修复剂对烟草吸收污染土壤中砷的改良

土 壤(Soils), 2006, 38 (2): 200~205

修复剂对烟草吸收污染土壤中砷的改良①

胡钟胜1,4， 章钢娅1， 王广志2， 招启柏2， 刘秀丽3， 曹显祖3， 曹志洪1*

( 1 中国科学院南京土壤研究所，南京 210008； 2 江苏中烟工业公司，南京 210029；

3 扬州大学，江苏扬州 225009；

4 中国科学院研究生院，北京 100049 )

摘 要： 采用盆栽试验，研究3种修复剂对减少烟草吸收土壤重金属As之改良效果。烟草生长在As含量为25 mg/kg的污染植烟土壤上，通过添加3种土壤修复剂，测定烟草在不同生长时期不同部位的生物量及重金属As含量。结果表明：烟草体内As含量的分布为根＞叶＞茎，烟草由根部向地上部运转As能力不强；烟草体内不同部位在不同的生长时期As的含量也发生变化；3种修复剂均在不同程度上减少了烟草不同部位重金属As的含量，同时也改变了烟草中As的根吸收系数、初级转移系数和次级转移系数，增加了烟草的生物量，达到了提高烟草安全性和品质的目的。

关键词： 烟草；砷；修复剂

中图分类号： S153

烟草是一种特殊的食品，随着吸烟与健康运动的深入，人们对卷烟的安全性问题越来越重视，烟气中的尼古丁、焦油和其他有毒气体对健康产生的危害作用，这在科学文献中到处可见，但是对重金属As对人体的危害还没引起足够的重视[1]，As一旦通过烟气进入人体内就有很长的半衰期，且具有致癌致畸致突变危害。烟气中的重金属As来自烟丝，烟丝中As除了少量的来自加工中的香精香料、粘合剂和卷烟纸外，主要来自土壤。而且烟草摄取过量的As，轻者生长受阻，产量与品质下降，重者个体死亡。随着工农业的发展，农田中的As有增无减，加上生物的富集作用，对烟草生长发育的影响越来越强[2-4]。因此对在污染土壤上种植烟草的As 的吸收规律与减少烟草对As的吸收措施的研究显得尤为重要。

原位添加土壤修复剂是一种经济可行、方便、不改变土壤固有理化性状的好方法[5-6]。原位添加土壤修复剂减少烟草对重金属As的吸收主要取决于土壤的理化性质。原位添加适宜的物质固定污染土壤的重金属机理包括[7]：①pH控制：使用碱性物质例如生石灰、熟石灰、石灰石或粉煤灰等。②化学沉淀：降低重金属的溶解度，如使用水合氧化物、硫酸盐、硅酸盐或磷酸盐等。③有机难溶态：通过添加含氧官能团尤其是含羧基或羟基的物质固定重金属离子。④吸附：通过利用吸附性能强的物质，例如黏土矿物，锯末、粉煤灰、活性炭、金属氧化物或沸石[8]。⑤离子交换：几乎所有的原位固定都涉及到离子交换作用。添加土壤修复剂一般通过以上的一种或多种作用影响土壤重金属的有效性[9]。

本试验以骨粉、活性炭、凹凸棒土作为土壤修复剂，研究烟草对As的吸收规律及修复剂对减少烟草吸收重金属As的效果，探讨其作为土壤修复剂的可行性，为生产中减少烟草重金属As含量的技术提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验作物：烟草，由江苏省烟草公司提供，品种为K326。

修复剂：骨粉、活性炭、凹凸棒土。

供试土壤：湖南省某烟区重金属污染的植烟土壤，其基本性质见表1。

1.2 盆栽试验

土壤晾干，粉碎，过2 mm筛。充分混合，每

①基金项目：国家重点基础研究发展规划 (973) 项目（2002CB410805）资助。

* 通讯作者（zhcao@）

作者简介：胡钟胜（1980─），男，安徽铜陵人，硕士研究生，主要从事土壤化学及烟草生理的研究。E-mail: zshu2006@

第2期 胡钟胜等：修复剂对烟草吸收污染土壤中砷的改良 201

表1 供试土壤基本性质

Table 1 Basic properties of the tested soil

速效P 速效K 总As 总Pb 总Cd 总Hg

总N （g/kg ）

有机质 （g/kg ）

pH ＊

(mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg)

