江西省煙田肥料中重金屬含量分析與評價

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

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.江西省農業科學院農產品質量安全與標準研究所，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量安全狀況，采集了鈣鎂磷肥、鎂肥、鉀肥、硼肥、有機肥、有機-無機復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，并使用內梅羅指數法對其質量進行了評價。結果發現，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、有機肥和有機-無機復混肥中重金屬含量較高，且鈣鎂磷肥中Cr和有機-無機復混肥中As存在超標現象；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、有機肥中Cd和Hg、有機-無機復混肥中Zn含量均顯著高于其他肥料。

江西；煙草；肥料；重金屬

重金屬是農業生產環境和農產品質量安全的主要威脅之一。煙草是我國重要的經濟作物，重金屬也是影響煙葉生長發育、品質及其吸食安全性的重要因素［1-9］。農產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一直是煙草行業研究的重點［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系［11-12］。

肥料在增加作物產量、提高品質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如重金屬帶入到土壤中[13-15]。肥料是農田土壤外源重金屬進入的主要來源之一[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育和品質[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道[20-27]，但煙草肥料中重金屬研究報道較少[28-31]，且這些研究多數存在調查肥料種類和數量偏少，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狀，分析和評價了江西省煙田7種常用肥料：鈣鎂磷肥、硼肥、鉀肥、鎂肥、有機肥、復混肥和煙草專用肥中重金屬含量，為規范我國肥料生產、使用和標準的制定，指導煙田肥料科學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、有機肥13個、有機-無機復混肥10個和煙草專用肥17個，肥料生產廠家來自江西、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 過氧化氫后進行微波消解。消解完畢后，將樣品溶液用超純水轉移至50 m L容量瓶中，加入1m L 0.5 mg/L Rh內標溶液，ICP-MS測定消解液中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的含量。

1.3 數據分析

用SPSS 14.0進行方差分析和多重比較。

2 結 果

2.1 各類肥料中As含量分析

由表1看出，江西煙區調查肥料樣品中As含量總體較低，平均值為7.04±9.82 mg/kg，僅1.2%樣品超標。方差分析顯示，有機-無機復混肥和鈣鎂磷肥中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，江西煙區調查肥料樣品中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，未存在超標現象。

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，江西煙區調查肥料樣品中Cr含量平均值為43.86±99.80 mg/kg，僅1.2%樣品超標。方差分析顯示，鈣鎂磷肥中Cr含量顯著高于其他6種肥料，且存在超標現象。

2.4 各類肥料中Cu含量分析

由表4看出，江西煙區調查肥料樣品中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-無機復混肥、煙草專用肥、鉀肥、硼肥和鎂肥，但與有機肥中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，江西煙區調查肥料樣品中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含量均遠遠低于限量值，未存在超標現象。

2.6 各類肥料中Ni含量分析

由表6看出，江西煙區調查肥料樣品中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，必將給土壤帶來嚴重的Ni污染。由于我國肥料標準缺乏Ni的限量，故建議制定鈣鎂磷肥中Ni的限量標準，同時應加強其監管監測工作。

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，江西煙區調查肥料樣品中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。方差分析顯示，鈣鎂磷肥和有機肥中Pb含量顯著高于煙草專用肥、鉀肥、鎂肥和硼肥，但與有機肥和有機-無機復混肥中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，江西煙區調查肥料樣品中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-無機復混肥中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

鈣鎂磷肥、鎂肥、鉀肥和硼肥參照《GB/T 23349—2009肥料中砷、鎘、鉛、鉻、汞生態指標》；有機肥參照《NY 525—2012 有機肥料》；有機-無機復混肥參照《GB 18877—2009 有機-無機復混肥料》，鑒于煙草專用肥一般含有大量的氮磷鉀元素和有機質，故煙草專用肥亦參照此標準，對各類肥料中重金屬的單項污染指數與綜合污染指數進行計算。

