重金属污染的土壤改良途径及烟草农艺调控措施初探

重金属污染的土壤改良途径及烟草农艺调控措施初探 作者:焦枫

重金属是土壤及有关环境中的重要污染物。近年来，人类活动引起的重金属向土壤环境的释放呈加剧的趋势。这种人为因素造成的重金属污染大部分存在于土壤表面，不仅对植物具有毒害作用，而且还可以进入食物链，危及人类健康。烟田重金属污染一直是困扰我国优质烟叶生产的重要因素之一。

烟草中含有过量重金属，在抽吸过程中，这些重金属可通过主流烟气进入人体，对人体造成潜在的危害。因此，采用一定的措施，降低烟叶中重金属含量，对生产无公害优质烟叶意义重大。一般来说，烟叶中的重金属污染大多来源于土壤，改良植烟土壤重金属污染是降低烟叶重金属含量的根本；但随着对烟叶无公害生产研究的深入，一些农艺调控措施也是降低烟叶中重金属含量的有效方法。

1 重金属污染的土壤改良途径 土壤是烟叶中重金属的源头，改良土壤中的重金属污染，是降低烟叶中重金属含量的根本。30年来，环境科学家一直在寻找合理的、高效的、经济的方法解决土壤中的重金属问题。目前，主要有两个途径来治理土壤中的重金属污染：第一、改变重金属在土壤中的存在形态，使其固定，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性。第二、从土壤中去除重金属。围绕这两种途径产生了不同的治理措施和方法。

1.1 工程治理措施 人们最初采取改土法、电化法、冲洗络合法等工程措施降低重金属在土壤中的活性，以减少其在食物链中的传递。但是，采用物理方法或化学方法来治理土壤重金属污染不仅成本昂贵，而且还会破坏土壤结构以及土著微生物，也可能造成“二次污染”[1] 。目前，还处于一种实验室的试验阶段，不适用于大面积的农田土壤改良。用工程治理土壤重金属污染，对于污染重、面积小的土壤具有治理效果明显、迅速的优点，但对于污染面积较大的农田土壤不仅需要消耗大量的人力与财力，而且容易导致土壤结构的破坏和土壤肥力的下降。

1.2 生物修复 随着人们对环境保护日益重视，一些科学工作者开始寻找在不破坏土壤生态环境，能够保持土壤结构的状况下原位治理重金属污染的新途径。生物修复则为开辟这一新途径提供了希望。生物修复是指利用生物的生命代谢活动减少土壤环境中有毒有害物的浓度或使其完全无害化，从而使污染了的土壤环境能够部分地或完全地恢复到原初状态的过程。生生物修复又分为微生物修复和植物修复。[2] 1.2.1 土壤重金属污染的微生物修复 重金属污染的微生物修复指的是重金属被活的或死的微生物体吸附之后，微生物的活动可对重金属离子进行氧化、还原甲基化和脱甲基化作用，改变重金属离子的氧化还原状态，降低了土壤环境中重金属离子的活度。一些微生物如蓝细菌、硫酸还原菌以及某些藻类能够产生具有大量阳离子基团的胞外聚合物如多糖、糖蛋白等，并与重金属形成络合物[3，4]。目前，微生物修复技术已经在废水的处理中得到广泛的应用，但是土壤中重金属的微生物修复技术还处于试验阶段，而且多集中于矿山的土壤改良研究。由于它具有不破坏生态环境、污染小的特点，在农田重金属污染改良方面也许有广阔的前景，值得进一步的研究。

1.2.2 土壤重金属污染的植物修复 植物修复技术指的是采用植物对重金属的忍耐和超量积累能力并结合共生的微生物体系来实现对重金属污染环境的修复。它是一种新兴的绿色生物技术，能在不破坏土壤生态环境，保持土壤结构和微生物活性的情况下，通过植物的根系直接将大量的重金属元素吸收，通过收获植物地上部分来修复被污染的土壤[1]。这种技术在土壤污染治理方面具有极大的潜力，已引起广泛关注。

这种技术的关键是有重金属的忍耐和超量积累能力的植物品种选育。自然的重金属超富集体往往具有生物量较低、生长缓慢、生长周期长且往往只能超积累某种重金属等缺点。严重制约了植物修复的效率，使得植物修复技术难以在大田实施。目前，利用基 因技术，培育出生物量高、生长快且可同时超富集多种重金属的高效的超富集植物，已经成为人工诱导植物修复技术的一个新思路[5]。有报道称，是将重金属抗性基因金属硫蛋白基因导入欧洲油菜和烟草，所得的转基因植株能耐受CdCl2浓度高达0.1mM。研究结果表明，某些植物引入金属硫蛋白（MT）后，能明显提高对Cd、Cu等耐性或增加对它们的吸收。

植物修复技术的处理费用很低，而且属于原位修复技术，具有保护表土、减少侵蚀和水土流失的功效，对环境影响小。可以说，这种重金属改良技术在植烟土壤以及其他农田土壤改良上面具有巨大的潜力。 2 降低烟叶重金属含量的农艺调控措施

作物从土壤中吸收重金属，不仅取决于其在土壤中的含量，而且也受土壤的性质、水分条件、施肥的种类和数量以及耕作制度等农艺措施的影响。因此，可以通过调节土壤pH、有机质、水分等因素，改变土壤重金属活性降低其生物有效性，减少从土壤向烟草的转移。 2.1 培育改良抗性和耐性品种 研究一些对土壤中重金属污染的抗性或者耐性品种，对减少烟叶中的重金属含量也有十分重要的意义。目前，国际上一些知名烟草公司和研究机构正采用生物技术和基因工程技术对烟草品种进行改良，以提高烟草对Cd的抗性，减少烟草对土壤Cd的吸收。而国内近年来的重金属测定方法研究和无公害烟草计划的提出使我国烟草重金属研究迈上了新的台阶。

