北京商品有機(jī)肥重金屬含量與污染程度分析

范珊珊 劉繼遠(yuǎn) 高飛 季衛(wèi) 李昌偉 譚曉東

摘要 通過(guò)北京市2012—2019年的788個(gè)商品有機(jī)肥料樣品檢測(cè)，分析北京市商品有機(jī)肥料重金屬含量狀況和污染程度情況。結(jié)果表明，重金屬Hg、As、Pb、Cr和Cd的含量差異和變異系數(shù)值均較大，平均值分別為0.3、8.0、11.5、53.9和0.3 mg/kg，均符合農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY 525—2012有機(jī)肥料中重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)。近8年來(lái)重金屬Hg、As、Pb、Cr和Cd含量整體呈下降趨勢(shì)，分別下降了50.0%、21.2%、26.1%、48.1%和50.0%。5種重金屬元素總體超標(biāo)狀況為As>Cr>Pb>Hg>Cd，超標(biāo)率較低，合格率以2.4 %/a的趨勢(shì)增長(zhǎng)。Cr每年都有超標(biāo)，As僅有2017年未超標(biāo)，As和Cr含量成為限制商品有機(jī)肥品質(zhì)提高的關(guān)鍵因素。5種重金屬單因子污染指數(shù)均小于1.0，全部為清潔等級(jí)范圍。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)P綜除2016年在警戒線(xiàn)邊緣（P綜=0.75），其他全部為安全級(jí)別（P綜≤0.7）。因此，北京市商品有機(jī)肥重金屬整體質(zhì)量狀況和污染程度發(fā)展趨勢(shì)良好，但在施用過(guò)程中應(yīng)注重控制使用量，防止環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，尤其加強(qiáng)As和Cr元素防控。

關(guān)鍵詞 商品有機(jī)肥;重金屬;含量;超標(biāo)情況;污染評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào) S19文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2021）10-0083-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.10.022

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Analysis of Heavy Metal Content and Pollution Degree of Commercial Organic Fertilizers in Beijing

FAN Shan-shan，LIU Ji-yuan，GAO Fei et al （Beijing Soil Fertilizer Extension Service Station，Beijing 100029）

Abstract Through the testing of 788 commercial organic fertilizer samples in Beijing from 2012 to 2019，the heavy metal content and pollution level of commercial organic fertilizers in Beijing were analyzed.The results showed that there were great variability in the contents and coefficient of variation in heavy metals such as Hg，As，Pb，Cr and Cd.On average，the contents of the above heavy metals were 0.3，8.0，11.5，53.9 and 0.3 mg/kg，respectively，which were in line with the agricultural industry standard NY 525-2012 for heavy metals in organic fertilizers.In the past 8 years，the content of heavy metals Hg，As，Pb，Cr，and Cd had shown a downward trend as a whole，with a decrease of 50.0%，21.2%，26.1%，48.1% and 50.0% respectively.The order of over the limitation of agricultural standard rate of five heavy metal content was As>Cr>Pb>Hg>Cd，but the exceeding rates of the five heavy metals were relatively low.The passing rate increased by an average of 2.4% per year.The Cr exceeded the limitation every year，and the As exceed too except in 2017.Therefore，the content of As and Cr was the key factor to limit the quality improvement of commercial organic fertilizer.The single factor pollution index was less than 1.0，which indicated the heavy metals were clean level.Nemerow integrated factor pollution index were clean and safe level which was under the 0.7，except the edge of the warning line level in 2016 which was the 0.75.In general，the heavy metals quality and pollution level of commercial organic fertilizer in Beijing were good，but in the application process，the amount of heavy metals should be controlled to prevent the risk of environmental pollution，especially to strengthen the prevention and control of As and Cr elements.

