常用化肥重金屬元素含量分析評價及其對土壤環(huán)境的影響

王衛(wèi)星+曹淑萍+李攻科+張亞娜

摘 要：隨著化肥的長期施用，其中的重金屬元素可能會積累，從而導(dǎo)致農(nóng)田土壤及農(nóng)作物中重金屬元素超標(biāo)，造成環(huán)境污染，其中，Cd，Hg，As，Pb，Cr是化肥對土壤產(chǎn)生污染的主要物質(zhì)。以天津市薊州區(qū)為例，采集20個常用化肥樣品進(jìn)行重金屬元素分析評價，并研究其對土壤環(huán)境的影響。結(jié)果表明，磷酸二銨肥料中As，Cd，Cr含量較其他肥料顯著偏高，尿素、板栗專用肥中As，Cd，Pb含量較其他肥料顯著偏低，復(fù)合肥（摻混肥）中As，Cd，Pb，Cr，Hg含量平均為11.06，0.240，2.95，19.7，0.054 mg·kg-1；薊州地區(qū)肥料樣品中As，Cd，Pb，Cr，Hg含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《肥料中砷、鎘、鉛、鉻、汞生態(tài)指標(biāo)》（GB/T 23349—2009）國家標(biāo)準(zhǔn)中的限值，樣品合格率為100%。每年通過化肥可以向每公頃農(nóng)田土壤中平均輸入As，Cd，Pb，Cr，Hg的質(zhì)量分別約為13.275，0.315，3.690，33.030，0.076 kg。磷酸二銨和尿素呈堿性，復(fù)合肥（摻混肥）均呈酸性，長期大量施用化肥可能會使農(nóng)田土壤的pH值整體下降。

關(guān)鍵詞：化肥；重金屬元素；分析評價；土壤環(huán)境

中圖分類號：S143；X53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.04.005

Analysis and Evaluation of Heavy Metal Elements in Common Fertilizers and Their Effects on Soil Environment

WANG Weixing， CAO Shuping， LI Gongke， ZHANG Yana

（Tianjin Institute of Geological Survey， Tianjin 300191， China）

Abstract： With the long-term application of fertilizer， the heavy metal elements in the soil and crops can lead to excessive heavy metal elements， resulting in environmental pollution. Cd， Hg， As， Pb， Cr are the main chemical fertilizers for the pollution of the soil. In this study， taking Jizhou district of Tianjin city as an example， 20 common fertilizer samples were analyzed to evaluate heavy metal elements， and studied their effects on soil environment. The results showed that As， Cd， Cr contents of diammonium phosphate fertilizer were significantly higher than other fertilizers. As， Cd， Pb content in urea and special fertilizer for chestnut were significantly lower compared with other fertilizer. As， Cd， Pb， Cr， Hg contents in compound fertilizer （fertilizer blending） were 11.06， 0.240， 2.95， 19.7， 0.054 mg·kg-1， respectively. As， Cd， Pb， Cr， Hg contents in Jizhou fertilizer samples were far lower than the national standard limit value of 《As， Cd， Pb， Cr， Hg ecological indexs in fertilizer 》 （GB/T 23349-2009）， and samples pass rates were 100%. Average input qualities of Cd， Pb， As Cr， Hg through fertilizer to the farmland soil per acre each year were 13.275， 0.315， 3.690， 33.030， 0.076 kg， respectively. DAP and urea were alkaline， and compound fertilizer （mixed fertilizer） were acidic. Long-term use of chemical fertilizers may make the soil pH overall decline.

