植煙區土壤重金屬污染現狀及主要污染元素毒害效應

單 倩，凌 平，彭桃軍，沈雪婷，蘇鵬飛，鄭 咪

(江西省吉安市煙草公司 安福分公司，江西 安福 343200)

植煙區土壤重金屬污染現狀及主要污染元素毒害效應

單 倩，凌 平，彭桃軍，沈雪婷，蘇鵬飛，鄭 咪

(江西省吉安市煙草公司 安福分公司，江西 安福 343200)

綜述了土壤重金屬污染及其危害特征，植煙區重金屬污染現狀和植煙區重金屬污染來源，并就植煙區存在的主要重金屬污染元素(Cd、Hg、pb)的毒害效應、安全臨界值進行了分析和總結，旨在為降低植煙區土壤重金屬危害，提高煙葉安全性提供參考。

煙草；植煙土壤；重金屬污染；毒害效應

隨著健康理念的廣泛傳播，煙葉安全性問題備受關注，尤其是煙葉中重金屬含量一直受到極大的關注。煙草屬于易吸收和富集重金屬的植物，煙葉中重金屬含量與土壤相應元素的含量密切相關。當煙葉中重金屬過量時，在抽吸過程中重金屬就會以氣溶膠或金屬氧化物的形式通過主流煙氣進入人體，對人體健康造成危害[1-2]。為此，筆者分析了當前植煙區土壤重金屬的污染現狀及來源，并就主要污染元素的毒害效應、安全臨界值進行了歸納總結，旨在為降低植煙區土壤重金屬危害，研究土壤修復保育技術，提高煙葉安全性提供參考。

1 土壤的重金屬污染及其危害特征

重金屬污染是指由重金屬及其化合物引起的環境污染。重金屬的危害程度取決于重金屬在環境中存在的含量和化學形態。在20世紀全球的幾大污染事件中，多起是由于重金屬污染引起的，例如：(1)1953～1956年，日本九州水俁病，Hg污染，30000人中毒，60多人死亡。(2)1955～1972年，日本富山骨痛病，Cd污染，100多人死亡。(3)1961～1967年，日本四日哮喘病，SO2和重金屬粉塵污染，10多人死亡，817人患病。(4)1996～1997年，玻利維亞伯托西伯爾科礦山，As、Pb、Zn污染，3名兒童死亡。

重金屬的危害并不僅僅體現在短時性的死亡人數上，而且還會引發人體免疫系統疾病以及肝病、皮膚病、癌癥等多種疾病。

化學意義上的重金屬是指比重大于5.0 g/cm3的金屬，但在土壤環境學領域，重金屬不是以元素的密度來劃分的。這是因為像砷和硒等非金屬元素，對土壤的毒害機理和作用與重金屬很相似，故也將其作為重金屬來考慮，因此，污染土壤的重金屬主要包括鉛、銅、鈷、鋅、鉻、鎳、硒、汞、砷、錫等。根據《中華人民共和國土壤環境質量標準GB 15618—1995》，其中8種重金屬為農業生態環境中重點監控的有害元素，分別為鉛、銅、鎘、鋅、鉻、鎳、汞、砷[3]。

重金屬元素在土壤環境中是廣泛存在的。這是因為土壤是礦物和巖石經風化作用所形成的，而礦物巖石中各元素均有一定含量，重金屬也不例外，因此在形成土壤后，各種重金屬元素也有一定的背景含量值，即土壤的重金屬元素背景值。但目前已很難找到絕對不受人類活動影響的土壤。所以土壤重金屬元素背景值只能代表土壤某一發展階段的相對意義上的數值，即按照土壤背景值研究方法所取得的盡可能不受或者少受人類活動影響的重金屬元素的原始含量。

古代人類利用金屬的規模很小，因此也不會造成大面積的土壤重金屬污染。但隨著人類采礦冶煉技術的不斷發展，土壤的重金屬污染愈加嚴重，已成為危害人類健康的重大隱患之一。土壤中的重金屬污染具有其特有的危害特征。

1.1 隱蔽性、積累性和滯后性

土壤中的重金屬污染不易被覺察，往往要等到生長在污染土壤中的植物表征發生變化，或者對周圍人類的健康產生毒害后才會被發現。重金屬進入人體之后是一種慢性毒理過程，在濃度較低時沒有明顯的中毒體征，隨著重金屬濃度的不斷增加，發生化合、置換、協同、拮抗等反應后，影響到人體的代謝系統或酶系統，人體才會有所感應，往往需要經過幾年甚至幾十年才會顯現出來。例如鉛進入兒童體內后，即使鉛的濃度保持在可接受水平，仍然會緩慢影響兒童的智力發育，這種現象很難被我們所察覺[4]。因此，土壤重金屬污染從產生污染到出現問題通常會滯后很長時間。

