江西省煙田肥料中重金屬含量分析與評價(jià)

魏益華，何俊海，馮小虎，王利兵，李琰琰，周瑤敏，袁麗娟，羅林廣*

江西省煙田肥料中重金屬含量分析與評價(jià)

魏益華1，何俊海1，馮小虎2，王利兵2，李琰琰2，周瑤敏1，袁麗娟1，羅林廣1*

（1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與標(biāo)準(zhǔn)研究所，南昌 330200；2.江西省煙草公司撫州市公司，江西 撫州344000）

為探明江西省煙田常用肥料中重金屬的質(zhì)量安全狀況，采集了鈣鎂磷肥、鎂肥、鉀肥、硼肥、有機(jī)肥、有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥和煙草專用肥樣品，通過ICP-MS法分析了樣品中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的含量，并使用內(nèi)梅羅指數(shù)法對其質(zhì)量進(jìn)行了評價(jià)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，江西省煙田肥料重金屬含量總體處于安全水平，但各類肥料中重金屬含量差異較大，鈣鎂磷肥、有機(jī)肥和有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥中重金屬含量較高，且鈣鎂磷肥中Cr和有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥中As存在超標(biāo)現(xiàn)象；鎂肥、鉀肥和硼肥中重金屬含量較低。方差分析顯示，鈣鎂磷肥中Cr和Ni、有機(jī)肥中Cd和Hg、有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥中Zn含量均顯著高于其他肥料。

江西；煙草；肥料；重金屬

重金屬是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的主要威脅之一。煙草是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，重金屬也是影響煙葉生長發(fā)育、品質(zhì)及其吸食安全性的重要因素［1-9］。農(nóng)產(chǎn)品安全性問題越來越受到重視，降低煙葉中重金屬含量和提高煙葉品質(zhì)一直是煙草行業(yè)研究的重點(diǎn)［10］。已有的研究表明，煙草制品中的重金屬主要來源于煙葉種植過程，煙草重金屬含量與土壤重金屬含量有著密切的聯(lián)系［11-12］。

肥料在增加作物產(chǎn)量、提高品質(zhì)和保證糧食安全方面起到了不可替代的作用，但同時不可避免地會將一些有毒有害物質(zhì)如重金屬帶入到土壤中[13-15]。肥料是農(nóng)田土壤外源重金屬進(jìn)入的主要來源之一[16]，而且長期施用較高重金屬含量的肥料勢必會影響植物的生長發(fā)育和品質(zhì)[17-19]。

到目前為止，我國已有諸多肥料中重金屬含量的研究報(bào)道[20-27]，但煙草肥料中重金屬研究報(bào)道較少[28-31]，且這些研究多數(shù)存在調(diào)查肥料種類和數(shù)量偏少，樣品缺乏代表性等問題。為了較好的反映我國南方煙田肥料中重金屬含量現(xiàn)狀，分析和評價(jià)了江西省煙田7種常用肥料：鈣鎂磷肥、硼肥、鉀肥、鎂肥、有機(jī)肥、復(fù)混肥和煙草專用肥中重金屬含量，為規(guī)范我國肥料生產(chǎn)、使用和標(biāo)準(zhǔn)的制定，指導(dǎo)煙田肥料科學(xué)合理施用以及土壤重金屬污染源頭控制都具有較大意義。

1 材料與方法

1.1 肥料樣品的采集

供試肥料樣品來自江西省煙草庫房，在2013年間采集了煙田常用肥料80個，其中鈣鎂磷肥7個，鎂肥（硫酸鎂）10個，鉀肥（硫酸鉀和硝酸鉀）16個、硼肥7個、有機(jī)肥13個、有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥10個和煙草專用肥17個，肥料生產(chǎn)廠家來自江西、湖南、湖北、福建、廣東、四川、安徽、遼寧、江蘇和上海等地方。樣品經(jīng)研磨并過0.18 mm孔徑篩后，密封于塑料自封袋備用。

1.2 樣品測定方法

稱量0.5 g左右（精確到0.0001 g）肥料樣品，加入4 m L濃硝酸和1 m L 過氧化氫后進(jìn)行微波消解。消解完畢后，將樣品溶液用超純水轉(zhuǎn)移至50 m L容量瓶中，加入1m L 0.5 mg/L Rh內(nèi)標(biāo)溶液，ICP-MS測定消解液中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 14.0進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié) 果

