摘要：中國是人口最多的發(fā)展中國家，生產生活中產生的有機廢棄物數量巨大，堆制有機肥是降低有機廢物污染風險的重要方式，而有機肥標準則是防止有機肥成為新的土壤污染源，規(guī)范有機肥產業(yè)健康發(fā)展的重要保障。目前我國有機肥不合格現(xiàn)象時有發(fā)生，針對有機堆肥的標準僅有一個8年前的行業(yè)標準（NY 525—2012）的現(xiàn)狀，本文對比了中國、日本、澳大利亞、歐盟、美國有機肥標準的重要指標，對存在的重金屬殘留、抗生素污染、病原體污染、營養(yǎng)富集及土壤鹽漬化等有機肥質量安全風險問題進行分析，為我國有機肥行業(yè)未來綠色、健康、可持續(xù)發(fā)展提出建議。盡管我國現(xiàn)有有機肥質量標準，在具體指標要求方面優(yōu)于美國，但和歐盟相比還有差距，比如我國重金屬Cu、Zn、Ni限量缺失，對Cd等重金屬限值要求不夠嚴格，長期施用會導致土壤重金屬含量超過風險篩選值，嚴重影響農作物安全；同時，由于部分畜禽養(yǎng)殖業(yè)不合理使用抗生素，加之有機肥生產企業(yè)技術的欠缺，農戶施用時缺乏指導，監(jiān)管部門執(zhí)法不嚴等因素，我國有機肥施用過程存在較大風險隱患。因此，進一步完善有機肥標準體系，強化對原料中有毒有害物質的限制，要求選用原料批批檢，加大準入和過程的落實力度，才能保障我國有機肥產業(yè)有序健康發(fā)展。

Chinese and international organic fertilizer standard comparison and risk assessment*

Abstract: China has a large population, daily life and manufacturing activities produce large quantities of organic waste. An efficient way to reduce organic waste pollution is by transforming it into organic fertilizer. Agricultural industry-standard NY 525-2012, established in 2012, is the only policy used to regulate organic fertilizers in China, but it is outdated. To improve the Chinese organic fertilizer standard system, we reviewed and analyzed the quality standards in Chinese, Japanese, Australian, European Union, and American organic fertilizers by comparing the organic matter, nutrient, and heavy metal concentrations and pathogen levels. The results showed that the Chinese organic fertilizer quality standard is stricter than that in the United States, but has disadvantages compared to the European Union. In China, there are no organic fertilizer limits for copper, zinc, and nickel, and some of the heavy metal limits (e.g., cadmium) are loose. Therefore, long-term application may lead to soil heavy metal contamination, risking crops. Additive and antibiotic overuse in the livestock and poultry industries, an organic fertilizer production technology shortage, missing scientific and professional guidance for farmers, and insufficient direction from relevant departments and agencies all increase the risks associated with organic fertilizer application in China. Improving the standard system, restricting heavy metals, antibiotics, and other toxic substances, and inspecting raw material batches before processing will support the quality and sustainable development of the organic fertilizer industry in China.

Keywords: Organic fertilizer    Standard comparison    Risk assessment    Organic fertilizer standard    Soil heavy metal    

中國是最大的化肥生產國, 化肥的使用促進了農作物產量提升, 但過量施用化肥的現(xiàn)象越來越嚴重?；实拈L期濫用導致土壤的微生物活動受影響、有機質減少、肥力降低, 且容易出現(xiàn)土壤硬化現(xiàn)象, 導致作物生長受影響, 農產品品質下降, 甚至會危害人的健康[1]。因此有機肥作為綠色、生態(tài)農業(yè)中食品生產的重要養(yǎng)分, 重新受到了人們的重視。在很多發(fā)達國家, 有機肥施用量占總肥料的比例都已超過50%, 我國有機肥施用量實際占比雖不到50%, 但近年來也呈現(xiàn)逐年上升的趨勢[2]。有機肥可以提供全面的無機和有機營養(yǎng)物質, 比如多種有機酸、核酸、多肽、N、P、K、Ca、Mg、S和微量元素Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu等[3], 其營養(yǎng)作用長期緩慢, 對于土壤中有機質的積累, 團狀結構及土壤中有益微生物群落的形成以及農作物品質的提升十分重要[4]。此外, 有機肥的使用還可以提高人們生產生活產生的有機廢棄物的利用率, 避免由于管理不善導致的能源浪費和環(huán)境污染[5]。但近年來, 由于有機肥在原料和生產中存在的問題, 導致部分有機肥不符合行業(yè)標準, 對農產品和生態(tài)環(huán)境產生了潛在的負面影響。尤其是作為有機肥制造主要原料的畜禽糞便中抗生素、重金屬的殘留, 在堆肥的工藝處理中不能被有效除去, 在使用過程中容易造成土地污染, 進入食物鏈后還會對人體健康帶來危害。研究連續(xù)7年施用有機肥后, 重金屬在土壤和作物的累計情況, 發(fā)現(xiàn)在施用高量雞糞后, 土壤Zn含量超過了土壤污染風險篩選值, 小麥(Triticum aestivum)籽粒Zn和Cd含量顯著增加, 增幅分別為67.74%和40.00%, 其中Zn含量已經超過相關食品安全標準[6]。此外, 還有研究發(fā)現(xiàn), 小麥-玉米(Zea mays)輪作體系下, 畜禽糞便有機肥是Cu、Zn、Cd、Ni、Pb、Cr等6種重金屬元素主要輸入源, 可能對人體健康造成潛在危害[7]。

