湖北房县烟区土壤重金属含量状况及其与土壤肥力的关系

2012-09-15李俊丽王伟宁于建军

山西农业科学 2012年11期

张腾，周童，周琳，赵莉，李俊丽，王龙，王伟宁，于建军

（1.河南农业大学烟草学院，国家烟草栽培生理生化研究基地，河南郑州450002；2.湖南省衡南县烟草专卖局，湖南衡南421001）

房县位于湖北省西北部，属于北亚热带季风气候区，垂直差异变化大，具有立体气候，雨量集中，雨热同季。年平均气温在10～15℃之间，无霜期年平均223 d，年平均降水量914 mm。烟叶种植面积约3 000 hm2，是房县的主要经济作物之一。重金属是指原子密度大于5.0 g/cm3的金属元素，大部分在周期表中属于过渡元素金属及其离子，国内密切关注的是镉（Cd）、汞（Hg）、铅（Pb）、砷（As）、铬（Cr）5种重金属元素。目前，国内部分学者对烟草重金属研究[1-6]指出，烟草中对人体有害的成分不仅仅是尼古丁，其中含有的铅、汞、镉、铬、镍等重金属元素对人体健康也构成威胁；当卷烟燃烧时，其燃烧锥的温度可高达800～900℃，卷烟中的重金属化合物10%～20%作为烟气气溶胶的组成部分或以金属氧化物的形式随烟气进入人体，对人体产生危害，而人体对重金属的耐受剂量极小。有研究表明，重金属对烟叶生长发育以及产量有一定的影响[7-10]，并且指出了重金属在烟叶中的分布及含量状况[11-13]。但对土壤重金属含量状况及其与土壤肥力关系方面的研究较少。

本试验以湖北房县烟区186份植烟土壤样品为供试材料，研究了植烟土壤基础肥力的提升或降低对土壤中重金属含量的影响，依此对土壤进行合理调控，从而降低重金属在土壤中的富集，为无公害烟叶生产提供参考。

1 材料和方法

1.1 土壤样品采集

1.1.1 采样点布设采样前，参照地形地貌、海拔、土壤类型及种植烤烟面积等进行土壤样点的布设。在选点时，一般保证主要植烟乡（镇）样点为4个左右，地形、土壤母质类型比较复杂的乡（镇）增加取样点，而土壤类型单一的乡镇则可减少取样点。

1.1.2 采样时间在尚未施用底肥和移栽烟草以前采集样品，以反映采样地块的真实养分状况和供肥能力。同时要避开雨季，以防速效氮的淋洗，并便于野外工作。另外，由于土壤养分，特别是有效养分受环境因素影响较大，存在明显的季节性变化，因此，一个区域的土壤采样时间应统一，基本在一周之内完成全区的采样任务，否则，缺乏区间横向可比性，难以对养分状况做出准确判断和评价。采集时间为2010年4月。

1.1.3 采样方法采样深度为25 cm，不足25 cm的则记载具体的采样深度。耕层土壤样品的田间采集采用人工土钻钻取方法，根据具体采样地块的形状和大小，确定适当的采样路线和方法。长方形地块多用之字形，而近似矩形田块则多用对角线形或棋盘形等采样法，这样既可保证样点分布均匀，又使所走距离最短。每地块一般取5～8个小样点（即一钻土样）土壤，制成一个混合样，通称一个“农化样”。即使地块面积较小，一般也不应少于5个点，而且每个小样点的采土部位、深度、数量都要基本保持一致。采集的各小样点土壤要在田间用四分法弃去多余部分，最后保留到0.5 kg，并在潮湿状态下用手掰碎并且充分混匀，挑出根系、秸秆、石块、虫体等杂物，然后装袋、编号、记录，供土壤养分测定使用。

