浙江省商品有机肥中重金属含量变化趋势及风险管控对策

  【目的】  有机肥是农业生产的重要肥源，了解有机肥质量安全现状，可为有机肥合理施用和管控提供参考。  【方法】  于2017年采集浙江省96家有机肥生产企业共99个商品有机肥样品，研究分析其Hg、As、Cd、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni 8种重金属含量、分布特征、污染成因及施用风险。并与2013年文献进行比较，分析重金属含量的变化。  【结果】  1) 商品有机肥中Hg、As、Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni的平均含量分别为0.17、5.5、0.63、17.3、33.2、213.8、660.5、17.7 mg/kg，变异系数为54.9%～151.3%，含量差异较大。相比2013年，Cd、Pb、Cr、Hg和As含量在2017年均有所降低，降幅为23.0%～72.7%，其中Hg和As含量大体呈逐年下降趋势，2017年较2009年平均含量分别下降74.2%和51.8%，Cr和Pb平均含量较2010年分别下降74.9%和54.4%，Cd平均含量在近4年降幅明显，2017年较2013年下降72.7%。但商品有机肥中As仍有8.1%超标，Cu、Zn含量偏高，Ni含量有增加趋势。Cu、Zn、Ni是浙江省商品有机肥主要风险因子。2) 主成分和相关性分析表明，Cu-Zn、Cr-Ni-Hg、Cd-Pb重金属污染来源具有同源性。Cu、Zn、As以饲料添加来源为主，Cr、Hg、Ni主要来源于饲料原料本身，Cd、Pb则以饲料原料本身、生产粘结剂或生产环境来源为主。3) 商品有机肥成分配方复杂，猪粪原料占比较大，其次为鸡粪和牛粪。根据NY 525—2012有机肥重金属限量标准，以猪粪为主要原料的有机肥As超标率9.6%，以鸡粪、羊粪为主要原料的有机肥未出现重金属超标，根据德国腐熟堆肥重金属限量标准，以猪粪和鸡粪为主要原料的有机肥Cu、Zn超标样品较多，Ni只在以猪粪和鸡粪为主要原料的有机肥中出现超标。4) 长期施用含重金属商品有机肥，存在土壤重金属积累风险。按有机肥年施肥量30 t/hm2推算，Cu、Zn和Cd风险相对较大，安全使用年限分别为14、18、34 年。  【结论】  浙江省商品有机肥总体质量安全程度较高，有机肥中Cr、Pb、Hg、As、Cd含量近年来得到较好的控制，但Cu、Zn、Ni含量偏高，部分As含量超标，长期施用条件下存在土壤重金属累积风险，因此需加强对有机肥中重金属的管控，制定商品有机肥中Cu、Zn、Ni限量标准，以保障土壤长期可持续利用。     

四川成都经济区土壤腐殖质重金属元素含量特征研究

通过对四川成都经济区16件土壤样品腐殖质组成及其各组分中重金属元素含量的分析表明,胡敏素是土壤腐殖质的主要组成部分,富里酸和胡敏酸次之。土壤腐殖质中重金属元素含量占土壤全量20%～44%,是土壤重金属污染元素主要存在方式。重金属元素在腐殖质不同组分中的含量具有很大的差异,Cr主要赋存在胡敏素中,Cd、As、Cu、Zn等元素主要赋存在富里酸中。各重金属元素在腐殖酸中含量较高,富里酸中的含量均大于胡敏酸,其机理是富里酸对重金属元素的络合是腐殖酸与重金属相互作用的主要方式。     

河北省集约化养殖场畜禽粪便中重金属含量及变化特征

通过对河北省全省区域典型集约化养殖场的主要畜禽粪便采样,分析测定畜禽粪便中Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As、Hg、Ni 8种重金属含量并进行数据分析,结果表明河北省集约化养殖场畜禽粪便中8种重金属的含量(中位值)均符合德国腐熟堆肥标准和中国有机肥料标准,但数据离散且呈偏态分布。按德国腐熟堆肥标准和中国有机肥(NY 525—2012)的标准,河北省畜禽粪便的Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、Ni、Hg和As超标率分别为41.73%、50.39%、31.50%、5.51%、0.79%、7.87%、4.63%和12.60%。鸡粪重金属超标率顺序为ZnCrCuNiAsCdPbHg,其中,Cu、Zn、Cr超标率分别为22.22%、40.74%和33.33%。猪粪重金属超标率顺序为CuZnCrAsNi和Cd,其中,Cu、Zn、Cr和As超标率分别为80.43%、78.26%、30.43%和21.74%,Pb和Hg不超标。牛粪重金属超标率顺序为CrHgZn,其他重金属均不超标。按施用量15 t·hm~(-2)推算出猪粪、鸡粪和牛粪的最严格土壤安全施用年限分别为26、79年和207年。因此,施用集约化畜禽粪便有机肥带来的环境风险需要引起足够的重视。     