Key words Commercial organic fertilizers;Heavy metals;Content;Excessive situation;Pollution evaluation

有機(jī)肥是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中非常重要的肥料，富含豐富的有機(jī)質(zhì)、作物生長(zhǎng)必需的養(yǎng)分及有機(jī)酸等物質(zhì)，具有培肥、改良土壤、提高作物產(chǎn)量的功效，是綠色農(nóng)業(yè)和有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的主要肥料。2015年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部公布《到2020 年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》，明確提出以有機(jī)肥替代化肥[1]，鼓勵(lì)企業(yè)和農(nóng)民發(fā)展有機(jī)肥市場(chǎng)，有機(jī)肥應(yīng)用越來(lái)越受到廣泛關(guān)注。同時(shí)，各地也結(jié)合實(shí)際，相應(yīng)出臺(tái)了一系列促進(jìn)有機(jī)肥發(fā)展的扶持政策，包括補(bǔ)貼資金等管理措施，加快推進(jìn)有機(jī)肥資源利用的政策路線(xiàn)、生產(chǎn)應(yīng)用和行業(yè)發(fā)展[2]。

有機(jī)肥原料來(lái)源廣泛、質(zhì)量參差不齊，甚至部分商品有機(jī)肥產(chǎn)品重金屬含量存在超標(biāo)問(wèn)題[3-5]。有研究表明，不同有機(jī)肥產(chǎn)品由于原料和工藝的差別，重金屬含量差別很大[6]，將這些有機(jī)肥施入土壤后，土壤中重金屬元素含量明顯增加[7]。如果過(guò)量施用含重金屬元素的有機(jī)肥，就會(huì)造成土壤重金屬污染，降低土壤肥力，影響作物生長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致農(nóng)作物重金屬超標(biāo)[8-10]，最終引發(fā)農(nóng)產(chǎn)品安全問(wèn)題，嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康[11-12]。因此，掌握有機(jī)肥重金屬含量狀況，如何有效控制有機(jī)肥施用，降低對(duì)農(nóng)田污染，成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。該研究通過(guò)對(duì)北京市2012—2019年連續(xù)8年檢測(cè)的商品有機(jī)肥料重金屬含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，參照《有機(jī)肥料》NY 525—2012限量標(biāo)準(zhǔn)，分析北京市商品有機(jī)肥產(chǎn)品中重金屬含量情況和發(fā)展趨勢(shì)，初步評(píng)價(jià)北京市有機(jī)肥市場(chǎng)重金屬污染對(duì)環(huán)境的影響，為北京市有機(jī)肥行業(yè)整體發(fā)展和有機(jī)肥產(chǎn)品安全監(jiān)督提供數(shù)據(jù)支撐和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集

樣品來(lái)源于2012—2019年北京市肥料檢測(cè)樣品，包括房山、大興、順義、通州、昌平、密云、延慶、懷柔等12個(gè)區(qū)縣的788個(gè)商品有機(jī)肥樣品，采樣方法按有機(jī)肥的采集與處理進(jìn)行。

1.2 樣品重金屬測(cè)定方法

樣品重金屬含量參照NY/T 1978—2010[13-14]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理，將樣品風(fēng)干后過(guò)2 mm篩，置于樣品袋中干燥保存，樣品經(jīng)過(guò)鹽酸-硝酸消煮后， 用原子吸收分光光度法分析測(cè)定Cd、Pb、Cr，采用原子熒光分光光度法測(cè)定As、Hg的含量。

1.3 重金屬狀況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

商品有機(jī)肥中的總As、總Hg、總Pb、總Cd、總Cr 等重金屬成分限量指標(biāo)參考NY 525—2012[15]有機(jī)肥料中重金屬的限量指標(biāo)（以烘干基計(jì)，Hg≤2 mg/kg、As≤15 mg/kg、Pb≤50 mg/kg、Cr≤150 mg/kg、Cd≤3 mg/kg），樣品中重金屬超標(biāo)率指所取樣本中重金屬含量超過(guò)限量指標(biāo)值的樣本的百分?jǐn)?shù)。

1.4 肥料中重金屬污染評(píng)價(jià)方法 采用單因子污染指數(shù)法[16-17]評(píng)價(jià)5種水溶肥料重金屬污染狀況，單因子污染指數(shù)計(jì)算公式如下：

Pi=CiSi（1）

式中，Pi為第i種重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（單因子污染指數(shù)）;Ci為第i種重金屬含量的均值（mg/kg）;Si為第i 種重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)（mg/kg）。Pi值越大重金屬污染越嚴(yán)重。

