随着工农业发展，我国植烟土壤也存在着不同程 度的重金属污染。烟草行业对植烟土壤和烟草中重金 属的研究越来越得到普遍关注^{[1, 2]}。研究表明，烟叶中 的重金属主要通过烟气进入人体，最终危害人体健 康^[3]。烟叶中重金属主要来源于土壤^[4]，控制重金属从 土壤向烟草的移动是控制烟叶中重金属含量的关键 环节。对我国烟叶重金属含量的调查发现，Pb 可能是 我国烟叶中的主要重金属元素^[5]，因此，对土壤-烟草 系统中Pb 的迁移富集行为进行调控，是降低烟草Pb 富集积累，进而减弱其对吸烟者健康影响的关键。

目前国内外对重金属污染的土壤修复技术主要 有两大类，一是从土壤中直接去除，包括土壤淋洗、热 处理、挖掘填埋等物理改良以及植物吸收萃取等^{[6, 7]}； 二是改变重金属在土壤中的存在形态，使其固定，以 降低其生物有效性^{[1, 2, 8, 9, 10, 11, 12, 13]}，显然后者因为成本低廉、操 作方便而备受青睐。陈钊等^[10]采用盆栽试验，研究了 蛭石、草木灰、花生壳生物黑炭、秸秆生物黑炭、海泡 石、腐植酸钠6 种改良剂对降低烟叶中镉含量的效 果，发现海泡石处理的效果最好，可分别使黄壤和红 壤土上栽培的烟叶镉含量降低32%~42%和86%。胡 钟胜等^[11]也采用盆栽试验，发现凹凸棒土、骨粉、活性 炭等3 种改良剂均在不同程度上减少烟草不同部位 重金属（Cd 和Pb）的含量，且增加烟草的生物量，其 优劣顺序为：凹凸棒土>骨粉>活性炭。颜奕华等^[12]盆 栽研究了施磷、施硅及磷硅配施对Pb 在土壤-烟草系统中迁移的影响，发现烟叶Pb含量分别降低63.06%、 60.37%和83.24%。这些试验结果大多为人工温室条 件下取得，缺乏田间自然条件下的印证。尽管林述平^[13] 采用小区试验，发现单施稻草、绿肥、生物有机肥、石 灰等单施均能不同程度上明显抑制烟株对Cd 的吸 收，显著降低烟叶中Cd 含量，以生物有机肥的效果 最好，最高抑制率达到45.93%，但缺乏人为控制条件 下的机理探讨。

本文以模拟Pb 污染土壤为对象，通过植烟区的 露天盆栽试验，研究石灰、腐植酸、硫化钠、猪粪等改 良剂对降低烟草Pb 积累，削减Pb 污染风险的效果， 并初步探讨其作用机理，以期为植烟土壤Pb 污染的 修复和优质烟叶的生产提供科学依据。 1 材料与方法 1.1 供试材料

烟草品种为云烟87。盆栽土壤取自某植烟田耕 层土（0~20 cm），土壤类型为黄壤，其基本理化性质见 表 1，自然风干过5 mm 尼龙筛网，其Pb 含量为44.75 mg·kg^-1。选用的改良剂包括石灰、腐植酸、硫化钠和 猪粪，前3 种为化学纯试验材料，猪粪为市售的发酵 肥料产品。

表 1 供试土壤的基本理化性质 Table 1 Physical and chemical property of the experimental soil

表选项

为了更真实地反映烟草大田种植的实际状况，试 验于2013年5月在某植烟区试验基地进行，参照食 用农产品产地环境质量评价标准（HJ 332—2006）中规 定的总Pb限值，采用盆栽试验，以Pb（CH₃COO）₂·3H₂O （化学纯）形式加入80 mg·kg^-1外源Pb 作为模拟污染 土壤。改良剂为石灰、腐植酸、硫化钠、猪粪，每种改良 剂设2 个施用水平，重复3次，随机排列（表 2）。采用 塑料盆（直径300 mm，高280 mm），每盆装土10 kg，均匀混入基肥：15 g N[NH4NO₃]+9 g P₂O₅[KH₂PO₄]+12 g K₂O[K₂SO₄]，稳定老化1周后，每盆定植长势一致的烟 苗1株，栽培深度一致。保持土壤水分为田间持水量 的70%，后期管理按照常规方法进行^[14]。在烟草移栽 后90 d采样，分根、茎、叶部位取样，用去离子水洗 净，65 益烘干，磨碎，测定各部位Pb 含量，同时采集 对应的盆栽土样并测定有效Pb 含量。

