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我国与欧美化肥重金属限量标准的比较
时间:2019-03-28  点击:228次   来源:植物营养与肥料学报

 土壤重金属污染来源很多,如大气沉降、污水灌溉、污泥施用、有机肥和化肥的施用等。化肥在提高农作物产量的同时,也会带入有害的重金属元素。如果化肥中重金属含量限制不严格,长期施用重金属含量高的化肥会造成土壤重金属的累积。为防止化肥中重金属在土壤的累积,很多国家都制定了重金属的限量标准。但是不同国家的限量标准存在很大差异。本文综述了我国现行的化肥重金属限量标准,并与美国、欧盟的化肥重金属限量标准进行了比较,旨在为我国相关部门对现有的化肥重金属限量标准的修改或制定新的限量标准提供参考。

1、我国化肥重金属限量标准与存在的问题

为了规范化肥的生产及防止重金属在土壤的累积,我国制定了部分化肥中重金属的限量标准。我国肥料及水溶肥料标准规定了5个有毒重金属砷、镉、铅、铬、汞的指标要求;而其他一些专用肥料,如硫酸铜、微量元素叶面肥料、含氨基酸叶面肥料只规定了砷、镉、铅的限量标准;硫酸铵规定了砷和铅的限量标准;氯化铵只对铅的含量进行了规定(表1)。由我国部分肥料的产品标准(国标、国家或行业推荐标准)可知,不同肥料产品的重金属标准(数量或种类)差异很大。其中硫酸铵与工业磷酸的砷要求非常严格,分别为0.5与1 mg·kg-1。硫酸铵中铅的限量标准值是氯化铵的10倍,除此之外,我国肥料中砷、铅与铬的生态指标分别是水溶肥料限量标准值的5倍、4倍与10倍,而微量元素叶面肥料中砷、镉、铅则均是水溶肥料限量标准值的2倍,由此可见水溶性肥料在有害元素上的限制更为严格。

表1我国化肥与部分肥料原料的重金属限量标准(mg·kg-1)

 

标准名称

As

Cd

Pb

Cr

Hg

硫酸铜(农用)GB437-2009

≤ 25

≤ 25

≤ 125

-

-

硫酸铵 GB 535-1995

≤ 0.5

-

≤ 50

-

-

氯化铵 GB/T 2946-2008

-

-

≤ 5

-

-

工业磷酸二氢铵HG/T 4133-2010

 50

-

-

-

-

工业磷酸GB/T2091-2008

 1

-

 10

-

-

工业磷酸二氢钾 HG/T 4511-2013

 50

-

 50

-

-

工业硫酸锌HG/T 2326-2015

-

 10

 10

 5

-

微量元素叶面肥料GB/T 17420-1998

≤ 20

≤ 20

≤ 100

-

-

含氨基酸叶面肥料GB/T 17419-1998

≤ 20

≤ 20

≤ 100

-

-

水溶肥料汞、砷、镉、铅、铬的限量及其含量测定NY 1110-2006

≤ 10

≤ 10

≤ 50

≤ 50

≤ 5

肥料中砷、镉、铅、铬汞生态指标GB23349-2009

≤ 50

≤ 10

≤ 200

≤ 500

≤ 5

上述化肥的重金属限量标准为何有着如此明显的差别(表1),值得思考。一方面,在已制定重金属限量标准的化肥中,为什么重金属的数量与种类有如此大差异,其依据是什么?另一方面,上述化肥产品(单质肥料或复合肥)很多是水溶肥料的基础原料。如果水溶肥基础原料的限量标准不明确或限制不严格,就容易造成水溶肥料中重金属含量超标。因此,为何水溶肥料汞、砷、镉、铅、铬的限量标准如此严格,而不少单质肥料、复合肥料的重金属含量却不作任何限制,其依据又是什么?根据研究,水溶肥料中重金属主要来自生产原料,且原料中的重金属一半以上来自磷肥和微量元素肥料。而我国水溶肥料重金属超标主要集中在砷和镉,大量元素水溶肥中砷含量最高,可达61.0mg·kg-1;微量元素水溶肥以镉含量最高,平均可达3.90 mg·kg-1。氮肥和钾肥中重金属含量极低,作为水溶肥料的原料比较安全,而磷肥(磷酸二氢钾、磷酸一铵等)和微量元素肥料中重金属含量普遍较高,如作为生产原料,需严格检验,否则容易导致产品中重金属超标。