隨著國內畜禽養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴大, 有機肥產業(yè)的發(fā)展將成為我國農業(yè)生產可持續(xù)化的必然舉措和重要保障。因此, 做好有機肥生產中的風險管控意義重大。本文重點分析了國內外有機肥行業(yè)的相關標準, 并結合現(xiàn)狀對國內外重金屬污染、抗生素污染、病原體污染及營養(yǎng)富集和鹽漬化風險進行評估。并就目前存在的問題提出了建立有關管理機構、完善相關標準以及生產風險的管理舉措, 為實現(xiàn)農業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展提供一定的助力。

1 國內外有機肥標準對比

目前, 傳統(tǒng)有機肥正朝著標準化、規(guī)?；较虬l(fā)展。在現(xiàn)有的標準中, 我國的有機肥質量標準主要由農業(yè)農村部發(fā)布, 且僅停留在行業(yè)標準水平。2012年農業(yè)農村部制定了有機肥料行業(yè)標準(NY 525—2012)[8], 對商品有機肥外觀、有機質質量分數、總養(yǎng)分含量、含水量、pH、5項重金屬限量指標、蛔蟲卵死亡率等方面提出了質量要求及檢測方法和規(guī)則。2019年, 農業(yè)農村部制定畜禽糞便堆肥技術規(guī)范(NY/T 3442—2019)[9], 規(guī)定了有機肥料規(guī)?；a的場地、堆肥工藝、設施設備、質量檢測等方面的要求。制定了畜禽糞便無害化處理技術規(guī)范(GB/T 36195—2018)[10]、生物有機肥(NY 884—2012)[11]、無機-有機復混肥料(GB/T 18877—2009)標準[12]以及多項重金屬(GB/T 23349—2009)[13]和病原體(GB/T 19524.1—2004、GB/T 19524.2—2004)的檢測標準[14-15]。為加快國內有機肥行業(yè)標準化進程, 本文對比了中國、日本、澳大利亞、歐盟和美國的有機肥標準, 并對重要指標進行比較, 望有助于更加嚴格合理的中國有機肥標準體系的確立。

1.1 有機質與養(yǎng)分指標 1.1.1 有機質

有機肥料中的有機質含量會對土壤理化狀況造成影響, 它對于土壤的結構性質、微生物活動、保肥能力、土層溫度、作物生長發(fā)育、環(huán)境保護等方面都有著極其重要的作用。在我國, 農業(yè)農村部制定頒布的有機肥行業(yè)標準(NY525—2012)要求有機肥中的有機質質量分數不低于45%(干燥基)[8]。日本有機肥料的有關標準中, 有機物質的質量分數通常需要超過40%, 美國要求有機肥的有機質質量分數應大于或等于30%, 澳大利亞大于或等于20%, 歐盟大于或等于20%[16]。

1.1.2 養(yǎng)分

國內在有機肥料的行業(yè)標準(NY525—2012)[8]中只對有機肥中總養(yǎng)分(N+P2O5+K2O)做出了限制, 即要求總養(yǎng)分的質量分數大于或等于5.0%(烘干基計)。在此基礎上, 有些地方標準會制定碳磷比(C/N)指標, 進而規(guī)范有機肥料的養(yǎng)分配比。例如雞糞有機肥料生產技術規(guī)范中要求C/N控制在25~30:1。日本對于樹皮堆肥、家畜類堆肥、污泥堆肥等不同有機肥種類的養(yǎng)分含量有不同的標準, 詳見表 1。歐盟僅對有機肥的全氮含量有最高限制, 即全氮含量不大于2TS。

表 1國內外有機肥養(yǎng)分含量標準Table 1Domestic and foreign standards for nutrients contents of organic fertilizer

