烟草重金属污染修复技术研究现状_肖艳松

收稿日期：20141025作者简介：肖艳松（1981－），女，硕士，农艺师，从事烟叶栽培、植保等技术研究，Email：xiaoyansong106@126.com。

烟草重金属污染修复技术研究现状肖艳松（湖南省烟草公司郴州市公司，郴州423000）摘要：目前，烟草行业把防控烟叶重金属污染作为提高烟叶产品安全性的重要工作来抓，采取了一系列积极行动，对烟叶及土壤重金属污染进行了大量的研究。在综述烟叶重金属污染现状和修复技术研究进展的基础上，提出了存在的问题，并对烟叶重金属污染治理的发展方向进行了思考。关键词：烟草；重金属；污染修复中图分类号：S572；X53文献标识码：A文章编号：1001-5280（2014）08-0944-04DOI：10.3969/j.issn.1001-5280.2014.08.19

随着对烟草安全的关注，烟叶重金属污染已成为国内外烟叶贸易企业关心的重要内容，成为了广大烟草科技工作者关注的热点问题。重金属不仅不能被微生物所分解，而且还会被生物体所富集，对人类健康危害大［1］。当烟叶中含有过量重金属时，在抽吸过程中，重金属就会以气溶胶或金属氧化物的形式通过主流烟气进人人体，对人体造成潜在危害［2，3］。为此，笔者分析了当前烟草重金属污染现状及修复技术措施的研究进展，并针对存在的问题进行思考，旨在为提高烟叶安全性，降低烟叶重金属危害的技术研究提供参考。1烟叶重金属污染的来源与现状目前，重金属尚没有一个严格统一的定义，现在一般是指密度大于5g/cm3的金属元素。在环境污染研究中，重金属一般是指铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）、铬（Cr）以及类金属砷（As）等生物毒性显著的元素，还包括具有一定毒性的重金属Zn、Cu、Co、Ni和Sn等元素［4］。烟叶重金属污染的原因多而复杂，烟叶重金属主要包括镉、汞、铅、砷、铜、锌、铬、镍等。烟叶中重金属的含量多少与烟区土壤、气候、工业活动等生态环境条件及农药化肥使用等生产技术措施有密切关系［5，6］。近十几年来，随着经济的快速发展和健康意识的加强，烟草重金属污染越来越受到人们的关注。在2010年的第九届亚太烟草和健康会议上，一份科研报告指出我国的13个品牌的卷烟发现含有重金属，与外国产香烟相比，中国烟草中含有的铅、砷和镉等重金属成分含量最高超出三倍以上。烟叶重金属的污染状况与产地环境密切相关，国内学者对烟叶重金属污染状况进行了大量的研究。李义强等人［7］对云南和贵州省主要烟区的烟叶中重金属污染情况进行调查，烟叶中Cd含量较高，超过了目前的安全标准。张艳玲等通过对我国烟叶主产区2004年生产的497份烤烟中部烟叶的分析结果表明，目前我国烟叶中的主要重金属元素有铅、锡和砷，铅和锡可能是当前烟叶生产中主要的重金属污染［8，9］。魏益华等［7］对江西抚州烟区土壤和烟叶中的几种重金属含量进行了测定，认为该烟区土壤中重金属含量总体上低于我国土壤二级标准（GB15618－1995），但其污染程度已处于警戒线水平，Cd和Hg是烟区土壤的主要风险因子。雷丽萍等［11］对云南重要烟区玉溪地区烟草中的砷、汞等几种重金属元素含量进行了测定，发现该地区烟草中镉的含量仍然处于相对较高的水平。覃晓莉［12］对郴州烟区重金属污染情况进行了调查，结果表明郴州烟区灌溉水不存在明显的重金属污染，郴州烟区大部分样点不存在土壤Pb、Cu、Zn的污染，部分样点Mn含量偏高，半数以上样点存在明显的土壤Cd污染，郴州烟区Cd向烟叶的转移较严重，Mn向烟