2、美国化肥重金属限量标准及其制订依据

2.1 美国部分州化肥重金属的限量标准

美国的肥料管理制度是由肥料法确定的,目前尚无联邦统一的肥料法,而是各州根据当地的特点自主开展肥料立法,各州在制定肥料法时均参考美国植物食品管理机构协会(AAPFCO)所提出的肥料法基本框架要求。在AAPFCO规定标准的基础上,美国各州根据当地情况拟定各自肥料登记中化肥重金属含量标准。其中,华盛顿、加利福尼亚和俄勒冈州对化肥重金属规定了明确的限量要求。而有些州(如密苏里)在肥料登记时,对重金属不做限量要求。

加利福尼亚州仅对化肥中的砷、镉与铅含量作了限量标准,每1% P2O5分别为2、4和20 mg·kg-1;每1%微量元素分别为13、12和140 mg·kg-1。

在明尼苏达州的所有肥料产品都必须登记。如果肥料厂家提供了重金属等非营养成分的数据,该州农业部将对之进行评估。2003年,明尼苏达州议会通过了肥料中砷限量的法规(MS CH 18C)。该法规规定肥料中砷含量不得超过500 mg·kg-1。

华盛顿州的化肥重金属限量标准是按照华盛顿州法典—RCW15.54.800所提的每年土壤所能接受的最大重金属添加量(表2所示)。该标准是根据1996年8月所公布的加拿大贸易备忘录T-4-93而定的。1979年在《肥料法案和法规》的授权下,加拿大农业和农业食品局(AAFC)推出了一系列化肥的重金属限量标准。在1993年至1995年期间,AAFC重金属标准在其它地方的标准制定过程中进行了重新评估,结果发现AAFC重金属标准仍然有效。该标准是基于土壤长期(45年)可以累积的重金属的最大接受量,华盛顿州则改为每年土壤所能接受的最大重金属含量(表2所示)。

表2华盛顿州化肥重金属限量标准

元素

As

Cd

Hg

Ni

Pb

Se

Zn

g/ (公顷·)

336

88.5

21

807

2244

61.5

8295

在俄勒冈州,所有肥料产品的登记申请中必须包括产品中所含砷、镉、铅、镍的分析数据,且每个化肥产品标签都要标示重金属的含量。在实验室分析表中,则需要提供实验室所用的重金属分析方法与最小的检测限度。其中,在该地区的化肥重金属限量标准如表3所示。德克萨斯州的所有肥料在销售之前都必须进行登记。其对肥料的重金属要求如表4.

表3俄勒冈州化肥产品的重金属标准(mg·kg-1每1%养分)

元素

磷酸盐肥料

微量元素肥料

含磷酸盐与微量元素的肥料

其它肥料

As

9

76

76

54

Cd

7.5

61

61

45

Pb

43

340

340

258

Hg

0.7

4.5

4.5

4.2

Ni

175

1330

1330

1050 

表4德克萨斯州肥料重金属限量标准(mg·kg-1)

元素

Metals

As

Cd

Hg

Cu

Pb

Se

Zn

最大量

Maximum

41

39

17

1500

300

100

2800

2.2制定的依据

美国环保局(USEPA)、加州食品与农业部(CDFA)以及美国肥料协会(TIF)根据风险模型对化肥中有害元素进行了人类健康风险评估。他们建立了肥料重金属安全浓度的广义风险模型,包括以下内容:根据不同作物与土壤确定施肥量,然后计算50-100年连续施肥后由肥料带入土壤的重金属浓度(Kd范围)与植物吸收的重金属量(PUF范围),评估人类食用这些农作物所摄入的重金属量,建立人类食物中可接受的重金属浓度范围,根据这些基础数据计算可接受的肥料重金属含量(RBC)。这三个部门的评估结果都表明,几乎在所有的情况下,肥料中的重金属浓度不会对施肥者、施肥者家庭成员或公众造成危险。其中,该模型中100年的数据来源于英国洛桑试验站的长期田间定位试验的监测结果,50年的数据来源于美国哥伦比亚河流域灌溉项目的监测结果,而30年的食物摄入重金属量来源于美国食品和药品管理局的“饮食研究”项目的调查监测数据。


