湖北房縣煙區土壤重金屬含量狀況及其與土壤肥力的關系

張 騰 ，周 童 ，周 琳 ，趙 莉 ，李俊麗 ，王 龍 ，王偉寧 ，于建軍

（1.河南農業大學煙草學院，國家煙草栽培生理生化研究基地，河南鄭州450002；2.湖南省衡南縣煙草專賣局，湖南衡南421001）

房縣位于湖北省西北部，屬于北亞熱帶季風氣候區，垂直差異變化大，具有立體氣候，雨量集中，雨熱同季。年平均氣溫在10～15℃之間，無霜期年平均223 d，年平均降水量914 mm。煙葉種植面積約3 000 hm2，是房縣的主要經濟作物之一。重金屬是指原子密度大于5.0 g/cm3的金屬元素，大部分在周期表中屬于過渡元素金屬及其離子，國內密切關注的是鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）、砷（As）、鉻（Cr）5種重金屬元素。目前，國內部分學者對煙草重金屬研究[1-6]指出，煙草中對人體有害的成分不僅僅是尼古丁，其中含有的鉛、汞、鎘、鉻、鎳等重金屬元素對人體健康也構成威脅；當卷煙燃燒時，其燃燒錐的溫度可高達800～900℃，卷煙中的重金屬化合物10%～20%作為煙氣氣溶膠的組成部分或以金屬氧化物的形式隨煙氣進入人體，對人體產生危害，而人體對重金屬的耐受劑量極小。有研究表明，重金屬對煙葉生長發育以及產量有一定的影響[7-10]，并且指出了重金屬在煙葉中的分布及含量狀況[11-13]。但對土壤重金屬含量狀況及其與土壤肥力關系方面的研究較少。

本試驗以湖北房縣煙區186份植煙土壤樣品為供試材料，研究了植煙土壤基礎肥力的提升或降低對土壤中重金屬含量的影響，依此對土壤進行合理調控，從而降低重金屬在土壤中的富集，為無公害煙葉生產提供參考。

1 材料和方法

1.1 土壤樣品采集

1.1.1 采樣點布設 采樣前，參照地形地貌、海拔、土壤類型及種植烤煙面積等進行土壤樣點的布設。在選點時，一般保證主要植煙鄉（鎮）樣點為4個左右，地形、土壤母質類型比較復雜的鄉（鎮）增加取樣點，而土壤類型單一的鄉鎮則可減少取樣點。

1.1.2 采樣時間 在尚未施用底肥和移栽煙草以前采集樣品，以反映采樣地塊的真實養分狀況和供肥能力。同時要避開雨季，以防速效氮的淋洗，并便于野外工作。另外，由于土壤養分，特別是有效養分受環境因素影響較大，存在明顯的季節性變化，因此，一個區域的土壤采樣時間應統一，基本在一周之內完成全區的采樣任務，否則，缺乏區間橫向可比性，難以對養分狀況做出準確判斷和評價。采集時間為2010年4月。

1.1.3 采樣方法 采樣深度為25 cm，不足25 cm的則記載具體的采樣深度。耕層土壤樣品的田間采集采用人工土鉆鉆取方法，根據具體采樣地塊的形狀和大小，確定適當的采樣路線和方法。長方形地塊多用之字形，而近似矩形田塊則多用對角線形或棋盤形等采樣法，這樣既可保證樣點分布均勻，又使所走距離最短。每地塊一般取5～8個小樣點（即一鉆土樣）土壤，制成一個混合樣，通稱一個“農化樣”。即使地塊面積較小，一般也不應少于5個點，而且每個小樣點的采土部位、深度、數量都要基本保持一致。采集的各小樣點土壤要在田間用四分法棄去多余部分，最后保留到0.5 kg，并在潮濕狀態下用手掰碎并且充分混勻，挑出根系、秸稈、石塊、蟲體等雜物，然后裝袋、編號、記錄，供土壤養分測定使用。

