41份商品有机肥养分、重金属质量分数及重金属溯源分析_湛润生.pdf

342023 年第 3 期（总第 167 期）41 份商品有机肥养分、重金属质量分数及重金属溯源分析湛润生1，岳新丽2，顾怀琴1，程宁1（1.山西大同大学农学与生命科学学院，山西大同，037009；2.山西农业大学高寒区作物研究所，山西大同，037008）摘 要：为深入开展商品有机肥应用推广工作，本研究试验采集蒙晋冀长城金三角合作区商品有机肥 41 份，就其养分、重金属质量分数进行分析测试，并依据有机肥料行业标准 NY/T5252021 开展评价。结果表明，41 份商品有机肥 pH 值均值 8.12，整体偏碱性，有机质均值 38.66%，NPK 总养分均值 5.05%。依据 NY/T5252021，有机质质量分数合格率为 90.33%；NPK 总养分质量分数合格率为 68.29%，不合格样品均为羊粪肥；pH 值合格率为 73.17%，不合格样品均为牛粪肥，且其 pH 值8.5。商品有机肥中重金属 Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb 和 Hg 质量分数平均值分别为 22.75mgkg-1、17.04mgkg-1、61.20mgkg-1、75.28mgkg-1、7.04mgkg-1、0.57mgkg-1、28.74mgkg-1、0.10mgkg-1，依据 NY/T5252021，Pb 超标率 7.32%，Cr、As、Cd 和 Hg 元素均不超标；依据德国堆肥相关标准，Cr 超标率 2.44%，Cu 超标率 12.20%，Cd 超标率 4.88%，Ni、Zn、Pb 和 Hg 均未超标，且上述重金属超标有机肥均为鸡粪肥和猪粪肥。相关性分析及主成分分析结果表明，畜禽饲料，磷肥添加，畜禽饲养、有机肥生产过程大气沉降等环境污染因素，以及有机废弃物，黏结剂添加都是商品有机肥重金属的重要来源。关键词：商品有机肥；养分；重金属；质量评价；来源解析中图分类号：X71 文献标志码：A 文章编号：1008-3103（2023）03-0034-04Nutrients，Heavy Metal Mass Fraction and Heavy Metal Traceability Analysis of 41 Commercial Organic FertilizerZhanRun-sheng1，YueXin-li2，GuHuai-qin1，ChengNing1（1.CollegeofAgronomyandLifeSciences，ShanxiDatongUniversity，DatongShanxi037009，China；2.InstituteofHighLatitudeandColdAreaCrops，ShanxiAgriculturalUniversity，DatongShanxi037008，China）Abstract：Inordertopromotetheapplicationandpromotionofcommercialorganicfertilizer，41samplesofcommercialorganicfertilizerintheGreatWallGoldenTriangleCooperationZoneofMongolia，ShanxiandHebeiProvincewerecollected，andtheirnutrientandheavymetalmassfractionswereanalyzed，andtheevaluationwascarriedoutaccordingtotheindustrystandardofOrganicFertilizer，NY/T 5252021.TheresultsshowedthattheaveragepHvalueof41commercialorganicfertilizerswas8.12，slightlyalkaline，theaverageorganicmatterwas38.66%，andtheaverageNPKtotalnutrientwas5.05%.AccordingtoNY/T 5252021，thequalifiedrateoforganicmatterwas90.33%，andthequalifiedrateofNPKtotalnutrientswas68.29%，theunqualifiedsamplesweresheepmanure，andthequalifiedrateofpHvaluewas73.17%，theunqualifiedsampleswerecowmanure，thepHvaluewasmorethan8.5.TheaveragemassfractionsofheavymetalsCr，Ni，Cu，Zn，As，Cd，PbandHgincommercialorganicfertilizerwere22.75mg kg-1，17.04mg kg-1，61.20mg kg-1，75.28mg kg-1，7.04mg kg-1，0.57mg kg-1，28.74mg kg-1and0.10mg kg-1，respectively.AccordingtoNY/T 5252021，Pbexceeded基金项目：山西大同大学 2019 年度教育扶贫专项研究项目“有机肥中重金属含量检测及控制技术研究”（2019ZX2）。作者简介：湛润生（1979），男，汉族，副教授，硕士，从事土壤环境化学方面的教学科研工作。DOI:10.14127/ki.jiangxihuagong.2023.03.009352023 年 6 月41 份商品有机肥养分、重金属质量分数及重金属溯源分析0 引言有机肥富含有机质、作物生长必需的养分及有机酸等物质，具有培肥、改良土壤的功效，是无公害农业、绿色农业和有机农业生产中的主要肥料1。同时，施用有机肥是维持农业生态系统物质与能量平衡的重要措施，能提高农业生产效率及生态系统对于扰动的抵抗力和恢复力2。