江西撫州煙區(qū)土壤及煙葉重金屬污染狀況評(píng)價(jià)

魏益華，陳云霞，周瑤敏，何俊海，羅林廣

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江西撫州煙區(qū)土壤及煙葉重金屬污染狀況評(píng)價(jià)

魏益華，陳云霞，周瑤敏，何俊海，羅林廣*

（江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與標(biāo)準(zhǔn)研究所，南昌 330200）

為了弄清江西撫州煙區(qū)土壤和煙葉中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn和Hg等重金屬含量和污染狀況，運(yùn)用內(nèi)梅羅指數(shù)和相關(guān)分析法，對(duì)這些重金屬元素在土壤和煙葉中的含量進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明，該煙區(qū)土壤中重金屬含量總體上低于我國(guó)土壤二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB15618—1995），但其污染程度已處于警戒線水平，Cd和Hg為煙區(qū)土壤主要風(fēng)險(xiǎn)因子。土壤和煙葉中重金屬含量順序分別為Zn＞Pb＞Cr＞Cu＞Ni＞As＞Cd＞Hg和Zn＞Cu＞Pb＞Cd＞Cr＞Ni＞As＞Hg，土壤中Hg、Cd、As和煙葉中Ni、Cr變異系數(shù)均較大。煙葉中重金屬富集系數(shù)順序?yàn)镃d＞Zn＞Cu＞Hg＞Ni＞Cr＞Pb＞As，煙葉Cd富集系數(shù)高達(dá)11.67，表明煙草屬于Cd強(qiáng)烈富集作物。

土壤；煙葉；重金屬；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；撫州

目前，“吸煙與健康”越來(lái)越受到重視，煙葉安全性問(wèn)題逐漸受到關(guān)注，尤其是煙葉中重金屬含量更是受到人們的極大關(guān)注。1990年，Hoffmann將Pb，As，Cd，Cr，Ni，Hg等列入煙葉的44種有害成分中[1]。煙葉中重金屬過(guò)量時(shí)，在抽吸過(guò)程中重金屬就會(huì)以氣溶膠或金屬氧化物的形式通過(guò)主流煙氣進(jìn)入人體，對(duì)人體健康造成危害。由于煙草屬于易吸收和富集重金屬的植物，煙葉中重金屬過(guò)量積累對(duì)煙葉葉綠素、酶活性、生長(zhǎng)發(fā)育及其品質(zhì)均造成影響[2-5]。煙葉中重金屬含量與土壤重金屬含量及其生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)，并受到品種、氣候和栽培措施等因素綜合作用[6-8]。因此，對(duì)煙區(qū)土壤及煙葉中重金屬污染狀況進(jìn)行調(diào)查，了解其重金屬污染水平，對(duì)安全生產(chǎn)、煙葉品質(zhì)的提高和保障煙民健康均具有重要意義。

本研究通過(guò)采集江西省撫州市崇仁、樂(lè)安、宜黃、廣昌、資溪和黎川6個(gè)煙區(qū)土壤和煙葉樣品，分析撫州煙區(qū)種植環(huán)境和煙葉中砷（As）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鎳（Ni）、鉛（Pb）、鋅（Zn）和汞（Hg）的污染水平，對(duì)撫州煙區(qū)土壤重金屬含量進(jìn)行評(píng)價(jià)，以揭示煙葉和土壤中重金屬含量相互關(guān)系以及不同重金屬元素在煙葉中的富集狀況。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

土壤及相應(yīng)的煙葉樣品采集于江西省撫州市崇仁、樂(lè)安、宜黃、廣昌、資溪和黎川6個(gè)煙區(qū)，其樣品數(shù)分別為36、31、39、38、18和15個(gè)，共177個(gè)樣品，采樣時(shí)間為2012年1月。

土壤樣品采用多點(diǎn)混合采樣法采集，采集耕層0~20 cm土壤，按“S”形設(shè)點(diǎn)采樣，每一塊地取8個(gè)點(diǎn)，充分混合后采用“四分法”留取1 kg土壤樣品，制成1個(gè)混合樣。將混合樣帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后過(guò)100目篩，保存于自封袋中，備用。

