湖南省商品有机肥料质量与重金属污染程度分析

孙玉桃，黄凤球，杨 茜，李海露，张春霞，范美蓉*

（1.湖南省土壤肥料研究所/湖南省新型肥料工程技术研究中心，湖南 长沙 410125；2.长沙环境保护职业技术学院，湖南 长沙 410004）

有机肥在农产品生产中占有极其重要的地位，是无公害农业、绿色食品和有机农业生产中的主要肥料［1］。“十一五”期间，农业部启动了以增加土壤有机质为重点的“沃土工程”；此后，有机肥作为“十一五”重点扶持的肥料品种之一［1］，2015年公布《到2020年化肥使用量零增长行动方案》［2］等政策，明确提出以有机肥替代化肥，加快推进有机肥资源利用的政策路线。然而，有机肥原料来源繁多、成分复杂、质量参差不齐，部分有机肥产品存在重金属超标问题。原材料中的重金属随着有机肥料的生产和施用进入土壤中，使重金属在土壤中大量累积，造成耕地质量下降，导致土壤及农作物重金属超标等问题［3-6］，严重威胁粮食安全，进入食物链后最终危害人体健康。本文通过对湖南省2013～2017年连续5年检测的商品有机肥料产品质量数据进行统计，重点分析标准NY 525-2012《有机肥料》实施后湖南省2013～2017年5年中有机肥产品质量和发展趋势，初步评价湖南省有机肥市场重金属污染对环境安全的影响，旨在能实现从使用源头控制湖南省有机肥的质量，为湖南省有机肥行业整体发展和有机肥产品安全使用提供数据支撑和科学依据。

1 材料与方法

1.1 有机肥料的收集

本次收集的样品为湖南省各肥料生产企业委托检验的商品有机肥料样品，各年度收集检测的样品具体情况见表1。

表1 各年度所检测样品数量

1.2 试验方法

按照NY 525-2012《有机肥料》标准对有机肥料进行检测，全部样品均测定酸碱度、有机质、水分、总氮、磷、钾，重金属铅、镉、铬、砷、汞。其中，酸碱度采用pH计法；有机质采用重铬酸钾容量法；水分采用真空干燥法；总氮采用H2SO4-H2O2消煮-凯氏定氮法；磷采用H2SO4-H2O2消煮-钒钼黄比色法；钾采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度法；肥料中的重金属砷、汞、铅、镉、铬含量按照NY/T 1978-2010标准进行测定，汞、砷测定采用原子荧光光度法；镉、铅、铬采用原子吸收分光光度法。

1.3 有机肥料标准要求

按照NY 525-2012《有机肥料》标准对测定结果进行分析，其技术指标及重金属限量指标应符合表2、3的要求。

表2 有机肥料的技术指标要求

表3 有机肥料中重金属的限量指标要求

1.4 评价标准及方法

1.4.1 有机肥检测项目合格率评定方法

样品中单项重金属的超标率以该重金属元素含量超标即为不合格样品来判定。

重金属（砷、汞、铅、镉、铬）的综合超标率以出现任一重金属元素含量超标即为不合格样品来判定，若有一项以上重金属元素均超标仍判为一个样品超标。

1.4.2 有机肥质量安全评价

单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法统计有机肥料5种重金属及各年污染情况。

式（1）中，Pi是第i种重金属的单因子污染指数，Ci是第i种重金属含量平均值（mg·kg-1），Si是与第i种重金属在NY 525-2012标准中的限量值（mg·kg-1）；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。

内梅罗综合污染指数法：

式（2）中，P综是5种重金属内梅罗综合累积（复合）污染指数，Piav是重金属元素单项污染指数的平均值，Pimax是重金属元素中最大的单项污染指数Pi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，能较全面地反映出有机肥重金属污染的真实状况。当综合污染指数P≤0.7，安全；0.7＜P≤1.0，警戒线；1.0＜P≤2.0，轻度污染，土壤污染物超出标准，且作物开始受污染；2.0＜P≤3.0，中度污染；P＞3.0，重度污染。

