不同品種煙草對(duì)輕度污染耕地土壤中鎘的累積特征與減量修復(fù)潛力

范婉儀，涂晨，王順揚(yáng)，吳昕?jī)?yōu)，李烜楨，駱永明*

1. 中國科學(xué)院土壤環(huán)境與污染修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（南京土壤研究所），江蘇 南京 210008；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049，3. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，河南 鄭州 450002

隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，中國農(nóng)田土壤的鎘（Cd）污染已成為影響糧食安全和人體健康的重要環(huán)境問題（Wang et al.，2019）。植物吸取修復(fù)因具有綠色、原位、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，在Cd 污染農(nóng)田的修復(fù)技術(shù)中占據(jù)重要地位。當(dāng)前，國內(nèi)外研究者在Cd 超積累植物的育苗擴(kuò)繁、修復(fù)效果、修復(fù)機(jī)理、田間示范等方面已開展了大量的研究工作（Li et al.，2018），但Cd 超積累植物的種質(zhì)資源仍非常有限，亟需繼續(xù)篩選對(duì)Cd 具有高積累特征的植物資源。

煙草是中國的重要經(jīng)濟(jì)作物之一，具有生物量大、適應(yīng)性強(qiáng)、栽培面積廣、栽種技術(shù)成熟等特點(diǎn)，在作為Cd污染農(nóng)田的潛在修復(fù)材料中備受關(guān)注（孔祥方等，2021；Jia et al.，2022）。Cd 在煙草中的累積特征主要與土壤Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)、土壤性質(zhì)和煙草品種及生長期有關(guān)。劉登璐等（2016）比較了93 份煙草材料對(duì)鎘的耐性和積累能力，獲取了多個(gè)對(duì)鎘具有高累積特征的煙草種質(zhì)資源，這些高積累煙草地上部Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)162.84 mg·kg-1。Liu et al.（2019）比較了10 個(gè)中國主栽煙草品種對(duì)Cd的吸收富集潛力，發(fā)現(xiàn)云煙87 對(duì)重度污染土壤上Cd 的吸取量最高可達(dá)7 390.56 μg。目前國內(nèi)外學(xué)者已有利用煙草開展田間試驗(yàn)修復(fù)Cd 污染農(nóng)田土壤的研究。Keller et al.（2003）在HNO3提取態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5 mg·kg-1的土壤上進(jìn)行田間試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)煙草（N.tabacumcv. Badischer Geudertheimer）對(duì)Cd移除量為41.7 g·hm-2。Chen et al.（2022）利用菊苣（Cichorium intybusL.）-煙草-花生（Arachis hypogaeaL.）輪作修復(fù)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.33 mg·kg-1的農(nóng)田，發(fā)現(xiàn)煙草對(duì)鎘的提取量最高，其地上部的Cd 積累量達(dá)37.47 g·hm-2，植物提取效率為4.50%。煙草對(duì)Cd 的吸收與土壤中Cd 的生物有效性密切相關(guān)。植物最易吸收水溶態(tài)Cd，可交換態(tài)Cd 次之（Duplay et al.，2014）。Lu et al.（2018）發(fā)現(xiàn)煙草Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤有效態(tài)Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)。王浩樸等（2017）發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤中有效態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別降低14.1%和37.0%時(shí)，煙葉中的Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)則分別降低74.7%和87.0%，表明煙葉中的Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)受到土壤有效態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響。然而，當(dāng)前國內(nèi)外報(bào)道的Cd 高積累煙草品種大多采用水培試驗(yàn)或者種植在人為老化的中重度Cd 污染土壤，對(duì)適用于輕度Cd 污染土壤的高積累煙草品種的累積特征和吸取減量修復(fù)潛力仍需進(jìn)一步研究。開展高積累煙草品種的篩選和積累特征研究，既可以為Cd 輕度污染土壤的安全利用提供替代種植方案，也可以為Cd 中重度污染土壤的植物修復(fù)提供高積累植物種質(zhì)資源。