然而部分有机肥生产原料如规模化养殖场的畜禽粪便往往富含 Cu、Zn、Cd 和 Hg等重金属。一些重金属元素既是植物生长的必需营养成分，同时又是环境污染源，且在堆制过程中难以降解，并随微生物的作用及碳和水分的损失而浓缩，最终进入农业生态环境3。这些元素一旦过量，就会造成土壤环境污染，对土壤动物、微生物、土壤酶产生潜在威胁，致使土壤肥力和质量降低，影响植物生长，引发系列食品安全问题，最终危及人类健康。相关研究表明，施用不同来源的有机肥料后，土壤 Cd、Pb、Cr、As、Hg 等重金属元素含量超标的事件屡有发生4。研究有机肥中的重金属含量对农产品安全和有机废弃物的再利用具有重要意义。在与有机肥料养分及重金属含量检测相关的研究中，未见关于蒙晋冀（乌兰察布、大同、张家口）长城金三角合作区有机肥资料的系统研究报道。本项目采集上述三地有机肥企业的有机肥商品样品，测定重金属 Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb 和 Hg 元素含量，追溯重金属元素来源，并进一步将结果反馈给相应养殖社和有机肥生产企业，从源头控制商品有机肥中重金属元素来源，保障消费者的健康饮食。1 材料与方法1.1 研究区域概况及样品采集蒙晋冀长城金三角合作区包括内蒙古自治区乌兰察布市、山西省大同市、河北省张家口市，于 2013 年倡议建设。区域面积 10.6 万平方公里，共辖 42 个旗县市区，总人口 1078.8 万人。区域突出地域特色产业优势，致力于打造京津冀肉食蛋奶供应基地，大力发展养殖业，同时也是商品有机肥的重要输出基地。课题组于 2021 年 12 月至 2022 年 5 月期间，在合作区下辖的阳高、天镇、云冈、怀仁市（属于朔州市）、集宁、丰镇市、察哈尔右翼中旗、商都、兴和、张北、康保和尚义 12 个县区，采集畜禽粪便商品有机肥样品 41 份。按照商品有机肥主要成分划分，计牛粪肥 20 份、羊粪肥 14 份、鸡粪肥 4 份、猪粪肥 3 份。混合样品带回实验室风干后研磨，过 100 目尼龙筛，存储备用。1.2 分析测试及数据处理pH 值测定采用 pH 计法，有机质含量测定采用K2Cr2O7容量法，总 N 含量测定采用标准酸滴定法，P2O5含量测定采用分光光度法，K2O 含量测定采用火焰光度法，Zn、Cu、Cr 和 Ni 测定采用火焰原子分光光度法，Cd 和 Pb 测定采用石墨炉原子分光光度法，Hg和 As 测定采用原子荧光光度法5。数 据 采 用 Excel97-2003 和 SPSS18.0 统 计 分 析，其中定量变量的相关分析采用 Pearson 相关系数法，主成分分析（PCA）采用因子分析法。thestandardby7.32%，andCr，As，CdandHgdidntexceedthestandard.AccordingtotherelevantGermancompostingstandards，theover-standardrateofCrwas2.44%，theover-standardrateofCuwas12.20%，theover-standardrateofCdwas4.88%，andNi，Zn，PbandHgwerentexceeded.Theaboveheavymetalorganicfertilizerswerechickenmanureandpigmanure.Correlationanalysisandprincipalcomponentanalysisshowedthatlivestockandpoultryfeed，phosphorusfertilizeraddition，atmosphericsedimentationduringlivestockandpoultryfeeding，organicfertilizerproduction，aswellasorganicwasteandbinderadditionwereimportantsourcesofheavymetalsincommercialorganicfertilizer.Keywords：commercialorganicfertilizer；nutrient；heavymetal；qualityevaluation；sourceanalysis表 1 有机肥 pH 值、养分质量分数表参数pH 值有机质（%）N（%）P2O5（%）K2O（%）氮磷钾总量（%）范围6.579.7624.8553.510.712.910.504.230.734.172.388.93均值8.1238.661.571.591.905.05中值8.0438.791.541.371.674.76标准偏差0.676.590.510.940.921.70362023 年第 3 期（总第 167 期）2 结果与分析2.1 有机肥养分质量分数从 表 1 可 以 看 出，有 机 肥 pH 值 变 化 范 围 为6.579.76，均值 8.12，整体偏碱性。其中牛粪肥、羊粪肥、鸡粪肥和猪粪肥 pH 值均值分别为 8.41、7.86、7.87 和 7.68，牛粪肥 pH 值鸡粪肥、羊粪肥pH 值猪粪肥 pH 值。有机质质量分数变化范围为24.85%53.51%，均值为 38.66%。其中，牛粪肥、羊粪肥、鸡粪肥和猪粪肥有机质质量分数均值分别为41.13%、36.46%、33.43%和 35.85%。4 种 粪 肥，牛 粪肥有机质质量分数均值最高。氮磷钾总养分质量分数变化范围为 2.38%8.93%，均值为 5.05%。其中，牛粪肥、羊粪肥、鸡粪肥和猪粪肥总养分质量分数均值分别为5.66%、3.31%、5.73%和 8.15%，猪粪肥养分鸡粪肥、牛粪肥养分羊粪肥养分。依据有机肥料行业标准 NY/T 52520216，有机质的质量分数（以烘干基计）30%，总养分（N-P2O5-K2O）的质量分数 4.0%，pH 值 5.58.5。所有样品中，有机质质量分数 30%样品共 4 份，不合格率为 9.67%；NPK