2 结果与分析

2.1 有机肥检测项目合格率状况

依据有机肥检测项目合格率评定方法，对测定项目的合格率进行统计，结果（表4）表明，2013～2017年5年期间有机质的质量分数、总养分的质量分数、酸碱度、水分、重金属含量总合格率分别为92.3%、96.4%、91.6%、91.4%、93.4%。不同年份之间各测定指标合格率高低存在不规则变化，2013年样品有机质和水分的合格率较低，分别为83.7%、87.8%，其他指标均较高，其中酸碱度合格率最高，达98.0%。2014年样品的有机质的合格率明显提高，达到95.0%，水分的合格率与2013年的基本持平，为87.1%，其他检测项目的合格率均较高，其中总养分合格率最高，达96.4%。2015年的抽检结果，抽检项目合格率基本均为最高，尤其是总养分合格率高达99.2%。2016年，有机肥样品的酸碱度、水分、重金属合格率呈大幅度下滑的态势。2017年，有机肥样品的有机质、总养分、酸碱度合格率为2013～2017年5年中最低，分别为83.8%、82.4%和79.7%，所测74个样品总体合格率仅为52.7%。依据有机质的质量分数、总养分的质量分数、酸碱度、水分、重金属含量中任一项目超标即为不合格样品，对所测663个有机肥料样品进行统计分析得出，总体合格率为75.9%。由此可见，2013～2017年5年之间所检测产品出现不合格的指标较分散，导致不合格产品率较高，且各年份之间样品的合格率呈现先上升后下降再上升的变化趋势。

表4 有机肥料样品检测项目合格率

2.2 有机肥料中重金属含量状况分析

对663个有机肥样品的重金属含量进行分析，由表5可知，Hg的含量范围变化波动最大，最低含量为未检出，最高含量为超标临界值，与其它5种重金属比较，变异系数最高，达143.2%，但超标率为0，所检样品全部达标；Cd含量的范围为0.02～9.7 mg·kg-1，变化幅度较大，其平均值为1.1 mg·kg-1，超标样品数目最多，为33个，与其它5种重金属比较，超标率为最高，高达5.0%，变异系数适中，达99.0%；As和Pb含量的超标样品数目和超标率相当，变异系数也较低，说明所检样品含量波动相对较为稳定；Cr含量变化幅度最大，含量从0.27 mg·kg-1到257.9 mg·kg-1，变化幅度达两千多倍，但超标量较低，仅为0.6%。重金属含量总体超标状况为 Cd＞Pb＞As＞Cr＞Hg。由此可知，663个有机肥料样品中5种重金属的变异系数值均较大，但5种重金属的超标率均较低。

表5 2013～2017年收集的有机肥料样品中重金属含量

2.3 有机肥中重金属含量与合格率变化

2.3.1 As含量状况分析

由表6可知，连续5年样品中As的含量平均值均远低于限量值，不同年份均出现了超标样品，超标率在0.7%～5.4%之间，2017年超标率最高，达到5.4%。As含量在5～15 mg·kg-1含量范围的占比均较高，最高占比值为2014年的50.7%。其余年份的占比也均在20.9%～30.3%之间。As的合格率呈先上升后下降趋势，整体上合格率较高。

表6 2013～2017年有机肥中As含量状况

2.3.2 Hg含量状况分析

由表7可知，连续5年样品中Hg的含量平均值均远低于限量值，Hg含量变化范围越来越小，Hg含量最大值由2013年的1.1 mg·kg-1减少到2017年的0.8 mg·kg-1。从含量分布占比也可以看出，在2013年和2014年分布在1～2 mg·kg-1范围的样品分别为6.1%、4.3%，但2015年以后，此范围的样品占比均为零，这也说明有机肥中Hg含量的评价指标较好，含量均集中在较低的范围。Hg含量的合格率连续5年一直保持100%，比较稳定。

表7 2013～2017年有机肥中Hg含量状况

2.3.3 Pb含量状况分析

由表8可知，连续5年样品中Pb的含量平均值均远低于限量值，Pb含量的超标问题不明显，超标率最高的年份是2014年，为4.3%，其余年份的超标率均较小。样品中含量＜20 mg·kg-1范围内的占比达到最大值，最高占比值为2013年的95.9%，其余年份的占比均在87.8%～93.5%之间。Pb在近几年表现出质量较稳定，2017年所检样品Pb合格率为100%，其余年份有机肥中Pb合格率均较高。

