邸慧慧,咼亞屏,李平,蔡章春,向必坤,譚軍,孫玉曉

湖北省煙草公司恩施州公司， 恩施 445000

海泡石在Cd污染植煙土壤改良中的應(yīng)用研究

邸慧慧,咼亞屏,李平,蔡章春,向必坤,譚軍,孫玉曉

湖北省煙草公司恩施州公司， 恩施 445000

為探討海泡石在Cd污染植煙土壤改良中的可行性，以恩施宣恩縣曉關(guān)鄉(xiāng)酸性土壤為供試土壤，通過人工模擬Cd污染，采用盆栽試驗(yàn)方法，研究了海泡石對(duì)煙葉Cd含量、植煙土壤Cd含量、煙株生長(zhǎng)發(fā)育及烤后煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，施用海泡石后，可有效提高植煙土壤pH值，降低土壤Cd活性，抑制煙株對(duì)土壤Cd的吸收?？緹熒L(zhǎng)優(yōu)勢(shì)明顯，葉長(zhǎng)、葉寬均顯著高于對(duì)照；煙葉的總糖和還原糖均較對(duì)照降低，而總氮，煙堿，鉀和氯等則整體上表現(xiàn)為較對(duì)照增加的趨勢(shì)。綜合研究表明：盆栽酸性植煙土壤施加30%～40%海泡石后，可以達(dá)到改善土壤酸性環(huán)境，提高煙葉安全性和產(chǎn)量的三重功效。

烤煙;海泡石; Cd污染；土壤改良

近年來，由于礦產(chǎn)資源的大量開發(fā)利用，工業(yè)生產(chǎn)迅速發(fā)展和污水灌溉、化學(xué)產(chǎn)品的廣泛使用，致使重金屬對(duì)土壤的污染越來越嚴(yán)重[1-2]。烤煙是一種以吸食為主要目的的特殊經(jīng)濟(jì)作物，當(dāng)煙葉中含有過量重金屬時(shí)，在抽吸過程中，重金屬就會(huì)以氣溶膠或金屬氧化物的形式通過主流煙氣進(jìn)入人體，對(duì)人體造成潛在危害[3]。卷煙中重金屬Cd除了少量的來自加工中的香精香料、粘合劑和卷煙紙外，主要來自于煙葉[4]。有關(guān)研究表明[5]，煙葉中的Cd主要來自植煙土壤，且吸收的80%以上分布在葉片中。因此，減少植煙土壤中Cd含量或降低植煙土壤中Cd的有效性是提高煙葉安全性的重要手段。由于土壤改良劑是在土壤原位上進(jìn)行，具有簡(jiǎn)單易行、成本低廉和不破壞土壤結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢(shì)[6]，因此選擇對(duì)土壤Cd具有沉淀、吸附和拮抗作用，可降低土壤中Cd的擴(kuò)散性和生物有效性的改良劑是改善Cd污染植煙土壤環(huán)境的首選措施。海泡石是一種纖維狀多孔富鎂質(zhì)的硅酸鹽粘土礦物，其結(jié)構(gòu)單元為硅氧四面體和鎂氧八面體交替組成，具有0.37 nm×1.06 nm大小的內(nèi)部通道結(jié)構(gòu),使得海泡石具有較大的比表面積和較高的離子交換容量[7-8]。這種特殊的結(jié)構(gòu)，在降低土壤中Cd的植物毒性和有效性方面已有一些研究[9-10]，但在植煙土壤上的應(yīng)用研究報(bào)道較少[11]。本文選用酸性易發(fā)病的植煙土壤，研究了在其中添加不同比例的海泡石對(duì)土壤Cd的鈍化能力，以期找到植煙土壤重金屬Cd污染的有效防治措施。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2012年5～10月在湖北恩施“清江源”科技園區(qū)溫室大棚內(nèi)進(jìn)行，供試品種為K326，供試土壤為酸性黃棕壤。海泡石為商品海泡石（d≤74μm），主要成分為海泡石和石英，pH值為8.0。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，1個(gè)對(duì)照，每處理10盆，每盆裝土15 kg。盆栽放置株距50 cm，行距120 cm。每盆施肥量為純氮8.36 g、五氧化二磷12.56 g、氧化鉀23.5 g，氮磷鉀比例1:1.5:2.8；分兩次施入，其中底肥60%，提苗肥20%，旺長(zhǎng)期追肥20%。底肥施入后保持田間持水量平衡15 d后再移栽。

在Cd濃度為2 mg.kg-1的土壤中，分別加入10%、20%、30%、40%、50%的海泡石，以未添加海泡石土壤作為對(duì)照，水肥管理一致。

1.2.2 烤煙農(nóng)藝性狀及單葉重測(cè)定

農(nóng)藝性狀測(cè)定：采用掛牌標(biāo)記的方法，在各處理選取3株長(zhǎng)勢(shì)中等的煙株，將第5、10、15葉定為下、中、上部葉。在煙株的團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期、成熟期，測(cè)定株高、有效葉片數(shù)及最大葉的長(zhǎng)和寬等農(nóng)藝性狀。