1.1.4 样品处理从田间采来的186份土样被及时进行登记、整理和风干，避免错、漏、丢失和引起样品发霉，使性质改变。在清洁、阴凉、通风的房内将土样摊成薄层，铺在干净的纸上进行风干（目前有专用的塑料制多层风干架），并经常翻动、捏碎，促进干燥。风干或烘干后的土样根据化验项目的要求，按化验室常规分析方法进行磨碎过筛处理，分别制备通过孔径为1，0.25，0.15 mm尼龙筛的分析土样，装瓶保存供分析使用。

1.2 分析项目与方法

样品测定项目包括：pH值、碱解氮、速效磷、速效钾、有机质、阳离子代换量（CEC）和土壤重金属（包括砷、汞、铬、铅、镉5种元素）。

土壤pH值采用pH值计法（水土比为1∶2.5）测定，土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法（外加热法）测定，土壤碱解氮采用碱解扩散法测定，土壤速效磷和速效钾采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定，阳离子交换量（CEC）采用铵盐快速法测定，砷和汞采用ZSX100e荧光光谱仪法测定，镉采用M6石墨炉原子吸收分光光度计法测定，铬和铅用AFS-8130原子荧光光度计法测定。

1.3 数据统计方法

数据采用DPS6.55和Excel软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 土壤重金属含量状况

由表1可知，砷的平均含量为14.32 mg/kg，符合农产品无公害产地环境条件（25 mg/kg），仅有4.08%的样品数超过25 mg/kg；汞的平均含量是0.06 mg/kg，达到无公害农产品产地环境条件的一级要求（＜0.15 mg/kg）；铬的平均含量是82.61 mg/kg，符合农产品无公害产地环境条件（＜250 mg/kg），其中有61.22%的样品达到了农产品产地环境条件的一级要求（＜90 mg/kg）；镉的平均含量是0.39mg/kg，符合标准（＜0.6 mg/kg）；铅的平均含量是31.81 mg/kg，其中有75%的样品达到了一级标准（＜35 mg/kg）。房县烟区各种重金属元素变异系数均较小，说明重金属在土壤中的分布较为均匀，有利于对其调控。5种重金属的峰度系数均为正数，为尖峭峰；偏度系数均为正数，因此为正向偏态峰。

表1 湖北房县烟区土壤重金属含量状况的描述统计分析

2.2 土壤肥力状况描述统计分析

由表2可知，阳离子交换量（CEC）的平均值是 12.63mmol/kg，处于适宜范围（10～20mmol/kg）；土壤的pH值平均为6.88，处于适宜范围（5.5～7.0）[14]的土壤样品占32%；土壤碱解氮、速效钾、速效磷整体上含量均较适宜，40%的样品中土壤碱解氮含量小于100 mg/kg，57.14%的土壤速效磷含量小于20 mg/kg，32%的土壤速效钾含量小于150 mg/kg；土壤有机质的平均含量为1.79%，处于适宜范围（1.5%～2.5%）。各肥力因子的变异系数均较小，说明湖北房县烟区土壤肥力比较均匀。pH值的峰度系数为负数，属平阔峰，其余指标均为正数，为尖峭峰；除pH值和速效钾以外，其余各指标偏度系数均为正数，因此为正向偏态峰。

表2 湖北房县烟区植烟土壤肥力特征的描述统计分析

2.3 pH值与土壤重金属含量的关系

根据不同土壤pH值含量特征，将土壤分为3个组别。从表3可以看出，在pH＜6.0的组别中，砷的平均含量为16.53 mg/kg，铅的平均含量为73.35 mg/kg，镉的平均含量为0.57 mg/kg，汞的平均含量为0.06mg/kg，铬的平均含量为35.45mg/kg。在pH值为6.0～7.0的组别中，砷的平均含量为10.55 mg/kg，铅的平均含量为39.36 mg/kg，镉的平均含量为0.21 mg/kg，汞的平均含量为0.04 mg/kg，铬的平均含量为26.35 mg/kg。在pH＞7.0的组别中，砷的平均含量为13.81 mg/kg，铅的平均含量为58.11 mg/kg，镉的平均含量为0.36 mg/kg，汞平均含量为0.06 mg/kg，铬的平均含量为27.19 mg/kg。综上表明，pH＞7.0的土壤同pH＜6.0的土壤相比较，除汞以外，其他各元素含量均表现为pH＞7.0时重金属含量少于pH＜6.0；并且当pH值处于中性偏酸（6.0～7.0）时，土壤的重金属含量相对较低。