1.2 重金屬限量指標

重金屬含量一直是種植業(yè)、畜牧業(yè)、林業(yè)、水處理行業(yè)、環(huán)境保護行業(yè)等多行業(yè)人員關注的焦點[17]。因此, 在制定肥料的質量標準時, 需要嚴格控制重金屬的限量指標。

國內外堆肥產品的標準中, 對8種主要重金屬Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、As、Hg、Ni含量進行了限制(表 2)。歐盟將有機堆肥按用途分為生態(tài)標準、有機栽培和土壤改良劑3類, 不同類型的有機堆肥重金屬限量也不同。此處我們只關注其中有機耕種用途的堆肥肥料標準。從表 2可以看出, 大部分國家對于有機肥料中的Cu、Zn、Ni這3種金屬有限量標準, 而我國現(xiàn)有的有機肥料標準(NY525—2012)[8]對Cu、Zn、Ni沒有制定相應的限量, 值得肯定的是, 中國對于Pb和As的限量標準比大多數其他國家的標準略高, 要求較為嚴格。

表 2國內外有機堆肥產品中重金屬限量標準Table 2Domestic and foreign standards for heavy metals limits of organic fertilizer

許多國家或地區(qū)規(guī)定中肥料的種類繁多, 并且都對重金屬最高限量有著嚴格的規(guī)定。但是經過對比不難發(fā)現(xiàn), 美國有機肥標準中各重金屬的限量值與其他地區(qū)的標準相比較低(表 2)。楊帆[18]的研究表明, 美國現(xiàn)階段尚且缺乏聯(lián)邦統(tǒng)一的肥料法, 而是各州根據各自地區(qū)的特點, 自發(fā)制定有關肥料法。各州在制定肥料法時需要參考美國植物食品管理機構協(xié)會(AAPFCO)所提出的指導性標準。該標準的提出是依據美國環(huán)境保護局(USEPA)和美國肥料協(xié)會(TIF)聯(lián)合各地方的食品與農業(yè)部建立的肥料重金屬安全濃度的廣義風險模型, 該模型的建立主要包括以下內容:根據不同作物與土壤確定施肥量, 然后計算在50~100 a間連續(xù)施肥后由肥料帶入土壤的重金屬濃度(Kd范圍)與植物吸收的重金屬量(PUF范圍), 分析計算出人類在食用這些農作物制成的食品后所攝入的重金屬量, 再根據相關的試驗結論聯(lián)合評估, 最終確定人類食物中重金屬濃度的衛(wèi)生安全范圍, 依據這些數據結果, 計算出肥料中安全的重金屬含量(RBC)[19]。根據該風險模型, 得到了AAPFCO的肥料重金屬限量標準。該標準不是強制性的, 只是推薦方案。各州在AAPFCO規(guī)定標準的基礎上, 對于不同的作物、輪作模式和耕作模式開展大量肥效鑒定的田間試驗, 再通過田間試驗觀測土壤理化性質的變化情況以及有機質和養(yǎng)分的利用情況, 從而建立合理的施肥標準體系。由此推測, 美國為了能盡量考慮到各州的土壤成分特征和作物特征等問題, 由AAPFCO及美國環(huán)境保護局(USEPA)等相關機構提出的指導性標準中的重金屬限量范圍便相對寬泛些。

1.3 病原體指標

有機肥料的原料主要是畜禽糞便、動物性產品加工廢棄物以及作物秸稈、豆粕、棉粕、菇渣、沼渣、菌渣、木質素渣、落葉、草炭等農業(yè)廢棄物, 所以很容易攜帶細菌、病毒和寄生蟲這3種傳染性病原體或毒素。例如雞糞中的禽流感病毒、大腸桿菌、鏈球菌、沙門氏菌、梭菌、李斯特菌等病原菌和蟲卵, 可以通過堆肥等熱處理方法減少或完全消除, 以防止病菌繁殖和傳播。

商品化有機肥料需要達到無害化處理要求, 主要的病原體檢測指標有蛔蟲卵死亡率、類大腸桿菌數、沙門氏菌等。國內外有機肥料生產標準中病原體殘存量詳見表 3。相較于其他幾個國家的標準, 僅有我國對于蛔蟲卵死亡率有最低限制, 即死亡率不小于95%。而且我國對于類大腸桿菌數和沙門氏菌的限制也較為嚴格, 以畜禽糞便為原料生產的有機肥料產品中, 要求類大腸桿菌的數量不能超過100個·g–1, 沙門氏菌也不能被檢測出來。

表 3國內外有機肥病原體殘余標準Table 3Domestic and foreign standards for pathogen residues of organic fertilizer