從表9可知，江西煙區調查肥料樣品重金屬單因子污染指數總體較低，處于0.024～0.141，屬于清潔水平。有機-無機復混肥As、有機肥Cd、Hg及Pb和鈣鎂磷肥Cr其單因子污染指數相對較高；江西煙區調查肥料樣品重金屬綜合污染指數平均值為0.109，范圍為0.005～0.411，各類肥料綜合污染指數高低順序依次為鈣鎂磷肥＞有機-無機復混肥＞有機肥＞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和綜合污染指數Table 9 The single and com prehensive pollution index of different fertilizers

3 討 論

生產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，不同區域磷礦中重金屬的含量差異往往較大［35］。本調查發現，我國鈣鎂磷肥Cr、Cu、Ni和Pb含量較高，且存在Cr超標現象。鑒于我國鈣鎂磷肥中較高的重金屬含量，應該加強鈣鎂磷肥產品中重金屬監管和監測工作，從源頭上嚴格控制重金屬進入土壤的數量，從而降低對土壤重金屬污染風險。

有機-無機復混肥料通常以禽畜糞便、動植物殘體、供農田施用的各種腐熟的城鎮生活垃圾等有機物料經過發酵處理，添加無機肥料（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］。復混肥中磷肥的混合亦會帶入部分重金屬［22］。本調查發現，有機-無機復混肥中Zn含量高達幾千毫克每千克，遠遠高于其他肥料，可能與其生產工藝有關。

有機肥料的成分和來源復雜，國內的商品有機肥料大多是畜禽糞便、農業有機廢棄物（如作物秸稈和餅粕等）、工業有機廢棄物（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、腐植酸風化煤等單獨或混合發酵熟化后生成［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。本調查發現，有機肥中Cd和Hg含量為各類肥料中最高，且顯著高于其他肥料。可見，有機肥料原料中這2種重金屬含量較高。鈣鎂磷肥是主要的重金屬元素攜帶者，復混肥是Zn的主要攜帶者，有機肥是Cd和Hg的主要攜帶者，此結論與劉海偉等［29］調查的贛州煙田肥料的結論一致。

除江西省煙田鈣鎂磷肥中Cr、Cu和Zn含量（高達幾百甚至幾千毫克每千克）以及有機-無機復混肥中Zn含量較高之外，其他肥料中重金屬含量與以往文獻報道［20-21，24-25，31，44］中肥料重金屬含量基本相近。據資料顯示，江西省撫州煙區土壤樣品中Cu和Zn含量較高，其超標率分別為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-無機復混肥）中相應的重金屬元素含量較高有關。

雖然重金屬Cu、Zn和Ni是作物必需的微量營養元素，但長期施用仍會對土壤和農作物質量安全產生一定風險［45］。鑒于鈣鎂磷肥和有機-無機復混肥中上述元素含量較高，建議加強此2類肥料中Cu、Zn和Ni的監管和監測工作，并制定相應地標準限量，防止其對土壤和農產品構成污染。

4 結 論

本研究調查發現，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、有機肥和有機-無機復混肥中重金屬含量總體較高，個別鈣鎂磷肥Cr和有機-無機復混肥As樣品存在超標現象；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。江西省煙區調查肥料樣品中重金屬污染均處于清潔水平，其單因子污染指數大小順序為As＞Cr＞Pb＞Cd＞Hg，綜合污染指數為鈣鎂磷肥＞有機-無機復混肥＞有機肥＞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產品重金屬污染，故建議制定肥料中上述3種元素的標準限量，并進一步加強肥料中重金屬的監管和監測工作。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。

［1］ Ashraf M， Vera I S， Andrei A. Genotypic variation of the response to cadmium toxicity in Pisum sativum L.［J］. J Exp Bot， 2005， 56（409）∶ 167-178.

［2］ 魏益華，陳云霞，周瑤敏，等. 江西撫州煙區土壤及煙葉重金屬污染狀況評價［J］. 中國煙草科學，2014，35（1）：19-25.

［3］ Tsadilas C D， Karaivazoglou N A， Tsotsolis N C， et al. Cadm ium uptake by tobacco as affected by lim ing， N form， and year of cultivation［J］. Environ Pollution，2005， 134∶ 239-246.

［4］ 曹祥練，孫敬國，盧紅良. 重金屬對烤煙產量及品質影響的研究進展［J］. 河北農業科學，2009，13（9）：3-6，9.