1.1.4 樣品處理 從田間采來的186份土樣被及時進行登記、整理和風干，避免錯、漏、丟失和引起樣品發霉，使性質改變。在清潔、陰涼、通風的房內將土樣攤成薄層，鋪在干凈的紙上進行風干（目前有專用的塑料制多層風干架），并經常翻動、捏碎，促進干燥。風干或烘干后的土樣根據化驗項目的要求，按化驗室常規分析方法進行磨碎過篩處理，分別制備通過孔徑為1，0.25，0.15 mm尼龍篩的分析土樣，裝瓶保存供分析使用。

1.2 分析項目與方法

樣品測定項目包括：pH值、堿解氮、速效磷、速效鉀、有機質、陽離子代換量（CEC）和土壤重金屬（包括砷、汞、鉻、鉛、鎘5種元素）。

土壤pH值采用pH值計法（水土比為1∶2.5）測定，土壤有機質含量采用重鉻酸鉀容量法（外加熱法）測定，土壤堿解氮采用堿解擴散法測定，土壤速效磷和速效鉀采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定，陽離子交換量（CEC）采用銨鹽快速法測定，砷和汞采用ZSX100e熒光光譜儀法測定，鎘采用M6石墨爐原子吸收分光光度計法測定，鉻和鉛用AFS-8130原子熒光光度計法測定。

1.3 數據統計方法

數據采用DPS6.55和Excel軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 土壤重金屬含量狀況

由表1可知，砷的平均含量為14.32 mg/kg，符合農產品無公害產地環境條件（25 mg/kg），僅有4.08%的樣品數超過25 mg/kg；汞的平均含量是0.06 mg/kg，達到無公害農產品產地環境條件的一級要求（＜0.15 mg/kg）；鉻的平均含量是82.61 mg/kg，符合農產品無公害產地環境條件（＜250 mg/kg），其中有61.22%的樣品達到了農產品產地環境條件的一級要求（＜90 mg/kg）；鎘的平均含量是0.39mg/kg，符合標準（＜0.6 mg/kg）；鉛的平均含量是31.81 mg/kg，其中有75%的樣品達到了一級標準（＜35 mg/kg）。房縣煙區各種重金屬元素變異系數均較小，說明重金屬在土壤中的分布較為均勻，有利于對其調控。5種重金屬的峰度系數均為正數，為尖峭峰；偏度系數均為正數，因此為正向偏態峰。

表1 湖北房縣煙區土壤重金屬含量狀況的描述統計分析

2.2 土壤肥力狀況描述統計分析

由表2可知，陽離子交換量（CEC）的平均值是 12.63mmol/kg，處于適宜范圍（10～20mmol/kg）；土壤的pH值平均為6.88，處于適宜范圍（5.5～7.0）[14]的土壤樣品占32%；土壤堿解氮、速效鉀、速效磷整體上含量均較適宜，40%的樣品中土壤堿解氮含量小于100 mg/kg，57.14%的土壤速效磷含量小于20 mg/kg，32%的土壤速效鉀含量小于150 mg/kg；土壤有機質的平均含量為1.79%，處于適宜范圍（1.5%～2.5%）。各肥力因子的變異系數均較小，說明湖北房縣煙區土壤肥力比較均勻。pH值的峰度系數為負數，屬平闊峰，其余指標均為正數，為尖峭峰；除pH值和速效鉀以外，其余各指標偏度系數均為正數，因此為正向偏態峰。

表2 湖北房縣煙區植煙土壤肥力特征的描述統計分析

2.3 pH值與土壤重金屬含量的關系

根據不同土壤pH值含量特征，將土壤分為3個組別。從表3可以看出，在pH＜6.0的組別中，砷的平均含量為16.53 mg/kg，鉛的平均含量為73.35 mg/kg，鎘的平均含量為0.57 mg/kg，汞的平均含量為0.06mg/kg，鉻的平均含量為35.45mg/kg。在pH值為6.0～7.0的組別中，砷的平均含量為10.55 mg/kg，鉛的平均含量為39.36 mg/kg，鎘的平均含量為0.21 mg/kg，汞的平均含量為0.04 mg/kg，鉻的平均含量為26.35 mg/kg。在pH＞7.0的組別中，砷的平均含量為13.81 mg/kg，鉛的平均含量為58.11 mg/kg，鎘的平均含量為0.36 mg/kg，汞平均含量為0.06 mg/kg，鉻的平均含量為27.19 mg/kg。綜上表明，pH＞7.0的土壤同pH＜6.0的土壤相比較，除汞以外，其他各元素含量均表現為pH＞7.0時重金屬含量少于pH＜6.0；并且當pH值處于中性偏酸（6.0～7.0）時，土壤的重金屬含量相對較低。

