废弃烟叶有机肥对土壤铅有效态及在甘蓝中积累的影响

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摘要：采用盆栽方法研究施用以废弃烟叶生产的有机肥和农家肥对土壤Pb的形态及Pb在供试植物甘蓝（Brassica oleracea var. capitata L.）体内的富集和转移特征的影响。结果表明，施用农家肥和废弃烟叶有机肥后对土壤Pb全量影响不明显，但能明显降低土壤有效态Pb的含量，甘蓝对土壤Pb的富集系数和转移系数明显降低，降低了Pb向甘蓝体内和地上部分的转移。

关键词：废弃烟叶；甘蓝（Brassica oleracea var. capitata L.）；有机肥料；土壤铅；形态；积累

中图分类号：S147.34；S635.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）23-5705-03

土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源。由于施肥、污水灌溉、大气降尘等的影响，土壤污染问题日益严重，其中土壤重金属污染是最严重的土壤污染问题之一。重金属污染不仅使土壤肥力下降，还可使农产品质量下降，危害人畜健康，因而已引起人们的广泛关注。

重金属通过污染土壤进入农产品是其危害人体健康的重要途径，而植物吸收土壤中的重金属并不是吸收重金属的全量，而只是吸收某些形态的重金属，特别是重金属的有效态[1]。土壤中重金属元素在介质中的存在形态是衡量其环境效应的关键参数。目前，土壤重金属污染研究较多的是镉（Cd）、铅（Pb）、铜（Cu）、锌（Zn）和汞（Hg）等[2]。国内外的治理方法目前主要有生物修复法、施用化学改良剂法、客土法等[3]。尽管这些方法都具有一定的改良效果，但也都有一定的局限性。施用有机肥料常被作为控制和减轻土壤重金属污染的措施，因为有机肥可改变重金属在土壤中的形态分布而降低其生物有效性[4]，还可以提高土壤肥力。因此，通过添加有机肥改变重金属在土壤中的形态或增加对它们的吸附能力，减少重金属的移动性和生物可利用性，从而减少植物对重金属的吸收，是更切实可行的方法[5]，具有经济、方便、不改变土壤理化性状等优点。

作为烟草生产大国，中国每年烟叶产量450万～500万t，其中有近25%的烟叶、烟末等下脚料被废弃，不能用于卷烟生产，云南是中国最主要的烟草生产区，作为烟草大省，每年大量的废弃烟叶未能得到合理利用。烟草废弃物如果丢弃将会造成严重的环境污染，如果能够将之资源化，将会变废为宝，成为重要的资源，并且减轻环境负担。

试验采用盆栽方法对施用农家肥和以废弃烟叶生产的有机肥使土壤Pb的形态发生改变进行研究，从而降低土壤中有效态Pb的含量，降低其生物可利用性，控制土壤中Pb向甘蓝的转移，同时分析Pb在甘蓝体内的分布规律及由土壤向地上部的转移效率、富集特征，以期为利用废弃烟叶生产有机肥改良Pb污染土壤提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 甘蓝 供试甘蓝品种为中甘11。

1.1.2 肥料 供试肥料为腐熟农家肥、废弃烟叶为原料生产的有机肥（以下简称有机肥）。

1.1.3 土壤 试验在云南农业大学农场温室大棚中进行。供试土壤为山原红壤，基本理化性质为pH 5.98，有机质16.7 g/kg，全氮1.36 g/kg，全磷2.04 g/kg，全钾9.92 g/kg，碱解氮111.89 mg/kg，速效磷91.47 mg/kg，速效钾448.83 mg/kg。土样采集后，风干、磨碎过5 mm筛，备用。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 此次试验所涉及的重金属Pb浓度为0、250、500、1 000 mg/kg 4个浓度梯度，分别对应处理为1、2、3、4，供试试剂为Pb（OAc）2。同时设置对照（不施肥）、施3 000 kg/hm2农家肥、施3 000 kg/hm2有机肥3个施肥处理，每个处理设3次重复。试验为盆栽试验，周期为60 d。

1.2.2 测定指标 土壤重金属Pb指标包括Pb全量、Pb有效态含量；植物重金属Pb指标包括甘蓝根、地上部分Pb含量。

1.2.3 测定方法 土壤基本理化性质：采用《土壤农化分析》（第三版）[6]的方法测定；Pb含量的测定：植物样品用HNO3-HClO4消解，土壤样品用王水-HClO4消解，原子吸收分光光度法测定[6]；土壤有效态Pb的测定：采用二乙基三胺五乙酸-三乙醇胺提取（DTPA-TEA）原子吸收分光光度法测定[6]。