表3 不同土壤pH值组别与重金属含量的关系 mg/kg

2.4 CEC与土壤重金属含量的关系

按照房县烟区不同土壤CEC值特征，将土壤分为4个组别。由表4可知，在CEC＜8 mmol/kg的组别中，砷平均含量为10.93 mg/kg，铅平均含量为43.33 mg/kg，镉平均含量为0.20 mg/kg，汞平均含量为0.04 mg/kg，铬平均含量为27.83 mg/kg。在CEC值为8～12 mmol/kg的组别中，砷平均含量为14.87 mg/kg，铅平均含量为52.80 mg/kg，镉平均含量为0.39mg/kg，汞平均含量为0.05 mg/kg，铬平均含量为30.19 mg/kg。在CEC值为12～20mmol/kg组别中，砷平均含量为14.54 mg/kg，铅平均含量为65.01mg/kg，镉平均含量为0.41 mg/kg，汞平均含量为0.07mg/kg，铬平均含量29.57mg/kg。在CEC＞25 mmol/kg的组别中，砷平均含量为18.85 mg/kg，铅平均含量为62.16 mg/kg，镉平均含量为0.32 mg/kg，汞平均含量为0.06 mg/kg，铬平均含量为35.40 mg/kg。在一定范围内，土壤重金属含量与CEC值的关系明显，随着CEC值的增加，重金属含量增加。

表4 不同土壤CEC值组别与重金属含量的关系 mg/kg

2.5 碱解氮与土壤重金属含量的关系

按照房县烟区不同土壤碱解氮含量特征，将土壤分为3个组别。从表5可以看出，在碱解氮小于100 mg/kg的组别中，砷平均含量为14.99 mg/kg，铅平均含量为50.01mg/kg，镉平均含量为0.26 mg/kg，汞平均含量为0.05 mg/kg，铬平均含量为29.82 mg/kg。在碱解氮含量为100～200 mg/kg的组别中，砷平均含量为12.36 mg/kg，铅平均含量53.94 mg/kg，镉平均含量0.40 mg/kg，汞平均含量0.06 mg/kg，铬平均含量27.22 mg/kg。在碱解氮含量大于200 mg/kg的组别中，砷平均含量为15.11 mg/kg，铅平均含量为90.40 mg/kg，镉平均含量0.60 mg/kg，汞平均含量0.09 mg/kg，铬平均含量为37.90 mg/kg。在一定范围内，土壤碱解氮的含量越高，重金属铅、镉、汞元素的含量越高。

表5 不同土壤碱解氮组别与重金属含量的关系 mg/kg

2.6 速效磷与土壤重金属含量的关系

按照房县烟区不同土壤速效磷含量特征，将土壤分为3个组别。由表6可知，在速效磷含量0～20mg/kg组别中，砷平均含量为13.88 mg/kg，铅平均含量51.91 mg/kg，镉平均含量0.33 mg/kg，汞平均含量0.05 mg/kg，铬平均含量29.19 mg/kg。在速效磷含量为20～40 mg/kg的组别中，砷平均含量为14.37 mg/kg，铅平均含量为58.43 mg/kg，镉平均含量0.38 mg/kg，汞平均含量0.06 mg/kg，铬平均含量为30.43 mg/kg。在速效磷含量大于40 mg/kg的组别中，砷平均含量为15.92 mg/kg，铅的平均含量66.30mg/kg，镉平均含量0.69mg/kg，汞平均含量0.07 mg/kg，铬平均含量45.04 mg/kg。在一定范围内，土壤重金属含量与速效磷含量的关系明显，随着速效磷含量的增加，重金属含量增加。