2.1 各類肥料中As含量分析

由表1看出，江西煙區(qū)調(diào)查肥料樣品中As含量總體較低，平均值為7.04±9.82 mg/kg，僅1.2%樣品超標(biāo)。方差分析顯示，有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥和鈣鎂磷肥中As含量顯著高于其他5種肥料。

2.2 各類肥料中Cd含量分析

由表2看出，江西煙區(qū)調(diào)查肥料樣品中Cd含量處于一個較低水平，平均值為0.26±0.42 mg/kg。方差分析顯示，有機(jī)肥中Cd含量顯著高于其他6種肥料，所有肥料中Cd含量均低于限量值，未存在超標(biāo)現(xiàn)象。

表1 各類肥料樣品中As含量Table 1 The content of As in different fertilizers

表2 各類肥料樣品中Cd含量Table 2 The content of Cd in different fertilizers

2.3 各類肥料中Cr含量分析

由表3看出，江西煙區(qū)調(diào)查肥料樣品中Cr含量平均值為43.86±99.80 mg/kg，僅1.2%樣品超標(biāo)。方差分析顯示，鈣鎂磷肥中Cr含量顯著高于其他6種肥料，且存在超標(biāo)現(xiàn)象。

2.4 各類肥料中Cu含量分析

由表4看出，江西煙區(qū)調(diào)查肥料樣品中Cu含量總體較低，平均值為19.42±31.02 mg/kg。方差分析顯示，鈣鎂磷肥中Cu含量顯著高于有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥、煙草專用肥、鉀肥、硼肥和鎂肥，但與有機(jī)肥中Cu含量無顯著差異。

2.5 各類肥料中Hg含量分析

由表5看出，江西煙區(qū)調(diào)查肥料樣品中Hg含量較低，平均值為0.12±0.14 mg/kg。方差分析顯示，有機(jī)肥中Hg含量顯著高于其他6種肥料，各類肥料中Hg含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于限量值，未存在超標(biāo)現(xiàn)象。

2.6 各類肥料中Ni含量分析

由表6看出，江西煙區(qū)調(diào)查肥料樣品中Ni含量平均值為76.84±193.05 mg/kg，不同肥料中Ni含量差異較大，部分鈣鎂磷肥中Ni含量高達(dá)幾千毫克每千克。方差分析顯示，鈣鎂磷肥中Ni含量顯著高于其他6種肥料。長期施用Ni含量高的肥料，必將給土壤帶來嚴(yán)重的Ni污染。由于我國肥料標(biāo)準(zhǔn)缺乏Ni的限量，故建議制定鈣鎂磷肥中Ni的限量標(biāo)準(zhǔn)，同時應(yīng)加強(qiáng)其監(jiān)管監(jiān)測工作。

表3 各類肥料樣品中Cr含量Table 3 The content of Cr in different fertilizers

表4 各類肥料樣品中Cu含量Table 4 The content of Cu in different fertilizers

表5 各類肥料樣品中Hg含量Table 5 The content of Hg in different fertilizers

表6 各類肥料樣品中Ni含量Table 6 The content of Ni in different fertilizers

2.7 各類肥料中Pb含量分析

由表7看出，江西煙區(qū)調(diào)查肥料樣品中Pb含量總體較低，平均值為5.77±7.25 mg/kg，所有肥料中Pb含量均未超標(biāo)。方差分析顯示，鈣鎂磷肥和有機(jī)肥中Pb含量顯著高于煙草專用肥、鉀肥、鎂肥和硼肥，但與有機(jī)肥和有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥中Pb含量差異不顯著。

2.8 各類肥料中Zn含量分析

由表8看出，江西煙區(qū)調(diào)查肥料樣品中Zn含量差異較大，平均值為234.00±460.89 mg/kg。方差分析顯示，有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥中Zn含量顯著高于其他6種肥料。

2.9 肥料重金屬污染程度評價(jià)