［5］ 鄧家，胡繼偉，李繼新，等. 重金屬離子對烤煙葉片中銅鋅超氧化物歧化酶活性的影響［J］. 中國煙草學報，2010，16（3）：1-6.

［6］ Wang Fa Yuan， Wang Ling， Shi Zhao Yong， et al. Effects of AM inoculation and organic amendment，alone or in combination， on grow th， P nutrition， and Heavy-metal uptake of tobacco in Pb-Cd contam inated soil［J］. J Plant Grow th regul， 2012， （31）∶ 549-559.

［7］ Marano K M， Naufal Z S， Kathman S J. Cadmium exposure and tobacco consumption∶ Biomarkers and risk assessment［J］. Regul Toxicol Pharm， 2012， 64∶243-252.

［8］ 黃浩，周冀衡，陳初，等. 重金屬鉛、鎘葉面噴施對烤煙上部葉生長的影響［J］. 湖南農業科學，2012（23）：59-60，63.

［9］ 張玉濤，楊興平，李琳，等. 重金屬Pb、Cr、Cd對煙草生長的影響及其分布規律［J］. 南方農業學報，2012，43（11）：1697-1702.

［10］ 鄭新章，高琳，周雅寧. 近5年國內外煙草科技論文統計分析與研究熱點［J］. 中國煙草學報，2008，14（3）：59-64.

［11］ Choi Y E， Harada E， W ada M， et al. Detoxification of cadm ium in tobacco plants∶ formation and active excretion of crystals containing cadm ium and calcium through trichomes ［J］. Planta， 2006， 213∶ 45-50.

［12］ 孟建玉，商勝華，陸寧，等. 土壤重金屬含量對煙葉和煙氣中重金屬的影響［J］. 中國煙草科學，2012，33（3）：1-6.

［13］ Uprety D， Hejcman M， Száková J， et al. Concentration of trace elements in arable soil after long-term app lication of organic and inorganic fertilizers［J］. Nutr Cycl Agroecosys， 2009， 85（3）∶ 241-252.

［14］ M ar S S， Okazaki M， M otobayashi T. Investigation of Cd contents in several phosphate rocks used for the production of fertilizer［J］. M icrochem ical J， 2012，104：17-21.

［15］ Jiao W T， Chen W P， Chang A C， et al. Environmental risks of trace elements associated w ith long-term phosphate fertilizers applications∶ A review［J］. Environ Pollution， 2012， 168∶ 44-53.

［16］ 張艷玲，張仕祥，楊杰，等. 施肥對植煙土壤重金屬輸入的影響［J］. 煙草科技，2010（11）：51-54，60.

［17］ Perez A I， Anderson K A. DGT estimates cadm ium accumulation in wheat and potato from phosphate fertilizer app lications［J］. Sci Total Environ， 2009，407（18）∶ 5096-5103.

［18］ De Vries W， M cLaughlin M J. Modeling the cadm ium balance in Australian agricultural systems in view of potential impacts on food and water quality［J］. Sci Total Environ， 2013， 461-462 ∶ 240-257.

［19］ Jalarnejadi A R， Sayyad G， Homaee M， et al. Spatial variability of soil total and DTPA-extractable cadm ium caused by long-term application of phosphate fertilizers， crop rotation， and soil characteristics［J］. Environ Monit Assess， 2013， 185（5）∶ 4087-4096.

［20］ 劉榮樂，李書田，王秀斌，等. 我國商品有機肥料和有機廢棄物中重金屬的含量狀況與分析［J］. 農業環境科學學報，2005，24（2）：392-397.

［21］ 陳海燕，高雪，韓峰. 貴州省常用化肥重金屬含量分析及評價［J］. 耕作與栽培，2006（4）：18-19.

［22］ 周焱，陸若輝，董越勇，等. 浙江省復混肥料、有機-無機復混肥料和有機肥料品質的研究［J］. 植物營養與肥料學報，2007，13（1）：148-154.

［23］ 苗玉奎，申建波，張福鎖，等. 應用ICP-MS測定KCl肥料中重金屬元素含量［J］. 光譜學與光譜分析，2008，28（10）：2428-2430.

