北京商品有機肥重金屬含量與污染程度分析

范珊珊 劉繼遠 高飛 季衛 李昌偉 譚曉東

摘要 通過北京市2012—2019年的788個商品有機肥料樣品檢測，分析北京市商品有機肥料重金屬含量狀況和污染程度情況。結果表明，重金屬Hg、As、Pb、Cr和Cd的含量差異和變異系數值均較大，平均值分別為0.3、8.0、11.5、53.9和0.3 mg/kg，均符合農業行業標準NY 525—2012有機肥料中重金屬限量標準。近8年來重金屬Hg、As、Pb、Cr和Cd含量整體呈下降趨勢，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狀況為As>Cr>Pb>Hg>Cd，超標率較低，合格率以2.4 %/a的趨勢增長。Cr每年都有超標，As僅有2017年未超標，As和Cr含量成為限制商品有機肥品質提高的關鍵因素。5種重金屬單因子污染指數均小于1.0，全部為清潔等級范圍。內梅羅綜合污染指數P綜除2016年在警戒線邊緣（P綜=0.75），其他全部為安全級別（P綜≤0.7）。因此，北京市商品有機肥重金屬整體質量狀況和污染程度發展趨勢良好，但在施用過程中應注重控制使用量，防止環境污染的風險，尤其加強As和Cr元素防控。

關鍵詞 商品有機肥;重金屬;含量;超標情況;污染評價

中圖分類號 S19文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）10-0083-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.10.022

開放科學（資源服務）標識碼（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

有機肥是我國農業生產中非常重要的肥料，富含豐富的有機質、作物生長必需的養分及有機酸等物質，具有培肥、改良土壤、提高作物產量的功效，是綠色農業和有機農業生產中的主要肥料。2015年農業農村部公布《到2020 年化肥使用量零增長行動方案》，明確提出以有機肥替代化肥[1]，鼓勵企業和農民發展有機肥市場，有機肥應用越來越受到廣泛關注。同時，各地也結合實際，相應出臺了一系列促進有機肥發展的扶持政策，包括補貼資金等管理措施，加快推進有機肥資源利用的政策路線、生產應用和行業發展[2]。

有機肥原料來源廣泛、質量參差不齊，甚至部分商品有機肥產品重金屬含量存在超標問題[3-5]。有研究表明，不同有機肥產品由于原料和工藝的差別，重金屬含量差別很大[6]，將這些有機肥施入土壤后，土壤中重金屬元素含量明顯增加[7]。如果過量施用含重金屬元素的有機肥，就會造成土壤重金屬污染，降低土壤肥力，影響作物生長，甚至導致農作物重金屬超標[8-10]，最終引發農產品安全問題，嚴重威脅人類健康[11-12]。因此，掌握有機肥重金屬含量狀況，如何有效控制有機肥施用，降低對農田污染，成為當前研究的熱點。該研究通過對北京市2012—2019年連續8年檢測的商品有機肥料重金屬含量進行統計，參照《有機肥料》NY 525—2012限量標準，分析北京市商品有機肥產品中重金屬含量情況和發展趨勢，初步評價北京市有機肥市場重金屬污染對環境的影響，為北京市有機肥行業整體發展和有機肥產品安全監督提供數據支撐和科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集

樣品來源于2012—2019年北京市肥料檢測樣品，包括房山、大興、順義、通州、昌平、密云、延慶、懷柔等12個區縣的788個商品有機肥樣品，采樣方法按有機肥的采集與處理進行。

1.2 樣品重金屬測定方法

樣品重金屬含量參照NY/T 1978—2010[13-14]標準進行處理，將樣品風干后過2 mm篩，置于樣品袋中干燥保存，樣品經過鹽酸-硝酸消煮后， 用原子吸收分光光度法分析測定Cd、Pb、Cr，采用原子熒光分光光度法測定As、Hg的含量。

1.3 重金屬狀況評價標準

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

1.4 肥料中重金屬污染評價方法 采用單因子污染指數法[16-17]評價5種水溶肥料重金屬污染狀況，單因子污染指數計算公式如下：

Pi=CiSi（1）

式中，Pi為第i種重金屬的質量分數（單因子污染指數）;Ci為第i種重金屬含量的均值（mg/kg）;Si為第i 種重金屬限量標準（mg/kg）。Pi值越大重金屬污染越嚴重。

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

P綜=（i）2+（Pimax）22（2）

i=1nni=1Pi（3）

式中，P綜為內梅羅綜合污染指數;Pi為某種重金屬單因子污染指數;Pimax為5種重金屬單因子污染指數的最大值。綜合污染指數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重的污染物的權重，能較全面地反映出有機肥重金屬污染的真實狀況。

