Impact of heavy metals in animal husbandry on the agricultural land of Kin-Men Island in Taiwan

畜禽排泄物所製造的堆肥是一種良好的有機質材，而豬糞尿中除含有銅及鋅是動物及植物所需要的微量元素外，也同時具有改良土壤物理性、生物性與化學性的功能，如能充分利用，不但具有改善的功效並可節省化學肥料的開支。處理方式以資源再利用為最上策。但若堆肥中有過量的銅與鋅易蓄積於土壤中，將造成土壤及環境的污染。本研究以金門農地土壤為對象，由於受地理環境影響，造成金門的土質貧瘠，再加上年降雨量稀少，分佈不均，故本研究將探討其對土壤中重金屬之影響。 針對轄內疑似使用畜牧場污水做為肥料來源之農地進行採樣查證，以十一個畜牧場土壤為主要研究，除了土壤分析以外，另針對飼料、畜牧廢水、廢棄物(包括固液分離後污泥及豬糞尿)進行分析。採樣點佈點設計方式為：距每一公頃中心點5公尺範圍內，進行四周與中心點計5個採樣佈點之採樣工作，並混樣為1組樣品，代表本區域之調查結果。 研究結果顯示：土壤的飽和吸附量銅約為45 mg/kg、鋅約為100 mg/kg。低於食用作物農地之監測值(銅：120 mg/kg、鋅：260 mg/kg)。在廢棄物中銅最大濃度為100 mg/kg、鋅最大濃度為 200 mg/kg。符合有機質肥料容許標準(銅：100 mg/kg、鋅：800 mg/kg)。而飼料中銅鋅含量與廢棄物中銅鋅含量成正比。畜牧場之pH範圍為3.8~6.7，均大於金門縣政府於民國九十一年所執行之土壤肥力基本性質中pH值(2.69)。由此可知，施加豬糞堆肥有緩衝的作用，可使土壤pH回到微酸的環境下。施用豬糞堆肥可能造成土壤銅鋅的污染，土壤在使用上便受到限制。本研究之畜牧場中土壤重金屬含量均低於食用作物農地之監測基準值，表示出本研究中所有畜牧場之土壤只些微受到重金屬的污染。The compost of livestock excreta is a good organic material, and swine waste not only contains trace elements like copper and zinc to improve mechanical, biological and chemical qualities of soil, but also can save the cost of chemical fertilizer. It is the best treatment to recycle those swine waste as compost, but it may pollute soil and environment if the compost contains excess copper and zinc accumulating in soil. This study investigates the change of soil heavy metal effected by added swine waste compost in Kimen country, where has poor soil qualities and distributed unevenly rainfall. Sampling 11 farmland soils which added its own swine waste as fertilizer to analyze both soil quality, feed and wastes (included sludge and wastewater after solid-liquid separated).Sampling method was drawing one hectare as one unite and sampling soils of five spots with five meter range around the center of one unite, and mixing five samples to analysis. Analyzing results show that farmland soil samples' saturated adsorption of copper and zinc were 45 mg/kg and 100 mg/kg, which were lower than the monitor value of crop farms (copper:120 mg/kg, zinc: 260 mg/kg); maximum copper and zinc concentration of farmland wastes were 100 mg/kg and 200 mg/kg, which related to the copper and zinc contains within feeds, fit the tolerance standard of organic fertilizer (copper:100 mg/kg, zinc: 800 mg/kg). Among these sampling farmlands, soil pH value were from 3.8 to 6.7 all higher than soil fertility quality pH 2.69 requested by Kimen country in 2002, which showed adding swine waste into soil can buffer soil pH value. Adding swine waste may also polluted soil with heavy metal, soils in this study were lightly polluted although the heavy metal contains lower than monitor value of crop farm.