［24］ 封朝暉，劉紅芳，王旭．我國主要肥料產品中有害元素的含量與評價［J］．中國土壤與肥料，2009（4）：44-47.

［25］ 陳林華，倪吾鐘，李雪蓮，等. 常用肥料重金屬含量的調查分析［J］. 浙江理工大學學報，2009，26（2）：223-227.

［26］ 朱建華，楊曉磊，嚴瑾，等．上海商品有機肥料中重金屬含量及影響因素研究［J］．上海農業學報，2010，26（4）：113-116.

［27］ 吳凌云．福建省商品有機肥料重金屬含量的分析與研究［J］．福建農業科技，2010（1）：67-69.

［28］ 莊云，武小凈，李德成，等. 安徽省皖南煙區灌溉水體和肥料重金屬含量研究［J］. 土壤，2013，45（1）：190-192.

［29］ 劉海偉，肖先儀，黃平香，等. 贛州煙田灌溉水和肥料中重金屬含量分析與評價［J］. 江西農業學報，2013，25（8）：116 -119.

［30］ 武小凈，李德成，莊云，等. 山東省典型煙區煙葉重金屬的外源調查［J］. 土壤，2013，45（3）：513-516.

［31］ 武小凈，李德成，胡鋒，等. 福建典型煙區土壤、灌溉水和肥料中重金屬含量調查［J］. 土壤，2013，45（2）：246-249.

［32］ 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會. GB 18877—2009 有機-無機復混肥料［S］. 北京：中國標準出版社，2009.

［33］ 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會. GB/T 23349—2009 肥料中砷、鎘、鉛、鉻、汞生態指標［S］. 北京：中國標準出版社，2009.

［34］ 中華人民共和國農業部. NY 525—2012 有機肥料［S］.北京：中國標準出版社，2012.

［35］ 馬榕．重視磷肥中重金屬鎘的危害［J］．磷肥與復肥，2002，17（6）：5-6.

［36］ 王起超，麻壯偉．某些市售化肥的重金屬含量水平及環境風險［J］. 農村生態環境，2004，20（2）：62-64.

［37］ 彭來真，劉琳琳，張壽強，等．福建省規模化養殖場畜禽糞便中的重金屬含量［J］. 福建農林大學學報：自然科學版，2010，39（5）：523-527.

［38］ 奚振邦，王寓群，楊佩珍．中國現代農業發展中的有機肥問題［J］. 中國農業科學，2004，37（12）：1874-1878.

［39］ Adeli A， Sistany K R， Tewolde H， et al. Broiler litter application effects on selected trace elements under conventional and no-till systems［J］. Soil Sci， 2007， 172∶349-365.

［40］ Schomberg H H， Endale D， Jenkins M， et al. Soil test nutrient changes induced by poultry litter under conventional tillage and no-tillage［J］. Soil Sci Soc Am J， 2008， 73∶ 154-163.

［41］ Berenguer P， Cela S， Santivery F， et al. Copper and zinc soil accumulation and p lant concentration in irrigated maize fertilize w ith liquid sw ine manure［J］. Agron J，2008， 100∶ 1056-1061.

［42］ Benke M B， Indratne S P， Hao X， et al. Trace element changes in soil after long-term cattle manure app lications［J］. Environ Qual， 2008， 37∶ 798-807.

［43］ Mantovia P， Baldonib G， Toderib G. Reuse of liquid dewatered， and composted sewage sludge on agricultural land∶ effects of long-term application on soil and crop［J］. Water Res， 2005， 39∶ 289-296.

［44］ 黃青青，劉星，張倩，等. 應用ICP-MS和AFS測定含磷肥料中重金屬含量［J］. 光譜學與光譜分析，2014，34（5）：403-406.

［45］ Atafar Z， M esdaghinia A， Nouri J. Effect of fertilizer app lication on soil heavy metal concentration［J］. Environ Monit Assess， 2010， 160∶ 83-89.

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目“撫州市無公害煙葉生產技術體系研究與示范”（201001017）

魏益華（1982-），碩士，助理研究員，研究方向為農產品質量安全。E-mail：w eiyihua08@163.com。*通信作者，E-mail：luolinguang@126.com

2015-02-03

2015-04-08