李振國+余光輝+張勇+李文慧+宋焱+蘇明燕

摘要：肥料是農(nóng)業(yè)土壤中重金屬的主要來源之一。本文收集了主要肥料中重金屬的含量，以及湖南省1989年～2012年耕地面積和農(nóng)田施肥量，計算了湖南省單位面積耕地重金屬元素的累積量，評價了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施肥對農(nóng)田重金屬污染的貢獻(xiàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肥料中重金屬含量最高的為磷肥和復(fù)合肥。農(nóng)田重金屬輸入量最多的是Zn，達(dá)到了2.5151 kg·hm-1，其次是Cr，輸入量為1.3683 kg·hm-1，Cu的輸入量為0.1573 kg·hm-1，As為0.1103 kg·hm-1，Pb、Ni、Hg和Cd的輸入量分別為0.0855 kg·hm-1、0.0617 kg·hm-1、0.0220 kg·hm-1和0.0023 kg·hm-1。磷肥和復(fù)合肥是農(nóng)田重金屬的重要來源。

關(guān)鍵詞：重金屬；土壤；肥料；湖南省

基金項目：湖南省教育廳資助科研項目16A068；地理空間信息湖南省工程實驗室開放基金資助項目2014GISNELJJ003

中圖分類號： X825 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.16.029

肥料在為農(nóng)作物提供生長所需的養(yǎng)分元素的同時，也會向土壤中輸入一定量的重金屬元素[1-3]。中國農(nóng)業(yè)土壤的重金屬元素超標(biāo)呈現(xiàn)面積擴大和程度加重的趨勢。2000年對湖南農(nóng)田保護區(qū)進(jìn)行了有害金屬抽樣檢測，結(jié)果顯示，在30萬公頃農(nóng)田中，有3.6萬公頃土壤重金屬超標(biāo)[4]。國外對化肥中的重金屬已有較多的研究[5-8]，但國內(nèi)的研究起步較晚。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的安全狀況對國家經(jīng)濟安全和人民健康至關(guān)重要，因而研究施肥與農(nóng)田重金屬超標(biāo)的關(guān)聯(lián)性具有重要的現(xiàn)實意義。本文主要基于1989年以來湖南省的農(nóng)田施肥量，分析農(nóng)田重金屬隨時間變化的累積情況，估算了施肥對農(nóng)田重金屬的貢獻(xiàn)，為合理施肥提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

湖南省位于中國中南部，長江以南，南嶺以北，地處東經(jīng)108°47′～114°05′和北緯24°38′～30°08′之間，總面積21.18萬公頃。自古以來，湖南就有“九州糧倉”“魚米之鄉(xiāng)”的美譽。近年來，由于不合理的利用耕地資源，導(dǎo)致湖南省局部地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境惡化[9]。湖南省25.83%的農(nóng)田灌溉水、26.38%的耕地和18.29%的農(nóng)田均受到不同程度的污染，土壤重金屬超標(biāo)嚴(yán)重，致使土壤環(huán)境質(zhì)量下降，有的甚至不得不棄耕[10-12]。

2 數(shù)據(jù)采集

本文數(shù)據(jù)來源為《湖南統(tǒng)計年鑒》和《湖南年鑒》，整理了有化肥施用記錄開始1952年到2012年期間，每年的化肥施用量，其中自1980年開始有氮肥、磷肥、鉀肥及復(fù)合肥的分類數(shù)據(jù)統(tǒng)計。同時，收集整理了公開發(fā)表文獻(xiàn)中的肥料重金屬含量。

3 結(jié)果分析

3.1 施肥量快速增長，氮肥施用量最多

湖南省農(nóng)田施用化肥的記錄可追溯至1952年。1952年～1963年的11年間，化肥使用的實物量由0.2萬噸增加至23.91萬噸，平均每年增加2.16萬噸；1964年以后化肥施用量迅速增加，到2012年，化肥年使用量達(dá)到855.23萬噸，平均每年增加17.135萬噸（如圖1）。