鸡粪和垃圾有机肥对苋菜生长及土壤重金属积累的影响

采用盆栽试验,在红壤和潮土中分别施入土壤重量5%、10%和15%的鸡粪或垃圾有机肥,研究其对苋菜（Amaranthustricoclor L.）生长、土壤化学性状及重金属含量的影响。结果表明,与对照相比,施入鸡粪或垃圾有机肥显著增加苋菜的鲜重、主根长和株高;土壤有机质、EC值、速效磷和速效钾含量均大幅增加,但土壤全氮含量无明显变化。与对照相比,潮土中施用两类有机肥使苋菜植株Cu和Zn含量分别增加26.3%~36.0%和1.2%~20.3%,但未超出国家食品卫生标准对Cu和Zn的允许含量;Cd、Cr和Pb含量都较对照降低,没有出现积累现象。红壤施用两类有机肥,苋菜植株中Zn、Cd和Pb分别下降42.7%~59.9%、0~48.9%和4.1%~71.3%,达到显著水平。有机肥的施入量为5%时,两类土壤中重金属都没有出现明显积累;当施入量为10%和15%时,两类土壤的Cu、Cd、Cr和Pb含量显著增加,出现明显积累趋势,其中除了施用鸡粪使土壤有效Cu含量下降外,两种有机肥均增加了两类土壤中重金属Zn、Cd、Cr和Pb的有效态含量。试验结果提示,从土壤培肥与环境质量安全综合考虑,有机肥的用量应控制在一个适宜范围内。     

肥料重金属含量状况及施肥对土壤和作物重金属富集的影响

本文对肥料中重金属的含量状况以及施肥对土壤和农作物重金属累积影响的研究进展进行了系统分析和总结。过磷酸钙中锌（Zn）、 铜（Cu）、 镉（Cd）、 铅（Pb）含量高于氮肥、 钾肥和三元复合肥,有机-无机复混肥料中的Pb含量高于其他化肥。有机肥如畜禽粪便、 污泥及其堆肥中的重金属含量高于化肥,猪粪中的Cu、 Zn、 砷（As）、 Cd含量明显高于其他有机废弃物,鸡粪中铬（Cr）含量高;污泥和垃圾堆肥中Pb或汞（Hg）含量高。商品有机肥Zn、 Pb和镍（Ni）含量高于堆肥,Hg含量高于畜禽粪便。多数研究表明,氮磷钾配施与不施肥相比土壤Cd和Pb含量增加,施用有机肥比不施肥提高土壤Cu、 Zn、 Pb、 Cd含量。施用化肥对农作物重金属富集的影响不明确,而施用有机肥可提高作物可食部位Cu、 Zn、 Cd、 Pb 的含量,影响大小与有机肥种类、 用量、 土壤类型和pH以及作物种类等有很大关系。在今后的研究中应着重以下几个方面, 1）典型种植体系下土壤重金属的投入/产出平衡; 2）不同种植体系下长期不同施肥措施对土壤重金属含量、 有效性影响的动态趋势; 3）典型种植体系和施肥措施下土壤对重金属的最高承载年限; 4）现有施肥措施下肥料中重金属的最高限量标准。     

