常用化肥重金属元素含量分析评价及其对土壤环境的影响

王卫星+曹淑萍+李攻科+张亚娜

摘 要：随着化肥的长期施用，其中的重金属元素可能会积累，从而导致农田土壤及农作物中重金属元素超标，造成环境污染，其中，Cd，Hg，As，Pb，Cr是化肥对土壤产生污染的主要物质。以天津市蓟州区为例，采集20个常用化肥样品进行重金属元素分析评价，并研究其对土壤环境的影响。结果表明，磷酸二铵肥料中As，Cd，Cr含量较其他肥料显著偏高，尿素、板栗专用肥中As，Cd，Pb含量较其他肥料显著偏低，复合肥（掺混肥）中As，Cd，Pb，Cr，Hg含量平均为11.06，0.240，2.95，19.7，0.054 mg·kg-1；蓟州地区肥料样品中As，Cd，Pb，Cr，Hg含量均远远低于《肥料中砷、镉、铅、铬、汞生态指标》（GB/T 23349—2009）国家标准中的限值，样品合格率为100%。每年通过化肥可以向每公顷农田土壤中平均输入As，Cd，Pb，Cr，Hg的质量分别约为13.275，0.315，3.690，33.030，0.076 kg。磷酸二铵和尿素呈碱性，复合肥（掺混肥）均呈酸性，长期大量施用化肥可能会使农田土壤的pH值整体下降。

关键词：化肥；重金属元素；分析评价；土壤环境

中图分类号：S143；X53 文献标识码：A DOI 编码：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，农作物的高产离不开肥料的施用，不论是发达国家还是发展中国家，施肥都是粮食增产最有效的措施[1-2]。然而，有些化肥因生产工艺缺陷存在重金属元素残留风险，重金属元素随着肥料的施用，直接进入农田土壤中，在农田土壤中残留，长期积累会造成环境污染，从而可能导致农田土壤及农作物中重金属元素超标[3]。镉、汞、砷、铅、铬是化肥对土壤产生污染的主要物质， 施用进入土壤后富集在农田土壤和作物体内，通过食物链最终影响到人体健康；另外，肥料的种类、施肥量会影响土壤的性质如pH值、溶液中离子的组成、阳离子交换量等[4-5]。肥料对农作物的生长和增产具有举足轻重的作用，查明化肥中重金属元素的含量特征，并对其进行评价， 对于合理使用化肥和有效控制重金属元素进入土壤具有重要意义。

通过调查可知，天津市蓟州南部平原区主要种植小麦和玉米，一年两季倒茬，少数仅种植一季玉米，小麦、玉米在种植时施用复合肥作为底肥，作物生长旺期施用尿素进行追肥；北部山区主要种植各类果树，一般不施用化肥，少数施用复合肥或果树专用肥。本研究以天津市蓟州区为例，采集了20个常用化肥样品进行重金属元素分析评价，旨在查明化肥中重金属元素的含量特征及其对土壤环境的影响， 对于今后合理使用化肥和有效控制重金属元素进入土壤具有重要意义。

1 材料和方法

1.1 材 料

小麦施用化肥6个，玉米施用化肥8个，果树施用化肥6个。

1.2 方 法

因作物轮作的季节性，样品采集分2次进行，2015年5月在玉米大面积种植前，主要采集玉米施用化肥，当年9月在小麦大面积种植前，主要采集小麦施用化肥。为了样品的代表性，样品在研究区均匀布设采集，采集地点为当地比较大的化肥经销店，采集了有代表性的小麦玉米施用化肥14个，另外，还采集了6个果树施用化肥。其中，小麦施用化肥6个，玉米施用化肥8个，果树施用化肥6个，装入塑封袋及时送入实验室。化肥样品基本特征如表1所示。

1.3 测定项目及方法

分析检测As，Cd，Cr，Hg，Pb等5项重金属元素，依据《DD 2005-01区域生态地球化学样品分析技术要求（试行）》要求执行；用4.0 g样品粉末压饼法进行处理，采用XRF方法检测Cr，Pb；用0.100 0 g样品硝酸、盐酸、氢氟酸、高氯酸四酸溶样定容100 mL，采用ICP-MS方法检测Cd；用0.250 0 g样品、王水溶样KBH4还原、氢化法进行处理，采用AFS方法检测As，Hg。另外，采用国家一级标准物质和平行双份样品测定方法，控制准确度和精密度，进而控制测试质量，样品测试单位为国土资源部天津矿产资源监督检测中心。