因此，本研究以2 種不同品種的煙草（云煙87和K326）為供試材料，通過盆栽試驗(yàn)比較這兩種煙草在不同類型輕度Cd 污染土壤上的生長狀況和對(duì)Cd 的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)能力，探討了煙草收獲后盆栽土壤中有效態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（CaCl2和NH4OAc 提取態(tài)）和總Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化，估算了兩種煙草對(duì)土壤中Cd的減污凈化潛力，以期為實(shí)現(xiàn)輕度Cd 污染農(nóng)田土壤的安全利用和減量修復(fù)提供煙草種質(zhì)資源和理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤分別采自浙江省臺(tái)州市路橋區(qū)（121°21′52.17″E，28°32′0.43″N）和江蘇省徐州市新沂市（118°29′48.66″E，34°21′34.45″N），在各個(gè)地點(diǎn)農(nóng)田中劃定100 m2范圍內(nèi)取0－20 cm 表層土約100 kg。采集的新鮮土樣挑剔除雜質(zhì)后自然晾干，再磨碎用2 mm 孔徑尼龍網(wǎng)篩篩出試驗(yàn)用土樣。供試土壤主要理化性質(zhì)見表1。供試煙草品種為云煙87 和K326，均由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)提供。

表1 供試土壤主要理化性質(zhì)Table 1 The main physico-chemical properties of the two soils tested

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2022 年4－6 月在中國科學(xué)院南京土壤研究所溫室內(nèi)開展盆栽試驗(yàn)。試驗(yàn)變量包含兩種土壤即臺(tái)州土壤、徐州土壤和兩個(gè)煙草品種，以未種植煙草的土壤作為對(duì)照（CK），每個(gè)處理重復(fù)4 次，共計(jì)6 個(gè)處理24 個(gè)試驗(yàn)盆。試驗(yàn)所用盆為高21 cm、直徑23 cm 的塑料盆，每盆裝入過篩土壤4.0 kg，并種入長勢(shì)均勻一致的煙苗（四葉一芯）1 株。煙苗移栽前，各盆中施加基肥0.5 g·kg-1NH4NO3、0.2 g·kg-1KH2PO4和0.4 g·kg-1K2SO4。煙草種植試驗(yàn)期間用去離子水將土壤田間持水量保持在60%左右。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

試驗(yàn)進(jìn)行至50 d 時(shí)，收獲旺長期煙草的地上地下部整株樣品。把煙草樣品葉、莖、根分離后，分別用自來水沖洗，再用去離子水沖洗3－4 次使表面清潔，晾干水分后置于牛皮信封內(nèi)放入烘箱在105 ℃條件下殺青30 min，再75 ℃下烘干至質(zhì)量恒定。烘干后的樣品用植物粉碎機(jī)粉碎后測(cè)定鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)。煙草收獲后采集盆缽中土壤樣品，風(fēng)干、磨細(xì)過尼龍篩（孔徑2 mm 和0.154 mm）測(cè)定有效態(tài)和全鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

土壤樣品測(cè)定參照《土壤農(nóng)化分析》（魯如坤，1999）進(jìn)行。土壤總量Cd 采用HCl-HNO3-HF-HClO4酸消解法用半自動(dòng)石墨消解儀（DTI-30ST）消解。土壤有效態(tài)Cd 采用0.01 mol·L-1CaCl2和1 mol·L-1NH4OAc（pH=7）（Rauret，1998）。樣品消解后采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（PE Nexion 2000，美國）測(cè)定鎘元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

煙草株高、葉莖根干質(zhì)量的測(cè)定方法參考國家標(biāo)準(zhǔn)YC/T 142—2010（國家煙草專賣局，2010）。粉碎后的煙草樣品經(jīng)HCl-HNO3-HClO4濕法消解，定容后用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測(cè)定Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（楊遠(yuǎn)等，2013）。

煙草對(duì)Cd 的轉(zhuǎn)移系數(shù)（translocation facors，TF）、生物富集系數(shù)（bioconcentration facors，BCF）、Cd 吸取量和去除率通過以下公式計(jì)算：

