2022—2023年，抽取在伊犁地区市场上销售的有机肥，共采集到不同生产厂家和品牌的商品肥25批次，包括8批生物有机肥、12批有机肥、5批有机水溶肥，每个批次的取样量为3 kg。将已采集的样品在40 ℃烘箱中烘2~3 h，然后用制样机粉碎过0.15 mm(100目)尼龙筛，混合均匀，经缩分器缩分后，分别置于2个洁净的棕色样品瓶中，避光保存备用。

肥料中砷、镉、铬、铅、汞含量的测定主要参考《肥料汞、砷、镉、铅、铬、镍含量的测定》(NY/T 1978—2022)中的方法^[3]，其中砷和汞含量采用原子荧光光谱法(普析PF62型原子荧光光谱仪)测定，铅、镉、铬含量采用原子吸收光谱法(PE900T型原子吸收光谱仪)测定。标准品均购自国家标准物质中心，整个分析过程所用盐酸、硝酸均为优级纯，所用水均为超纯水。试验步骤按照生态环境部推荐的QA/QC方法进行，每批样品带1个实验室空白，样品中加入已知浓度的标准物质，目标重金属的相对回收率均为80%~120%。以《肥料中有毒有害物质的限量要求》(GB 38400—2019)表 1中其他肥料的重金属限量值作为评价标准^[4]。

重金属污染评价方法有单因子污染指数法^[5]和内梅罗综合污染指数法。

水溶肥料重金属的污染情况常采用单因子污染指数法，单因子污染指数按式(1)计算：

式中：P_i——第i种重金属的单因子污染指数；

C_i——第i种重金属质量分数的平均值，mg/kg；

S_i——第i种重金属限量标准值，mg/kg。

P_i值越大，表明重金属污染越严重。

内梅罗综合污染指数是一种用于评估环境污染程度的方法，结合了所有单项污染指数的平均值和最大值计算得到的综合污染指数，可全面反映环境的污染状况。范珊珊等^[6]、姚洵等^[7]、江南等^[8]采用内梅罗综合污染指数对多种重金属污染的总体情况进行分析，得到了较为全面的重金属污染状况。

内梅罗综合污染指数按式(2)计算：

式中：P——内梅罗综合污染指数；

P_i，max——第i种肥料重金属元素单因子污染指数的最大值。

抽取肥料中重金属元素含量的测定结果见表 1。从表 1可以看出：3类肥料中Cd、Cr、Pb、Hg、As的质量分数依次为0~3、0~144、6.0~40、0~0.08、0~3.0 mg/kg，平均质量分数依次为1.2、72.9、17.8、0.04、0.9 mg/kg；平均含量由大到小排序为Cr＞Pb＞Cd＞As＞Hg。

不同标准肥料中重金属限量指标见表 2。从表 2可以看出，各标准中重金属限量指标有一定的差异，其中Cd、Cr差异较大。从生态环境保护的角度考虑，行业标准《水溶肥料汞、砷、镉、铅、铬的限量要求》(NY 1110—2010)的要求相对严格。但从肥料的不同种类考虑，试验选择用GB 38400—2019进行评价，3类肥料中5种重金属元素的含量均未超过标准的限量要求，其中有机肥中的Cr含量最高，接近GB 38400—2019中的限量值150 mg/kg。

5种重金属元素在不同肥料样品中的含量差异较大。有研究者指出，我国不同商品肥中As、Cd、Pb、Cr、Hg等重金属元素含量差异较大^[9-11]。Hg、As含量在几种肥料中变化较小，标准差为0.008~0.8 mg/kg。Cr含量变化最大，标准差为35.1~40.9 mg/kg；牛粪肥中Cr含量较高，最高质量分数是最低质量分数的几倍至数十倍；含腐殖酸水溶肥中Cr含量变化较小。刘英玉等^[12]测定了伊犁地区饲料样品中Pb、As、Hg、Cr、Cd等元素的含量，分别为3.01~18.09、75.35~94.27、19.65~24.37、0.06~1.04、1.81~8.46 μg/kg，说明饲料中存在一定量的重金属，牛羊食用后的排泄物用作生产有机肥料的原料，按照有机肥加工工艺，经发酵腐熟并添加磷肥等制成有机肥，因此饲料成为影响肥料中重金属含量的因素之一^[13]。生物有机肥与有机肥相似，重金属元素含量同样受到饲料的影响。

对抽取的25批次肥料样品中的Hg、As、Pb、Cd、Cr元素含量制作散点图，可以直观地比较肥料品种与重金属元素含量之间的差异，见图 1。依据GB 38400—2019中对重金属元素的限量要求，5种重金属含量均未出现超标的情况。