表6 不同土壤速效磷组别与重金属含量的关系 mg/kg

2.7 速效钾与土壤重金属含量的关系

按照房县烟区不同土壤速效钾含量特征，将土壤分为4个组别。从表7可以看出，在速效磷含量小于100 mg/kg的组别中，砷平均含量为10.36 mg/kg，铅平均含量为39.06 mg/kg，镉平均含量为0.21 mg/kg，汞平均含量为0.04 mg/kg，铬平均含量为23.63 mg/kg。在速效磷含量为100～150 mg/kg的组别中，砷平均含量为11.14 mg/kg，铅的平均含量为49.21 mg/kg，镉的平均含量为0.28 mg/kg，汞的平均含量为0.05 mg/kg，铬的平均含量为26.14 mg/kg。在速效磷含量为150～200 mg/kg的组别中，砷平均含量为14.75 mg/kg，铅的平均含量为61.04 mg/kg，镉的平均含量为0.43 mg/kg，汞平均含量为0.06 mg/kg，铬平均含量为31.19 mg/kg。在速效磷含量大于200 mg/kg的组别中，砷平均含量为17.26 mg/kg，铅平均含量为61.57 mg/kg，镉平均含量为0.31 mg/kg，汞的平均含量为0.06 mg/kg，铬的平均含量为33.35 mg/kg。在一定范围内，除镉、汞表现不明显外，其他重金属含量均与速效钾含量的关系明显，随着速效钾含量的增加，重金属含量增加。

表7 不同土壤速效钾组别与重金属含量的关系 mg/kg

2.8 有机质与土壤重金属含量的关系

按照房县烟区不同土壤有机质含量特征，将土壤分为3个组别。从表8可以看出，在有机质含量小于1.00%的组别中，砷的平均含量为15.84 mg/kg，铅平均含量为44.77 mg/kg，镉的平均含量为0.19 mg/kg，汞平均含量为0.05 mg/kg，铬平均含量为29.63 mg/kg。在有机质含量为1.00%～2.00%组别中，砷平均含量为12.75 mg/kg，铅的平均含量为52.02 mg/kg，镉的平均含量为0.34 mg/kg，汞平均含量为0.05 mg/kg，铬平均含量为27.82 mg/kg。在速效磷含量＞2.00%的组别中，砷平均含量为16.64 mg/kg，铅平均含量为67.36 mg/kg，镉平均含量为0.56 mg/kg，汞平均含量为0.07 mg/kg，铬平均含量为40.13 mg/kg。在一定范围内，除重金属砷外，其他重金属含量均与有机质含量的关系明显，随着有机质含量的增加，重金属含量增加。

表8 不同土壤有机质组别与重金属含量比较 mg/kg

3 结论与讨论

对186份土壤样品的分析结果表明，该地区土壤有机质含量丰富，酸碱度呈弱酸性至中性，整体上碱解氮、速效磷、速效钾含量较为适宜。此外，各肥力因子变异系数均较小，说明湖北房县烟区土壤肥力比较均匀，有利于对土壤进行施肥。土壤中重金属汞、铅、镉、铬、砷的含量均较低，且分布比较均匀，变异系数较小，有利于对其调控。

数据分析表明，在一定范围内，重金属的含量与pH值、有机质、CEC值、碱解氮、速效钾以及速效磷的含量都有一定的关系，结果表明，重金属含量随pH值的减小有上升趋势，pH值为6.0以下上升趋势明显；其余随着肥力因子的增加重金属含量也在增加，尤其是随速效磷含量的增加重金属含量明显增加。目前，烟草科技工作者普遍认为，土壤中的重金属是烟叶重金属的主要来源。本研究表明，随着土壤基础肥力的提升，土壤重金属含量增加，这可能是由于土壤基础肥力较高的地块大多地势偏低，易于基础肥力的积累，同时重金属富集作用也较明显。因此，我们应采取相关理化措施对土壤进行有效调控，减弱重金属在土壤中的富集作用，以促进烟叶的无公害生产。

土壤中重金属的富集来源多种多样，需要进一步探明影响其含量的因素，通过寻求有效措施切断土壤重金属污染来源，为无公害优质烟叶生产提供理论参考。

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