上述公式中：

VTF——煙草轉(zhuǎn)移系數(shù)；

VBCF——煙草生物富集系數(shù)；

Utobacco——煙草各部位Cd 吸取量；

Rtobacco——煙草各部位去除率；

wshoot、wroot、wstem和wleaf——煙草地上部、根、莖和葉的Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)，單位為mg·kg-1（干質(zhì)量）；

wCd——土壤Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)，單位為mg·kg-1（干質(zhì)量）；

wtobacco——煙草各部位Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)，單位為mg·kg-1（干質(zhì)量）；

mtobacco——煙草各部位生物量，單位為g（干質(zhì)量）；

msoil——土壤質(zhì)量，單位為kg。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2019 整理統(tǒng)計(jì)，使用SPSS 27.0 進(jìn)行差異顯著性分析（獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，P＜0.05），在Origin 2022 軟件中作圖。

2 結(jié)果

2.1 污染土壤上不同品種煙草的生長狀況

由圖1 可知，同一品種在臺(tái)州土壤中的株高、根和莖干質(zhì)量顯著高于徐州土壤（t=2.481，P=0.048；t=2.939，P=0.026；t=2.686，P=0.036），但同一土壤上的兩種煙草之間在株高、地上部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量等指標(biāo)方面均無顯著性差異。

圖1 兩種土壤中不同品種煙草移栽50 d 后的生長狀況Figure 1 The growth of different tobacco species after transplantation for 50 days in two soils

2.2 煙草不同組織中鎘的吸收、分布與轉(zhuǎn)運(yùn)特征

兩種土壤上不同品種煙草的不同部位Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)如圖2 所示。對(duì)于相同的污染土壤，兩個(gè)品種煙草根中的Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間無顯著性差異；但在不同土壤上，同一品種煙草根部的Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所差異，如，臺(tái)州土壤上云煙87 的根中Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（7.42 mg·kg-1）顯著高于徐州土壤（6.87 mg·kg-1），但臺(tái)州土壤上煙草K326 的根中Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)卻低于徐州土壤（t=2.663，P=0.037）。煙草莖中的Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布特征與根中有所不同，在臺(tái)州Cd 污染土壤上，煙草K326 莖中的Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（6.17 mg·kg-1）顯著高于云煙87（4.44 mg·kg-1）；而在徐州土壤上，兩個(gè)品種煙草莖中的Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)無顯著性差異；對(duì)于不同土壤，徐州土壤中云煙87 的莖中Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于臺(tái)州土壤（t= -6.313，P＜0.001），煙草K326 也呈現(xiàn)同樣的規(guī)律但差異不顯著。煙葉中的Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)特征與莖相似，對(duì)于相同的土壤，煙草K326 葉片中的Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于云煙87；而對(duì)于不同的土壤，徐州土壤中云煙87 和K326 兩種煙草葉中的Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于臺(tái)州土壤中煙草葉片Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)。從煙草不同組織中Cd 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布來看，兩種煙草的根和莖中Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差不大，煙草中的Cd 主要富集在葉片組織中，變幅在11.7－25.3 mg·kg-1。

圖2 兩種土壤中不同品種煙草不同部位Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)Figure 2 The Cd contents in different parts of different tobacco species in two soils

不同品種煙草對(duì)Cd 的生物富集系數(shù)（BCF）和轉(zhuǎn)移系數(shù)（TF）見表2。由表可知，在兩種土壤上，云煙87 和K326 的根部生物富集系數(shù)（VBCF(root)）和地上部生物富集系數(shù)（VBCF(shoot)）均大于1，表明兩種煙草的根和地上部對(duì)土壤中的Cd 都具有富集作用。同時(shí)，對(duì)于兩種煙草，VBCF(shoot)均顯著高于VBCF(root)，表明兩種煙草的地上部對(duì)Cd 的富集能力顯著高于根部。此外，兩種污染土壤上，煙草K326的VBCF(shoot)均大于云煙87，但兩者的VBCF(root)比較接近，表明煙草K326 地上部對(duì)Cd 的富集能力強(qiáng)于云煙87。對(duì)于不同土壤，徐州土壤上兩種煙草的VBCF(shoot)均顯著大于臺(tái)州土壤，但兩者的VBCF(root)比較接近。與VBCF相似，在兩種土壤上，云煙87 和K326 的VTF(root-shoot)均大于1，表明兩種煙草都具有較強(qiáng)的將Cd 從根部向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)的能力；且對(duì)于同一土壤，K326 的VTF(root-shoot)于云煙87，對(duì)于同一煙草品種，徐州土壤上的VTF(root-shoot)大于臺(tái)州土壤。進(jìn)一步將煙草地上部分解為莖和葉部，發(fā)現(xiàn)Cd 從莖向葉部的轉(zhuǎn)移能力大于從根向莖部的轉(zhuǎn)移能力（VTF(stem-leaf)＞TF(root-stem)）；對(duì)于不同土壤，徐州Cd 污染土壤生長的煙草品種VTF(stem-leaf)大于臺(tái)州土壤。