长期化肥配施不同有机肥对土壤和玉米中重金属累积的影响

  【目的】  明确长期化肥配施有机肥对重金属元素在土壤和农作物籽粒、秸秆中积累的影响及其环境效应，为安全高效施肥提供科学依据。  【方法】  在北京市农林科学院新型肥料长期定位试验站进行了为期10年的田间试验，其种植模式为冬小麦–夏玉米轮作，试验处理为不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、氮磷钾 + 鸡粪堆肥的有机肥料 (NPKJF)、氮磷钾 + 污泥堆肥的有机肥料 (NPKWN)、氮磷钾 + 垃圾堆肥的有机肥料 (NPKLJ) 和氮磷钾 + 秸秆粉碎还田 (NPKJG) 共6个处理，施肥处理依据等氮量施肥原则，每季作物施 N 180 kg/hm2、P₂O₅ 90.0 kg/hm2、K₂O 90.0 kg/hm2。在玉米收获后测定了玉米秸秆、籽粒和0—20 cm耕层土壤中重金属全量。  【结果】  添加污泥处理显著提高了土壤中Cd、Hg、As、Cu、Zn的含量，单因子污染指数分别比对照提高了45.10%、150.00%、104.00%、44.60%、65.80%。不同施肥处理对土壤中全量Cd、Cr、Hg、Cu、Zn存在一定的富集效果。各处理重金属单项污染指数在0.02～0.46，远小于1，综合污染指数为0.23～0.36，均小于0.7，试验区土壤重金属均为无污染等级。施用有机废弃物堆肥的处理玉米籽粒Cd、Cu、Zn含量比对照显著增加，各处理间Hg、As、Cr、Pb、Ni含量差异不显著，连续10年定位施肥后试验站土壤以及玉米籽粒中重金属含量均未超标。同一作物不同部位对重金属的富集能力不同，玉米秸秆对重金属的富集能力大于籽粒。玉米籽粒中Pb、Cu、Zn含量与土壤Pb、Cu、Zn含量存在正相关性，玉米秸秆中Cd、Hg、Cr、Ni含量与土壤中Cd、Hg、Cr、Ni含量呈正相关或者显著负相关。  【结论】  在施氮总量不变的前提下，连续施用供试有机堆肥10年后，土壤重金属含量均未超标，土壤重金属单项污染指数在0.02～0.46，综合污染指数为0.23～0.36，无污染风险。只有污泥堆肥需要加强土壤Cd的监测。玉米秸秆对重金属的富集能力大于籽粒。玉米籽粒中Pb、Cu、Zn含量与土壤相应重金属含量存在正相关性，秸秆中Cd、Pb、Hg、Zn与Cr、Ni含量与土壤中相应重金属含量呈正相关，而秸秆中Cr、Ni含量与土壤中相应重金属含量呈负相关。     

不同调理剂对猪粪堆肥重金属Cu、Zn、Cd形态的影响

选取玉米秸秆、木屑为调理剂,进行强制通风静态堆肥实验,以不添加调理剂为对照,研究调理剂对猪粪堆肥过程中重金属Cu、Zn、Cd活性的影响。结果表明,不添加调理剂的猪粪堆肥过程对重金属Cu、Cd具有一定的钝化效果,但可交换态钝化率分别仅为14.38%,15.43%,对重金属Zn具有一定的活化作用,增加有机肥土地利用过程中的环境风险。与对照相比,玉米秸秆和木屑作为调理剂不同程度地加强Cu、Zn、Cd的钝化效果,且以木屑表现较优的钝化作用,木屑对重金属Cu、Zn、Cd可交换态的钝化率分别达64.16%,56.24%,90.57%。LSD方差分析结果表明,木屑处理对重金属Cu的钝化效果显著优于秸秆处理和对照处理(p0.05),而秸秆处理和对照处理差异不显著(p0.05);木屑处理对重金属Zn的钝化效果显著优于秸秆处理和对照处理(p0.05),秸秆处理显著优于对照处理(p0.05);木屑处理和秸秆处理对重金属Cd的钝化效果显著优于对照处理(p0.05),而木屑处理与秸秆处理差异不显著(p0.05)。     

生物炭和腐植酸类对猪粪堆肥重金属的钝化效果

为深入了解农业固体废弃物资源化、无害化利用的发展前景,探讨不同钝化材料对畜禽粪便堆肥过程中重金属钝化效果的影响规律,该文利用猪粪和秸秆进行高温好氧堆肥,研究生物炭(木屑炭、玉米秸秆炭、花生壳炭)和腐植酸(福建(fujian,FJ)生物腐植酸、嘉博文(jiabowen,JBW)生物腐植酸、草炭)等不同钝化材料对猪粪堆肥发酵效果及重金属Cu、Pb、Zn、Cd形态的影响。试验结果表明:添加花生壳炭、玉米秸秆炭、JBW腐植酸以及木屑炭分别对重金属Cu、Pb、Zn和Cd表现为相对较好的钝化能力。添加花生壳炭(F3)对重金属Cu的钝化效果为65.79%;添加玉米秸秆炭处理(F2)对重金属Pb的钝化效果为57.2%;添加JBW生物腐植酸处理(F5)对重金属Zn的钝化效果为64.94%;添加木屑炭处理(F1)对Cd的钝化效果为94.67%;并且,针对不同重金属的钝化效果,此4个处理均明显高于不添加钝化材料的对照处理(P0.05)。添加花生壳炭虽然对重金属Cu具有较好的钝化效果,但其堆肥物料的最高发酵温度仅为45.14°C、pH值为5.41、电导率为9.48 mS/cm、种子发芽率指数为0.47%,无法达到堆肥无害化标准。基于以上试验结果,综合考虑堆肥发酵效果及重金属钝化效果认为,木屑炭、JBW生物腐植酸是2种较理想的钝化材料,该研究结果为畜禽粪便堆肥过程中重金属钝化技术研发、生物炭和腐植酸改良土壤结构的特性推广及有机肥规模化应用提供参考。     