449CＲOPＲESEAＲCH2014，28（8）叶的转移也较多，Cu、Zn的转移程度一般，Pb的转移很少。2烟叶重金属污染修复技术烟草植物属于易于吸收重金属的一种植物，烟叶中重金属主要通过烟叶表面和烟草根系两种途径进入的［13］。目前，烟叶重金属污染综合控制方法主要集中在物理化学修复技术、微生物修复技术、农艺修复措施等方面。2.1物理化学修复技术物理化学修复技术包括客土、翻土、换土、隔离、去表土、土壤淋洗、化学固定、电动修复、热处理、玻璃化法等方法。用物理化学方法治理重金属污染土壤，对污染重、面积小的土壤效果明显、迅速，适应性广，但对于污染面积较大的土壤则需要大量的人、财、物，而且容易破坏土壤结构，导致土壤肥力的降低［14］。化学固定修复技术通过向土壤中加入有机质、沸石、污泥、生物固体和磷酸盐等物质，改变重金属在土壤中的存在形态，使其固定，将污染物的活性降低，减少它们在土壤中的迁移性和生物可利用性［15，16］。但大部分都不能很好的解决经济实用性或二次破坏、二次污染的问题。在烟叶重金属污染的治理中，对纳米硅、硫磺、海泡石、钙镁磷肥、碳酸钙、土壤改良剂以及钝化剂等物质进行了大量研究。陈春彦等［17］采用大田试验研究表明，营养调节剂和纳米硅配合施用能显著降低土壤DTPA提取的可吸态Pb、Cd含量，有效减少烤烟对土壤中Pb、Cd的吸收，从而降低烟叶中Pb、Cd的含量。姜超强等［18］研究表明，碱性土壤施用适量的硫磺能够显著降低烤烟根区土壤pH值，碱性植烟土壤施用硫磺适量能显著降低烟叶Pb含量，但对As、Cd和Hg含量没有显著影响。覃晓莉［12］研究表明，烟田使用海泡石和钙镁磷肥能有效地减少土壤Cd向烟草的各个部位迁移转运，轻微地提高土壤pH值，降低土壤有效态Cd含量，抑制烟草对Cd的吸收；碳酸钙处理使烟田土壤pH显著提高，显著降低了土壤有效态镉和交换性镉含量，显著降低了烟草镉含量，但碳酸钙在抑制烟草吸收转运镉的同时，对烟草吸收土壤养分也有明显的影响。张蕴睿［19］认为赤泥、油菜秸秆钝化组合通过降低土壤中镉有效性，能有效降低烟叶中重金属镉含量。2.2生物修复技术生物修复技术包括微生物修复、动物修复、植物修复技术和酶学修复［20］。在烟草土壤重金属污染

中主要是利用特殊植物和微生物来去除土壤中的重金属或降低重金属的毒性。植物修复主要是指利用超富集植物的提取作用去除土壤中的重金属。由于此种修复方法成本低，适宜于大规模的修复，并具有良好的社会生态综合效益，成为了国内外研究的重点。目前国内外已发现了500余种超富集植物，其中大多数为十字花科植物［21］。研究表明［15］，一些牧草、香草、芥菜、棉麻作物和柳树等具有大量吸收重金属的能力，原产北美的一年蓬对重金属有较强的富集能力，鸭柘草、艾蒿对铜具有较强的富集能力，杨树对Hg和Cd具有较好的耐性和净化功能，非食用经济作物苎麻对土壤中的汞净化效果显著，东南景天和黑麦草对Zn具有比较好的富集作用，红树能将大量的Hg吸收并储藏在植物体内。但由于超富集植物不具有普遍性，只具有一定的适生范围，应用范围较小，修复周期长等因素，目前，在烟草重金属的治理研究中应用也不多。微生物修复主要是利用微生物对土壤中重金属元素具有的特殊富集、吸收、降解能力修复污染土壤。一些微生物如动胶菌、蓝细菌、硫酸还原菌以及某些藻类能够产生胞外聚合物如多糖、糖蛋白等，它们具有大量的阴离子基团与重金属离子形成络合物，从而降低土壤中重金属有效态的含量，达到治理重金属污染的目的［22］。目前，已报道的能够修复重

金属污染的细菌主要为：Bacillussp.，ＲhizobiumFrank，Pseudomonasputida，Streptomyces，Micrococcus等，研究最多的是Bacillussp.芽孢杆菌，其中蜡状芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等对重金属均具有良好的耐性和吸附性。能够吸附环境当中的重金属离子的真菌有赤霉、出芽短梗霉、丝状真菌、酿酒酵母及一些腐木真菌；吸附重金属的能力比较强的藻类微生物有海藻和褐藻等［23］。

