中藥渣有機肥中重金屬元素Pb、Cd、Cr的評價

金茜令狐 金卿 張波 趙久倫 羅稼戟 周開方

摘 要：目的：了解中藥渣有機肥中重金屬元素Pb、Cd、Cr的含量。方法：用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀檢測，并與污泥有機肥進(jìn)行比較。結(jié)果：用中藥渣制備的有機肥中Pb、Cd、Cr單項污染指數(shù)很低，且綜合污染指數(shù)也僅為0.061，但用污泥制備的有機肥中Cr的單項污染指數(shù)為1.27，偏高，而綜合污染指數(shù)也大于1.00，為輕度污染。結(jié)論：中藥渣有機肥中Pb、Cd、Cr含量符合NY 525-2012標(biāo)準(zhǔn)要求，但污泥有機肥中Pb、Cd、Cr含量較高，Cr超標(biāo)1.27倍，存在安全隱患。

關(guān)鍵詞：重金屬;中藥渣;有機肥;污染指數(shù)

隨著我國中醫(yī)藥事業(yè)的發(fā)展，中草藥生產(chǎn)、加工過程中產(chǎn)生的中藥渣廢棄物成為亟待解決的問題[1]，中藥渣中常含有一定量的活性成分和大量的粗纖維、粗蛋白、粗多糖及無機營養(yǎng)成分等[2]。中藥渣經(jīng)生物活化后每噸含氮、磷、鉀、有機質(zhì)（干基計算）分別為 3%、1.5%、2.3%和 55%，是制備中藥渣有機肥的重要原材料[3]。同時，采收了食用菌后的菌渣中含有豐富的蛋白質(zhì)、纖維素、酶、氮、磷、鉀等，也是制備有機肥的原材料或輔料[4]，研究表明，利用菌渣發(fā)酵后制成有機肥進(jìn)行小白菜試驗，菌渣有機肥有助于改善小白菜的生物學(xué)性狀，使小白菜增產(chǎn)，營養(yǎng)品質(zhì)得到顯著改善[5]。朱小平等[6]用微生物加菌渣施于辣椒和菠菜上，增產(chǎn)效果顯著。王德漢等[7]研究發(fā)現(xiàn)，菌渣有機肥對濃度為50mg/kg的DCP去除率可達(dá)97.87%。劉寶勇等[8]用食用菌菌渣對礦區(qū)復(fù)墾土壤進(jìn)行改良，使土壤中有機質(zhì)含量、微生物數(shù)量和肥力增加了。因此，中藥渣、菌渣等是生產(chǎn)有機肥良好的原料。

自制中藥渣有機肥是指利用制藥廠排放的廢棄混合中藥渣，添加一定比例的食用菌菌渣、農(nóng)作物秸稈及酒糟等，經(jīng)好氧微生物高溫發(fā)酵、腐熟等生產(chǎn)工藝制成的有機物料。中藥渣有機肥含有大量的有機質(zhì)、微量元素及營養(yǎng)元素等，既能改善土壤質(zhì)地、增肥增效，又能減少中藥渣、菌渣等焚燒、填埋、堆積等引起的資源浪費和環(huán)境污染，因此，有機肥將是未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的主要趨勢。

重金屬是一類典型的累積性污染物，在環(huán)境中難以降解;重金屬不僅改變土壤性質(zhì)、毒害植物、影響作物生長，還使農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降，并通過食物鏈傳遞、富集，最終危害人類健康[9]。土壤重金屬污染渠道很多，其中有機肥重金屬含量超標(biāo)，或長期使用含量較高的有機肥是土壤污染的一個重要因素。所以，有機肥重金屬的質(zhì)量安全等問題越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的重視[10-11]，田野等[12]報道了利用動植物糞便和污泥制備的生物有機肥料重金屬污染相對嚴(yán)重，因此，有必要對自制的中藥渣有機肥中重金屬含量進(jìn)行測定和評價。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

儀器：6200型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP—OES），美國ThermoFisher公司;ZK—82B型真空干燥箱，上海市實驗儀器總廠;SHIMADZU—AUX220型電子天平，日本島津。所用儀器均用稀酸處理過，防重金屬污染。