添加剂对好氧堆肥过程氮素固持和重金属钝化过程的影响

为提升堆肥品质及安全性，采用不同添加剂以促进氮素固持及重金属钝化效果。选择以鸡粪为主原料，采用发酵桶好氧堆肥的形式，探究4种添加剂[生物炭(BC)、聚天冬氨酸(PA)、土壤改良液(TG)、水果垃圾发酵液(FW)]对堆肥过程中氮素、重金属含量和形态变化的影响。结果表明，好氧堆肥方式不同程度促进了堆体氮素和Cu、Zn、Cr的“浓缩效应”，但对不同重金属的钝化效果存在差异性。好氧堆肥方式显著促使Cu的其他形态向可还原态转化11.42%(P<0.05)的同时，促使Zn由残渣态、可氧化态向可还原态转化10.21%(P<0.05)，Cd由残渣态向酸可溶态转化2.52%(P<0.05)；添加剂的使用则有效促进了好氧堆肥过程中氮素固持和重金属钝化效果，其中PA处理通过官能团螯合作用和促腐功能，促使腐熟堆体中全氮含量增幅为CK处理的3.91倍(P<0.05)，BC和TG处理亦具有一定氮素固持效果，但与CK处理间的差异并未达到显著水平(P>0.05)，FW处理氮素固持效果弱于其他添加剂处理组，可能源自其添加量不足，未能实现堆体pH的有效控制所致；PA、BC处理对重金属钝化过程的促进作用优于其他处理，且PA处理可显著促进Cu、Cd分别向残渣态转化0.98%、4.87%(P<0.05)；此外，堆肥前后重金属的形态变化分析结果表明，4种添加剂对堆体重金属的钝化效果可能均与促腐作用相关。PA处理对堆肥过程氮素固持和重金属钝化的综合作用效果最佳，且其可完全分解，是一种绿色安全的堆肥添加剂。     

黑水虻生物转化猪粪过程中重金属的迁移变化

利用黑水虻处理猪粪为一种高效的环境友好型的技术，但猪粪中重金属的含量对黑水虻的转化产生影响。该研究在30 ℃环境下猪粪中接种7日龄的黑水虻幼虫，研究黑水虻的生长和对猪粪的转化效率，以及猪粪中的重金属（Cu、Zn、Cr、Cd、As）在黑水虻虫体和虫粪中的变化情况。结果表明：在8 d的生长过程中，0~2 d时，生长速率最慢，4~6 d时生长速率最快，在第8天时虫体干质量最高。黑水虻对猪粪的转化率随着时间的延长而增加，在第6天时达到了最大11.5%，而到第8天时下降。在转化过程中虫体中Cu、Cr、As的浓度随着黑水虻幼虫生长降低，在第8天时，虫体Cu、Cr、As浓度较第2天分别降低了24.5%、21.7%、33.1%。Cd含量随着黑水虻幼虫生长增加，在第8天时，虫体Cd浓度较第2天增加了75.3%。Cu、Cr、As、Cd在虫粪中浓度的变化同虫体变化相反。Zn在虫体和虫粪中含量没有发生显著变化。在第8天时虫粪中的Cd含量显著低于猪粪，而Cu、Cr、As、Zn含量与猪粪比没有显著差异。黑水虻幼虫对猪粪中Cd的富集系数最高，达到了3.8，其余都小于1，各重金属的富集顺序为Cd>Zn>Cu>Cr>As。转化后Cu、Cr、As、Zn有83.6%～92.7%分布于虫粪，而Cd有49.8%～69.7%分布于虫粪，30.3%～50.2%分布于虫体。转化后Cu、As的生物活性提高，Cr、Cd的生物活性降低，Zn的生物活性没有明显的变化。研究结果为畜禽粪便的黑水虻生物转化提供参考。