常見化肥中，氮肥的施用量最多，1980年為217.34萬噸，2012年增長至420.76萬噸，增長了203.42萬噸，年均增長6.37萬噸，增長率為93.6%；磷肥由127.85萬噸增長至199.32萬噸，增長了71.47萬噸，年均增長2.23萬噸，增長率為55.9%；鉀肥由12.82萬噸增長至86.06萬噸，增長了73.24萬噸，年均增長2.29萬噸，增長率為571.29%；復(fù)合肥由3.03萬噸增長至149.09萬噸，增長了146.06萬噸，年均增長4.56萬噸，增長率為4820.46%。

3.2 土壤中重金屬的輸入量及累積量

通常情況下，氮肥和鉀肥中的重金屬含量較低，而磷肥和有機肥中重金屬的含量較高[13]。以下分別分析氮肥、磷肥、鉀肥和復(fù)合肥中的重金屬含量情況，進(jìn)而得出其對土壤中重金屬輸入量的貢獻(xiàn)值。

3.2.1 肥料中重金屬的含量情況 肥料中各種重金屬的含量如表1所示，各種肥料中重金屬含量的差別很大。Cu的含量復(fù)合肥中最多，達(dá)10.97 mg·kg-1，其次是磷肥和鉀肥，氮肥中的含量最少，為0.41 mg·kg-1；Cr在磷肥中的含量最多，數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他肥料，且鈣鎂磷肥中的含量遠(yuǎn)大于過磷酸鈣中的含量，達(dá)到156.93 mg·kg-1，而氮肥中Cr的含量最少，僅為0.245 mg·kg-1；Cd在復(fù)合肥和磷肥中的含量較多，均超過0.1 mg·kg-1，在鉀肥中含量較少，氮肥中最少，最多僅為0.0005 mg·kg-1；Hg在過磷酸鈣中的含量最多，為2.31 mg·kg-1，其次是復(fù)合肥、鈣鎂磷肥和鉀肥，在氮肥中的含量僅為0.094 mg·kg-1；As的含量復(fù)合肥中最多，達(dá)10.02 mg·kg-1，其次是磷肥，氮肥中含量最少；Zn的含量依然在復(fù)合肥中最多，達(dá)348.2 mg·kg-1，遠(yuǎn)大于其他肥料中的含量，鉀肥和氮肥中Zn的含量較少；Ni的含量在復(fù)合肥中最多，為11.74 mg·kg-1，氮肥中最少，為0.22 mg·kg-1，磷肥和鉀肥中的含量不詳；Pb在磷肥中的含量最多，過磷酸鈣和鈣鎂磷肥中的含量分別達(dá)到了8.35 mg·kg-1和6.20 mg·kg-1，復(fù)合肥和氮肥中的含量較少，鉀肥中最少，最多僅為0.0008 mg·kg-1[14-16]。

化肥中重金屬的含量與化肥生產(chǎn)原料中的重金屬含量及其生產(chǎn)工藝有關(guān)，氮肥與鉀肥中的重金屬元素含量低，主要是由于氮肥和鉀肥的生產(chǎn)原料中重金屬含量較低，合成過程中產(chǎn)生的廢棄物又帶走了一部分重金屬元素。生產(chǎn)磷肥的磷礦石原料中通常含有較多的Cd、Pb、Hg、As等重金屬元素，并且國外的磷礦石原料中Cd的含量普遍高于國內(nèi)磷礦石的重金屬含量，因而磷肥中重金屬元素的含量較高。復(fù)合肥為人工配制，不同復(fù)合肥的各種原料使用量可能會有較大的差異，另外，復(fù)合肥中可能會摻入有機肥料，故而復(fù)合肥中的重金屬元素含量最高，且差異較大。

3.2.2 施肥造成的重金屬累積不容忽視 對比國家有機、無機復(fù)混肥料標(biāo)準(zhǔn)（GB18877-2002），市售肥料中重金屬含量均未超標(biāo)，但因施肥造成的重金屬累積不容忽視。根據(jù)湖南省統(tǒng)計年鑒，自1989年～2012年（不包括2006年和2009年）各種肥料的累積施用量，其中施用量最多的是氮肥，共施用了8451.11萬噸；其次是磷肥，累積施用了3898.30萬噸；復(fù)合肥和鉀肥的施用量比氮肥和磷肥少得多，復(fù)合肥共施用了1589.46萬噸，鉀肥共施用了1315.33萬噸；氮肥、磷肥、鉀肥和復(fù)合肥共施用了15254.20萬噸。湖南省耕地共計積累Cu 596150.68公斤，Cr 5184951.64公斤，Cd 8542.77公斤，Hg 83327.87公斤，As 418166.06公斤，Zn 9530491.73公斤，Ni 233851.53公斤，Pb 323842.94公斤；單位面積耕地累積量最多的是Zn，達(dá)到了2.5151 kgohm-1，其次是Cr，單位面積的累積量也達(dá)到了1.3683 kgohm-1，單位面積Cu的累積量為0.1573 kgohm-1，As為0.1103 kgohm-1，Pb、Ni、Hg和Cd的單位面積累積量分別為0.0855 kgohm-1、0.0617 kgohm-1、0.0220 kgohm-1和0.0023 kgohm-1。

