中药渣有机肥中重金属元素Pb、Cd、Cr的评价

2019-09-10金茜令狐金卿张波赵久伦罗稼戟周开方

中国食物与营养 2019年2期

金茜令狐金卿张波赵久伦罗稼戟周开方

摘要：目的：了解中药渣有机肥中重金属元素Pb、Cd、Cr的含量。方法：用电感耦合等离子体发射光谱仪检测，并与污泥有机肥进行比较。结果：用中药渣制备的有机肥中Pb、Cd、Cr单项污染指数很低，且综合污染指数也仅为0.061，但用污泥制备的有机肥中Cr的单项污染指数为1.27，偏高，而综合污染指数也大于1.00，为轻度污染。结论：中药渣有机肥中Pb、Cd、Cr含量符合NY 525-2012标准要求，但污泥有机肥中Pb、Cd、Cr含量较高，Cr超标1.27倍，存在安全隐患。

关键词：重金属;中药渣;有机肥;污染指数

随着我国中医药事业的发展，中草药生产、加工过程中产生的中药渣废弃物成为亟待解决的问题[1]，中药渣中常含有一定量的活性成分和大量的粗纤维、粗蛋白、粗多糖及无机营养成分等[2]。中药渣经生物活化后每吨含氮、磷、钾、有机质（干基计算）分别为 3%、1.5%、2.3%和 55%，是制备中药渣有机肥的重要原材料[3]。同时，采收了食用菌后的菌渣中含有丰富的蛋白质、纤维素、酶、氮、磷、钾等，也是制备有机肥的原材料或辅料[4]，研究表明，利用菌渣发酵后制成有机肥进行小白菜试验，菌渣有机肥有助于改善小白菜的生物学性状，使小白菜增产，营养品质得到显著改善[5]。朱小平等[6]用微生物加菌渣施于辣椒和菠菜上，增产效果显著。王德汉等[7]研究发现，菌渣有机肥对浓度为50mg/kg的DCP去除率可达97.87%。刘宝勇等[8]用食用菌菌渣对矿区复垦土壤进行改良，使土壤中有机质含量、微生物数量和肥力增加了。因此，中药渣、菌渣等是生产有机肥良好的原料。

自制中药渣有机肥是指利用制药厂排放的废弃混合中药渣，添加一定比例的食用菌菌渣、农作物秸秆及酒糟等，经好氧微生物高温发酵、腐熟等生产工艺制成的有机物料。中药渣有机肥含有大量的有机质、微量元素及营养元素等，既能改善土壤质地、增肥增效，又能减少中药渣、菌渣等焚烧、填埋、堆积等引起的资源浪费和环境污染，因此，有机肥将是未来农业生产发展的主要趋势。

重金属是一类典型的累积性污染物，在环境中难以降解;重金属不仅改变土壤性质、毒害植物、影响作物生长，还使农产品质量下降，并通过食物链传递、富集，最终危害人类健康[9]。土壤重金属污染渠道很多，其中有机肥重金属含量超标，或长期使用含量较高的有机肥是土壤污染的一个重要因素。所以，有机肥重金属的质量安全等问题越来越受到国内外学者的重视[10-11]，田野等[12]报道了利用动植物粪便和污泥制备的生物有机肥料重金属污染相对严重，因此，有必要对自制的中药渣有机肥中重金属含量进行测定和评价。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

仪器：6200型电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP—OES），美国ThermoFisher公司;ZK—82B型真空干燥箱，上海市实验仪器总厂;SHIMADZU—AUX220型电子天平，日本岛津。所用仪器均用稀酸处理过，防重金属污染。

试剂：成都试剂厂生产的HNO3（GR）、HClO4（AR）;1 000μg/mL Pb、Cd、Cr标准溶液，使用时逐级稀释;所用蒸馏水为超纯水。

1.2 仪器参数

按仪器使用说明打开仪器，持续通入氩气2h，预热。其最佳工作参数设置为RF功率1 150W、泵速45r/min、辅助气流量0.5L/min、雾化气体流量0.3～0.2L/min，冲洗30s后，用标准溶液对仪器进行工作条件的优化，并进行样品检测。