鈣鎂磷肥、鎂肥、鉀肥和硼肥參照《GB/T 23349—2009肥料中砷、鎘、鉛、鉻、汞生態(tài)指標(biāo)》；有機(jī)肥參照《NY 525—2012 有機(jī)肥料》；有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥參照《GB 18877—2009 有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥料》，鑒于煙草專用肥一般含有大量的氮磷鉀元素和有機(jī)質(zhì)，故煙草專用肥亦參照此標(biāo)準(zhǔn)，對各類肥料中重金屬的單項(xiàng)污染指數(shù)與綜合污染指數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

從表9可知，江西煙區(qū)調(diào)查肥料樣品重金屬單因子污染指數(shù)總體較低，處于0.024～0.141，屬于清潔水平。有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥As、有機(jī)肥Cd、Hg及Pb和鈣鎂磷肥Cr其單因子污染指數(shù)相對較高；江西煙區(qū)調(diào)查肥料樣品重金屬綜合污染指數(shù)平均值為0.109，范圍為0.005～0.411，各類肥料綜合污染指數(shù)高低順序依次為鈣鎂磷肥＞有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥＞有機(jī)肥＞鉀肥＞鎂肥≈硼肥。

表7 各類肥料樣品中Pb含量Table 7 The content of Pb in different fertilizers

表8 各類肥料樣品中Zn含量Table 8 The content of Zn in different fertilizers

表9 各類肥料單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)Table 9 The single and com prehensive pollution index of different fertilizers

3 討 論

生產(chǎn)肥料的原料是影響肥料中重金屬含量高低的主要因素。鈣鎂磷肥重金屬含量與磷礦及其來源密切相關(guān)，不同區(qū)域磷礦中重金屬的含量差異往往較大［35］。本調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國鈣鎂磷肥Cr、Cu、Ni和Pb含量較高，且存在Cr超標(biāo)現(xiàn)象。鑒于我國鈣鎂磷肥中較高的重金屬含量，應(yīng)該加強(qiáng)鈣鎂磷肥產(chǎn)品中重金屬監(jiān)管和監(jiān)測工作，從源頭上嚴(yán)格控制重金屬進(jìn)入土壤的數(shù)量，從而降低對土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。

有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥料通常以禽畜糞便、動植物殘?bào)w、供農(nóng)田施用的各種腐熟的城鎮(zhèn)生活垃圾等有機(jī)物料經(jīng)過發(fā)酵處理，添加無機(jī)肥料（氮、磷、鉀）制成的［36］。飼料中普遍大量添加Cu和Zn等微量元素，禽畜糞便中的重金屬含量通常較高［37］。復(fù)混肥中磷肥的混合亦會帶入部分重金屬［22］。本調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥中Zn含量高達(dá)幾千毫克每千克，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他肥料，可能與其生產(chǎn)工藝有關(guān)。

有機(jī)肥料的成分和來源復(fù)雜，國內(nèi)的商品有機(jī)肥料大多是畜禽糞便、農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物（如作物秸稈和餅粕等）、工業(yè)有機(jī)廢棄物（如糖醛渣、味精下腳料、造紙廢液提取物和污泥等）以及草（泥）炭、腐植酸風(fēng)化煤等單獨(dú)或混合發(fā)酵熟化后生成［38］。許多研究表明，長期使用家禽糞便［39-40］、豬糞［41］、牛糞［42］或者污泥［43］能夠使土壤表層的Cu和Zn含量明顯增加。本調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥中Cd和Hg含量為各類肥料中最高，且顯著高于其他肥料?？梢姡袡C(jī)肥料原料中這2種重金屬含量較高。鈣鎂磷肥是主要的重金屬元素?cái)y帶者，復(fù)混肥是Zn的主要攜帶者，有機(jī)肥是Cd和Hg的主要攜帶者，此結(jié)論與劉海偉等［29］調(diào)查的贛州煙田肥料的結(jié)論一致。

除江西省煙田鈣鎂磷肥中Cr、Cu和Zn含量（高達(dá)幾百甚至幾千毫克每千克）以及有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥中Zn含量較高之外，其他肥料中重金屬含量與以往文獻(xiàn)報(bào)道［20-21，24-25，31，44］中肥料重金屬含量基本相近。據(jù)資料顯示，江西省撫州煙區(qū)土壤樣品中Cu和Zn含量較高，其超標(biāo)率分別為1.7%和5.1%，其煙葉中Cr和Zn含量亦較高［2］，這可能與江西煙田常用肥料（鈣鎂磷肥、有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥）中相應(yīng)的重金屬元素含量較高有關(guān)。