目錄 中文摘要 i Abstract ii 目錄 iii 表目錄 v 圖目錄 vi 第一章 前言 1 1.1研究緣起 2 1.2研究目的 2 1.3研究內容 3 第二章 背景資料 4 2.1金門背景環境 4 2.2飼料添加物 7 2.2.1銅源 7 2.2.2鋅源 8 2.3豬糞尿處理與利用 12 2.3.1養豬廢水之特性 12 2.3.2豬糞尿之處理方法 13 2.3.3豬糞尿的利用 20 2.4養豬飼料成分探討 22 2.5土壤重金屬污染 24 2.5.1土壤重金屬污染來源 25 2.5.2重金屬在土壤中之形態 27 2.5.3重金屬的特性、用途及危害 28 2.5.4台灣地區重金屬污染監測基準及管制標準 32 2.5.5土壤重金屬污染整治 33 2.5.6堆肥中重金屬含量分佈 35 第三章 研究方法與設備37 3.1採樣點之篩選及佈點方式 37 3.2採樣分析作業 40 3.2.1農地土壤 40 3.2.2飼料 50 3.2.3廢棄物 50 3.2.4畜牧廢水 50 3.3分析結果處理 51 3.3.1土壤中各金屬元素 51 3.3.2飼料及廢棄物中各金屬元素 51 3.3.3畜牧廢水中各金屬元素 51 第四章 結果與討論 52 4.1飼料中重金屬 52 4.2廢棄物中重金屬 53 4.3飼料與廢棄物中重金屬之比較 56 4.4畜牧廢水中重金屬 60 4.5豬糞尿有機質材對農地土壤pH之影響 62 4.6土壤重金屬 64 4.6.1與背景值及法規值之比較 66 4.6.2與廢棄物中重金屬之比較 69 第五章結論與建議 73 5.1結論 73 5.2建議 74 參考文獻 75 附錄83 附錄一、土壤分析數據 84 附錄二、飼料分析數據 92 附錄三、廢棄物分析數據 94 附錄四、畜牧廢水分析數據 97 附錄五、背景土壤分析數據 100 表目錄 表2-1 金門縣各鄉鎮之土壤肥力基本性質概況 5 表2-2 各畜牧場之農田土地利用情形及其相關資料 6 表2-3 土壤酸鹼性之分級 6 表2-4 各國認可之礦物質添加物 10 表2-5 畜牧放流水各參數之數據 12 表2-6 豬糞尿廢水處理流程之操作與維護 19 表2-7 土壤重金屬污染來源業別及污染物質 27 表2-8 重金屬在土壤中之可能形態 32 表2-9 土壤重金屬污染物之監測項目及監測基準值 32 表2-10 土壤重金屬污染物之管制項目及管制標準值 33 表2-11 適用於重金屬污染之土壤復育技術 34 表2-12 國外土壤整治及復育案例彙整 35 表2-13 豬隻攝取飼料中微量元素及其後排出於糞尿中之含量 36 表3-1 各種不同採樣設計之應用目的 39 表3-2 土壤採樣所需的設備及工具 43 表3-3 土壤樣品前處理所需的工具及其用途 44 表3-4 土壤樣品前處理的步驟與操作說明 45 表4-1 各飼料廠牌中重金屬濃度及使用之畜牧場 53 表4-2 畜牧場中廢棄物重金屬濃度 54 表4-3 畜牧場中飼料及廢棄物重金屬濃度 57 表4-4 各畜牧場廢水中重金屬濃度 61 表4-5 各畜牧場中土壤pH值及反應 63 表4-6 各畜牧場中土壤中銅、鋅濃度 65 表4-7 畜牧場中土壤及廢棄物重金屬濃度 71 圖目錄 圖2-1 三段式豬糞尿廢水處理流程 13 圖2-2 袋狀醱酵槽 15 圖2-3 農田土壤污染經由含污染物灌溉用水傳播之途徑 26 圖3-1 畜牧場鄰近農地土壤調查主觀佈點方式 39 圖3-2 實心螺旋鑽(Auger)採樣器 41 圖3-3 土壤採樣流程圖 42 圖3-4 土壤重金屬分析流程圖 46 圖3-5 土壤含水量測定流程圖 48 圖3-6 土壤酸鹼值的測定流程圖 49 圖4-1 各飼料廠牌之銅、鋅濃度 53 圖4-2 廢棄物中銅濃度與有機質肥料容許標準比較 55 圖4-3 廢棄物中鋅濃度與有機質肥料容許標準比較 55 圖4-4 廢棄物中銅、鋅之濃度 56 圖4-5 飼料與廢棄物中銅之濃度 58 圖4-6 飼料與廢棄物中鋅之濃度 59 圖4-7 飼料與廢棄物中銅之關係 59 圖4-8 飼料與廢棄物中鋅之關係 60 圖4-9 畜牧場廢水中銅濃度與灌溉水質容許標準比較 61 圖4-10 畜牧場廢水中鋅濃度與灌溉水質容許標準比較 62 圖4-11 畜牧廢水中銅、鋅之濃度 62 圖4-12 土壤pH值 64 圖4-13 土壤中銅、鋅濃度 66 圖4-14 土壤中銅、鋅濃度之關係 66 圖4-15 土壤中銅與食用作物農地之法規值比較 67 圖4-16 土壤中鋅與食用作物農地之法規值比較 67 圖4-17 土壤中銅與背景值比較 68 圖4-18 土壤中鋅與背景值比較 68 圖4-19 土壤與廢棄物中銅之濃度 70 圖4-20 土壤與廢棄物中銅之關係 70 圖4-21 土壤與廢棄物中鋅之濃度 72 圖4-22 土壤與廢棄物中鋅之關係 7