2 结果与分析

2.1 重金属元素含量特征

从表2、图1可以看出，磷酸二铵肥料（JHF03）中，As，Cd，Cr含量较其他肥料显著偏高；尿素（JHF04）和板栗专用肥（JHF06）中，As，Cd，Pb含量较其他肥料显著偏低。 复合肥（掺混肥）中，As含量在2.88～24.10 mg·kg-1，平均为11.06 mg·kg-1，Cd含量在0.049～0.597 mg·kg-1，平均为0.240 mg·kg-1，Pb含量在0.91～15.08 mg·kg-1，平均为2.95 mg·kg-1，Cr含量在12.6～36.7 mg·kg-1，平均为19.7 mg·kg-1，Hg含量在0.002～0.296 mg·kg-1，平均为0.054 mg·kg-1；复合肥（掺混肥）中，JHF02，JHF08，JHF17样品中As相对较高，JHF05，JHF10，JHF15样品中Cd相对较高，JHF07，JHF15样品中Pb相对较高，JHF10样品Cr相对较高，JHF09，JHF18样品中Pb相对较高。

2.2 重金属元素含量评价

由于当前我国农田污染状况日益严重，我国从20世纪80年代开始，针对城镇垃圾农用、有机-无机复混肥料、化肥等不同种类的肥料，陆续发布了一系列国家或行业标准，都有其适用范围，这些标准中均规定了砷、镉、铅、铬、汞这5种重金属元素的限量值。本研究选择2009年底国家发布的《肥料中砷、镉、铅、铬、汞生态指标》（GB/T 23349—2009）国家标准（表3），将本次采集到的20个样品中，化肥重金属元素含量与该标准进行比较评价，结果发现，所有肥料样品均远远低于国家标准中的限值，样品合格率为100%。

2.3 对土壤环境的影响

合理施肥能够增加农作物的产量、改善农产品的品质、提高农产品的贮藏效果以及商品价值、改良与培肥土壤；然而，施肥带入的重金属元素一方面污染土壤并对作物产生危害，另一方面还对重金属在土壤-植物系统的积累、迁移、转化进而进人食物链产生影响[6]。蓟州区平原区主要种植小麦、玉米，种植方式主要为每年一季小麦和一季玉米，少数仅种植一季玉米。通过实地调查可知，小麦和玉米在种植时均要施用一次复合肥作为底肥，一年两季每公顷施用量平均约1 200 kg，在作物生长旺期再施用一次尿素进行追肥，一年两季每公顷施用量平均约900 kg。通过计算可知，每年通过化肥可以向每公顷农田土壤中平均输入As，Cd，Pb，Cr，Hg的质量分别约为13.275，0.315， 3.690，33.030，0.076 kg。

前人试验研究结果表明，长期施用化肥可以使农田土壤的pH值下降[7-13]。从表2可以看出，除了磷酸二铵和尿素呈碱性以外，其他复合肥均呈酸性。2001年，在蓟州地区进行农业地球化学调查研究发现，该地区土壤环境背景值中pH值平均为7.77了；时隔13年后2014年，在蓟州全区再次进行农业地球化学调查研究发现，土壤环境背景值中pH值平均为7.30，表明蓟州地区农田土壤的pH值整体呈下降的趋势，这可能与长期大量施用化肥有关[14]。

3 结 论

本研究结果表明，磷酸二铵肥料中，As，Cd，Cr含量较其他肥料显著偏高，尿素、板栗专用肥中，As，Cd，Pb含量较其他肥料显著偏低；复合肥（掺混肥）中，As，Cd，Pb，Cr，Hg含量平均为11.06，0.240，2.95，19.7，0.054 mg·kg-1。依据《肥料中砷、镉、铅、铬、汞生态指标》（GB/T 23349—2009）国家标准，通过比较发现，蓟州地区肥料样品均远远低于国家标准中的限值，样品合格率为100%。通过计算可知，每年通过化肥可以向每公顷农田土壤中平均输入As，Cd，Pb，Cr，Hg的质量分别约为13.275，0.315，3.690，33.030，0.076 kg。磷酸二銨和尿素呈碱性，复合肥（掺混肥）均呈酸性。长期大量施用化肥可能会使农田土壤的pH值整体下降。

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