1.2 區域性

在土壤環境中，重金屬在某區域的污染程度與該區域的土壤類型密切相關，譬如該區域含有重金屬礦產，其土壤重金屬含量就會相應較高，同時在開采過程中會影響其臨近區域土壤的重金屬含量。此外，如果該區域含有大量的化工、冶煉、電鍍、印染等與重金屬相關的行業，其區域土壤內的重金屬含量也會相應偏高。重金屬元素在土壤中并不像在大氣和水體中那樣容易擴散和稀釋，因此土壤重金屬污染具有很強的區域性。

1.3 重金屬在土壤中形態變化復雜，毒性大小也隨之變化

重金屬多為過渡性元素，價態變化較多，隨著環境變化呈現不同的化合態和結合態，重金屬的價態和化合物類型與其化學性質有著極其密切的關系，這也直接影響著重金屬的毒性大小。一般來說，離子態比絡合態的毒性大，絡合物越穩定，毒性越小。有機態比無機態或者單質的毒性大，例如二甲基鎘的毒性要大于氯化鎘。

1.4 長期性

土壤中的重金屬不會被降解，只能從一種形態轉化為另一種形態，從一個地方轉移到另一個地方。若要將土壤中的重金屬恢復到污染前的水平，往往需要幾十年甚至更長的時間。因此消除土壤中的重金屬污染是一個長期艱巨的過程。

2 植煙區重金屬污染的現狀

對于植煙區土壤重金屬污染現狀的研究，已然成為國內煙草重金屬污染研究的熱點之一。李田等[5]對安徽省池州市煙區取樣分析的結果表明，池州市現有潛在的植煙土壤尚處于“無污染”和“無污染風險”狀態，但存在個別地區Cu接近輕微污染；As、Pb、Cr、Zn已接近生態低風險。雷麗萍等[6]對云南重要煙區玉溪地區煙草中的砷、汞等幾種重金屬元素含量進行了測定，發現該地區煙草中鎘的含量仍然處于相對較高的水平。李玉美等[7]對貴州省主要煙區土壤中重金屬污染情況進行取樣分析得知，Hg、As和Pb在調查地區土壤中均有一定的積累，Cd含量高于土壤環境質量二級標準要求。王金金等[8]對貴州省遵義市不同縣區植煙土壤取樣調查發現，當地重金屬含量處于較低水平，無明顯的污染，僅湄潭縣的Cd含量相對較高。閆慧峰等[9]研究表明，山東臨朐煙區土壤重金屬風險處于“安全”等級，個別區域重金屬風險評價綜合指數已接近“安全”等級上限，Hg是相對風險較高的土壤重金屬元素。張鵬等[10]將四川省會理南閣植煙土壤中測定的Pb、Cd、Cr、As等4種重金屬的百分比含量與土壤環境質量標準值比較得知，Cd嚴重超標，屬于重度污染；Pb屬于中度污染，這2種重金屬元素應引起重視；As為輕微污染，Cr為無污染。魏益華等[11]通過對江西撫州煙區土壤測定結果分析知，Cd和Hg為撫州煙區土壤主要風險因子，部分煙區土壤中Cd、Hg、Zn、Cu含量超過了污染限量，呈現輕度污染。向鵬華等[12]對湖南省衡陽市植煙主產區的重金屬污染狀況分析得知，重金屬鎘的污染率最高，部分煙區土壤汞污染風險也較高，鉛污染率最低。胡鑫等[13]研究也發現，湖南植煙區土壤土壤受到Cd和Hg污染。許躍奇等[14]對山西平陸縣煙區土壤重金屬污染評價結果表明，Hg是當地土壤環境質量影響最為嚴重的金屬元素，與淘金江等[15]的研究結果一致。黃五星等[16]對遼寧植煙土壤重金屬污染的研究了解到，當地植煙土壤處于清潔水平。

可見，近些年來，植煙土壤重金屬污染問題依然存在，重金屬Cd和Hg污染最為突出，部分煙區存在Pb中度污染，As、Cu和Zn呈現輕度污染。

3 植煙區重金屬污染的來源

3.1 交通污染源

隨著各國交通業的不斷發展，交通所帶來的環境污染逐漸成為國際上的重點研究領域。而交通給植煙區土壤帶來的重金屬污染也成為一項重要課題。調查顯示，在公路兩側的植煙區土壤中，Pb、Zn、Cu、Cd等重金屬含量均有超標現象，其中Pb污染尤其突出，并且土壤Pb、Zn、Cu的含量在遠離公路時會迅速降低[17]。隨著土壤的深度增加，Pb含量也會迅速降低，說明Pb污染主要保留在土壤表層。公路兩側植煙區土壤中的重金屬超標現象，尤其是Pb污染，與機動車輛有直接關系[18]。