1.3 供试样品及评价标准

有机肥：供试样品为自制中药渣有机肥及某公司生产的有机肥，散装产品按照GB/T 6679规定进行取样。将选取的样品迅速混匀，用四分法将样品缩分到1 000g，分装于3个干净的广口瓶中，密封、贴上标签，注明产品名称、取样日期、取样人姓名，一瓶供物理分析、一瓶风干、一瓶保存以备查用。将缩分好的有机肥样品粉碎，过100目筛，用于金属元素的测定。辅料：菌渣：食用菌采摘后剩下的培养基，常作为废弃物扔掉;酒糟：酿酒中产生的废弃物，在有机肥制备中添加的辅料;农作物秸秆。污泥有机肥：某公司利用城市污水处理厂产生的废弃物（含有大量的有机物）以及酒糟、秸秆等发酵制成的有机肥。有机肥样品中重金属含量判定依据：NY 525—2012[13]，但NY 525—2012中对重金属的检测没有具体的方法和标准，但可参照GB 8172—87[14]进行测定（表1）。

1.4 评价标准及方法

单因子污染指数法：Pi=Ci/Si（1）

式（1）中，Pi为环境中污染物i的单项污染指数;Ci为环境中污染物i的实测数据;Si为污染物的评价标准;当Pi≤1，表示未被污染;Pi>1时，表示为污染，且Pi值越大，污染越严重。

综合污染指数法：P=（maxPi）2+（i）22（2）

式（2）中，P为土壤中重金属元素综合累积（复合）污染指数;maxPi为重金属元素中最大的单项污染指数值;i为重金属元素单项污染指数的平均值。综合污染指数法不仅考虑了各种污染物的平均污染状况，而且考虑了污染程度最严重的污染物的权重，能较全面地反映出土壤等受污染的真實状况。当综合污染指数P≤0.7，安全;0.73.0，重度污染。

2 结果与分析

2.1 元素回归方程及相对标准偏差

据试验要求，在仪器工作条件下，绘制标准曲线，求出相对标准偏差。由表2可知，在该仪器工作条件下，各元素标准曲线线性良好，且%RSD也很小（小于5%），符合质量控制要求。

2.2 有机肥及辅料中Pb、Cd、Cr含量测定

据试验要求，在仪器工作条件下测定了中药渣有机肥、污泥制备的有机肥及辅料中Pb、Cd、Cr的含量。由表3可知，不同原料、辅料及有机肥中重金属元素Pb、Cd、Cr含量不同，中药渣有机肥中重金属元素Pb、Cd、Cr含量远小于污泥有机肥中的含量，含量最高的是Cr、最低的是Cd，其含量顺序为Cr>Pb>Cd;同时，原料中重金属Pb、Cd、Cr含量不同，原料中Pb含量为污泥>中药渣>菌渣>酒糟，原料中Cd含量为污泥>中药渣>菌渣>酒糟，原料中Cr含量为污泥>菌渣>中药渣>酒糟。

2.3 不同有机肥及原料中重金属含量分析

从表3可以看出，污泥有机肥中Pb含量较高，为25.05mg/kg，中药渣有机肥中Pb 含量较低，为3.855mg/kg，其Pb含量低于污泥有机肥的6.5 倍;污泥有机肥中Cd含量为1.719mg/kg，中药渣有机肥中Cd含量较低，为0.120 1mg/kg，其含量低于污泥有机肥Cd的14.3倍;污泥有机肥中Cr含量最高，为380.9mg/kg，而中药渣有机肥中Cr含量很低，为21.58mg/kg，其含量低于污泥有机肥中Cr的 17.6倍。

从表3还可以看出，制备有机肥原材料中重金属元素Pb、Cd、Cr含量不同，含量最高的是污泥，含量分别为26.75、1.788、352.3mg/kg;含量最低的是酒糟，其含量分别为0.953、0.042、3.268mg/kg;由试验结果可知，当原料中重金属含量高时，则制成的有机肥中重金属含量也高，而中药渣中及辅料中Pb、Cd、Cr含量很低，则制成的中药渣有机肥中Pb、Cd、Cr含量也很低，所以，制备有机肥原材料中重金属Pb、Cd、Cr含量将影响有机肥中重金属的含量。