在歐盟內部一些成員國, 有機肥的使用和質量標準存在很大差異, 大部分原因是土壤政策和法定準則的差異, 缺乏統(tǒng)一的評估病原體存在和植物毒性的方法和標準, 部分成員國的病原體評估標準如表 4所示[20]。

表 4歐盟部分成員國有機肥的病原體質量評估標準Table 4Pathogen quality assessment criteria of organic fertilizer in some European Union Member States

2 有機肥施用風險評價

有機肥商品化是規(guī)模養(yǎng)殖場畜禽糞便合理資源化的重要途徑, 但在有機肥行業(yè)快速發(fā)展的過程中, 一些不安全因素也漸漸顯露。高鹽、高營養(yǎng)以及重金屬、抗生素和病原殘留等原料特點[21], 可能導致農田土壤污染物的快速積累, 影響農產品質量。因此, 明確畜禽糞便的使用風險, 對完善行業(yè)標準和制定合理科學的施肥措施具有積極意義。

2.1 重金屬污染風險

有機肥原輔料來源廣泛, 主要來自有機廢棄物, 如畜禽糞便, 其中大多含有重金屬等有害物質。尤其是規(guī)?；⒓s化的畜禽養(yǎng)殖企業(yè)大量使用Pb、Cd、As、Cu、Zn、Ni等微量元素作為飼料添加劑, 但由于動物胃腸道不易吸收利用這類微量元素, 導致其在畜禽糞便中的蓄積[22], 并直接影響了腐熟的有機肥中重金屬含量, 使用后重金屬會積累于土壤中。在我國, 以豬糞、雞糞等畜禽糞便為原料的有機肥是土壤中Cu、Zn、Pb、As的重要來源。土壤中累積的重金屬被植物吸收利用后, 通過食物鏈進入人體, 危害健康[23]。雖然短期施用有機肥并未使農作物中重金屬含量顯著上升, 但隨有機肥施用次數增加, 長此以往, Pb、Cd等重金屬在作物可食部分中含量上升, 甚至超過國家標準限值, 引起重金屬超標, 造成食品安全問題[24]。而很多農產品對重金屬有富集特性, 如水稻(Oryza sativa)對金屬Cd有很強的富集性, 近年來Cd大米事件層出不窮, 這無疑敲響了食品安全的警鐘。明確有機肥中的重金屬風險, 對防止農田土壤受重金屬污染, 保障糧食和農產品安全具有重要意義。

2.1.1 國外重金屬污染風險

近代以來, 很多國家在農業(yè)生產中都反映了重金屬累積和超標問題。美國As超標的食品60%來自大米, 其原因一部分與大米本身有關, 還有很大部分來自土壤環(huán)境中無機砷的沉積。有些養(yǎng)殖戶將砷制劑拌在飼料中飼養(yǎng)畜禽, 很大部分有機砷殘留在畜禽糞便中, 并制成有機肥, 施用后在土壤中轉化為無機砷, 增加了土壤負擔。有研究表明, 在英格蘭與威爾士地區(qū)的農田中, 約37%~40%和8%~17%的農業(yè)Zn和Cu輸入來自畜禽糞便[1]。此外, 芬蘭的統(tǒng)計數據顯示, 牛糞中Zn的含量高于標準, 其他歐洲國家也觀察到了相同現(xiàn)象。

目前, 很多國家尤其是發(fā)達國家意識到重金屬污染的嚴峻形式, 都制定和實施了有機肥相關標準。此外, 在農業(yè)生產中, 美國在有機肥的質量把控及施用上積極開展了大量研究。歐盟成員國在已有的歐盟標準基礎上, 設置了更嚴格的重金屬標準限量。日本也早在20世紀70年代頒布了《肥力促進法》, 提倡依靠有機肥料來耕種土地[25]。

2.1.2 國內重金屬污染風險

近年來, 有機肥重金屬污染問題在我國引起了廣泛關注。據報道, 我國每年使用的微量元素添加劑多達15萬~18萬t, 但其中約10萬t由于不能被吸收而隨糞便排放到環(huán)境中[26]。商品有機肥中重金屬超標也時有檢出, 廣東省2013年春季肥料產品監(jiān)督抽查結果顯示, 有機肥料合格率67%, 主要問題為Cr、As重金屬含量嚴重超標, 有的超出限量值36倍多。黃紹文等[22]收集了2014年在全國18個省(市)126個有機肥樣品, 將樣品分為商品雞糞、商品豬糞和其他商品有機肥分析重金屬含量狀況。研究發(fā)現(xiàn), 有機肥中重金屬超標情況與生產所用原料有關, 商品雞糞有機肥中Cd、Pb和Cr含量超標嚴重, 其中Cr超標率高達23.0%;商品豬糞有機肥Cd和As的超標率最高, 分別為20.0%和6.7%;其他商品有機肥中Cr的超標率較高。沈月等[27]調查并檢測2008—2017年間浙江省主要商品有機肥的重金屬含量發(fā)現(xiàn), 有機肥產品中雖然仍然有部分超標現(xiàn)象, 但總體含量呈現(xiàn)下降趨勢, 產生這種變化趨勢的首要原因是行業(yè)標準對主要質量指標限量標準的調整, 尤其是對Hg、Pb和Cr含量限量標準的調整。魏益華等[28]進行風險評估認為, 以農業(yè)廢棄物為原料制成的有機肥主要風險除重金屬Cd外, 還有Cu和Zn。控制重金屬污染風險, 應從源頭入手, 加強飼料原料質量管理, 嚴格按照相關要求依法科學合理使用微量元素添加劑和飼料藥物添加劑, 嚴禁超劑量、超范圍使用。