根据该风险模型,他们得到了可接受的风险浓度(即AAPFCO的化肥重金属限量标准,如下表5)。表中列出了9种元素,我国标准关注的5种元素都在其中。由于有害元素主要来自磷肥和微量元素肥料,不同肥料配方添加的磷肥和微量元素肥料存在很大差异,因此该标准以每1%P2O5和1%的微量元素为基本单位来设置限量标准。例如,某一化肥产品若含有10%的P2O5,则该肥料的重金属含量依次不得超过130、100、1360、610、10、420、2500、260、4200mg·kg-1(表5)。

AAPFCO规定,含有足量磷酸盐和/或微量营养素的肥料,其含有的金属含量超过下表所确定的金属含量时,则被认为是掺假肥料(不合格产品)。

表5美国植物食品管理机构协会(AAPFCO)对化肥中的重金属限量要求

元素

NPK大量元素肥料

(mg·kg-1per 1% P2O5)

微量元素肥料

(mg·kg-1per 1%)

As

13

112

Cd

10

82

Co

136

2,228

Pb

61

463

Hg

1

6

Mo

42

300

Ni

250

1,900

Se

26

180

Zn

420

2,900

3、欧盟化肥重金属限量标准与制定依据

在2003年,欧盟颁布了肥料法(ECNo 2003/2003)。受该法规管制的肥料称为“欧盟肥料(EC fertilizer)”,欧盟肥料可以在欧盟市场内自由流通。不受欧盟肥料法管制的肥料称为“国家肥料(National fertilizer)”,这些肥料受各国的法律管辖。尽管在欧盟内的国家相互承认相关法规,但具体的指标在欧盟内仍未统一。欧盟肥料法对单质化肥、复混肥、无机液体肥、配方肥和微量元素肥等五大类肥料明确了养分含量指标。但没有规定这些肥料的重金属限量值。仅在该法规附录III中提及了高氮含量氮肥(硝铵)中铜的限定(铜含量不得高于10 mg·kg-1)。


在2003年之后,各国对欧盟统一的肥料法(ECNo 2003/2003)陆续提出了多次修订方案,在这些方案中也多次呼吁须限定化肥中所含重金属最大值。但是,各国所制定的化肥重金属限量标准各不相同(表6)。例如,对于磷肥中镉含量的限量值,奥地利、芬兰与瑞典等国的标准分别是75、22、44 mg Cd/kg P2O5(每千克P2O5中所能含有的镉,单位:mg)。各国对于统一制定欧盟国家肥料中的重金属限量值,还存在不少争议。在2016年的肥料法修订方案中提出了修改意见。该建议分别区分了大量、中量与微量元素肥料中的重金属限量标准(表6和表7)。对于大量与中量元素肥料,砷、铅、镉、镍、汞的限定标准分别为60、150、60、2和2 mg·kg-1;对于微量元素肥料,砷、铅、镉、镍、汞的限定标准分别为1000、600、200、2000和100 mg·kg-1(均以干物质的量来计算),其中铬暂无限定。


这些标准限量值的提出建立在上述各种有害重金属元素对人类与环境健康风险评估结果的基础上,同时也参考它们在土壤、饮用水、环境、人类健康相关的科学研究(涉及联合国环境规划署,联合国欧洲经济委员会、世界卫生组织与各种研究报告等)。除此之外,该标准的提出还需广泛咨询欧盟各成员国与工业企业代表。但是,据NIPERA的研究,在后期评估过程中发现,在197个来自12个成员国的无机磷肥样品中,约21%的产品无法达到60 mg Cd/kg P2O5的限量标准,但对于铅、砷、镍的标准都没有问题。因此,如果按照60 mg Cd/kg P2O5的限量标准强制执行,很多无机磷肥产品会因为镉超标而无法在市场上流通。这些建议的标准限量值还处于讨论阶段,新的肥料法并没有公布实施,目前还是执行2003年颁布的《肥料法》。