表2 不同品種煙草的生物富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)Table 2 Bioaccumulation factors (BCF) and transfer factor(TF) of different tobacco species

2.3 不同品種煙草對(duì)Cd 的減污凈化效果比較

煙草收獲后，不同處理土壤中CaCl2提取態(tài)和NH4OAc 提取態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化如圖3 所示。在臺(tái)州土壤中，未種植煙草的對(duì)照組土壤中CaCl2提取態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.21 mg·kg-1，種植云煙87和K326 后，土壤CaCl2提取態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均降低至0.18 mg·kg-1，顯著低于對(duì)照組。對(duì)照組土壤中，NH4OAc 提取態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.27 mg·kg-1，種植云煙87 和K326 后，土壤NH4OAc 提取態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著降低至0.23 mg·kg-1，與CaCl2提取態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化趨勢(shì)相似。在徐州土壤中，對(duì)照組土壤CaCl2提取態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30 mg·kg-1，種植云煙87 和K326 后，土壤CaCl2提取態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別降低至0.24 和0.23 mg·kg-1，相較于對(duì)照組顯著降低了 19.3%和 23.1%（t= -5.468，P=0.002；t= -20.368，P＜0.001）。對(duì)照組土壤NH4OAc 提取態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.42 mg·kg-1，種植云煙87 和K326 后，土壤NH4OAc 提取態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別顯著降低至0.37 mg·kg-1和0.35 mg·kg-1（t= -4.316，P=0.005；t= -8.085，P＜0.001）。值得注意的是，在所有不同處理中，土壤中NH4OAc 提取態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于CaCl2提取態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)；此外，徐州土壤中CaCl2提取態(tài)和NH4OAc 提取態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于臺(tái)州土壤，但在每種土壤中，種植兩種不同品種煙草后，土壤有效態(tài)Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異并不顯著。

圖3 不同品種煙草移除后兩種土壤中有效態(tài)Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)Figure 3 Available Cd contents in two soils after the removal of different tobacco species

煙草收獲后，土壤中總Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化如圖4 所示。在臺(tái)州土壤中，種植云煙87 和K326 后，土壤總Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)比對(duì)照組分別顯著降低了11.4%和11.8%，但兩種煙草之間無顯著性差異；而在徐州土壤中，種植云煙87 和K326 后，土壤總Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)比對(duì)照組也有所降低，但各處理間均無顯著性差異。

圖4 不同品種煙草移除后土壤中的總Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)Figure 4 Total Cd contents in two soils after the removal of different tobacco species

由煙草各部位的生物量和Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算得到煙草各部位對(duì)Cd 的吸取量，由表3 可知，在兩種土壤上，煙草K326 的Cd 吸取總量（285.0－310.2 μg·pot-1）顯著高于云煙87（254.8－261.2 μg·pot-1），且兩種煙草葉片中的Cd 的吸取量（216.5－252.6 μg·pot-1）遠(yuǎn)大于莖部（20.8－45.0 μg·pot-1）和根中的Cd 吸取量（9.3－19.8 μg·pot-1）。對(duì)于不同土壤，臺(tái)州土壤上云煙87 和K326 的根部和莖部Cd 吸取量均顯著大于徐州土壤；但葉部的規(guī)律與之相反，徐州土壤上兩種煙草的葉部Cd 吸取量均大于臺(tái)州土壤。兩種土壤中，云煙87 和K326 對(duì)Cd 的總?cè)コ首罡叻謩e達(dá)8.4%和9.4%，其中葉片對(duì)Cd 的去除率（6.5%－8.3%）均遠(yuǎn)大于莖部（0.7%－1.4%）和根部（0.3%－1.6%）的Cd 去除率。對(duì)于兩種不同的煙草，K326 對(duì)Cd 的去除率（9.3%－9.4%）大于云煙87（7.9%－8.4%），但同種煙草在不同土壤上對(duì)Cd 的去除率之間沒有顯著性差異。