我國有機肥中重金屬Cu、Zn超標越來越引起重視, 但目前我國標準中沒有對有機肥或化肥中的重金屬Cu、Zn、Ni設定限值, 只有現(xiàn)行的《土壤環(huán)境質量農用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB 15618—2018)[29]對耕地土壤中重金屬Cu、Zn和Ni設定了相應的風險篩選值(表 5)。但風險篩選值不可以代替風險管制值, 風險篩選值只是對于農田土壤及農作物質量安全的建議評估, 而風險管制值則更為嚴格。茹淑華等[6]采用田間小區(qū)試驗, 連續(xù)7年施用豬糞和雞糞有機肥, 發(fā)現(xiàn)連續(xù)7年施用后, 0~15 cm土壤中重金屬含量顯著增加, 施用高量雞糞后Zn含量超過土壤污染風險篩選值。小麥籽粒中Cu、Zn含量也顯著增加, 連續(xù)7年施用豬糞和高量雞糞, 小麥籽粒Zn含量甚至超過相關的食品安全標準(NY 861—2004)。因此, 有機肥標準中應對重金屬Cu、Zn、Ni設定限量值, 并制定更為嚴格的土壤風險管制值。在制定這3種重金屬在土壤中的風險管制值或在有機肥中限量值和施用標準時, 除了以此風險篩選值作為參考外, 還需要根據我國不同地區(qū)的土壤特征進行更嚴謹的評估試驗和風險分析。

表 5我國Cu、Zn、Ni的農用地土壤風險篩選值Table 5Domestic soil risk screening values of Cu, Zn, and Ni for agricultural soil in China

目前, 我國絕大部分畜禽糞便有機肥中重金屬含量在國家標準限量值內, 但由于部分重金屬限量標準不夠嚴格, 長期大量施用仍然會導致土壤中重金屬積累, 對土壤環(huán)境造成不利影響, 甚至對人類健康造成威脅。董同喜等[7]在華北農田小麥-玉米輪作體系下, 設定秸稈全部還田, 用土壤重金屬的累積量=輸入總量–輸出總量的方法, 計算土壤中重金屬的積累速率, 研究發(fā)現(xiàn), 畜禽糞便有機肥的施用是華北農田土壤中重金屬的主要輸入源, 其中Cd最易超標, 若按0.002 38 mg·kg–1·a–1的累積速率預估, 42年后就會超過土壤環(huán)境質量Ⅱ級標準(pH 6.5~7.5)的限值。我國有機堆肥產品中對重金屬Cd的限量為150 mg·kg–1, 是歐盟的兩倍以上。Cd是國際癌癥研究署(IARC)認定的Ⅰ類致癌物, 其在人體內潛伏時間可長達10~30 a, 會引起高血壓、心腦血管疾病、腎萎縮、腎炎等, 尤以對腎臟損害最為明顯, 嬰幼兒如果長期食用會影響神經系統(tǒng)及骨骼的發(fā)育。2018年6月21日起, 國家衛(wèi)生健康委員會為保障嬰幼兒健康, 制定嬰幼兒谷類輔助食品中Cd的臨時限量值為0.06 mg·kg–1, 有機肥是食品中重金屬的重要來源, 因此要對有機肥制定更嚴格的限量標準, 以降低食品中重金屬超標的安全隱患。此外, 由于我國不同區(qū)域土壤的重金屬背景值有顯著差異, 西南地區(qū)土壤中的重金屬背景值遠高于全國平均值, 不能等量齊觀。若按現(xiàn)行的行業(yè)標準生產有機肥和風險管控標準施用有機肥, 將對土壤環(huán)境和作物生長造成極其嚴重的負面影響, 威脅人體健康。因此, 在嚴格控制所施用的有機肥中重金屬含量的基礎上, 要結合實地情況, 合理施用, 才能降低農田土壤的重金屬污染風險。

