昆明烟区农家肥的基本特性与安全性现状研究

徐兴阳，钱发聪，罗 云，杨 义，陈 初，张 静，董石飞，杨应明*

(1.云南省烟草公司昆明市公司，云南 昆明 650051；2.红云红河烟草(集团)责任有限公司，云南 昆明 650202)

【研究意义】农家肥是指利用畜禽粪便、植物残体及其他辅料经堆捂、发酵、腐熟处理后形成的有机物料，但在烟草上使用则有更加严格的要求，增加了“充分腐熟”和“氯离子含量达标”的限定条件，以确保烟田土壤健康、烟株营养均衡和烟叶的可用性。【前人研究进展】腐熟农家肥作基肥施用，具有改良土壤、保水保肥、增加养分、抑制病害及改善烟叶化学成分协调性、提高烟叶香气质、香气量等重要作用，同时还能提高土壤微生物活性和各类碳源的利用能力[1-5]。【本研究切入点】农家肥的优越性与商品有机肥具有相似之处，但是从多年的应用实践来看，农家肥在改良土壤结构、克服连作障碍等方面的作用甚至超过商品有机肥料。据不完全统计，2019年昆明市烤烟种植面积3.41万hm2，其中烟用农家肥应用面积3.03万hm2，占比77.1 %。全市烟用农家肥年生产总量达到约22.7万t，平均每公顷用量约7500 kg。因此，农家肥已成为当地生产优质烟叶重要的、不可或缺的肥源，而且随着卷烟产品配方对烟叶原料“清甜香”风格特色及卓越品质的需求，探索多种方法和有效途径増加有机肥施用的措施将在昆明烟区不断得到重视和加强。以往对经堆捂腐熟的农家肥的应用和功效等方面的报道较多[6-11]。【拟解决的关键问题】但是针对其物理特性、养分状况及安全性等方面的报道则相对较少，更未出台相关的技术标准。为此，本研究拟收集昆明烟区农家肥样品，根据云南省地方标准“烟用有机肥标准体系(DB53/T 605-2014)”，开展农家肥pH值、容重、养分状况等技术指标，以及重金属、氯离子等安全性指标的对比分析，以期能全面掌握昆明烟区农家肥的酸碱性、物理特性、养分状况等基本特性，以及对植烟土壤和烟叶质量安全性的影响，为农家肥的科学利用、规范生产及相关标准制订提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 农家肥的种类及取样方法

2017年在昆明市下辖8个县级烟区，以农家肥普遍推广应用的烟站为单位，每个县级烟区至少取3个农家肥样本，按照“多点、随机”取样原则，于烤烟移栽前1周内，针对当年堆捂的腐熟农家肥进行取样。全市共收集到63个农家肥样本，按照主要成分可分为羊粪类、牛粪类、猪粪类、鸡粪类和混合类等五大类农家肥。

1.2 检测指标及检测方法

各项指标的检测方法参照下列相关标准执行：酸碱度测定参照NY525-2012中5.7；有机质测定参照NY525-2012中5.2；腐殖酸测定参照腐植酸铵肥料分析方法(HGT 3276-2012 )；总养分中，全氮测定参照NY525-2012中5.3，全磷测定参照NY525-2012中5.4，全钾测定参照NY525-2012中5.5；速效养分中，速效N测定参照LY/T1229-1999，速效磷测定参照NY/T 300-1995，速效钾测定参照NY/T 301-1995，有效硫的测定参照LY/T 1270-1999；重金属元素及中微量元素中，砷、镉、铅、铬、汞的测定参照GB/T23349-2009，铜、锌、铁、锰的测定参照NY/T 305.1～4-1995。

1.3 国内现行有机肥标准

现行烟用有机肥标准参照云南省地方标准“烟用有机肥标准体系(DB53/T 605-2014)”。各项指标规定详见表1。

2 结果与分析

2.1 农家肥的基本理化性状

从表2可知，总体来看，昆明烟区农家肥的pH值为8.27，有机质含量为57.0 %，总养分含量为5.33 %，腐殖酸含量为19.0 %，这4项指标均符合现行的烟用有机肥标准。

各县(区)农家肥的基本理化性状差异较大。由表3可知，农家肥的基本理化性状不稳定，其各项理化指标的稳定性由好到差依次为pH值>腐殖酸>总养分>有机质。从单个样本来看，不符合现行的烟用有机肥标准的样本比例较多。其中，pH值不达标(pH值<5.5或pH值>8.5)的样本占比达39.7 %，超标样本全部为偏碱性或强碱性；有机质含量不达标(有机质<50 %)样本占比达34.9 %；总养分含量不达标(总养分<5 %)样本占比达44.4 %，腐殖酸含量不达标(总腐殖酸<15 %)样本占比达25.4 %。