煙葉樣品的采集與土壤樣品相對(duì)應(yīng)，煙葉樣品采摘后用去離子水沖洗干凈，放到烘箱中105 ℃殺青1 h，然后于60 ℃烘干，粉碎過(guò)60目篩，保存于自封袋中，備用。

1.2 分析方法

稱(chēng)取0.1~0.2 g（精確至0.0001 g）土壤樣品于微波消解罐中，加入5 mL HNO3、1 mL HF和2 mL H2O2，靜置0.5 h后進(jìn)行微波消解；稱(chēng)取0.3~ 0.5 g（精確至0.0001 g）煙葉樣品于微波消解罐中，加入5 mL HNO3和2 mL H2O2，靜置0.5 h后進(jìn)行微波消解。

微波消解條件：0~120 ℃，升溫6 min，保持3 min；120~150 ℃，升溫3 min，保持3 min；150~190℃，升溫4 min，保持30 min。消解完畢后，將消解液用超純水稀釋至50 mL 塑料容量瓶中，離線加入1 mL 0.5 mg/L內(nèi)標(biāo)元素Rh，待測(cè)。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量3次。同時(shí)做加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)茶葉（GBW 10052）驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性。

用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測(cè)定土壤和煙葉樣品中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn和Hg共8種重金屬元素含量。

1.3 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

內(nèi)梅羅指數(shù)法是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行綜合污染指數(shù)計(jì)算的最常用的方法之一。本研究運(yùn)用內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)撫州煙區(qū)土壤重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（1） 單因子指數(shù)

式中：P為重金屬元素的污染指數(shù)；C為重金屬含量實(shí)測(cè)值；S為土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值。

（2）綜合指數(shù)法

表 1 土壤單項(xiàng)和綜合污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.4 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 14.0進(jìn)行方差分析和相關(guān)分析。

2 結(jié) 果

2.1 撫州煙區(qū)土壤中重金屬含量差異

撫州煙區(qū)土壤As含量為（5.79±4.15） mg/kg。土壤As含量崇仁、樂(lè)安＞宜黃、廣昌、資溪、黎川（表2），含量差異達(dá)5%顯著水準(zhǔn)。Cd含量為（0.24±0.20） mg/kg，順序?yàn)橘Y溪、宜黃＞崇仁=黎川=樂(lè)安＞廣昌，資溪煙區(qū)土壤中Cd含量顯著高于崇仁、黎川、樂(lè)安和廣昌煙區(qū)土壤中Cd含量。Cr含量為（34.88±14.57） mg/kg，順序?yàn)橐它S＞資溪＞廣昌＞黎川＞崇仁＞樂(lè)安，宜黃煙區(qū)土壤中Cr含量顯著高于廣昌、黎川、崇仁和樂(lè)安煙區(qū)的；Cu含量為（20.73±10.47）mg/kg，順序?yàn)橐它S＞資溪廣昌＞黎川＞崇仁＞樂(lè)安，宜黃和資溪煙區(qū)土壤中Cu含量顯著高于其他煙區(qū)土壤中Cd含量；Ni含量為（15.36±7.43） mg/kg，順序?yàn)橐它S＞資溪＞崇仁＞黎川＞廣昌＞樂(lè)安，宜黃和資溪煙區(qū)土壤中Ni含量顯著高于其他煙區(qū)土壤中Ni含量；Pb含量為（59.83±28.06） mg/kg，順序?yàn)橘Y溪＞黎川＞宜黃＞廣昌＞樂(lè)安＞崇仁，資溪煙區(qū)土壤中Pb含量顯著高于其他煙區(qū)土壤中Pb含量；Zn含量為（92.12±49.67） mg/kg，順序?yàn)橘Y溪＞宜黃＞廣昌＞黎川＞樂(lè)安＞崇仁，資溪和宜黃煙區(qū)土壤中Zn含量顯著高于其他煙區(qū)土壤中Zn含量；Hg含量為（0.177±0.220） mg/kg，順序?yàn)槔璐ǎ举Y溪＞廣昌＞宜黃＞崇仁＞樂(lè)安，黎川和廣昌煙區(qū)土壤中Hg含量顯著高于其他煙區(qū)土壤中Hg含量。