2.2 抗生素污染風險

在規(guī)模化生產中, 抗生素常被用于防控畜禽疾病, 由于用量不加限制, 導致其大量殘留在畜禽糞便中。研究表明, 60%以上的抗生素都以原藥和代謝物的形式隨糞便排出[3], 雖然在堆肥和干燥等處理過程中可以得到一定程度的降解, 但有機肥樣品中仍然普遍檢出[21]。雖然多數抗生素殘留濃度相對較低, 但有機肥產品施入土壤后, 殘留的抗生素會影響土壤微生物生長和土壤中酶活性, 間接影響土壤肥力; 通過食物鏈積累也容易影響人的健康, 土壤中的抗生素極易向植物體內富集, 富集率可高達萬倍以上[30]。不僅如此, 殘留的抗生素還會導致細菌產生耐藥性, 成為抗性細菌傳播的重要庫和源[31]。

據估計, 全世界每年使用的抗生素數量巨大, 約為10萬~20萬t, 其中約70%用于畜牧業(yè)治療和促進作物生長, 而40%~90%的藥物又通過糞便排出, 且在未來幾十年中, 抗生素的使用量將以67%的速度繼續(xù)增長[32-33]。國外各類抗生素中, 四環(huán)素類使用量最大。德國使用的抗生素30%為四環(huán)素類, 在歐洲國家也高達66%。在美國, 抗生素也仍在使用, 用以增加產量。但人們越來越意識到抗生素污染的風險, 在丹麥, 抗生素首次在豬飼料中被批量禁用, 并在2000年被完全禁用; 2006年4月1日, 歐盟也開始禁止在飼料中添加抗生素[32]。

我國每年有5萬多噸抗生素通過畜禽糞便進入水流和土壤, 對土壤和水環(huán)境造成嚴重污染[1]。研究發(fā)現(xiàn), 大環(huán)內酯類和磺胺類化合物在畜禽養(yǎng)殖中的檢出率較高, 其中泰洛菌素和磺胺噻唑的檢出率分別高達100%和96.1%[23]。進入土壤的抗生素難以降解, 且過程漫長而復雜, 在施用前應進行無害化綜合處理。而據統(tǒng)計, 80%以上的畜禽糞便沒有經過綜合無害化處理而僅通過堆肥簡單處理就施于農田中, 帶來了較高的土壤污染風險。我國抗生素污染風險不斷增加, 凸顯出一系列值得關注的問題。首先, 有機肥生產標準中缺少對抗生素指標的限量要求, 需積累資料和結合實際情況, 對有機污染物的種類和限量設定統(tǒng)一標準; 雖然已制定了有機肥料中土霉素、四環(huán)素、金霉素和強力霉素含量檢測的國家標準(GB/T 32951—2016)[34], 但尚無其他種類抗生素的標準檢測方法。其次, 規(guī)模化養(yǎng)殖場對獸藥使用的監(jiān)管不嚴, 存在濫用現(xiàn)象, 需加強監(jiān)管力度, 從源頭上減少畜禽糞便中殘留的抗生素。此外, 有機肥加工過程中缺乏配套的抗生素去除技術工藝, 需開展有效工藝的研究, 降低抗生素污染風險。2016年, 國家肥料分級標準就已完成編制工作, 擬通過限制原料的準入和控制成品中有害物質的指標, 將肥料分為園林級、農田級、生態(tài)級3個層級, 對肥料中重金屬、抗生素總量提出更為細化的要求, 比如生態(tài)級肥料中抗生素總量限制為≤1.0 mg·kg–1。但直到如今也未見標準出臺。歐盟也沒有類似標準, 但歐盟對終端農產品中抗生素含量有嚴格規(guī)定, 因此國內一些出口企業(yè)不得不對投入品抗生素做出限制, 部分地區(qū)已經行動起來, 比如浙江麗水制訂了《麗水山耕:肥料安全使用規(guī)范》, 新增了“典型獸用抗生素總量、銅、鋅”3項指標。

2.3 病原體污染風險

病原體主要來源于畜禽糞便等農業(yè)廢棄物, 也有部分工業(yè)廢棄物、城市生活垃圾等原料物質。農場中常用的堆肥方式可以滅活部分病原體, 但在適宜的條件下, 少量的病原體仍可以在堆肥成品中長期存活, 甚至再生到較高水平[35]。含病原體的有機肥施用到土壤后, 細菌病原體如沙門氏菌和李斯特菌能夠生存120 d, 有些細菌形成孢子在土壤中存在10 a之久; 腸毒素在土壤中也可生存約100 d[32, 36]。雖然在農作物成熟時未檢測到病原體, 但病原體可能隨水流進入露天水系, 仍有通過其他途徑感染人體的風險。