2.2 农家肥的安全性风险评估

从表4可知，总体来看，昆明烟区农家肥的总铜含量为61.1 mg/kg，总铅含量为23.9 mg/kg，总镉含量为1.68 mg/kg，总铬含量为24.9 mg/kg，总砷含量为11.5 mg/kg，总汞含量为0.19 mg/kg，总锌含量为221.5 mg/kg，这7项指标均符合现行的烟用有机肥标准，各项指标的稳定性由好到差依次为总镉>总铬>总砷>总铅>总锌>总铜>总汞。但是，从单个样本来看，7项指标中除总铬没有样本超标外，其余6项指标均出现不同比例的超标样本。其中，各项指标的超标比例分别为总砷14.5 %、总铜12.7 %、总铅9.1 %、总锌8.7 %、总镉7.3 %、总汞1.8 %。

表1 烟用有机肥标准的技术指标及安全性指标

表2 昆明烟区农家肥基本理化指标

表3 不符合烟用有机肥标准的基本理化指标比例统计

氯离子含量是影响烟叶质量非常重要的一项限制指标。从表5看出，总体来看，昆明烟区农家肥的氯离子含量为0.42 %，符合现行的烟用有机肥标准，且未出现含量超标的样本。

2.3 不同种类农家肥的主要理化性状及安全性指标

2.3.1 不同种类农家肥的主要理化性状 从表6看出，昆明烟区的农家肥主要分为羊粪、牛粪、猪粪、鸡粪和混合粪等5大类，不同种类农家肥的各项理化指标有一定的差异。其中，以羊粪类农家肥的总养分、钾(K2O)含量最高；以牛粪类农家肥的有机质、全氮、腐殖酸的含量最高，而磷(P2O5)含量最低；以猪粪类农家肥的pH值最低(偏中性)，磷(P2O5)含量最高，钾(K2O)含量最低；以鸡粪类农家肥的有机质、总养分、全氮和腐殖酸的含量均最低；而以混合粪类农家肥的各项指标均居中等。

表4 昆明烟区农家肥重金属元素含量

表5 昆明烟区农家肥氯离子含量

表6 不同种类农家肥的主要理化指标

2.3.2 不同种类农家肥的主要安全性指标 从表7看出，昆明烟区不同种类农家肥的各项安全性指标有一定差异。其中，以羊粪类农家肥的总砷含量最低；以牛粪类农家肥的总铜含量最低；以猪粪类农家肥的总铜和总锌含量最高，分别是最大限量值的2.53和2.14倍，但总铅含量最低；以鸡粪类农家肥的总铬和总砷含量最高，总镉、总汞和氯离子含量最低；而以混合粪类农家肥的总镉和氯离子含量最高，但其氯离子含量远远低于限量标准，几乎不会影响烟叶质量。

2.4 烟用农家肥的物理特性及速效养分状况

从表8可知，总体来看，昆明烟区农家肥的容重为0.55 g/cm3，速效氮含量为0.08 %，速效磷含量为0.30 %，速效钾含量为1.91 %，各项指标稳定性由好到差依次为容重>速效磷>速效钾>速效氮。

表7 不同种类农家肥主要安全性指标

表8 昆明烟区农家肥的容重及速效养分含量

表9 昆明烟区农家肥的中微量元素含量

2.5 烟用农家肥的中微量元素养分状况

从表9可知，总体来看，昆明烟区农家肥的有效硫(中量元素)含量为0.07 %，微量元素有效钼含量为0.02 %、有效铁含量为268.5 mg/kg、有效锰含量为126.5 mg/kg、有效硼含量为91.7 mg/kg，各项指标稳定性由好到差依次为有效钼>有效铁>有效锰>有效硼>有效硫。

3 讨 论

3.1 昆明烟区农家肥的基本理化指标表现

研究表明，昆明烟区农家肥pH值、有机质、总养分、腐殖酸等4项技术指标总体表现均符合现行烟用有机肥标准，且具有速效氮、速效磷含量低，速效钾含量高，有效硫、钼、铁和硼等中微量元素丰富的特点，但农家肥样本之间稳定性较差。这可能与农家肥的来源广泛[12-13]、类型复杂、组分不同等关系密切，不同的作物秸秆养分不一致，不同的禽畜粪便养分不一致，再加上农家肥的生产配方及工艺没有统一的标准，从而造成各地农家肥质量稳定性较差，甚至出现基本理化性状不达标的现象。