表3 兩種土壤上不同品種煙草各部位的Cd 吸取量和Cd 去除率Table 3 Plant uptake and Cd removal rate by different parts of tobacco species in two soils

3 討論

3.1 不同品種煙草吸收累積鎘的差異及影響因素

植物生物量和重金屬富集能力是影響植物吸取修復(fù)效果的重要因素（汪潔等，2014）。對(duì)于重金屬污染土壤，超富集植物有較高的重金屬耐性以及較好的富集效果，但其植株生物量普遍偏小，吸收總量無法達(dá)到較高的水平而影響了吸取修復(fù)效果。近年來，研究人員開始篩選生物量大、適應(yīng)性強(qiáng)且栽種技術(shù)成熟的高積累植物資源，以期通過提高吸取總量而達(dá)到理想的植物修復(fù)效果（吳仁杰等，2021）。已有研究表明，煙草對(duì)鎘具有很強(qiáng)的富集能力，且煙草的生物量大、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，有望成為理想的修復(fù)植物。由圖1 可知，本研究的2 種供試煙草品種云煙87 和K326 的生物量最高分別可達(dá)26.7 g·pot-1和26.3 g·pot-1，遠(yuǎn)超過柏佳等（2020）報(bào)道的在0.55 mg·kg-1的Cd 污染土壤上生長的超積累植物伴礦景天生物量（10.5 g·pot-1）。此外，本研究為盆栽試驗(yàn)，煙草生長期為50 d，其生物量小于大田生長的煙草。羅杰等（2020）研究表明，在大田條件下，云煙87 和K326 的產(chǎn)量（干質(zhì)量計(jì)）可達(dá)1851.6 kg·hm-2和1940.1 kg·hm-2。

本研究中，2 種供試煙草品種云煙87 和K326對(duì)Cd 均有較強(qiáng)的富集能力，且Cd 主要富集在煙草的葉中，這與其他學(xué)者研究結(jié)果類似。賀遠(yuǎn)等（2015）采用盆栽試驗(yàn)，在添加0.6 mg Cd·kg-1的處理下，生長45 d 的煙草葉片鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)（10 mg·kg-1）顯著高于莖（1.5 mg·kg-1）和根部（2 mg·kg-1）。黨鋒等（2006）同樣采用室內(nèi)盆栽方法，發(fā)現(xiàn)在土壤Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 mg·kg-1時(shí)，煙草葉片Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)7.65 mg·kg-1，根部次之，莖最低。有研究發(fā)現(xiàn)在植物對(duì)Cd 的解毒過程中，葉片的葉肉細(xì)胞發(fā)揮主要作用，這是因?yàn)檫M(jìn)入細(xì)胞的Cd 主要被區(qū)隔在代謝不活躍的部位（如液泡）。葉肉細(xì)胞有大型的成熟液泡，液泡中富含能與重金屬結(jié)合的有機(jī)酸、巰基化合物和蛋白質(zhì)等物質(zhì)，Cd 可能與其中的磷酸根形成沉淀而儲(chǔ)存在煙草葉片的液泡內(nèi)，因此煙葉中的Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于其他部位（Rascio et al.，2011；Huang et al.，2021；Yang et al.，2021）。

本研究的2 種供試煙草品種葉片富集Cd 能力存在顯著差異，這可能與煙草品種不同有關(guān)。雷麗萍等（2015）研究了16 種不同煙草對(duì)Cd 吸收的敏感性，發(fā)現(xiàn)不同品種煙草對(duì)Cd 的吸收及Cd 耐性存在顯著差異（P＜0.05）。余浩等（2018）對(duì)7 種常見煙草品種不同部位Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，云煙87 的煙葉Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)與K326 存在顯著差異（P＜0.05）。不同品種煙草的根系分泌物、生物酶數(shù)量、種類及其功能不同，對(duì)土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的影響也有所差異，這些因素都會(huì)影響煙草對(duì)Cd 的吸收（李曉鋒等，2022）。