图 1

不同肥料中Hg、As、Pb、Cd、Cr元素含量的散点图

从图 1可看出：Hg质量分数均低于0.1 mg/kg，其中未检出的占8.0%；As质量分数均在3.5 mg/kg以下，低于1.0 mg/kg的占96%；Pb质量分数均在45 mg/kg以下，其中3~30 mg/kg的占62%；Cd质量分数均在3.5 mg/kg以下，低于1.0 mg/kg的占59%；Cr质量分数均在150 mg/kg以下，80~144 mg/kg的占61%。抽取的样品中重金属含量均未出现超标现象，这可能与近年来监管部门对肥料中As、Cr、Hg、Pb、Cd等重金属元素含量的监督有关。

利用主成分分析(PCA)解析有机肥中重金属的来源，见表 3。从表 3可以看出，因子载荷贡献率为74.35%，能够反映原始变量的大部分信息。Cr、Hg、Pb和Cd具有相近的载荷，这是因为生产企业在有机肥生产过程中添加了磷肥^[14]，而大部分磷肥以磷矿石为原料进行生产加工，磷矿石常与这些重金属元素共生，成为有机肥中重金属的重要来源，与谭晓冬等^[15]的结论相近。伊犁地区有机肥料以牛羊粪为原料，Pb也可以通过添加剂进入饲料^[16]，最后随牛羊粪的加工进入有机肥中。部分物料添加剂，如黏结剂也含有Pb，同时有机肥生产过程中受到大气沉降、交通污染等因素的影响，Pb在一定程度上有积累，这与湛润生等^[17]以猪粪为有机肥主要来源的研究结果有所不同。

目前有研究指出，由于肥料的大量施用，已造成农田土壤重金属含量增加。覃丽霞等^[18]的研究表明，长期施用畜禽有机肥可能会增加农田中Cd的含量。马榕^[19]的研究表明，磷矿中Cd含量随矿石类型不同变化较大，在加工磷肥的过程中，磷矿中的Cd通常无法被去除。刘高等^[20]的研究指出，由于重金属具有蓄积性，土壤中重金属累积到一定程度便会使农作物重金属含量超标。方慧等^[21]的研究指出，肥料的加工及生产均可能引入重金属元素，从而影响生物的利用率。有资料表明，As、Cd、Cr、Pb、Hg的生物利用率不得超过0.1~0.7 μg/d^[22]。

抽取肥料的单因子污染指数见表 4。从表 4可以看出：3类肥料重金属的单因子污染指数均小于1.0，表明抽取的肥料产品是安全的；生物有机肥中Cd和Cr的单因子污染指数偏大，具有潜在的环境污染风险，需引起相关部门的重视。

有机肥加工过程是将牛羊粪收集起来，掺上干草和腐烂的青贮等做成堆肥，然后添加生物菌种，经发酵等工序制成。国内一些学者研究的有机肥多以猪粪、鸡粪等为原料加工而成，在加工工艺上也各有不同。为了全面了解伊犁地区有机类肥料的污染情况，对抽取肥料的内梅罗综合污染指数进行了分析。

根据式(2)计算出的伊犁地区抽取肥料的内梅罗综合污染指数为0.57~0.78，见图 2。对照表 5^{[6, 12]}，除了生物有机肥的内梅罗综合污染指数为0.7≤P≤1.0外，其余品种肥料均为P≤0.7，综合污染程度的排序为生物有机肥＞有机肥＞有机水溶肥。

图 2

抽检肥料的内梅罗综合污染指数

成杰民等^[23]研究了近20年山东省土壤重金属全量和有效态含量变化的特征，肥料的施用使Pb、Cr等重金属全量显著增加。赵新儒等^[24]研究发现，2014年伊犁河流域土壤重金属含量、污染指数处于较低水平；2015—2016年，对伊犁河谷境内土壤、农田、果园、菜地中的Hg、Cd、Pb、As、Cr等重金属元素进行了监测，土壤中重金属含量均低于《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)中的规定。刘英玉等^[12]的研究表明，伊犁地区肉牛养殖场的土壤、饲料和屠宰场的牛肉中重金属元素含量具有较高的相关性。根据陈洪等^[25]的研究，伊犁河谷土壤中As平均质量分数为35.9 mg/kg，有一定的累积效应，受人为施肥等活动的影响明显。《伊犁州肥料施用量3年情况解读报告》(2020版)中指出肥料的施用量逐年有所增加，土壤的重金属污染风险可能有一定的增加，伊犁地区肥料中重金属形态和种类、土壤重金属污染风险来源与控制将是今后的研究方向。