表8 2013～2017年有机肥中Pb含量状况

2.3.4 Cd含量状况分析

由表9可知，连续5年样品中Cd的含量平均值均远低于限量值，2013～2017年Cd超标率在2.1%～14.4%之间，2016年超标率最高，达到14.4%，每个年份均出现了超标样品。从含量分布占比情况来看，分布在1～3 mg·kg-1范围的样品占比均比较高，占比最高的年份为2014年，达43.6%。此后几年，此含量的占比一直居高不下。Cd的合格率在2016年处于最低值，为85.6%，其他年份的合格率相差不大，均未达到100%，可见，有机肥品质受Cd含量的影响较为明显。

表9 2013～2017年有机肥中Cd含量状况

2.3.5 Cr含量状况分析

由表10可知，连续5年样品中Cr的含量平均值均远低于限量值，Cr含量指标控制良好，仅在2014和2015年存在1.4%和0.8%的超标现象，其余年份均100%合格。从含量分布占比情况看，分布在50～150 mg·kg-1范围的样品比例较低，大多数样品均分布在＜50 mg·kg-1的范围内，占比率均在91.5%以上，分布较为集中。

表10 2013～2017年有机肥中Cr含量状况

2.4 有机肥重金属污染程度发展趋势

由图1可知，2013～2017年以来，砷（As）、汞（Hg）、铅（Pb）、镉（Cd）和铬（Cr）的单因子污染指数Pi值均在0～1之间，属于清洁级别范围。2013～2017年所测商品有机肥重金属的内梅罗综合污染指数P综分别是0.28、0.33、0.25、0.39、0.29，均在安全级别（P综≤0.7）范围。可见，所检测商品有机肥样品中重金属污染程度发展趋势良好，可以在农业生产中安全使用。

图1 各年份有机肥样品重金属单因子污染指数Pi与内梅罗综合污染指数P综

3 小结

2013～2017年5年中663个有机肥料所测技术指标的总体合格率为75.9%，其中有机质的质量分数、总养分的质量分数、酸碱度、水分、重金属含量总合格率分别为92.3%、96.4%、91.6%、91.4%、93.4%，但2013～2017年5年中所检测产品出现不合格的指标分布较分散，导致不合格产品率较高，且各年份之间样品的合格率呈现先上升后下降再上升的变化趋势。

663个商品有机肥料所测5种重金属的含量差异和变异系数值均较大，总体超标状况为Cd＞Pb＞As＞Cr＞Hg，但超标率均较低。连续 5 年所测样品中Cd的合格率在2016年处于最低值，为85.6%，As的合格率呈先上升后下降趋势，整体上合格率较高，但每年Cd和As合格率均未达到100%。可见，有机肥品质受Cd和As含量的影响较为明显，Cd和As含量的高低成为限制有机肥品质提高的关键因素，这表明湖南省有机肥受到Cd和As污染的风险比较大。Pb的合格率在近几年表现较稳定，合格率自2015年逐年提高，2017年所检样品Pb合格率为100%。Cr合格率较高，最低为98.6%，最高达100%，可见，Cr含量不是湖南省有机肥品质的限制因子。Hg含量连续5年的超标率均为零，也表明Hg元素不是湖南省商品有机肥品质的制约因素。

633个所测商品有机肥重金属的内梅罗综合污染指数P综分别是0.28、0.33、0.25、0.39、0.29，均在安全级别（P综≤0.7）范围。可见，所检测商品有机肥样品中重金属污染程度发展趋势良好，可以在农业生产中安全使用。

湖南省有机肥产品质量较好，重金属含量合格率也较高。但有机肥的沤制大多数就地取材，原材料来自于当地，本地区Cd污染较为严重，也造成了有机肥Cd含量超标严重的问题。同时，5年中Pb含量合格率仅2017年达到100%；As的合格率均未达到100%，也成为了商品有机肥品质优劣的限制因素，应注意控制使用量，防止土壤Pb、As污染累积。因此，在有机肥的生产和使用过程中要重点关注Cd的含量，兼顾Pb、As含量合格率，加强监管，保证原料合格，以保障有机肥的品质。

针对市场有机肥生产工艺简单，品种繁多，质量参差不齐的现状，建议开展有机肥料安全生产控制标准的研究，制定相应的生产加工行业规范以及产品的市场准入要求，加强对商品有机肥料质量品质的监督管理，为有机肥行业的健康发展和有机农业生产保驾护航。