表3 不同土壤pH值組別與重金屬含量的關系 mg/kg

2.4 CEC與土壤重金屬含量的關系

按照房縣煙區不同土壤CEC值特征，將土壤分為4個組別。由表4可知，在CEC＜8 mmol/kg的組別中，砷平均含量為10.93 mg/kg，鉛平均含量為43.33 mg/kg，鎘平均含量為0.20 mg/kg，汞平均含量為0.04 mg/kg，鉻平均含量為27.83 mg/kg。在CEC值為8～12 mmol/kg的組別中，砷平均含量為14.87 mg/kg，鉛平均含量為52.80 mg/kg，鎘平均含量為0.39mg/kg，汞平均含量為0.05 mg/kg，鉻平均含量為30.19 mg/kg。在CEC值為12～20mmol/kg組別中，砷平均含量為14.54 mg/kg，鉛平均含量為65.01mg/kg，鎘平均含量為0.41 mg/kg，汞平均含量為0.07mg/kg，鉻平均含量29.57mg/kg。在CEC＞25 mmol/kg的組別中，砷平均含量為18.85 mg/kg，鉛平均含量為62.16 mg/kg，鎘平均含量為0.32 mg/kg，汞平均含量為0.06 mg/kg，鉻平均含量為35.40 mg/kg。在一定范圍內，土壤重金屬含量與CEC值的關系明顯，隨著CEC值的增加，重金屬含量增加。

表4 不同土壤CEC值組別與重金屬含量的關系 mg/kg

2.5 堿解氮與土壤重金屬含量的關系

按照房縣煙區不同土壤堿解氮含量特征，將土壤分為3個組別。從表5可以看出，在堿解氮小于100 mg/kg的組別中，砷平均含量為14.99 mg/kg，鉛平均含量為50.01mg/kg，鎘平均含量為0.26 mg/kg，汞平均含量為0.05 mg/kg，鉻平均含量為29.82 mg/kg。在堿解氮含量為100～200 mg/kg的組別中，砷平均含量為12.36 mg/kg，鉛平均含量53.94 mg/kg，鎘平均含量0.40 mg/kg，汞平均含量0.06 mg/kg，鉻平均含量27.22 mg/kg。在堿解氮含量大于200 mg/kg的組別中，砷平均含量為15.11 mg/kg，鉛平均含量為90.40 mg/kg，鎘平均含量0.60 mg/kg，汞平均含量0.09 mg/kg，鉻平均含量為37.90 mg/kg。在一定范圍內，土壤堿解氮的含量越高，重金屬鉛、鎘、汞元素的含量越高。

表5 不同土壤堿解氮組別與重金屬含量的關系 mg/kg

2.6 速效磷與土壤重金屬含量的關系

按照房縣煙區不同土壤速效磷含量特征，將土壤分為3個組別。由表6可知，在速效磷含量0～20mg/kg組別中，砷平均含量為13.88 mg/kg，鉛平均含量51.91 mg/kg，鎘平均含量0.33 mg/kg，汞平均含量0.05 mg/kg，鉻平均含量29.19 mg/kg。在速效磷含量為20～40 mg/kg的組別中，砷平均含量為14.37 mg/kg，鉛平均含量為58.43 mg/kg，鎘平均含量0.38 mg/kg，汞平均含量0.06 mg/kg，鉻平均含量為30.43 mg/kg。在速效磷含量大于40 mg/kg的組別中，砷平均含量為15.92 mg/kg，鉛的平均含量66.30mg/kg，鎘平均含量0.69mg/kg，汞平均含量0.07 mg/kg，鉻平均含量45.04 mg/kg。在一定范圍內，土壤重金屬含量與速效磷含量的關系明顯，隨著速效磷含量的增加，重金屬含量增加。