3.2 工礦業污染源

自20世紀20年代以來，人類對重金屬的開發、冶煉、加工及商業制造活動日益增多，植煙區周邊有色金屬礦山資源開發冶煉產生的煙塵和廢水，造成原本固定在礦石中的重金屬進入大氣、水和土壤環境，成為了植煙區重金屬污染的重要來源。植煙區周邊的工業活動造成重金屬污染呈現點污染源特征，以金屬工礦業所在地為污染中心，向周圍擴散。我國共有95個礦業城市，占全國城市總數的14%，其中開采有色金屬的城市13個[19]。許多學者對礦業城市的大氣環境質量、水環境質量和固體廢棄物處理等問題進行過大量深入和系統的研究，發現這些礦業城市大氣、土壤以及水環境的污染問題十分突出。

3.3 農業污染源

農業污染源主要包括種植煙葉時化肥和農藥等的使用，以及污水灌溉、污泥施肥等。化肥中的磷肥會給植煙區土壤帶來鎘污染。農藥會給植煙區土壤帶來Cu、Hg、Pb、Cd等污染。我國水資源缺乏的煙葉產區存在污水灌溉，部分煙區使用污泥施肥、污水灌溉的同時，各種重金屬離子會隨著污水滲透到植煙區土壤中。污泥中含有豐富的有機質、N、P、K等營養物質，可滿足煙葉生長需要，但它也含有不利于煙葉生長的有毒有害重金屬，如Hg、Pb、Cd等。污泥施肥可使植煙區土壤重金屬含量不同程度地增加。若對污泥的利用不加以限制，會造成植煙區土壤重金屬超標準累積，通過煙葉富集，對人體構成危害。德國由于長期污泥農用，曾使一些土壤中Hg含量達到0.43～24 mg/kg[20]。

3.4 其他污染源

土壤不是一個封閉的系統，大氣中的重金屬也會沉降到植煙區土壤中，造成植煙區土壤的重金屬污染。如比利時每年從大氣進入土壤的重金屬量包括Pb(250 g/hm2)、Cd(19 g/hm2)、As(15 g/hm2)、Zn(3750 g/hm2)[21]。另外，固體廢物堆積處理過程中也會帶來植煙區土壤的重金屬污染。例如武漢市垃圾堆放場附近土壤中Cu、Hg、Zn、Pb、As等重金屬含量均高于當地土壤背景值[22]。

4 植煙區存在的主要重金屬污染元素及其毒害效應

煙草屬于Cd強烈富集作物，對Cd和Hg的富集能較強，對Pb、Cr、As的富集能力相對較弱[23]。魯黎明等[24]研究表明，煙草對不同重金屬元素積累能力的強弱為Hg>Cr>As>Pb。郎思曼等[25]認為Cd和Pb很可能是當前我國烤煙葉中主要的重金屬元素。結合上述對植煙區土壤重金屬污染現狀的綜述，就植煙區存在的主要重金屬污染元素(Cd、Hg、pb)及其毒害效應、安全臨界值作簡要分析和介紹。

4.1 鎘污染

鎘及其化合物具有較強的毒性，受鎘污染的煙葉進入人體后，會導致人體胃臟功能失調、高血壓、肺癌、胃癌等，對人體健康危害極大，且其在人體內的半衰期可達年10～30年[26]。雷麗萍等[6]分析認為，鎘是煙葉中主要的重金屬元素。

(1)鎘對煙草的毒害主要表觀癥狀為，煙株生長緩慢，煙葉發黃，葉片數量、葉綠素含量、生物量積累均明顯降低[27]。研究發現，低濃度的鎘處理在一定程度上能使煙草幼苗根部干物質重增加，葉片硝酸還原酶活性增強，促進煙草幼苗生長[28]；但高濃度鎘處理則極顯著地抑制煙草幼苗的生長，使其各項生理活動均降低，最終影響其正常生長[29]。

(2)在煙草整個生長期，煙株在現蕾期對鎘的積累量最大，占總量的95%，吸收的鎘90%以上儲存在葉片中[30]。

(3)煙草鎘積累速率隨著鎘濃度的增加而升高，煙草各部位的鎘積累規律為:快速積累—快速降低—緩慢積累[31]。相比較而言，煙草對鎘主要富集于葉片中，鎘在煙株各器官的含量表現為下部葉>中部葉>上部葉>莖、根[30]。對于煙草幼苗，鎘含量表現為莖>根>葉，且隨著鎘處理濃度的提高，煙草幼苗中鎘更多的富集在煙苗的根、莖部[29]。

(4)賈洋洋[32]推算出煙草鎘的最高允許濃度為5.79 mg/kg，對于3種煙草種植區土壤的安全臨界值(DTPA提取的有效鎘)分別為0.17 mg/kg(翠碧1號)、0.19 mg/kg(k326)、0.15 mg/kg(云煙87)。這些安全臨界值可以作為制定植煙區土壤鎘的安全臨界參考值。賀遠[28]的研究認為在64 mg/kg的鎘濃度下，煙株在生長后期死亡率達到50%左右，為煙草的半致死濃度。