Key words： chemical fertilizer； heavy metal elements； analysis and evaluation； soil environment

肥料是植物的糧食，農(nóng)作物的高產(chǎn)離不開肥料的施用，不論是發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家，施肥都是糧食增產(chǎn)最有效的措施[1-2]。然而，有些化肥因生產(chǎn)工藝缺陷存在重金屬元素殘留風(fēng)險，重金屬元素隨著肥料的施用，直接進(jìn)入農(nóng)田土壤中，在農(nóng)田土壤中殘留，長期積累會造成環(huán)境污染，從而可能導(dǎo)致農(nóng)田土壤及農(nóng)作物中重金屬元素超標(biāo)[3]。鎘、汞、砷、鉛、鉻是化肥對土壤產(chǎn)生污染的主要物質(zhì)， 施用進(jìn)入土壤后富集在農(nóng)田土壤和作物體內(nèi)，通過食物鏈最終影響到人體健康；另外，肥料的種類、施肥量會影響土壤的性質(zhì)如pH值、溶液中離子的組成、陽離子交換量等[4-5]。肥料對農(nóng)作物的生長和增產(chǎn)具有舉足輕重的作用，查明化肥中重金屬元素的含量特征，并對其進(jìn)行評價， 對于合理使用化肥和有效控制重金屬元素進(jìn)入土壤具有重要意義。

通過調(diào)查可知，天津市薊州南部平原區(qū)主要種植小麥和玉米，一年兩季倒茬，少數(shù)僅種植一季玉米，小麥、玉米在種植時施用復(fù)合肥作為底肥，作物生長旺期施用尿素進(jìn)行追肥；北部山區(qū)主要種植各類果樹，一般不施用化肥，少數(shù)施用復(fù)合肥或果樹專用肥。本研究以天津市薊州區(qū)為例，采集了20個常用化肥樣品進(jìn)行重金屬元素分析評價，旨在查明化肥中重金屬元素的含量特征及其對土壤環(huán)境的影響， 對于今后合理使用化肥和有效控制重金屬元素進(jìn)入土壤具有重要意義。

1 材料和方法

1.1 材 料

小麥?zhǔn)┯没?個，玉米施用化肥8個，果樹施用化肥6個。

1.2 方 法

因作物輪作的季節(jié)性，樣品采集分2次進(jìn)行，2015年5月在玉米大面積種植前，主要采集玉米施用化肥，當(dāng)年9月在小麥大面積種植前，主要采集小麥?zhǔn)┯没?。為了樣品的代表性，樣品在研究區(qū)均勻布設(shè)采集，采集地點(diǎn)為當(dāng)?shù)乇容^大的化肥經(jīng)銷店，采集了有代表性的小麥玉米施用化肥14個，另外，還采集了6個果樹施用化肥。其中，小麥?zhǔn)┯没?個，玉米施用化肥8個，果樹施用化肥6個，裝入塑封袋及時送入實(shí)驗(yàn)室。化肥樣品基本特征如表1所示。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

分析檢測As，Cd，Cr，Hg，Pb等5項(xiàng)重金屬元素，依據(jù)《DD 2005-01區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)樣品分析技術(shù)要求（試行）》要求執(zhí)行；用4.0 g樣品粉末壓餅法進(jìn)行處理，采用XRF方法檢測Cr，Pb；用0.100 0 g樣品硝酸、鹽酸、氫氟酸、高氯酸四酸溶樣定容100 mL，采用ICP-MS方法檢測Cd；用0.250 0 g樣品、王水溶樣KBH4還原、氫化法進(jìn)行處理，采用AFS方法檢測As，Hg。另外，采用國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和平行雙份樣品測定方法，控制準(zhǔn)確度和精密度，進(jìn)而控制測試質(zhì)量，樣品測試單位為國土資源部天津礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心。

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬元素含量特征

從表2、圖1可以看出，磷酸二銨肥料（JHF03）中，As，Cd，Cr含量較其他肥料顯著偏高；尿素（JHF04）和板栗專用肥（JHF06）中，As，Cd，Pb含量較其他肥料顯著偏低。 復(fù)合肥（摻混肥）中，As含量在2.88～24.10 mg·kg-1，平均為11.06 mg·kg-1，Cd含量在0.049～0.597 mg·kg-1，平均為0.240 mg·kg-1，Pb含量在0.91～15.08 mg·kg-1，平均為2.95 mg·kg-1，Cr含量在12.6～36.7 mg·kg-1，平均為19.7 mg·kg-1，Hg含量在0.002～0.296 mg·kg-1，平均為0.054 mg·kg-1；復(fù)合肥（摻混肥）中，JHF02，JHF08，JHF17樣品中As相對較高，JHF05，JHF10，JHF15樣品中Cd相對較高，JHF07，JHF15樣品中Pb相對較高，JHF10樣品Cr相對較高，JHF09，JHF18樣品中Pb相對較高。