1.2.4 数据处理 采用Microsoft Excel 2003软件计算平均值、标准差并作图，用SPSS 17.0对数据进行差异显著性分析。

富集系数的计算：富集系数=甘蓝体内Pb含量/土壤中Pb含量。

转移系数的计算：转移系数=甘蓝地上部分Pb含量/甘蓝根中Pb含量。

2 结果与分析

2.1 有机肥和农家肥对土壤Pb全量的影响

由图1可以看出，随着重金属浓度的增加，种植甘蓝的土壤中Pb全量呈增加的趋势，在相同Pb浓度条件下，施用农家肥和有机肥处理与不施肥处理相比，种植甘蓝土壤Pb全量差异不显著。表明农家肥和有机肥的施用对土壤Pb全量影响不明显。

2.2 有机肥和农家肥对土壤有效态Pb含量的影响

由图2可以看出，在相同Pb浓度下，施用农家肥和有机肥处理与不施肥处理相比，种植甘蓝土壤Pb有效态含量明显降低，而农家肥与有机肥处理之间差异不显著。表明施用农家肥和有机肥可以降低土壤有效态Pb的含量，可能是因为农家肥和有机肥增加了土壤有机质的含量，使Pb的有机物结合态的量增加，降低了Pb的可溶性，对于控制Pb向植物体内转移是有利的。

2.3 有机肥和农家肥对甘蓝地上部分和根Pb含量的影响

由表1可以看出，在相同Pb浓度下，施用农家肥和有机肥处理甘蓝根和地上部分Pb含量显著低于不施肥处理，表明农家肥和有机肥的施用有助于降低Pb在甘蓝体内的积累。各处理条件下甘蓝地上部分Pb含量均明显低于甘蓝根中Pb含量，表明Pb被甘蓝吸收后容易富集于甘蓝的根中，而不易向甘蓝的地上部分转移。

2.4 有机肥和农家肥对Pb在甘蓝体内的积累和转移的影响

以甘蓝体内Pb含量与土壤中Pb含量之比求得富集系数，以甘蓝地上部分Pb含量与甘蓝根中Pb含量之比求得转移系数，结果见表2。从表2可以看出，各处理甘蓝对土壤Pb的富集系数均小于1，但与对照相比，施用农家肥和有机肥后，能显著降低甘蓝对土壤Pb的富集系数，从而降低甘蓝对土壤Pb的富集能力；土壤Pb浓度越高，甘蓝对土壤Pb的富集系数越小。转移系数代表重金属从植物的地下部分向地上部分转移的能力，从转移系数来看，与对照相比，处理2、3、4施用农家肥和有机肥后，能显著降低甘蓝Pb的转移系数，减少Pb由甘蓝的根向甘蓝的地上部分转移，从而降低Pb在甘蓝地上部分的积累，减小对人体的危害。

3 结论与讨论

农家肥和有机肥的施用有助于降低Pb在甘蓝体内的积累和向地上部分转移；施用农家肥和有机肥后降低土壤Pb有效态的含量，使Pb的有机物结合态的量增加，降低了Pb向甘蓝体内的富集；农家肥和有机肥处理各指标间大多差异不显著，说明施用由废弃烟叶制成的有机肥可以达到与施用农家肥相同的效果。

有机肥不仅可以改善土壤的理化性状、增加土壤的肥力，而且可以影响重金属在土壤中的形态及植物对其的吸收[7]。有机质是土壤重要的组成部分之一。土壤中有机质对土壤中重金属元素的移动性及生物有效性有明显的影响。有机质对土壤中重金属元素具有吸附作用，能降低重金属离子的活度。如施用有机肥后，土壤有效态镉含量显著降低，降幅约为40%[3]；有机肥能降低锌的植物有效性，在一定程度上抑制了小麦对锌的吸收[8]；有机肥对红壤和潮土中DTPA提取态Cd和Pb含量都有着不同程度的降低效果，随剂量增加，对土壤中DTPA提取态Cd和Pb含量减少的效果更好[9]。此次的研究结果表明，施用农家肥和有机肥抑制了甘蓝对Pb的吸收，与上述研究结果一致，可能与施用有机肥增加了土壤有机质有关。同时有机肥能参与土壤镉离子的络合（螯合）反应，有机肥中的有机质具有大量的官能团，它的比表面积和对镉离子的吸附能力远远超过任何其他的矿质胶体，有机质强力吸附镉形成络（螯）合物降低了植物对镉的吸收[10，11]。有机肥在增加对Pb离子吸附的同时还降低了对Pb离子的解吸[12]。因此，在Pb污染土壤中施加有机肥料是一种有效的治理方法。

参考文献：

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[9] 付 顺，王珂清，胡钟胜.有机肥对烟草响应土壤重金属的影响[J]. 安徽农学通报，2010，16（5）：91-93.

[10] 杜彩艳，祖艳群，李 元. pH和有机质对土壤中镉和锌生物有效性影响研究[J]. 云南农业大学学报，2005，20（4）：539-543.

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