單葉重測(cè)定：煙株成熟后，各處理選取3株長(zhǎng)勢(shì)具有代表性的煙株，取9、10、11、12葉位的4片葉，測(cè)定鮮葉重、干葉重，并取平均值。

1.2.3 土壤及烤后煙葉化學(xué)指標(biāo)測(cè)定

煙株成熟后各處理選取煙株長(zhǎng)勢(shì)基本一致的5株煙，取相同量盆栽土壤，充分混合后測(cè)定土壤pH及Cd含量。取各處理下、中、上部初烤煙葉，同一部位充分混合后，測(cè)煙葉Cd含量及常規(guī)化學(xué)成分。土壤pH值采用電位法測(cè)定；土壤及煙葉中Cd含量采用石墨爐-原子吸收光譜法測(cè)定。煙葉常規(guī)化學(xué)成分采用流動(dòng)分析儀檢測(cè)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用方差分析法分析不同處理煙株長(zhǎng)勢(shì)的差異性；運(yùn)用相關(guān)分析法分析土壤pH值與土壤殘留Cd、烤煙葉片Cd之間的關(guān)系。所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析在SPSS13.0軟件和EXCEL2003進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)烤煙生長(zhǎng)的影響

2.1.1 對(duì)株高、有效葉片數(shù)及最大葉面積的影響

如表1所示，植煙土壤中添加海泡石后，煙株的株高在各個(gè)時(shí)期均有差異，以團(tuán)棵期和成熟期的差異更為明顯，且整體波動(dòng)趨勢(shì)表現(xiàn)為株高隨著海泡石添加量的增多而增加。添加海泡石50%處理的煙株株高與對(duì)照差異最大，在團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期、成熟期分別高出對(duì)照的 63.63%、21.33%和40%，煙株生長(zhǎng)的不同時(shí)期對(duì)照的株高最低。植煙土壤添加海泡石對(duì)團(tuán)棵期煙株的有效葉片無明顯影響，在團(tuán)棵期對(duì)照有效葉片數(shù)最低，成熟期添加海泡石30%、40%、50%處理有效葉片數(shù)與對(duì)照均有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且隨著海泡石含量的增加有效葉片數(shù)增加。植煙土壤添加不同比例海泡石對(duì)成熟期煙葉的最大葉面積影響有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，除添加海泡石10%處理略小于對(duì)照外，其它處理隨著添加比例的增加而增加，添加海泡石30%、40%、50%處理，煙株的最大葉面積分別是對(duì)照的1.24、1.38、1.69倍；團(tuán)棵期添加不同比例海泡石處理的煙株最大葉面積均低于對(duì)照，旺長(zhǎng)期則在添加比例較高的40%、50%處理略高于對(duì)照。由此可見，添加海泡石比例大于30%的植煙土壤對(duì)煙株最大葉面積有顯著的影響。

表1 海泡石對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響Tab. 1 Effect of meerschaum on agronomic traits of flue-cured tobacco

2.1.2 對(duì)烤煙中部葉片發(fā)育的影響

由表2可知：烤煙中部葉的鮮重除10%處理外，以對(duì)照最低，且隨著海泡石添加比例的增加而增加；干重除添加比例最低的10%處理略低于對(duì)照外，其它處理均高于對(duì)照；含水量以添加比例20%處理最低，以添加比例50%最高，由此可見，酸性植煙土壤添加海泡石比例30%時(shí)，煙株葉片發(fā)育較好。

表2 海泡石對(duì)烤煙中部葉片發(fā)育的影響Tab. 2 Effect of meerschaum on middle leaves of flue-cured tobacco

2.2 對(duì)土壤pH值及土壤殘留Cd含量與烤煙葉片Cd含量的影響

2.2.1 對(duì)烤煙葉片、土壤殘留Cd含量的影響

由表3可知：植煙土壤中添加海泡石對(duì)煙葉中Cd的吸收有顯著的抑制作用，且隨著海泡石比例的增加抑制作用明顯，當(dāng)海泡石比例為50%時(shí)，下、中、上部位煙葉的Cd含量?jī)H為對(duì)照的30.51%、32.28%、35.99%。同時(shí)，土壤殘留Cd隨著海泡石比例的增加而增加。由此可見，海泡石對(duì)土壤中的有效態(tài)Cd具有鈍化作用，降低了Cd的有效性，減少了煙株對(duì)Cd的吸收。

表3 海泡石對(duì)烤煙葉片及土壤殘留Cd含量的影響Tab. 3 Effect of meerschaum on leaf blade and residual Cd in soil mg.kg-1

2.2.2 對(duì)酸性植煙土壤pH值的改良效果

由表4可知：在酸性土壤中添加不同比例的海泡石對(duì)土壤的pH有一定的影響，隨著土壤海泡石比例的增加，土壤pH值升高幅度增大，當(dāng)土壤中海泡石比例達(dá)30%～40%時(shí)6.5＜pH＜7，適宜優(yōu)質(zhì)煙葉生長(zhǎng)，降低土壤Cd有效態(tài)含量，因此土壤添加30%～40%海泡石對(duì)改良酸性土壤效果最好。