2.2 重金屬元素含量評價

由于當(dāng)前我國農(nóng)田污染狀況日益嚴(yán)重，我國從20世紀(jì)80年代開始，針對城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用、有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥料、化肥等不同種類的肥料，陸續(xù)發(fā)布了一系列國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，都有其適用范圍，這些標(biāo)準(zhǔn)中均規(guī)定了砷、鎘、鉛、鉻、汞這5種重金屬元素的限量值。本研究選擇2009年底國家發(fā)布的《肥料中砷、鎘、鉛、鉻、汞生態(tài)指標(biāo)》（GB/T 23349—2009）國家標(biāo)準(zhǔn)（表3），將本次采集到的20個樣品中，化肥重金屬元素含量與該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較評價，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有肥料樣品均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)中的限值，樣品合格率為100%。

2.3 對土壤環(huán)境的影響

合理施肥能夠增加農(nóng)作物的產(chǎn)量、改善農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)、提高農(nóng)產(chǎn)品的貯藏效果以及商品價值、改良與培肥土壤；然而，施肥帶入的重金屬元素一方面污染土壤并對作物產(chǎn)生危害，另一方面還對重金屬在土壤-植物系統(tǒng)的積累、遷移、轉(zhuǎn)化進(jìn)而進(jìn)人食物鏈產(chǎn)生影響[6]。薊州區(qū)平原區(qū)主要種植小麥、玉米，種植方式主要為每年一季小麥和一季玉米，少數(shù)僅種植一季玉米。通過實(shí)地調(diào)查可知，小麥和玉米在種植時均要施用一次復(fù)合肥作為底肥，一年兩季每公頃施用量平均約1 200 kg，在作物生長旺期再施用一次尿素進(jìn)行追肥，一年兩季每公頃施用量平均約900 kg。通過計算可知，每年通過化肥可以向每公頃農(nóng)田土壤中平均輸入As，Cd，Pb，Cr，Hg的質(zhì)量分別約為13.275，0.315， 3.690，33.030，0.076 kg。

前人試驗(yàn)研究結(jié)果表明，長期施用化肥可以使農(nóng)田土壤的pH值下降[7-13]。從表2可以看出，除了磷酸二銨和尿素呈堿性以外，其他復(fù)合肥均呈酸性。2001年，在薊州地區(qū)進(jìn)行農(nóng)業(yè)地球化學(xué)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)土壤環(huán)境背景值中pH值平均為7.77了；時隔13年后2014年，在薊州全區(qū)再次進(jìn)行農(nóng)業(yè)地球化學(xué)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，土壤環(huán)境背景值中pH值平均為7.30，表明薊州地區(qū)農(nóng)田土壤的pH值整體呈下降的趨勢，這可能與長期大量施用化肥有關(guān)[14]。

3 結(jié) 論

本研究結(jié)果表明，磷酸二銨肥料中，As，Cd，Cr含量較其他肥料顯著偏高，尿素、板栗專用肥中，As，Cd，Pb含量較其他肥料顯著偏低；復(fù)合肥（摻混肥）中，As，Cd，Pb，Cr，Hg含量平均為11.06，0.240，2.95，19.7，0.054 mg·kg-1。依據(jù)《肥料中砷、鎘、鉛、鉻、汞生態(tài)指標(biāo)》（GB/T 23349—2009）國家標(biāo)準(zhǔn)，通過比較發(fā)現(xiàn)，薊州地區(qū)肥料樣品均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)中的限值，樣品合格率為100%。通過計算可知，每年通過化肥可以向每公頃農(nóng)田土壤中平均輸入As，Cd，Pb，Cr，Hg的質(zhì)量分別約為13.275，0.315，3.690，33.030，0.076 kg。磷酸二銨和尿素呈堿性，復(fù)合肥（摻混肥）均呈酸性。長期大量施用化肥可能會使農(nóng)田土壤的pH值整體下降。

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