3.2 不同种类农家肥的基本理化指标表现

研究表明，昆明烟区主要有羊粪、牛粪、猪粪、鸡粪和混合粪等5大类农家肥，以羊粪类农家肥的总养分、钾(K2O)含量最高；以牛粪类农家肥的有机质、全氮、腐殖酸含量最高，而磷(P2O5)含量最低；以猪粪类农家肥的pH值最低(偏中性)、磷(P2O5)含量最高，钾(K2O)含量最低；以鸡粪类农家肥的有机质、总养分、全氮和总腐殖酸的含量均最低；而以混合粪类农家肥的各项指标均居中等。以上研究结果这在正式科技期刊或教科书中鲜见报道，但网络上有相似报道[14-15]。尽管报道结果差异较大，但养分含量的总体趋势相对一致，也与本研究结果基本吻合，具体原因尚待进一步研究。

3.3 昆明烟区农家肥的安全性指标评价

研究表明，昆明烟区农家肥总铜、总铅、总镉、总铬、总砷、总汞和总锌等7项重金属和氯离子限量指标的平均值均符合现行烟用有机肥标准，但仍有部分农家肥样本的总铜、总铅、总锌、总镉和总汞等重金属含量不达标。以往的报道中，关注猪粪安全性的报道较多[16-18]，而其他动物类农家肥的安全性方面则鲜见报道。因此，在烟叶生产上需要关注农家肥在重金属含量方面的安全性，不施用安全性不达标的农家肥。

3.4 不同种类农家肥的安全性指标评价

研究表明，昆明烟区5大类农家肥均不存在总铬及氯离子含量超限的风险，但其余重金属指标则需引起关注。其中，以羊粪类、牛粪类农家肥安全性最高，鸡粪类、混合粪类农家肥次之；而猪粪类农家肥安全性最低，总铜和总锌的含量超标非常明显，这与前人的研究结果完全一致[16-18]。由于猪粪中含有较高浓度的锌、铜等重金属元素，长期大量施用可能会导致土壤及植物中相应重金属含量增加的风险，并最终影响烟叶质量的安全性和人体健康[19-21]。因此，按照不同农家肥的安全性指标，烤烟生产应尽量避免施用猪粪类农家肥，或者在制作混合农家肥时尽量减少猪粪比例，以规避锌、铜等重金属元素超限的风险。

3.5 昆明烟区农家肥的综合评价

上述对农家肥的研究，没有检测烟用有机肥标准中规定的蛔虫卵死亡率和粪大肠菌群数两项指标。但据相关文献记载[22-25]，若利用微生物腐熟剂堆捂农家肥，堆内发酵温度一般都能达到55～60 ℃，甚至达到70 ℃，且发酵时间都不少于10 d，而蛔虫卵的致死温度为52 ℃，粪大肠菌群的致死温度为60 ℃。因此，充分腐熟的农家肥可以达到蛔虫卵死亡率≥95 %和粪大肠菌群数≤100个/g的标准，实现无害化效果。综上所述，农家肥并不完全等同于烟用有机肥，但在昆明烟区，只要避免采用猪粪作有机物料配制农家肥，并在堆捂时添加微生物腐熟剂发酵，就能生产出能满足烟叶生产要求的优质、安全的农家肥。

4 结 论

(1)农家肥并不完全等同于烟用有机肥，只有在堆捂农家肥时合理选择原料、添加微生物腐熟剂进行高温发酵，才可以生产出能满足烟叶生产要求的优质、安全的农家肥。当前昆明烟区农家肥技术指标总体符合现行烟用有机肥标准，并具有速效氮、速效磷含量低，速效钾含量高，有效硫、钼、铁和硼等中微量元素丰富的特点，但农家肥的质量稳定性有待进一步提高。昆明烟区农家肥主要包括羊粪、牛粪、猪粪、鸡粪和混合粪等5大类，烤烟生产上宜首选羊粪类，其次是牛粪类、混合粪类，而就猪粪和鸡粪而言，建议适当添加一些作物秸秆及有效养分制作混合粪类农家肥为宜。

(2)当前昆明烟区农家肥安全性指标总体符合现行烟用有机肥标准，但从不同种类的农家肥安全性指标结果来看，安全性风险最低的是羊粪类、牛粪类农家肥，鸡粪类、混合粪类农家肥次之，但也不能忽视总铅、总镉和总汞3种重金属超标的现象；而猪粪类农家肥的总铜和总锌含量超标非常明显，在烟叶生产中应尽量规避。