施用畜禽糞便生產的有機肥, 需重視病原體污染。2000年, 加拿大瓦爾克頓爆發(fā)了一場由食用菌污染引起的大腸桿菌疫情, 導致7人死亡, 2 300多人患病; 歐洲食品安全機構的數據顯示[37], 歐盟1/3的種豬場發(fā)現(xiàn)有沙門氏菌, 2018年歐盟幾乎1/3的食源性疾病爆發(fā)是由沙門氏菌引起的。日本在防止病原體污染方面, 對原料無害化處理的要求較為嚴格, 以雞糞為原料的有機肥為例, 在日本有機肥制作過程要經過多次發(fā)酵, 才能進行下一步工序。在我國規(guī)模養(yǎng)殖過程中, 病菌污染時有發(fā)生。在加工原料前, 應先綜合考慮殺菌效果和系統(tǒng)性能等因素進行熱處理, 可選擇巴氏滅菌殺滅原料中的病原體[32, 38]。此外, 在生產生物有機肥產品過程中, 也可能引入病原菌。近年來很多研究發(fā)現(xiàn), 常作為生產菌種的芽孢桿菌屬和類芽孢桿菌屬中的個別菌株能檢測到溶血素基因, 存在產生毒素的隱患[39]。除生產菌種可能產毒素外, 生產過程中產品也可能受到雜菌污染。因此在生產過程中需進一步完善生產菌種的生物安全評價體系, 建立生產菌種溯源機制, 加強風險管控。

2.4 營養(yǎng)富集及鹽漬化風險 2.4.1 營養(yǎng)富集風險

農田過量施用有機肥會導致養(yǎng)分流失, 引起地表水和地下水污染, 可能增加水體富營養(yǎng)化的風險[40]。大量研究表明, 過量施用有機肥會直接導致硝態(tài)氮和P在土壤剖面不斷積累, 當土壤對N和P吸附能力達到一定程度后, 會增大淋溶風險, 易發(fā)生徑流流失[41]。

研究表明, 農田N、P流失與有機肥施用量呈顯著正相關, 避免有機肥過量施用可有效減少水體營養(yǎng)富集的風險[42]。在大多數歐洲國家, 有機肥的施用量是基于N含量計算, 往往會導致P含量富裕; 而在瑞典, 則主要根據P含量計算, 并規(guī)定磷肥的年度最大施用量。美國的農場主為確定單位土地施用量, 在施用豬糞前, 會先將樣品送到檢驗基地, 測出糞便中N含量后再施用到土壤中, 避免施肥過度或不足。在我國, 由于缺少科學專業(yè)的指導, 農戶不能合理地施用有機肥, 存在濫用現(xiàn)象。

而研究表明, 不同畜禽糞便來源的有機肥N/P比不同, 不能一概而論, 如豬糞和雞糞來源的有機肥P含量更高[22]。政府相關部門也應根據當地的實際情況, 開展關于有機肥科學使用的技術培訓, 確保農戶做到正確施用; 同時對土壤進行檢測, 對癥下肥; 并根據作物種類、施肥地點和施肥時間, 對N、P和K的最佳使用量提出建議, 實現(xiàn)有機肥的精準投放。

2.4.2 鹽漬化風險

鹽漬化是有機肥施用過程中存在的重要風險之一。在規(guī)?；B(yǎng)殖中, 為提高畜禽食欲, 幫助消化, 普遍向飼料中添加食鹽; 大量使用的添加劑中也常含有較高的鹽分。這些因素使畜禽糞便中鹽分含量高, 高鹽的畜禽糞便又直接導致相應的有機肥產品鹽分偏高[21]。高鹽的有機肥施用后, 較高濃度的鈉離子、鉀離子作為分散劑導致土壤團聚能力降低, 團粒減少, 通氣透水性降低, 還有可能造成局部農田土壤次生鹽漬化[40, 43]。因此, 在施用有機肥時, 要結合土壤特性, 合理選用, 防止鹽分過高對土壤帶來不利影響。此外, 可在畜禽糞便中添加其他植物輔料, 研究表明, 在畜禽糞便中加入秸稈有利于提高土壤通氣性, 并增強土壤的持水性[3, 44]。