表6欧盟部分国家肥料中重金属限量标准与推荐标准(mg·kg-1)

国家

As

Pb

Cd

Cr

Ni

Hg

捷克

20

30

50

50

N/A

0.5

葡萄牙

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

意大利

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

爱沙尼亚

50

100

60

50

100

2

德国

40

150

60

N/A

80

1

奥地利

N/A

100

75

100

100

1

芬兰

25

100

22

300

100

1

瑞典

25

100

44

300

100

1

希腊

N/A

N/A

60

N/A

N/A

N/A

法国

60

150

90

120

N/A

2

建议的限量标准

60

150

60

N/A

2

2

表7微量元素肥料中重金属的最大限量值(mg·kg-1)

元素

Cd

Hg

Ni

Pb

As

标准

200

100

2000

600

1000

4、分析与讨论

4.1不同化肥产品所适用的重金属限量标准不同的思考

由上述可得,我国不同肥料产品或肥料原料所适用的重金属限量标准不同,且在重金属标准(数量或种类)上的差异很大(表1),这些肥料产品主要针对砷、镉、铅作了重金属限量要求,其制定依据值得我们思考。同时,不少市场流通的单质肥料及复合肥没有对重金属进行标准制定,而这些肥料不少是水溶性肥料的基础原料。这容易造成水溶肥基础原料的限量标准不明确或限制不严格而使得水溶肥料中重金属含量超标的问题。例如,肥料原料工业磷酸二氢铵(HG/T4133-2010)只要求砷≤50mg·kg-1,其它元素未作限量要求。而工业磷酸二氢铵是水溶肥料的常用原料,在水溶肥料配方中添加百分之几到几十不等,也有不少厂家直接包装成水溶肥料商品销售。但如果工业磷酸二氢铵在水溶肥料配方中添加量超过50%,根据砷≤50mg·kg-1的标准执行,水溶肥成品中砷含量容易超过25mg·kg-1,这是水溶肥料有害元素标准(NY 1110-2006)的2.5倍(表1)。因此,为何水溶肥料汞、砷、镉、铅、铬的限量标准如此严格,而不少单质肥料、复合肥料的重金属含量却不作任何限制,这个制定依据也值得探究。

我国不同肥料产品或肥料原料所适用的重金属限量标准不同,一方面,将出现了各肥料行业竞争不公平的问题;同时,部分单质肥、复合肥重金属限量不明确或限制不严格也有可能对农业土壤环境造成一定的风险(特别是含磷肥料与微量元素肥料)。因此,科学评估化肥中的重金属的风险,并明确这些制定的依据以保证肥料产业的健康发展非常重要。

4.2长期施肥导致的重金属累积与科学健康风险评估的必要性

我国于1995年颁布了《土壤环境质量标准》(GB15618-1995),将土壤分为三级。其中,根据该土壤环境质量标准要求,为保障农业生产和维护人体健康,一般农田、蔬菜地等的土壤重金属含量应执行二级标准。在长期施用化肥的情况下,由化肥带入的重金属如何影响土壤环境质量是人们关

综上所述,可得到以下几点启示:

(1)我国化肥中重金属的限量标准可以根据大量/中量元素肥料与微量元素肥料等类别区分不同重金属的限量,所有化肥中重金属限量标准可以保持一个标准。

(2)应该考虑化肥中的养分含量来确定一些重金属的限量范围。

(3)可以借鉴发达国家进行的化肥有害元素对人类健康风险的评估方式,由评估报告得到可接受的化肥中重金属的浓度,科学评估我国化肥所含重金属对土壤、环境和人类健康的风险,并得到风险评估结果。同时,可以参考借鉴国外已有的研究成果,在调查与长期定位试验的基础上,以科学数据为依据,由多个部门联合制定适合我国国情的化肥重金属限量标准。


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