4.2 汞污染

汞可通過生物的富集作用和食物鏈傳遞的生物放大作用，最后在人體內積累，以致中毒發病，嚴重者甚至死亡。煙葉汞污染也成為其傳播危害人類健康的一種途徑。從主要烤煙種植區土壤汞污染狀況來看，目前的情況不容樂觀，多地植煙區受到不同程度的汞污染[11-15]。

(1)研究顯示，通過抑制細胞分裂和降低作物的根系活力[33]和對營養物質的吸收[34]，是汞抑制作物生長發育的主要原因之一。隨著土壤中Hg濃度不斷增加，煙草Hg含量也會逐漸增加，煙草株高、節距、莖圍、有效葉數均顯著地下降，各部位生物量也逐漸降低[35]，汞會嚴重地抑制烤煙的生長發育[36]。

(2)旺長期，Hg在煙株各部位的含量依次為下部葉片>中部葉片>根、上部葉片>莖[37]。魯黎明等[24]的研究也表明，葉片中汞的含量顯著高于根、莖。

(3)以國家糧食衛生標準，作為判定汞對烤煙生長產生毒害的依據，確定汞對烤煙生長毒害閩值為3.287 mg/kg[36]。

4.3 鉛污染

當煙葉中的鉛過量時，不僅會隨主流煙氣進入人體而造成危害[38-39]，還影響被動吸煙人群的身體健康，尤其是孕婦和胎兒，大腦和神經癥處于發育階段的兒童、嬰兒，鉛過量會導致臍血鉛水平明顯升高[40]，阻礙神經元的發育以及髓鞘的形成[41]。

(1)被鉛毒害的煙草主要表征為植株變矮、葉面積減小、根長變短，明顯抑制煙草的生長[42]。對于煙草幼苗，當鉛濃度超過一定值后，幼苗生長的各項指標均隨著鉛濃度的升高而下降，當鉛濃度達到200 mg/L時，已發芽的幼苗14 d后會死亡[43]。

(2)不同生長時期煙草對鉛毒害的敏感性不同，生長中期較敏感[42]。在土壤鉛濃度較低時，煙草體內鉛較易向地上部分轉運，旺長期至現蕾期階段是煙草體內鉛向地上部分轉運的關鍵時期[44]。

(3)鉛不易在植物體內遷移，較易累積在植株的根部、莖部[45]，從而對植株造成危害。對于不同部位煙葉對鉛毒害的敏感性也不同，其含量表現為下部葉>中部葉>上部葉[46]。

(4)實驗測定了3種煙草植煙土壤的安全臨界值，分別為47.66 mg/kg(翠碧1號)、40.33 mg/kg(K326)、41.14 mg/kg(云煙87)[47]，這些安全臨界值可作為制定植煙區土壤鉛的安全臨界參考值。

5 總結

本文從重金屬污染物的危害出發，介紹了污染物中的主要重金屬，并指出了其危害作用存在隱蔽性、區域性、復雜性以及長期性的特征。重點對煙草種植區產生重金屬污染的主要源頭進行了分析，包括交通工具、工礦企業、農業產生以及其他因素。并對植煙區重金屬污染的現狀研究進行了總結，結果表明：植煙區重金屬污染依然存在，尤其鎘和汞的污染非常突出。最后研究了3種典型重金屬污染元素(Cd、Hg、Pb)對煙草生長過程的影響以及煙草生長的生物富集作用，提供了土壤重金屬安全臨界參考值，希望能為降低植煙區土壤重金屬危害，研究土壤修復保育技術，提高煙葉安全性提供參考依據。

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(責任編輯：曾小軍)

Status of Heavy Metal Pollution in Tobacco-planting Soil and Toxic Effects of Main Pollutive Elements

SHAN Qian, LING Ping, PENG Tao-jun, SHEN Xue-ting, SU Peng-fei, ZHENG Mi

(Anfu Branch, Ji’an Tobacco Company in Jiangxi Province, Anfu 343200, China)

In this paper, the pollution of heavy metals in soil and their damage characteristics, the status and source of soil heavy metal pollution in tobacco-planting areas, and the toxic effects and safety critical values of main pollutive heavy metal elements (Cd, Hg, and Pb) in tobacco-growing areas were analyzed and summarized. The aim of this article was to provide reference for reducing the harm of soil heavy metals and improving the safety of tobacco leaves.

Tobacco; Tobacco-planting soil; Heavy metal pollution; Toxic effect

2017-04-17

單倩(1990—)，女，碩士，主要從事煙草生產技術推廣工作。

S159

A

1001-8581(2017)08-0068-05