2.5 其他風險

現(xiàn)有標準中有機質、N、P、K含量的測定方法, 都分不清有機和無機來源, 存在非法添加化肥冒充有機來源的造假現(xiàn)象。另外, 有機肥的生產和施用還會導致其他環(huán)境問題, 例如堆肥過程中會產生二氧化碳、甲烷等溫室氣體, 加劇溫室效應; N以氨氣的形式揮發(fā), 產生臭味, 影響堆肥廠附近居民的生活[45]。這些環(huán)境污染風險仍需引起重視, 需開展相關研究, 減少對環(huán)境的損害, 以環(huán)境友好型為目標并向其發(fā)展。

3 結論與展望

從國內外有機肥標準對比和文獻研究來看, 我國現(xiàn)有的有機肥質量標準, 無論是在具體項目還是在指標要求方面, 大都優(yōu)于國外。在有機質和養(yǎng)分、重金屬、病原體等相關指標上, 我國都有嚴格的質量管控標準。但由于畜禽養(yǎng)殖企業(yè)不合理使用添加劑和抗生素, 有機肥生產企業(yè)的相關技術有所欠缺, 農戶施用時缺乏科學專業(yè)的指導, 相關部門和機構執(zhí)法力度不嚴格等多方面因素, 我國在有機肥施用過程中存在較大風險隱患。下一步, 應對我國有機肥質量做大量的實際調查, 分析有機肥資源狀況, 找到生產施用中存在的具體問題, 對風險進行合理評估, 從而明確改進方向, 更好地服務于有機肥生產與安全使用。針對目前存在的風險, 也急需采取一系列相關舉措, 從源頭入手, 完善有機肥標準體系, 加大監(jiān)控管理力度, 讓改善農田污染成為可能。

3.1 完善標準體系

有機肥的準入門檻低, 是現(xiàn)在國內有機肥市場良莠不齊的原因之一, 與歐美日等發(fā)達國家相比, 目前我國的有機肥質量及施用等標準仍需完善。商品有機肥生產標準中尚無對抗生素、雜菌種類數量以及Cu、Zn、Ni等重金屬指標的限制; 對于Hg、Cd的限量標準不盡合理; 并且由于對堆肥及有機肥尚未進行嚴格劃分, 導致了標準參照不一的問題。對此, 可以參照其他國家的相關標準, 根據堆肥原料、方法、用途的不同對堆肥產品進行分類并完善肥料的質量標準, 建立適合中國國情的標準體系從而更好地推動有機肥行業(yè)的發(fā)展。

此外, 由于畜禽糞便是商品有機肥重要的原料來源, 而在集約化養(yǎng)殖過程中, 飼料添加劑、抗生素等的使用是造成有機肥產品高重金屬含量、高鹽分、抗生素殘留的重要原因。因此, 完善養(yǎng)殖相關標準、加強飼料原料質量管理、做好畜禽排泄物與農田土壤環(huán)境的銜接等工作對于有機肥產品的安全也十分重要。

3.2 成立專門機構

歐美各國建立了專門的協(xié)會來制定廢物的處理標準, 如英國的有機廢物堆肥協(xié)會、意大利的堆肥協(xié)會等。目前我國還缺乏這樣的組織, 因此有必要推進組建有機肥專業(yè)協(xié)會以便進一步完善堆肥及有機肥質量標準以及生產加工技術標準, 并且可以由協(xié)會牽頭推動成品質量檢測體系建立, 包括建立成品質量追溯制度、不定期抽查等, 做好生產監(jiān)管, 保障商品有機肥的質量, 給消費者提供更優(yōu)質的產品。此外, 協(xié)會還可以通過對不同地區(qū)農田土壤質量的檢測評估, 結合不同有機肥在不同類型土壤中的使用效果, 做好有機肥科學施用的方案處理, 并在肥料的用量、時間、方式等方面給農民提供一定的指導, 減少因有機肥的不恰當施用而給農田環(huán)境造成的污染危害。

3.3 其他

國家可以在資金、政策和人才上對于有機肥的生產提供支持。比如鼓勵企業(yè)研發(fā)和生產優(yōu)質有機肥; 提倡垃圾分類, 以便于生活廢棄物的高效利用; 按照一定的標準, 對施用有機肥的農戶進行經濟補助, 以鼓勵農民正確認識和使用有機肥。

在“兩山理論”指導下, 當前我國生態(tài)農業(yè)發(fā)展進入新常態(tài), 最近發(fā)布的《2020年種植業(yè)工作要點》指出今年重點工作是繼續(xù)推動有機肥替代化肥[46], 也體現(xiàn)了我國對于農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重視。肥料是食物的“食物”, 是食物鏈安全的起始點, 相信在國家政策的正確引導和社會公民的支持下, 在不遠的將來, 有機肥產業(yè)將會在土壤問題、資源利用上發(fā)揮積極作用, 迎接中國的必定是可持續(xù)發(fā)展的健康土壤。

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