其中Cu、Zn含量国家已不设立最高含量标准，白菜内Cr元素含量均低于国家标准规定的0.5 mg/kg（新鲜叶菜），As含量远低于国家标准规定的0.5 mg/kg（新鲜叶菜）[19]。
3.4垫料有机肥对白菜ADI及RI的影响
由于测定结果的限制，本研究只对Zn、Cu、Cr、As 4种元素进行讨论，不对铅与镉进行讨论。由于人体每日接触的有毒物质不仅来源于食品，通过空气、饮水等也能摄入人体，因此总膳食中允许含量要低于每人每日可能摄入量。一般来说，通过食物摄入的有害物质占总摄入量的80%～85%。发酵猪粪垫料或者酒糟垫料作有机肥时，不同重金属元素每人每日可能摄入量均小于联合国粮食与农业组织、世界卫生组织（FAO、WHO）的推荐值，以及小于80% ADI值。研究表明，长期施污泥有机肥的白菜重金属残留量及其每人每日可能摄入量均随施肥量及施肥次数增加而呈不断增多的趋势[10]。作为生物体必需的营养元素，适量的锌、铜对人和动物都是有益的，过量时却会对生物的生长带来危害[16，21]。但2007年中国总膳食研究评估膳食锌、铜的摄入量发现，我国居民膳食铜的摄入量充足，锌的摄入不足，且铜、锌的摄入量均低于安全限量标准，认为不存在铜、锌的食用安全性问题，已废除标准GB 13106—1991《食品中锌限量卫生标准》与GB 15199—1994《食品中铜限量卫生标准》[19]。尽管垫料内铜、锌含量相对较高[5-6]，本研究显示，施用猪发酵床垫料作有机肥时不会产生铜、锌元素的安全问题。而对砷的研究表明，发酵猪粪与酒糟垫料作有机肥时其ADI与RI也很低，说明施用猪发酵床垫料作有机肥时也不会产生砷元素的安全问题。尽管施垫料量在25%、50%时，铬元素的健康风险指数RI相对稍高，但是在实际生产中有机肥施用量均低于25%，按照本试验结果施用垫料为土壤质量的5%～10%计算，在实际生产中也属于较高的水平，因此实际生产中施用垫料有机肥铬元素的健康风险指数也是较低的，是相对安全的。
[HS2][HT8.5H]参考文献：[HT8.SS]
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