表 2 改良剂施用水平（g·kg^-1） Table 2 Application level of amendments（g·kg^-1）

表选项

烟叶、烟茎和烟根中的Pb 用硝酸-高氯酸消解^[15]； 土壤中Pb 含量用王水-高氯酸消解；土壤中有效Pb 用1 mol·L-1 NH4OAc 浸提，原子吸收光谱法（WFX- 1F2B2原子吸收分光光度计）测定。 1.4 统计分析方法

烟草生物量与各器官中的重金属含量差异分析 采用SPSS 方差分析；改良剂的优选采用因子序列生 成法排序分析，即选取烟叶生物量、土壤有效Pb 含 量、茎Pb 积累量、根Pb 积累量为正向指标（取值越大 越好），烟叶中Pb 积累量为负向指标（取值越小越 好），排序赋值，然后将各处理排序综合值归一化，得 到优选处理。 2 结果与讨论 2.1 改良剂对烟草生物量的影响

重金属对烟草的影响最终反映在生物量上，本试 验采用烟草不同部位生物量指标来衡量土壤污染改 良的生理生态效应^[12]。在相同的外源Pb 处理下，除了 硫化钠高用量处理外，其他处理的烟叶、茎和根生物 量都不同程度地增加（表 3）。烟叶的增幅为6.69%~ 49.84%，烟茎的增幅为10.88%~46.74%，烟根的增幅 为7.65%~48.90%，其中叶增幅最高是腐植酸的高用 量处理，茎增幅最高是猪粪的低用量处理，根增幅最 高是石灰的高用量处理。而硫化钠高用量处理下，烟 草的生物量减少，叶、茎、根干重分别减少了4.67%、 5.15%和11.94%，说明硫化钠用量过高，会抑制烟草 的生长。可能因为硫化钠施入土壤中，经过一系列化 学反应生成硫酸根，为烟草提供了过量的有效硫^[16]。 研究表明，植烟土壤中有效硫大于24 mg·kg^-1时，就 处于丰富水平^[17]，过量供硫会降低烟株的生物量和品 质^[18]。

表 3 改良剂对烟草生物量和植株Pb 含量的影响 Table 3 Impact of different amendments on tobacco biomass and Pb content in the plant

表选项

试验发现（表 3），4 种改良剂对烟叶中Pb 含量都 有着不同程度的降低作用，削减率在23.16%~ 59.71%，且各处理与对照处理均达到显著性差异。除猪粪高用量处理效果较差外，其余处理的削减率都大 于40%，其中石灰高用量和腐植酸高用量处理显著抑 制了烟叶对Pb的吸收，削减率超过50%。

不同改良剂对烟茎吸收Pb 起到一定的抑制作用 （表 3），削减率为3.65%~43.78%，石灰、腐植酸和硫 化钠均是高用量处理比低用量处理的削减效果好，猪 粪则是低用量时烟茎中Pb 含量的削减率较大，大部 分处理与对照以及处理之间都未达到显著性差异。其 中石灰高用量处理时烟茎中Pb 含量的削减率最大， 达到43.78%，且与对照处理的差异达到显著性水平。

比较烟草不同部位Pb 含量，可以发现烟根中Pb 含量明显大于烟叶和烟茎中Pb 含量（表 3），Pb 在烟 草不同部位的含量大小顺序为：根>叶、茎，与前人研 究一致^{[19, 20]}。Pb 污染土壤中施入改良剂，均降低了烟 根中Pb 含量，其削减率为8.82%~37.73%，除腐植酸 和硫化钠低用量处理外其余处理均与对照达到显著 差异，其中石灰高用量处理和猪粪低用量处理对烟根 Pb 含量降低效果明显。 2.3 不同改良剂下土壤中有效Pb与烟叶中Pb含量的关系 2.3.1 改良剂对土壤中有效Pb 含量的影响