表2 撫州煙區(qū)土壤重金屬含量 mg/kg

注：表中同一列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示差異達(dá)到5%顯著水平，下同。

撫州煙區(qū)土壤重金屬含量順序?yàn)閆n＞Pb＞Cr＞Cu＞Ni＞As＞Cd＞Hg，變異系數(shù)順序?yàn)镠g＞Cd＞As＞Zn＞Cu＞Ni＞Pb，其中Hg、Cd和As變異系數(shù)較大，分別為124.5%、82.1%和71.8%，表明撫州煙區(qū)土壤中這3種元素分布極不均勻。

2.2 撫州煙區(qū)土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

從表3可知，撫州煙區(qū)土壤中重金屬單因子污染指數(shù)順序?yàn)镃d＞Hg＞Zn＞Cu＞Ni＞Pb＞Cr＞As，資溪、宜黃煙區(qū)土壤Cd單因子指數(shù)分別為1.23和1.07，黎川煙區(qū)土壤Hg單因子指數(shù)為1.05，可見(jiàn)Cd和Hg為江西撫州煙區(qū)土壤主要風(fēng)險(xiǎn)因子。

撫州煙區(qū)土壤中重金屬綜合污染指數(shù)順序?yàn)橘Y溪＞宜黃＞黎川＞廣昌＞崇仁＞樂(lè)安，資溪煙區(qū)土壤重金屬綜合污染指數(shù)高達(dá)1.03，其煙區(qū)土壤已受到輕度污染；宜黃、黎川和廣昌煙區(qū)土壤污染程度處于警戒線等級(jí)；樂(lè)安、崇仁煙區(qū)土壤尚處于安全水平。撫州煙區(qū)土壤重金屬綜合污染指數(shù)為0.80，可見(jiàn)撫州煙區(qū)土壤重金屬污染程度總體上處于警戒線等級(jí)。

表3 撫州煙區(qū)土壤單因子和綜合污染指數(shù)

2.3 撫州煙葉中重金屬含量差異

撫州煙區(qū)煙葉As含量為（0.30±0.17） mg/kg，順序?yàn)闃?lè)安=黎川＞廣昌＞崇仁＞資溪＞宜黃（表4），樂(lè)安、黎川、廣昌和崇仁煙葉中As含量顯著高于資溪、宜黃煙葉中As含量；Cd含量為（2.80±1.37）mg/kg，順序?yàn)橘Y溪＞黎川＞崇仁＞宜黃＞樂(lè)安＞廣昌，資溪、黎川煙葉中Cd含量顯著高于其他煙區(qū)煙葉中Cd含量；Cr含量為（2.60±2.29） mg/kg，順序?yàn)閺V昌＞崇仁＞黎川＞樂(lè)安＞資溪＞宜黃，廣昌煙葉中Cr含量顯著高于其他煙區(qū)煙葉中Cr含量；Cu含量為（10.57±4.56） mg/kg，順序?yàn)橐它S＞黎川＞廣昌＞崇仁＞樂(lè)安＞資溪，所有煙區(qū)煙葉中Cu含量無(wú)顯著差異；Ni含量為（2.36±2.65） mg/kg，順序?yàn)闃?lè)安＞廣昌＞黎川＞資溪＞宜黃＞崇仁，樂(lè)安煙葉中Ni含量顯著高于宜黃和崇仁煙葉中Ni含量；Pb含量為（3.32±1.72） mg/kg，順序?yàn)橘Y溪＞黎川＞崇仁＞樂(lè)安＞宜黃＞廣昌，資溪煙葉中Pb含量顯著高于崇仁、樂(lè)安、宜黃和廣昌煙葉中Pb含量；Zn含量為（79.33±47.34） mg/kg，順序?yàn)橘Y溪＞黎川＞宜黃＞廣昌＞樂(lè)安＞崇仁，資溪煙葉中Zn含量顯著高于其他煙區(qū)煙葉中Zn含量；Hg含量為（0.077±0.045） mg/kg，順序?yàn)闃?lè)安＞崇仁＞廣昌＞資溪＞黎川＞宜黃，樂(lè)安、崇仁和廣昌煙葉中Hg含量顯著高于資溪、黎川和宜黃煙葉中Hg含量。