表4 海泡石對(duì)酸性植煙土壤pH值的影響Tab. 4 Effect of meerschaum on pH value of tobacco-growing soil

2.2.3 土壤pH值及土壤殘留Cd含量與烤煙葉片Cd含量的關(guān)系

由表5可知，土壤pH值與土壤殘留Cd含量呈顯著正相關(guān)，與煙葉中Cd含量呈顯著負(fù)相關(guān)，說明土壤的酸性條件是促進(jìn)重金屬溶解和活化的一個(gè)因素。土壤殘留Cd含量與煙葉中Cd含量呈負(fù)相關(guān)，其隨著葉位的升高相關(guān)系數(shù)越大，說明土壤中被鈍化的Cd含量越高，有效態(tài)Cd含量越少，對(duì)烤煙對(duì)Cd的吸收量影響顯著。

表5 土壤pH及土壤殘留Cd含量與烤煙葉片Cd含量的相關(guān)系數(shù)Tab. 5 Coefficient of soil pH value, residual Cd content in soil and in leaf blade

2.3 對(duì)烤煙中、上部葉片化學(xué)指標(biāo)的影響

由表6可知：施加海泡石后烤煙中、上部葉中的總糖、還原糖含量均低于對(duì)照，且降低幅度隨著施用量的增加而減??；總氮含量變化不明顯，添加海泡石的各處理中、上部葉總氮含量值大于對(duì)照。中、上部葉片的煙堿含量總體表現(xiàn)趨勢(shì)為添加海泡石的各處理高于對(duì)照（中部葉50%的除外），其增加幅度則隨著海泡石添加量的增加而減小。施加海泡石后，中、上部葉片中鉀和氯的含量較對(duì)照有所增加，但無明顯的變化規(guī)律。

表6 對(duì)烤煙中、上部葉片化學(xué)指標(biāo)的影響Tab. 6 Effects on middle and upper leaf tobacco %

3 結(jié)論與討論

本研究在人工模擬Cd污染的酸性土壤中添加海泡石，以降低植煙土壤中Cd的有效性和改善土壤酸性環(huán)境，主要研究結(jié)論如下：海泡石可通過自身的物理結(jié)構(gòu)特性和對(duì)土壤pH的調(diào)節(jié)，降低土壤中有效態(tài)Cd含量，減少煙株對(duì)土壤中Cd的富集，提高了煙葉的安全性。植煙土壤中添加海泡石對(duì)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育有顯著的促進(jìn)作用，以添加比例在30%～50%效果最為明顯；對(duì)不同部位煙葉的常規(guī)化學(xué)成分影響不盡相同，中上部葉片化學(xué)成分含量的變化趨勢(shì)基本一致。此外，由于海泡石的顆粒狀結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到改善土壤物理結(jié)構(gòu)，提高土壤通透性的作用。由此可見，在植煙土壤中添加適量海泡石可以達(dá)到有效鈍化土壤中的Cd活性、提高煙葉安全性、修復(fù)酸性土壤、改善土壤物理結(jié)構(gòu)和增加產(chǎn)量的多重功效。

目前，恩施煙區(qū)煙葉生產(chǎn)中普遍采用生石灰改良酸性土壤，這種傳統(tǒng)的酸性土壤改良措施其優(yōu)越性顯著，但也存在著易造成土壤pH的跳躍增加，造成局部的燒苗狀況。海泡石作為改良Cd污染及酸化植煙土壤的重要材料，在大田生產(chǎn)中的施用方法及施用量仍有待進(jìn)一步研究。

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Investigation into meerschaum’s effect in amelioration of Cd contaminated tobacco growing soil

DI Huihui, GUO Yaping , LI Ping, CAI Zhangchun, XIANG Bikun,TAN Jun, SUN Yuxiao
Enshi Prefecture Tobacco Company, Hubei Provincial Tobacco Corporation，Enshi 445000, Hubei, China

Pot experiments were conducted to study amelioration effect of meerschaum in Cd contaminated tobacco soil through simulation.Results showed that meerschaum can effectively improved soil pH value, reduce Cd activity and refrain tobacco plant from absorbing Cd.It resulted in less total sugar and reducing sugar and more total nitrogen, nicotine, potassium and chlorine. It is concluded that soil acidic environment can be ameliorated if added with 30%～40% meerschaum, thus improving tobacco safety and productivity.

flue-cured tobacco; meerschaum; Cd pollution; soil amelioration

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.04.011

S572.06 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1004-5708（2014）04-0053-04

湖北省煙草公司恩施州公司2012年自主創(chuàng)新項(xiàng)目（2012-05）

邸慧慧（1984—）, 碩士, 主要從事煙葉安全性研究，Email:dihuihui99@163.com

咼亞屏（1968—）, 高級(jí)農(nóng)藝師, 主要從事煙草栽培研究。

2013-04-25