不同肥料輸入土壤中的重金屬的含量存在著相當(dāng)大的差異。Cu的輸入量磷肥中最多，達(dá)314716.91公斤，其次是復(fù)合肥，輸入量為196191.87公斤，鉀肥和氮肥的輸入量較少，分別為47249.80公斤和37992.10公斤；Cr的輸入量在磷肥中也是最多的，達(dá)到4645495.29公斤，復(fù)合肥中為516753.76公斤，氮肥中Cr的輸入量最少，為22702.59公斤；Cd通過磷肥和復(fù)合肥輸入土壤中的量較多，分別為4489.85公斤和3272.90公斤，通過鉀肥輸入的量較少，為733.69公斤，氮肥的輸入最少，僅為46.33公斤；Hg通過磷肥的輸入量最多，為55160.98公斤，其次是復(fù)合肥，通過復(fù)合肥輸入土壤的重金屬含量為16419.02公斤，通過氮肥輸入的量為8710.38公斤，通過鉀肥輸入的量為3037.49公斤；As的輸入量中，磷肥和復(fù)合肥所占比重最多，通過磷肥輸入的量為186863.17公斤，通過復(fù)合肥輸入的量為182191.16公斤，通過氮肥輸入的量較少，為49111.73公斤；Zn的輸入量在復(fù)合肥中最多，達(dá)6331233.55公斤，其次是磷肥，輸入量為2606677.03公斤，通過氮肥和鉀肥輸入的Zn較少，分別為451271.98公斤和141309.18公斤；Ni的輸入量在復(fù)合肥中最多，為213465.53公斤，氮肥中最少，為20386.00公斤，磷肥和鉀肥中Ni的含量不詳，因而通過磷肥和鉀肥向土壤中輸入的Ni的含量也不詳；Pb通過磷肥的輸入量最多，為311082.27公斤，復(fù)合肥和氮肥中的含量較少，分別為11636.96公斤和1111.96公斤，通過鉀肥的輸入量最少，僅為11.74公斤。

4 討論

磷肥由于主要來源于天然礦物，因此重金屬含量最高，且由于產(chǎn)地不同重金屬含量變化很大。所以，施用磷肥時尤其應(yīng)關(guān)注其重金屬的累積問題。另外，農(nóng)家有機肥的重金屬含量較化肥還要嚴(yán)重，在各種禽畜廢棄物生產(chǎn)的有機肥料中，雞糞有機肥中Cu、Zn、Hg的含量較高；豬糞有機肥中As的含量超過或接近限定值，Cu和Zn的含量很高；牛糞有機肥中重金屬的含量最少[15]。由于缺少有機肥使用的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，本文未加計算，農(nóng)田中因施肥造成的重金屬累積問題更加嚴(yán)重。

5 結(jié)論

農(nóng)田中施肥量在逐年增多，磷肥和復(fù)合肥對農(nóng)田重金屬的積累貢獻(xiàn)較大，而氮肥和鉀肥輸入土壤中的重金屬較少。農(nóng)田輸入量最多的重金屬是Zn，達(dá)到了2.5151 kg·hm-1，其次是Cr，輸入量為1.3683 kg·hm-1，Cu的輸入量為0.1573 kg·hm-1，As為0.1103 kg·hm-1，Pb、Ni、Hg和Cd的輸入量分別為0.0855 kg·hm-1、0.0617 kg·hm-1、0.0220 kg·hm-1和0.0023 kg·hm-1。

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作者簡介：李振國，博士，講師，研究方向：環(huán)境保護與污染治理的研究和教學(xué)。