近年来，烟叶重金属的污染治理研究中也采用了菌根技术、真菌修复技术等微生物修复方法。如Hua等［24］发现真菌会钝化土壤中As有效态，抑制

烟叶对As的吸收。王玲［25］研究了丛枝菌根真菌对烟草重金属残留的影响，认为接种丛枝菌根真菌（Arbuscularmycorrhizalfungi，AMF）和施加牛粪可以增加烟草的产量，降低重金属残留量。2.3农艺修复措施农艺修复措施在我国烟叶重金属污染的治理研

5492014年第28卷第8期作物研究究较多，主要通过农艺方法改变重金属或土壤理化性质，降低重金属的活性，从而减少毒性。农艺修复措施包括改变土壤pH、合理施肥、调整作物品种、改变耕作制度等方法。土壤理化特性不一样，烟草对重金属的吸收影响也不同。旱地土壤的理化性质可能更容易造成重金属富集，并更容易对烤烟的生长和烟叶的重金属含量造成不利影响［26］。根据种植农作物品种和土壤养分含量进行科学合理配方施肥，在一定程度上可以缓解重金属的危害。李晓婷等［27］试验表明，商品有机肥与无机肥配施显著降低烟株铅含量；农家肥与无机肥配施显著降低烟株镉含量。姜娜［28］研究表明，鸡粪与牛粪混合施用促进烤烟茎对铜元素的吸收，施用畜禽粪便能明显降低烟株对重金属铅的吸收，施用不同配比畜禽粪便能明显改善镉元素在烤烟各叶位的分布，有利于降低上部叶、中部叶镉含量，但存在增加下部叶镉超标的危险。不同打顶方式对烤烟吸收重金属也有影响。初花打顶正常留叶，对下部叶和中部叶锡、铅、铬调控效果较好，对中部叶和上部叶干物质积累率贡献最大［29］。不同的烤烟品种吸收积累重金属也有差异。李晓婷等［30］试验研究了5个不同的烤烟品种对重金属镉与铅的吸收累积差异，结果表明，不同品种及各器官Pb含量与累积量不同，不同品种各器官分配规律从多到少均为根、叶、茎。3烟叶重金属污染修复存在的问题3.1研究较单一，不够深入系统和全面虽然国家烟草专卖局早在2002年就开始全面启动烟草重金属污染情况研究，但在修复技术、装备及规模化应用上还存在较大差距，技术支撑能力不足，基础研究与应用技术研究衔接不够，无论是生物修复技术、物理化学技术方法，都比较单一，多数研究是从某一方面进行分析和研究，尚未形成完备体系。目前，对烟叶重金属污染治理新技术研究很多，但多处于试验研究阶段，进行大规模的应用还需解决投资费用、生产成本、环境影响、生产工艺等很多实际问题；化学固化修复技术发展较成熟，也因二次污染控制等问题难以全面推广应用。整体而言，自主研发技术成果不能完全满足烟叶重金属污染修复的现实需求。3.2治理试点少规模小，污染区划分和识别不清晰目前，国内不同部门在烟草土壤重金属污染修复治理方面积极开展工作，在局部地区取得了明显的修复治理效果，但因多方面因素，大部分限于小规模的试验性示范，不足以有效遏制烟叶重金属污染恶化的趋势，要将其实际应用推广还需要进一步示范实践。此外，各地烟区普遍缺少对重金属污染情况的普查，以致难以准确的识别烟叶产地重金属污染区和定量识别污染来源，对各地的烟区重金属污染分区、分类也不清晰，制约了各地的重金属污染分类管理和源头污染控制技术措施的研究制定。3.3治理政策体制不完善，参与主体尚未多元化由于重金属污染情况的复杂性和特殊性，地方政府在重金属污染防治工作中普遍存在一些问题，重金属污染治理的体制不完善，目标不明确，行政处置乏力。在治理过程中，往往没有明确重金属污染治理的主体，制定重金属污染治理的相关配套政策也未有效落实到位。