1.43 15.64 6.15 16.56 81.15 25.10 63.32 0.24 0.33

*土水比为1：2.5。

盆加入10 kg 土壤。加入不同的修复剂各30 g 。以不加修复剂的为CK ，共4种处理，每处理设重复16次，按随机区组排列，并按一定时期进行位置的调动，确保每个盆子每个重复在网室内的生长条件均匀。将生长状况一致的烟苗移栽于盆钵的中心，每盆一株苗，栽培深度一致。保持土壤水分为田间持水量的70%，治虫防病、中耕、抹杈打顶等按照常规办法进行。在烟草生长的团棵、旺长、现蕾和成熟4个时期采样，分根、茎、叶等部位取样，去离子水洗净，65

℃烘干，磨碎，测定烟草各部位As 含量。

1.3 测定方法

测定植株不同部位鲜重。按照微量元素采集和样品制备方法处理，土壤用HNO 3-H 2O 2消煮，植株样用HNO 3-HClO 4微波消解

[10-11]

，原子吸收光谱仪

测定土壤As 全量及烟草植株各部位As 含量，计算各处理植株不同部位的As 全量。 1.4 数据分析

利用SPSS11.5软件，在P ＜0.01和P ＜0.05水平下用LSD 法分析所有处理与CK 之间的差异显著性，结合Excel 软件分析作图。

2 结果与讨论

2.1 修复剂对土壤As 形态及烟草根系中As 含量

的改良效应

作物吸收土壤中的重金属元素受多种因素的影响，其中土壤中重金属有效态是作物对重金属吸收的关键。研究结果证明，土壤中重金属的有效态含量与土壤性质以及所使用的修复剂种类密切相关。 通过添加修复剂可以改变土壤的pH 值、有机质含量、土壤的吸附性能、P 的含量等等，减小了重金属的移动性和生物可利用性，从而达到减少作物体内不同部位重金属含量的目的[10-

11]。大量研究表明，

作物根系中重金属含量与土壤中重金属全量并无显著相关，而与有效态重金属含量呈显著相关[5-

7]，由

此可见烟草根部对土壤中重金属As 的吸收多少是

土壤中作物有效态As 含量的间接反映。

通过对不同处理烟草4次采样分析可知（图1），除了现蕾期骨粉处理烟草根部As 含量与CK 差异显著以外，其他处理与CK 差异不显著；但与CK 相比，所有修复剂处理在不同时期都不同程度地减少了烟草根部对土壤中As 的吸收，烟草采收时期也就是烟草现蕾期，骨粉、活性炭、凹凸棒土处理的烟草根系中As 的含量由CK 的6.80 mg/kg 分别减少到3.36、5.59、4.96 mg/kg 。

有研究表明，骨粉的主要成分为磷酸十钙盐：[Ca 10(PO 4)6OH 12],它可以减少土壤重金属的生物有效性。原因有：①使土壤微域pH 增加，降低土壤重金属的生物有效性；②活性的重金属被骨粉颗粒所吸附成为缓效性重金属；③重金属还可与磷酸根螯合沉淀而成为迟效态重金属[12]。重金属污染土壤中加入骨粉可以原位固定土壤中重金属，而且磷酸根的存在有与As 竞争作物根部的交换位点并减少易被作物吸收利用的螯合态As 的作用，从而抑制作物对As 的吸收，因为P 、As 的化学性质类似，P 、As 在植物吸收转运过程中往往表现出拮抗效应[13]。

活性炭具有较大的表面积和很强的吸附能力, 主要通过下列两个作用减小土壤重金属有效性：①活性炭可以直接吸附污染土壤中的重金属；②活性