2.2 提高土壤pH pH是土壤化学性质的综合反映。一般土壤性质及其重金属含量均可影响烟叶中重金属的积累。土壤pH值与烟叶Ni、Cd、Pb、Cu、Zn、Mn含量显著负相关[6，7]。Adamu[8]等研究表明，土壤酸度是烟叶Cd和Ni的最主要影响因子，土壤pH值与烟叶Cd和Ni含量高度负相关，不同土壤pH生长地间存在显著差异，提高土壤pH可以降低烟叶中Cd和Ni的积累，但对Cu或Pb无影响[9]。通过pH值与烟叶中重金属的相关关系，我们可以通过改良植烟土壤的pH值来调控烟叶中的重金属含量。例如，Cd的活性通常受土壤酸碱性的影响很大。调节植烟土壤的pH升高，可增加土壤表面负电荷对Cd2+吸附，另则是生成CdCO3沉淀，使其活性逐渐降低。Naidu[10]在Cd污染的土壤上施用碱性物质如石灰，一般每公顷土壤施用750kg石灰，使土壤中重金属有效态含量降低15%左右，从而使酸性土壤可被植物利用的Cd的活性降低，对减少Cd被作物吸收具有一定的作用。

2.3 水旱轮作 土壤中重金属的活性也受土壤的氧化还原状况的影响，因而与土壤的水分状况有着密切的联系。水稻方面的试验[11]证明了在水田灌溉时，由于水层覆盖形成了还原性的环境，土壤中的SO42-还原为S2+，与镉生成溶解度很小的CdS；沉淀水中的Fe3+还原成Fe2+与S2-生成FeS沉淀，由于镉在土壤中具有很强的亲硫性质，与之形成共沉淀，降低镉的活度，而难于被作物吸收。可见，通过调节土壤水分可以控制重金属在土壤一植物系统中的迁移，通过烟稻水旱轮作可降低土壤的氧化还原电位，能够降低重金属的活性，减小对烟草的危害。Gondola[12]等研究发现，烤烟叶片Pb和Cr的含量与降雨量呈正相关，可能与此也有关。通过调节土壤水分来调控烟叶中的重金属含量，值得进一步探讨。

2.4 合理增施有机肥 有机肥是影响土壤中重金属化学行为的一类最重要的有机物质。它可以影响重金属在土壤中的形态及植物对其的吸收。研究表明[13]，向Cd污染土壤中加入有机肥，可促进土壤中的重金属离子与其形成重金属有机络合物，增加土壤对重金属的吸附能力，提高土壤对重金属的缓冲性，从而减少植物对其的吸收。因而，在Cd污染土壤中施加有机肥是一种十分有效的治理方法。

但利用有机肥改良重金属污染土壤存在一定的风险，主要是由于有机肥在矿化过程中分解出的低分子量的有机酸和腐殖酸组分对土壤中的重金属起到了活化作用，关键取决于腐殖酸组分和土壤环境条件[14]。所以，系统的研究不同的土壤条件下，腐殖酸组分对重金属的移动性和生物有效性，合理施用有机肥就可以一方面对烟田重金属污染起到了净化的作用，改良植烟土壤，另一方面也克服了盲目增施有机肥的二次污染等问题。

2.5 合理的施用化肥和农药 化肥的发现使世界农作物的产量进入了一个新的历史阶段，但是连续的使用化肥，也使农田土壤形状日趋恶化。而且，不合理的使用化肥也提高了作物中的重金属含量，影响了农产品的品质。Semu[15]对坦桑尼亚多年施用磷肥或含铜杀菌剂表层土壤的研究结果表明，施用高肥和含铜杀菌剂的土壤重金属含量高于新开发和施用低肥土壤，从而使这些土壤上生长的烟叶重金属含量也较高。Smith[16]等也研究发现，低NO-3-N和重金属的肥料可显著减少主流烟气中有害成分含量。因此，在优质烟叶的生产中，合理的使用化肥和农药对烟叶的安全性具有重要意义。

2.6 离子拮抗 当土壤中某种重金属含量较高，对土壤的污染较为严重时，可利用另一种对作物危害较轻，且浓度低时对作物生长有利的微量元素拮抗它。Zn具有拮抗Cd被植物吸收的特性。水稻试验证明[17]，土壤中适宜的Cd/Zn比，可以抑制植物对Cd的吸收。在烟草研究方面还没有见相关的报道，但这对降低烟叶中的重金属含量也具有借鉴意义。

目前，烟田重金属污染的土壤改良和农艺调控措施的研究还相当的肤浅，各种措施都具有一定的局限性。至今未能成为有效的降低烟叶中重金属含量的措施。但是，值得一提的是，生物修复技术环保优势和研究的日趋深入，必将使其在农田重金属污染改良中的具有举足轻重的作用。而农艺措施只是在一定的程度上减少了烟草对土壤中重金属的吸收，并没有把重金属从土壤中清除出去，而且在生产上也并没有被广泛的关注和应用。但随着人们对烟叶重金属污染认识的加深和各个学科的发展，生物修复技术和农艺调控措施进一步的研究和它们协同作用的探索，将更有效的改善烟叶的重金属污染问题，使烟叶品质上一个新的台阶。

[参考文献]：