不同的改良剂对土壤中有效Pb含量有着不同程 度的降低效果（表 4），说明改良剂均对土壤中Pb 有 一定的固定作用，其削减率在11.66%~30.51%，石灰、 腐植酸、硫化钠均是高用量处理比低用量处理效果 好，且与对照处理达到显著差异；猪粪则是低用量处 理效果好，高低用量处理均与对照处理差异显著。其 中硫化钠高用量处理对有效Pb 的削减效果相对较 好，削减率为30.51%，结果与陈恒宇等^[21]研究一致， 其试验结果表明硫化钠的施加可以显著降低土壤中Pb的水溶态，从而使土壤中Pb的植物可利用态降低、 活性下降，抑制了Pb 由土壤向植物体内迁移。其次是 石灰高用量处理，削减率为29.25%。石灰能够有效地 提高土壤的pH 值，增加了土壤表面可变负电荷，从 而增加了对Pb 离子的吸附^[22]；另一方面，Ca 与Pb 之 间存在着离子拮抗作用，可以减少Pb 的可溶性^[23]。

表 4 改良剂对土壤中有效Pb 含量的影响 Table 4 Impact of different amendments on available Pb in soil

表选项

在相同的外源Pb污染下，不同改良剂处理土壤 中有效Pb 与烟叶中Pb 含量呈极显著正相关关系（图 1），相关系数为0.77（P<0.01），与已有的研究结果一 致^{[4, 24, 25, 26]}。试验表明，改良剂减少烟叶中Pb 含量的效 果主要是通过降低土壤中有效Pb 含量来实现。添加 改良剂，可以改变土壤的pH值、有机质含量、土壤的 吸附性能等，减少土壤Pb含量的提取率，同时也减小 了Pb 的移动性，从而达到减少烟草不同部位Pb含量 的目的。

图 1 土壤中有效Pb 与烟叶中Pb含量的关系 Figure 1 The relationship between the content of available Pb in the soil and that of Pb in tobacco

图选项

烟草生产的经济效益取决于烟叶的产量和品质，结合实际生产情况，烟叶重金属的控制需在保证经济 效益的原则上进行。因此优先选择能够显著降低烟叶 中重金属含量且增加烟叶产量的方法。此外，若重金 属能够在烟茎和烟根中大量积累，烟叶收获后集中安 全处置烟茎和烟根，这样还能有效去除植烟土壤中重 金属的含量，以达到烟叶安全生产和土壤修复的双重 效果。因此，采用因子序列生成排序法，选择叶中Pb 含量、叶生物量、茎和根中积累的Pb含量以及土壤中 有效Pb含量作为排序指标，对每个处理进行排序评 分，见表 5。

表 5 不同改良剂处理结果的排序值 Table 5 The order of the effects of different amendments

表选项

由综合排序可知，各处理的优选排序值为：F2> S2≈Z1>L1>F1>S1>Z2≈L2，腐植酸和石灰高用量以及 猪粪低用量处理时对土壤-烟草系统中Pb 污染风险 的削减效果最好，此时烟叶中Pb 含量较低且烟叶产 量高，同时烟茎和烟根积累了较多的Pb，安全处置烟 茎和烟根后可以有效降低土壤中Pb 含量。因此，对于 Pb污染严重的植烟土壤，可以施用2.25t·hm^-2的石灰、 2.25 t·hm^-2的腐植酸或22.5 t·hm^-2的猪粪予以修复。 3 结论

（1）适量的石灰、腐植酸、硫化钠和猪粪均有效削 减了烟草不同部位中Pb 的积累量，增加了烟草的生 物量，且大部分处理与对照都达到显著性差异，而高 用量的硫化钠则抑制了烟草的生长，减少了烟草各部 分的生物量，说明改良剂的用量和种类对植物生长存 在一定影响。

（2）不同的改良剂可以降低土壤中Pb 的有效性， 进而影响烟草对Pb 的吸收，烟叶中Pb 含量与土壤中 有效Pb呈极显著正相关。施用4种改良剂能明显削 减土壤中有效Pb 含量，从而减少烟草对Pb 的吸收。 且石灰、腐殖酸、硫化钠均是高用量处理比低用量处 理效果好，猪粪则是低用量处理效果好。

（3）采用因子序列生成法排序，得出当施用2.25 t·hm^-2 的石灰、2.25 t·hm^-2 的腐殖酸或22.5 t·hm^-2 的 猪粪时能较好地降低土壤-烟草系统中Pb 的污染 风险。