富集系數(shù)是反映植物對(duì)重金屬積累能力的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，富集系數(shù)越大，說明植物吸收重金屬能力越強(qiáng)，可用于植物吸取修復(fù)重金屬污染土壤（Bake，1981；陳潔宜等，2019）。本研究中的2 種供試煙草云煙87 和K326 的地上部和根部對(duì)Cd 的富集系數(shù)均遠(yuǎn)大于1，說明這兩種煙草均對(duì)Cd 有較強(qiáng)的吸收富集能力，且對(duì)Cd 的富集部位主要在地上部。轉(zhuǎn)移系數(shù)則表征了植物對(duì)重金屬的遷移能力，TF＞1 表示植物易將根部吸收的重金屬運(yùn)送到地上部。本研究中的2 種供試煙草品種地下部向地上部轉(zhuǎn)移系數(shù)和莖向葉轉(zhuǎn)移系數(shù)均大于1，說明這兩種煙草對(duì)Cd 均具有較強(qiáng)的向上輸送能力，特別是向葉片中的轉(zhuǎn)運(yùn)和富集，表明這兩種煙草在輕度Cd 污染土壤的植物修復(fù)中具有較大的應(yīng)用潛力。因此，可通過植物根部吸取重金屬并將其轉(zhuǎn)運(yùn)至地上部，再對(duì)大量富集重金屬的地上部進(jìn)行刈割，達(dá)到修復(fù)去除受污染的土壤的目的（Sun et al.，2019）。

3.2 煙草種植對(duì)鎘污染土壤的減量修復(fù)潛力

有研究指出，在一定的條件下，植物對(duì)Cd 的吸收與土壤中有效Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)（武文飛等，2013）。已有研究表明，CaCl2和NH4OAc 提取態(tài)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以很好地反映土壤中重金屬的生物有效性（Zhang et al.，2010）。李海濤等（2022）比較了5 種提取劑，結(jié)果表明CaCl2和NH4OAc 兩種提取劑所提取的土壤Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)能較好地表征土壤中Cd 的生物有效性和移動(dòng)性。本研究中，種植云煙87 和K326 可顯著降低供試土壤中CaCl2和NH4OAc 提取態(tài)Cd 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。土壤pH 是影響土壤有效Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的重要因素，pH 值越低，土壤有效態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高（Sun et al.，2019）。從本文表1 可見，徐州土壤和臺(tái)州土壤的總鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)相近，徐州土壤的pH 為5.08，低于臺(tái)州土壤的（5.60），這可能是徐州土壤中CaCl2提取態(tài)和NH4OAc 提取態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于臺(tái)州土壤之故。同一土壤中，CaCl2提取態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于NH4OAc 提取態(tài)，這是因?yàn)榍罢咛崛〉闹饕獮樗軕B(tài)Cd，后者提取主要為水溶態(tài)Cd 和可交換態(tài)Cd（章明奎等，2006）。但土壤中CaCl2提取態(tài)Cd 的降低率均高于NH4OAc 提取態(tài)Cd 的降低率，這是因?yàn)镃aCl2提取的水溶態(tài)Cd 是更容易被植物吸收并高效利用的形態(tài)（邵玉祥等，2021）。

土壤總Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常與土壤有效態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系。本研究中，2 種供試土壤的總Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)亦隨著有效態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低而降低，但總Cd 的降低率有所差異，這可能是因?yàn)橥寥李愋陀绊懥藷煵輰?duì)Cd 的吸收。王衛(wèi)等（2014）向11 種不同類型土壤中添加外源鎘處理后，發(fā)現(xiàn)磚紅壤和紅壤中的煙草對(duì)Cd 的富集顯著高于其他土壤類型，而灌漠土中煙草對(duì)Cd 的富集顯著低于其他土壤類型。不同土壤類型的理化性質(zhì)差異（如pH 值、有機(jī)質(zhì)、陽離子交換量等）也會(huì)影響煙草對(duì)Cd 的吸收富集能力，導(dǎo)致土壤總Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)去除效果的差異（曹晨亮等，2015）。本研究中，兩種供試土壤的顆粒組成相似（見表1），其礦物組成同屬于硅質(zhì)混合型，主要為蒙脫石、伊利石、水化云母（黃標(biāo)等，2017；麻萬諸等，2017），但臺(tái)州土壤屬于鐵聚水耕人為土，其有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和總氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均明顯高于徐州土壤，這有助于促進(jìn)煙草的生長和增加煙草的生物量（圖1）。