試劑：成都試劑廠生產(chǎn)的HNO3（GR）、HClO4（AR）;1 000μg/mL Pb、Cd、Cr標(biāo)準(zhǔn)溶液，使用時逐級稀釋;所用蒸餾水為超純水。

1.2 儀器參數(shù)

按儀器使用說明打開儀器，持續(xù)通入氬氣2h，預(yù)熱。其最佳工作參數(shù)設(shè)置為RF功率1 150W、泵速45r/min、輔助氣流量0.5L/min、霧化氣體流量0.3～0.2L/min，沖洗30s后，用標(biāo)準(zhǔn)溶液對儀器進(jìn)行工作條件的優(yōu)化，并進(jìn)行樣品檢測。

1.3 供試樣品及評價標(biāo)準(zhǔn)

有機肥：供試樣品為自制中藥渣有機肥及某公司生產(chǎn)的有機肥，散裝產(chǎn)品按照GB/T 6679規(guī)定進(jìn)行取樣。將選取的樣品迅速混勻，用四分法將樣品縮分到1 000g，分裝于3個干凈的廣口瓶中，密封、貼上標(biāo)簽，注明產(chǎn)品名稱、取樣日期、取樣人姓名，一瓶供物理分析、一瓶風(fēng)干、一瓶保存以備查用。將縮分好的有機肥樣品粉碎，過100目篩，用于金屬元素的測定。輔料：菌渣：食用菌采摘后剩下的培養(yǎng)基，常作為廢棄物扔掉;酒糟：釀酒中產(chǎn)生的廢棄物，在有機肥制備中添加的輔料;農(nóng)作物秸稈。污泥有機肥：某公司利用城市污水處理廠產(chǎn)生的廢棄物（含有大量的有機物）以及酒糟、秸稈等發(fā)酵制成的有機肥。有機肥樣品中重金屬含量判定依據(jù)：NY 525—2012[13]，但NY 525—2012中對重金屬的檢測沒有具體的方法和標(biāo)準(zhǔn)，但可參照GB 8172—87[14]進(jìn)行測定（表1）。

1.4 評價標(biāo)準(zhǔn)及方法

單因子污染指數(shù)法：Pi=Ci/Si（1）

式（1）中，Pi為環(huán)境中污染物i的單項污染指數(shù);Ci為環(huán)境中污染物i的實測數(shù)據(jù);Si為污染物的評價標(biāo)準(zhǔn);當(dāng)Pi≤1，表示未被污染;Pi>1時，表示為污染，且Pi值越大，污染越嚴(yán)重。

綜合污染指數(shù)法：P=（maxPi）2+（i）22（2）

式（2）中，P為土壤中重金屬元素綜合累積（復(fù)合）污染指數(shù);maxPi為重金屬元素中最大的單項污染指數(shù)值;i為重金屬元素單項污染指數(shù)的平均值。綜合污染指數(shù)法不僅考慮了各種污染物的平均污染狀況，而且考慮了污染程度最嚴(yán)重的污染物的權(quán)重，能較全面地反映出土壤等受污染的真實狀況。當(dāng)綜合污染指數(shù)P≤0.7，安全;0.73.0，重度污染。

2 結(jié)果與分析

2.1 元素回歸方程及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差

據(jù)試驗要求，在儀器工作條件下，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，求出相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。由表2可知，在該儀器工作條件下，各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線線性良好，且%RSD也很?。ㄐ∮?%），符合質(zhì)量控制要求。

2.2 有機肥及輔料中Pb、Cd、Cr含量測定

據(jù)試驗要求，在儀器工作條件下測定了中藥渣有機肥、污泥制備的有機肥及輔料中Pb、Cd、Cr的含量。由表3可知，不同原料、輔料及有機肥中重金屬元素Pb、Cd、Cr含量不同，中藥渣有機肥中重金屬元素Pb、Cd、Cr含量遠(yuǎn)小于污泥有機肥中的含量，含量最高的是Cr、最低的是Cd，其含量順序為Cr>Pb>Cd;同時，原料中重金屬Pb、Cd、Cr含量不同，原料中Pb含量為污泥>中藥渣>菌渣>酒糟，原料中Cd含量為污泥>中藥渣>菌渣>酒糟，原料中Cr含量為污泥>菌渣>中藥渣>酒糟。