1.5 數據處理 采用 Microsoft Excel 2010統計軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 商品有機肥中重金屬含量情況

商品有機肥原料來源復雜，導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788個有機肥樣品的重金屬含量進行分析，結果發現（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變異系數最高，達882.7%，Cd變異系數為181.8%，均為強變異，說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，變異系數最低，為72.8%，說明As含量相對集中;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2萬多倍，變異系數僅次于Hg，為478.4%，為強變異。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，變異系數為209.8%，為強變異。

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，這是因為在這一年有2個樣品的Hg含量超過40 mg/kg，有2個樣品的Cr含量每千克達數千毫克，有10個樣品的Cr含量每千克達數百毫克，導致這一年平均含量突然上升。As和Pb平均含量沒有明顯規律性變化，呈緩慢波動型下降，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 商品有機肥中重金屬超標情況 由表3可知，788個商品有機肥料樣品中重金屬的變異系數值均較大（表1），但總體超標率均較低，為14.7%（超標個數為116個）。從5種重金屬超標情況看，As超標率最大，為7.8%，其次是Cr，為4.0%，其他3種元素超標率均小于1.0%，表現為As>Cr>Pb>Hg>Cd。Cr每年均有超標，在2016年超標率最高，為13.0%，可見Cr對商品有機肥質量影響較大。As除2017年外，其他年份均有超標情況，2015和2012年超標情況較為明顯，超標率分別為20.6%和18.1%;Hg、Pb和Cd僅在部分年份出現超標現象，其中Hg在2012、2015和2016年均出現了超標樣品，超標率分別為1.6%、0.7%和2.2%;Pb在2014、2018和2019年均出現了超標樣品，超標率分別為4.0%、1.7%和1.4%;Cd在2012、2013和2018年均出現了超標樣品，超標率分別為0.8%、2.3%和0.9%。從每年超標率情況看，2015年超標率最高，為4.9%，2017—2019年超標率明顯低于2012—2016年，近年來由于市場監管力度加大，肥料質量明顯提升。

將每年商品有機肥重金屬含量的合格率進行線性回歸，以直線斜率表示每年平均增長量，得到5種重金屬元素合格率平均增長量線性方程（表4），2012—2019 年重金屬總合格率平均增長量為2.4%/a，其中，As合格率平均增長量最高，為2.2%/a，Pb的年平均增長量呈下降趨勢，為-0.1%/a，說明近年來重金屬雖有超標現象，但合格率越來越高，北京市商品有機肥料重金屬質量有所提升。

2.3 商品有機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（Pi）均小于1，全部為清潔等級（表6）。2016年Cr的Pi值在所有年份和元素中最高，達到0.96，接近輕污染等級;其他年份，As的Pi值普遍高于其他重金屬的Pi值，說明As污染程度普遍偏高。

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

3 結論

2012—2019 年檢測的788個商品有機肥料中重金屬Hg、As、Pb、Cr和Cd的含量差異和變異系數均較大，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年來有機肥重金屬平均含量均呈下降趨勢，分別下降了50.0%、21.2%、26.1%、48.1%和50.0%。

參照我國現有的 NY 525—2012 有機肥料中重金屬限量標準，總體超標率為14.7%，總體超標狀況為As>Cr>Pb>Hg>Cd，其中，Cr每年均有超標情況，As僅有2017年未超標。合格率年平均增長量為2.4 %/a，說明北京市商品有機肥重金

屬情況整體良好，但由于受As和Cr的影響較明顯，因此農

用中應注意控制使用量，如大量施用，仍存在土壤和環境污染的風險。

用單因子污染指數法和內梅羅綜合污染指數法評價有機肥料重金屬污染情況，結果表明，單因子污染指數全部小于1，全部為清潔等級范圍。2012—2019年內梅羅綜合污染指數P綜分別是0.51、0.46、0.38、0.52、0.75、0.33、0.29、0.40，除

2016年在警戒線邊緣，其他全部為安全級別。可見，北京市商品有機肥樣品中重金屬污染程度整體發展趨勢良好，可以適當地在農業生產中安全使用。

因此，針對市場有機肥生產工藝簡單、品種繁多、質量參差不齊的現狀，加強對商品有機肥料質量品質的監督管理是非常有必要的，同時，在未來制定相應的產品市場準入規范和要求，為有機肥行業的健康發展和農產品質量安全生產保駕護航。

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