雖然重金屬Cu、Zn和Ni是作物必需的微量營養(yǎng)元素，但長期施用仍會對土壤和農(nóng)作物質(zhì)量安全產(chǎn)生一定風(fēng)險(xiǎn)［45］。鑒于鈣鎂磷肥和有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥中上述元素含量較高，建議加強(qiáng)此2類肥料中Cu、Zn和Ni的監(jiān)管和監(jiān)測工作，并制定相應(yīng)地標(biāo)準(zhǔn)限量，防止其對土壤和農(nóng)產(chǎn)品構(gòu)成污染。

4 結(jié) 論

本研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，同一肥料中各種重金屬元素含量差異較大，同一種元素在不同肥料中亦差異較大。鈣鎂磷肥、有機(jī)肥和有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥中重金屬含量總體較高，個別鈣鎂磷肥Cr和有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥As樣品存在超標(biāo)現(xiàn)象；而鎂肥、鉀肥和硼肥中重金屬含量較低，其重金屬含量均未超標(biāo)。江西省煙區(qū)調(diào)查肥料樣品中重金屬污染均處于清潔水平，其單因子污染指數(shù)大小順序?yàn)锳s＞Cr＞Pb＞Cd＞Hg，綜合污染指數(shù)為鈣鎂磷肥＞有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥＞有機(jī)肥＞鉀肥＞鎂肥≈硼肥。

江西省煙田肥料中重金屬含量總體較低，但鈣鎂磷肥和復(fù)混肥中Cu、Zn和Ni含量較高。由于我國肥料缺乏上述3種元素的限量，為避免由于長期使用這些肥料而造成土壤和農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染，故建議制定肥料中上述3種元素的標(biāo)準(zhǔn)限量，并進(jìn)一步加強(qiáng)肥料中重金屬的監(jiān)管和監(jiān)測工作。同時，建議盡量少施用重金屬含量高的肥料，有利于減少煙葉對重金屬元素的累積。

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Ana lysis and Eva luation of Heavy Metal Contents in Tobacco Fertilizers of Jiangxi Province

WEI Yihua1， HE Junhai1， FENG Xiaohu2， WANG Libing2， LI Yanyan2， ZHOU Yaom in1，YUAN Lijuan1， LUO Linguang1*
（1. Institute for Quality & Safety and Standards of Agricultural Products， Jiangxi Academy of Agricultural Sciences，Nanchang 330200， China； 2. Fuzhou Tobacco Company of JiangxiProvince， Fuzhou， Jiangxi 344000， China）

In order to access the quality and safety of tobacco fertilizers commonly used in Jiangxi Province， calcium magnesium phosphate， magnesium fertilizer， potash fertilizer， boric fertilizer， organic fertilizer， organic-inorganic compound fertilizer and special tobacco fertilizer were collected and the contents of As， Cd， Cr， Cu， Hg， Ni， Pb and Zn in these fertilizers were determ ined by ICP-MS. The Nemerow index method was used to evaluated their quality. The results showed that the contents of heavy metals in tobacco fertilizers of Jiangxi Province were at a safe level， although the variation was large. Heavy metal contents in calcium magnesium phosphate， organic fertilizer and organic-inorganic compound fertilizer were relatively high in general， but Cr content in calcium magnesium phosphate and As content in organic-inorganic compound fertilizer exceeded the lim its. The contents of heavy metals in magnesium fertilizer， potashfertilizer， boric fertilizer， organic fertilizer were low. Analysis of variance revealed that there was significant difference among Cr and Ni concentrations in calcium magnesium phosphate， Cd and Hg concentrations in organic fertilizer， Zn concentrations in organic-inorganic com pound fertilizer w ith other fertilizers.

Jiangxi； tobacco； fertilizer； heavy metal

S572.06

1007-5119（2015）05-0026-07

10.13496/j.issn.1007-5119.2015.05.005

江西省煙草公司科技項(xiàng)目“撫州市無公害煙葉生產(chǎn)技術(shù)體系研究與示范”（201001017）

魏益華（1982-），碩士，助理研究員，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。E-mail：w eiyihua08@163.com。*通信作者，E-mail：luolinguang@126.com

2015-02-03

2015-04-08