2.3 不同有機肥及原料中重金屬含量分析

從表3可以看出，污泥有機肥中Pb含量較高，為25.05mg/kg，中藥渣有機肥中Pb 含量較低，為3.855mg/kg，其Pb含量低于污泥有機肥的6.5 倍;污泥有機肥中Cd含量為1.719mg/kg，中藥渣有機肥中Cd含量較低，為0.120 1mg/kg，其含量低于污泥有機肥Cd的14.3倍;污泥有機肥中Cr含量最高，為380.9mg/kg，而中藥渣有機肥中Cr含量很低，為21.58mg/kg，其含量低于污泥有機肥中Cr的 17.6倍。

從表3還可以看出，制備有機肥原材料中重金屬元素Pb、Cd、Cr含量不同，含量最高的是污泥，含量分別為26.75、1.788、352.3mg/kg;含量最低的是酒糟，其含量分別為0.953、0.042、3.268mg/kg;由試驗結(jié)果可知，當(dāng)原料中重金屬含量高時，則制成的有機肥中重金屬含量也高，而中藥渣中及輔料中Pb、Cd、Cr含量很低，則制成的中藥渣有機肥中Pb、Cd、Cr含量也很低，所以，制備有機肥原材料中重金屬Pb、Cd、Cr含量將影響有機肥中重金屬的含量。

2.4 有機肥中重金屬元素Pb、Cd、Cr污染分析

有機肥中重金屬安全可借用土壤中重金屬單項污染指數(shù)和綜合累積（復(fù)合）污染指數(shù)來進(jìn)行評價[15-16]。由表4可知，不同原料制備的有機肥中重金屬含量不同，其安全情況不同。中藥渣有機肥中Pb、Cd、Cr的單項污染指數(shù)很低，分別為0.04、0.04和0.07，均遠(yuǎn)小于0.7，且綜合污染指數(shù)也很小，僅為0.061，說明中藥渣有機肥中Pb、Cd、Cr很安全，為安全等級。污泥有機肥中Pb、Cd單項污染指數(shù)較低，分別為0.25、0.57，但污泥有機肥中Cr的單項污染指數(shù)偏高，為1.27，當(dāng)Pi>1時表示為污染，且Pi值越大，污染越嚴(yán)重。同時，污泥有機肥的綜合污染指數(shù)為1.02，若1.0

2.5 有機肥質(zhì)量安全評價

Cd是生物毒性很強的重金屬之一，影響植物種子萌發(fā)、植物的生長、細(xì)胞分裂及代謝活動，造成農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)下降。Pb主要富集于植物的根部和莖葉，影響植物的光合作用和蒸騰作用，使植物產(chǎn)量下降[15]。Cr影響植物種子萌發(fā)和生長。根據(jù)國家有機肥重金屬含量判定依據(jù)：NY 525—2012，Pb≤100mg/kg、Cd≤3mg/kg、Cr≤300mg/kg，對被測有機肥樣品中重金屬質(zhì)量安全性進(jìn)行評價。實驗表明，中藥渣有機肥和污泥有機肥中Pb、Cd、Cr含量完全符合NY 525—2012標(biāo)準(zhǔn)要求，但污泥有機肥中Cr含量超過標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)1.27倍，且污泥有機肥中Pb、Cd、Cr含量也遠(yuǎn)高于中藥渣有機肥中的含量。故應(yīng)注意控制使用量，防止土壤重金屬污染累積。

3 結(jié)論

中藥渣有機肥中Pb、Cd、Cr的單項污染指數(shù)很低，且綜合污染指數(shù)僅為0.061，為安全等級;但污泥有機肥中Cr的單項污染指數(shù)偏高，為1.27，綜合污染指數(shù)為1.02，為輕度污染。用中藥渣制備的有機肥中重金屬元素Pb、Cd、Cr含量符合NY 525—2012標(biāo)準(zhǔn)要求，但用污泥制備的有機肥中Cr含量超過標(biāo)準(zhǔn)1.27倍。污泥中Pb、Cd、Cr含量均遠(yuǎn)高于中藥渣中的含量，但所用輔料菌渣、酒渣中重金屬含量很低。因此，建議在有機肥制備過程中注意原材料及輔料的選取，保證有機肥的質(zhì)量，降低安全隱患。◇

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