2.4 有机肥中重金属元素Pb、Cd、Cr污染分析

有机肥中重金属安全可借用土壤中重金属单项污染指数和综合累积（复合）污染指数来进行评价[15-16]。由表4可知，不同原料制备的有机肥中重金属含量不同，其安全情况不同。中药渣有机肥中Pb、Cd、Cr的单项污染指数很低，分别为0.04、0.04和0.07，均远小于0.7，且综合污染指数也很小，仅为0.061，说明中药渣有机肥中Pb、Cd、Cr很安全，为安全等级。污泥有机肥中Pb、Cd单项污染指数较低，分别为0.25、0.57，但污泥有机肥中Cr的单项污染指数偏高，为1.27，当Pi>1时表示为污染，且Pi值越大，污染越严重。同时，污泥有机肥的综合污染指数为1.02，若1.0

2.5 有机肥质量安全评价

Cd是生物毒性很强的重金属之一，影响植物种子萌发、植物的生长、细胞分裂及代谢活动，造成农作物产量和品质下降。Pb主要富集于植物的根部和茎叶，影响植物的光合作用和蒸腾作用，使植物产量下降[15]。Cr影响植物种子萌发和生长。根据国家有机肥重金属含量判定依据：NY 525—2012，Pb≤100mg/kg、Cd≤3mg/kg、Cr≤300mg/kg，对被测有机肥样品中重金属质量安全性进行评价。实验表明，中药渣有机肥和污泥有机肥中Pb、Cd、Cr含量完全符合NY 525—2012标准要求，但污泥有机肥中Cr含量超过标准，超标1.27倍，且污泥有机肥中Pb、Cd、Cr含量也远高于中药渣有机肥中的含量。故应注意控制使用量，防止土壤重金属污染累积。

3 结论

中药渣有机肥中Pb、Cd、Cr的单项污染指数很低，且综合污染指数仅为0.061，为安全等级;但污泥有机肥中Cr的单项污染指数偏高，为1.27，综合污染指数为1.02，为轻度污染。用中药渣制备的有机肥中重金属元素Pb、Cd、Cr含量符合NY 525—2012标准要求，但用污泥制备的有机肥中Cr含量超过标准1.27倍。污泥中Pb、Cd、Cr含量均远高于中药渣中的含量，但所用辅料菌渣、酒渣中重金属含量很低。因此，建议在有机肥制备过程中注意原材料及辅料的选取，保证有机肥的质量，降低安全隐患。◇

参考文献

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[2]金茜，魏福伦，曾启华，等.中药渣及栽种的平菇中重金属含量的研究[J].食品工业，2012，33（5）：119-121.

[3]唐懋华，成维东.中药渣基质对蔬菜育苗及产量的影响[J].江苏农业科学，2005（4）：81-82.

[4]王艳荣，王鸿升，张海棠，等.平菇菌糠营养价值分析[J].贵州农业科学，2008，36（4）：158-159.

[5]熊小兴，王飞，李小毛，等.菇渣发酵有机肥在小白菜上的应用试验[J].江西农业学报，2009，21（7）：100-101.

[6]朱小平，王文颇，刘薇，等.施用微生物加菌糠对辣椒养分吸收及土壤养分转化的影响[J].中国农学通报，2005，21（5）：281-283.

[7]王德汉，项钱彬，陈广银.蘑菇渣资源的生态高值化利用研究进展[J].有色冶金设计与研究，2007，28（2）：262-266.

[8]刘宝勇.食用菌废料在矿区复垦土壤改良中的应用试验研究[J].露天采矿技术，2007（1）：64-66.

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[10]刘荣乐，李书田，王秀斌，等.我国商品有机肥料和有机废弃物中重金属的含量状况与分析[J].农业环境科学学报，2005，24（2）：392-397.

[11]陈冠宁，宋志峰，魏春雁.重金属检测技术研究进展及其在农产品检测中的应用[J].吉林农业科学，2012，37（6）：61-64.