為全面反映5種重金屬在商品有機(jī)肥中的綜合污染狀況，采用內(nèi)梅羅（Nemerow）綜合污染指數(shù)法[16-17]比較5種水溶肥料重金屬污染的總體差異。計(jì)算公式如下：

P綜=（i）2+（Pimax）22（2）

i=1nni=1Pi（3）

式中，P綜為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù);Pi為某種重金屬單因子污染指數(shù);Pimax為5種重金屬單因子污染指數(shù)的最大值。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，能較全面地反映出有機(jī)肥重金屬污染的真實(shí)狀況。

1.5 數(shù)據(jù)處理 采用 Microsoft Excel 2010統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 商品有機(jī)肥中重金屬含量情況

商品有機(jī)肥原料來(lái)源復(fù)雜，導(dǎo)致重金屬含量差異較大，從痕量到千分之幾，不同重金屬之間含量也有很大差異。對(duì)788個(gè)有機(jī)肥樣品的重金屬含量進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（表1），2012—2019年抽檢樣品中5種重金屬元素（Hg、As、Pb、Cr和Cd）的含量平均值遠(yuǎn)低于限量值。Hg和Cd平均值均為0.3 mg/kg，平均含量最低，變化范圍分別在0～45.8和0～10.4 mg/kg，Hg變異系數(shù)最高，達(dá)882.7%，Cd變異系數(shù)為181.8%，均為強(qiáng)變異，說(shuō)明不同樣本重金屬含量差異性較大。As變化范圍在0.4～54.8 mg/kg，平均含量為8.0 mg/kg，變異系數(shù)最低，為72.8%，說(shuō)明As含量相對(duì)集中;Cr平均值最高，為53.9 mg/kg，變化范圍最大，在0.2～4 404.2 mg/kg，變化幅度達(dá)2萬(wàn)多倍，變異系數(shù)僅次于Hg，為478.4%，為強(qiáng)變異。Pb變化范圍在0～628.7 mg/kg，與其他重金屬比較，變化范圍和平均含量均僅次于Cr，變異系數(shù)為209.8%，為強(qiáng)變異。

從表2可以看出，2012—2019年5種重金屬平均含量均有不同程度下降。Hg含量下降50%，Cr含量下降48.1%，其中2016年兩者的平均含量均為最高值，這是因?yàn)樵谶@一年有2個(gè)樣品的Hg含量超過(guò)40 mg/kg，有2個(gè)樣品的Cr含量每千克達(dá)數(shù)千毫克，有10個(gè)樣品的Cr含量每千克達(dá)數(shù)百毫克，導(dǎo)致這一年平均含量突然上升。As和Pb平均含量沒(méi)有明顯規(guī)律性變化，呈緩慢波動(dòng)型下降，與2012年相比，平均含量分別下降21.2%和26.1%。Cd含量整體下降50.0%。

2.2 商品有機(jī)肥中重金屬超標(biāo)情況 由表3可知，788個(gè)商品有機(jī)肥料樣品中重金屬的變異系數(shù)值均較大（表1），但總體超標(biāo)率均較低，為14.7%（超標(biāo)個(gè)數(shù)為116個(gè)）。從5種重金屬超標(biāo)情況看，As超標(biāo)率最大，為7.8%，其次是Cr，為4.0%，其他3種元素超標(biāo)率均小于1.0%，表現(xiàn)為As>Cr>Pb>Hg>Cd。Cr每年均有超標(biāo)，在2016年超標(biāo)率最高，為13.0%，可見(jiàn)Cr對(duì)商品有機(jī)肥質(zhì)量影響較大。As除2017年外，其他年份均有超標(biāo)情況，2015和2012年超標(biāo)情況較為明顯，超標(biāo)率分別為20.6%和18.1%;Hg、Pb和Cd僅在部分年份出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，其中Hg在2012、2015和2016年均出現(xiàn)了超標(biāo)樣品，超標(biāo)率分別為1.6%、0.7%和2.2%;Pb在2014、2018和2019年均出現(xiàn)了超標(biāo)樣品，超標(biāo)率分別為4.0%、1.7%和1.4%;Cd在2012、2013和2018年均出現(xiàn)了超標(biāo)樣品，超標(biāo)率分別為0.8%、2.3%和0.9%。從每年超標(biāo)率情況看，2015年超標(biāo)率最高，為4.9%，2017—2019年超標(biāo)率明顯低于2012—2016年，近年來(lái)由于市場(chǎng)監(jiān)管力度加大，肥料質(zhì)量明顯提升。