表6 不同土壤速效磷組別與重金屬含量的關系 mg/kg

2.7 速效鉀與土壤重金屬含量的關系

按照房縣煙區不同土壤速效鉀含量特征，將土壤分為4個組別。從表7可以看出，在速效磷含量小于100 mg/kg的組別中，砷平均含量為10.36 mg/kg，鉛平均含量為39.06 mg/kg，鎘平均含量為0.21 mg/kg，汞平均含量為0.04 mg/kg，鉻平均含量為23.63 mg/kg。在速效磷含量為100～150 mg/kg的組別中，砷平均含量為11.14 mg/kg，鉛的平均含量為49.21 mg/kg，鎘的平均含量為0.28 mg/kg，汞的平均含量為0.05 mg/kg，鉻的平均含量為26.14 mg/kg。在速效磷含量為150～200 mg/kg的組別中，砷平均含量為14.75 mg/kg，鉛的平均含量為61.04 mg/kg，鎘的平均含量為0.43 mg/kg，汞平均含量為0.06 mg/kg，鉻平均含量為31.19 mg/kg。在速效磷含量大于200 mg/kg的組別中，砷平均含量為17.26 mg/kg，鉛平均含量為61.57 mg/kg，鎘平均含量為0.31 mg/kg，汞的平均含量為0.06 mg/kg，鉻的平均含量為33.35 mg/kg。在一定范圍內，除鎘、汞表現不明顯外，其他重金屬含量均與速效鉀含量的關系明顯，隨著速效鉀含量的增加，重金屬含量增加。

表7 不同土壤速效鉀組別與重金屬含量的關系 mg/kg

2.8 有機質與土壤重金屬含量的關系

按照房縣煙區不同土壤有機質含量特征，將土壤分為3個組別。從表8可以看出，在有機質含量小于1.00%的組別中，砷的平均含量為15.84 mg/kg，鉛平均含量為44.77 mg/kg，鎘的平均含量為0.19 mg/kg，汞平均含量為0.05 mg/kg，鉻平均含量為29.63 mg/kg。在有機質含量為1.00%～2.00%組別中，砷平均含量為12.75 mg/kg，鉛的平均含量為52.02 mg/kg，鎘的平均含量為0.34 mg/kg，汞平均含量為0.05 mg/kg，鉻平均含量為27.82 mg/kg。在速效磷含量＞2.00%的組別中，砷平均含量為16.64 mg/kg，鉛平均含量為67.36 mg/kg，鎘平均含量為0.56 mg/kg，汞平均含量為0.07 mg/kg，鉻平均含量為40.13 mg/kg。在一定范圍內，除重金屬砷外，其他重金屬含量均與有機質含量的關系明顯，隨著有機質含量的增加，重金屬含量增加。

表8 不同土壤有機質組別與重金屬含量比較 mg/kg

3 結論與討論

對186份土壤樣品的分析結果表明，該地區土壤有機質含量豐富，酸堿度呈弱酸性至中性，整體上堿解氮、速效磷、速效鉀含量較為適宜。此外，各肥力因子變異系數均較小，說明湖北房縣煙區土壤肥力比較均勻，有利于對土壤進行施肥。土壤中重金屬汞、鉛、鎘、鉻、砷的含量均較低，且分布比較均勻，變異系數較小，有利于對其調控。

數據分析表明，在一定范圍內，重金屬的含量與pH值、有機質、CEC值、堿解氮、速效鉀以及速效磷的含量都有一定的關系，結果表明，重金屬含量隨pH值的減小有上升趨勢，pH值為6.0以下上升趨勢明顯；其余隨著肥力因子的增加重金屬含量也在增加，尤其是隨速效磷含量的增加重金屬含量明顯增加。目前，煙草科技工作者普遍認為，土壤中的重金屬是煙葉重金屬的主要來源。本研究表明，隨著土壤基礎肥力的提升，土壤重金屬含量增加，這可能是由于土壤基礎肥力較高的地塊大多地勢偏低，易于基礎肥力的積累，同時重金屬富集作用也較明顯。因此，我們應采取相關理化措施對土壤進行有效調控，減弱重金屬在土壤中的富集作用，以促進煙葉的無公害生產。

土壤中重金屬的富集來源多種多樣，需要進一步探明影響其含量的因素，通過尋求有效措施切斷土壤重金屬污染來源，為無公害優質煙葉生產提供理論參考。

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