植物對(duì)土壤中Cd 的去除率是評(píng)估植物修復(fù)Cd污染土壤能力的重要指標(biāo)。楊勇等（2009）采用盆栽試驗(yàn)，比較了超富集植物遏藍(lán)菜和3 種高生物量植物（印度芥菜、向日葵和煙草）對(duì)土壤中Cd（2.87 mg·kg-1）的去除率，發(fā)現(xiàn)煙草對(duì)Cd 的去除率（1%）高于遏藍(lán)菜（0.6%）和印度芥菜（0.5%）。余浩等（2018）在總Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.4 mg·kg-1的土壤上種植不同品種的煙草，發(fā)現(xiàn)煙草長脖黃對(duì)Cd 去除率最高（3.48%）。本研究中，煙草云煙87 和K326 的總Cd 去除率分別可達(dá)8.4%和9.4%，遠(yuǎn)高于上述報(bào)道結(jié)果，這可能與供試土壤的理化性質(zhì)、總Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及煙草品種有關(guān)。此外，煙草還具有適應(yīng)性更強(qiáng)、種苗價(jià)格更低、栽種技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。田間修復(fù)應(yīng)用時(shí)，修復(fù)植物離田后能否得到安全處置或資源化利用也是判定植物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用潛力的關(guān)鍵指標(biāo)之一。當(dāng)前，修復(fù)后的植物一般可通過堆肥法、焚燒法、壓縮填埋等方法對(duì)富集有重金屬的植物地上部進(jìn)行安全處置，也可通過植物冶金、熱液改質(zhì)、合成金屬納米材料等方法進(jìn)行資源化利用（王敏捷等，2021）。煙葉是煙草制品的主要原料，同時(shí)也是Cd 的主要富集器官。對(duì)于經(jīng)植物修復(fù)后的含Cd 煙葉，可通過鹽酸與乙醇混合液提取分離實(shí)現(xiàn)葉片中的重金屬脫毒和煙堿回收，剩余部分可作為飼料蛋白原料（Yang et al.，2019），或可用于提取茄尼醇等在抗菌、消炎、抗癌以及制備輔酶Q10等方面均有較高應(yīng)用價(jià)值的醫(yī)藥中間體（陸穎昭等，2021）。因此，本研究中的供試煙草品種云煙87和K326 在對(duì)Cd 污染土壤的減量修復(fù)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在后續(xù)研究中，需結(jié)合物理和化學(xué)修復(fù)、農(nóng)藝調(diào)控和轉(zhuǎn)基因技術(shù)等，以提高煙草吸取減量修復(fù)Cd 污染土壤的效率，同時(shí)進(jìn)一步闡明煙草對(duì)Cd的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)與富集機(jī)理。另外，研發(fā)含Cd 煙草植株的安全無害化處理技術(shù)與裝備也是今后需要研發(fā)的重要科技問題。

4 結(jié)論

本文以云煙87 和K326 為供試煙草品種，通過盆栽試驗(yàn)比較了2 種煙草在不同類型Cd 輕度污染上的生長狀況及其體內(nèi)各組分對(duì)Cd 的吸收富集與分布特征，探討了煙草移除后土壤有效態(tài)Cd 和總Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化，量化評(píng)估了兩種煙草對(duì)Cd 污染土壤的減量修復(fù)效果與潛力，取得了以下主要結(jié)論：

（1）煙草云煙87 和K326 均具有較高的Cd 吸收與富集能力，煙葉是煙草中Cd 的主要富集區(qū)域，在兩種供試土壤上，煙草K326 葉片中Cd 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于云煙87。

（2）種植云煙87 和K326 可顯著降低土壤中CaCl2提取態(tài)和NH4OAc 提取態(tài)Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而顯著降低土壤中有效態(tài)Cd 和總Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

（3）云煙87 和K326 具有較大的Cd 減量修復(fù)潛力，可通過移除地上部的方式去除土壤Cd，有助于加快實(shí)現(xiàn)輕度Cd 污染土壤的安全利用。