將每年商品有機(jī)肥重金屬含量的合格率進(jìn)行線(xiàn)性回歸，以直線(xiàn)斜率表示每年平均增長(zhǎng)量，得到5種重金屬元素合格率平均增長(zhǎng)量線(xiàn)性方程（表4），2012—2019 年重金屬總合格率平均增長(zhǎng)量為2.4%/a，其中，As合格率平均增長(zhǎng)量最高，為2.2%/a，Pb的年平均增長(zhǎng)量呈下降趨勢(shì)，為-0.1%/a，說(shuō)明近年來(lái)重金屬雖有超標(biāo)現(xiàn)象，但合格率越來(lái)越高，北京市商品有機(jī)肥料重金屬質(zhì)量有所提升。

2.3 商品有機(jī)肥中重金屬污染情況

從表5可以看出，2012—2019年5種重金屬含量單因子污染指數(shù)（Pi）均小于1，全部為清潔等級(jí)（表6）。2016年Cr的Pi值在所有年份和元素中最高，達(dá)到0.96，接近輕污染等級(jí);其他年份，As的Pi值普遍高于其他重金屬的Pi值，說(shuō)明As污染程度普遍偏高。

從圖1可以看出，2012—2019年北京市商品有機(jī)肥重金屬綜合污染指數(shù)分別為0.51、0.46、0.38、0.52、0.75、0.33、0.29、0.40，除2016年在警戒線(xiàn)范圍內(nèi)，其他全部為安全級(jí)別（表6）。單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)分別都在2016年處于污染的邊界值，是因?yàn)?016年有2個(gè)樣本量的Cr含量極高所致。

3 結(jié)論

2012—2019 年檢測(cè)的788個(gè)商品有機(jī)肥料中重金屬Hg、As、Pb、Cr和Cd的含量差異和變異系數(shù)均較大，從痕量到千分之幾，平均值分別為0.3、8.0、11.5、53.9和0.3 mg/kg。近8年來(lái)有機(jī)肥重金屬平均含量均呈下降趨勢(shì)，分別下降了50.0%、21.2%、26.1%、48.1%和50.0%。

參照我國(guó)現(xiàn)有的 NY 525—2012 有機(jī)肥料中重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)，總體超標(biāo)率為14.7%，總體超標(biāo)狀況為As>Cr>Pb>Hg>Cd，其中，Cr每年均有超標(biāo)情況，As僅有2017年未超標(biāo)。合格率年平均增長(zhǎng)量為2.4 %/a，說(shuō)明北京市商品有機(jī)肥重金

屬情況整體良好，但由于受As和Cr的影響較明顯，因此農(nóng)

用中應(yīng)注意控制使用量，如大量施用，仍存在土壤和環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。

用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)有機(jī)肥料重金屬污染情況，結(jié)果表明，單因子污染指數(shù)全部小于1，全部為清潔等級(jí)范圍。2012—2019年內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)P綜分別是0.51、0.46、0.38、0.52、0.75、0.33、0.29、0.40，除

2016年在警戒線(xiàn)邊緣，其他全部為安全級(jí)別?？梢?jiàn)，北京市商品有機(jī)肥樣品中重金屬污染程度整體發(fā)展趨勢(shì)良好，可以適當(dāng)?shù)卦谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中安全使用。

因此，針對(duì)市場(chǎng)有機(jī)肥生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、品種繁多、質(zhì)量參差不齊的現(xiàn)狀，加強(qiáng)對(duì)商品有機(jī)肥料質(zhì)量品質(zhì)的監(jiān)督管理是非常有必要的，同時(shí)，在未來(lái)制定相應(yīng)的產(chǎn)品市場(chǎng)準(zhǔn)入規(guī)范和要求，為有機(jī)肥行業(yè)的健康發(fā)展和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

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