撫州煙區(qū)煙葉中重金屬含量順序?yàn)閆n＞Cu＞Pb＞Cd＞Cr＞Ni＞As＞Hg，變異系數(shù)順序?yàn)镹i＞Cr＞Zn＞Hg＞As＞Pb＞Cd＞Cu，其中Ni、Cr變異系數(shù)分別為112.1%和88.2%。

2.4 土壤和煙葉中重金屬含量的相關(guān)性

由表5可知，撫州煙區(qū)土壤中As與Cr、Cu、Ni，Cd與Cr、Cu、Ni、Pb、Zn，Cr與Cu、Ni、Zn，Cu與Ni、Pb、Zn、Hg，Ni與Pb、Zn、Hg，Pb與Zn、Hg，Zn與Hg含量均呈顯著或極顯著正相關(guān)，表明這些元素在煙區(qū)土壤中存在較強(qiáng)的伴生關(guān)系[9-10]，或來(lái)自同一污染源的概率較大。As與Pb、Zn表現(xiàn)出顯著性或極顯著負(fù)相關(guān)，表明As累積具有獨(dú)特性，與Pb、Zn對(duì)土壤造成復(fù)合污染的可能性較小。徐暢等[11]研究發(fā)現(xiàn)煙區(qū)土壤中As與Cr、Cu、Ni表現(xiàn)出顯著性負(fù)相關(guān)。

煙葉中As與Ni、Pb、Hg，Cd與Cu、Pb、Zn，Cr與Hg、Ni，Pb與Zn含量呈顯著或極顯著正相關(guān)，表明這些元素在煙葉體內(nèi)存在協(xié)同作用，Ni與Cr含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，則表明Ni與Cr在煙葉體內(nèi)存在拮抗作用。

As、Cu、Pb和Zn在土壤—煙葉中的含量呈顯著或極顯著正相關(guān)，說(shuō)明土壤中的As、Cu、Pb和Zn含量是影響它們?cè)跓熑~中含量的主要因素。Hg在土壤和煙葉中的含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。湯浪濤[12]等研究發(fā)現(xiàn)Pb、Cr和Hg在土壤—煙葉中的含量呈顯著或極顯著正相關(guān)。

表4 撫州煙區(qū)煙葉中重金屬含量 mg/kg

2.5 撫州煙葉重金屬富集能力

植物對(duì)土壤元素的吸收富集能力，可用植物體內(nèi)某元素的含量與植物生長(zhǎng)底質(zhì)中某元素背景值比率即富集系數(shù)（C）來(lái)表示。當(dāng)C≥3強(qiáng)烈富集，C≥1.5時(shí)相對(duì)富集，C=0.5~1.5時(shí)二者屬同一水平，C<0.5時(shí)相對(duì)貧化，C<0.1時(shí)強(qiáng)烈貧化[13]。

從表6可看出，煙葉對(duì)重金屬元素富集能力差異較大，富集系數(shù)Cd＞＞Zn＞Cu＞Hg＞Ni＞Cr＞Pb＞As，相應(yīng)的值分別為11.67、0.86、0.51、0.44、0.15、0.07、0.06和0.05。煙葉對(duì)Cd具有極強(qiáng)的富集能力，煙草屬于Cd強(qiáng)烈富集作物。本研究與閆慧峰等[14]關(guān)于山東臨朐煙區(qū)煙葉重金屬富集結(jié)果吻合。

表5 撫州煙區(qū)土壤中重金屬和煙葉中重金屬含量相關(guān)性（1-土壤，2-煙葉）

注：*表示<0.05，**表示<0.01。

表6 撫州煙葉重金屬富集系數(shù)

3 討論

3.1 與其他煙區(qū)土壤重金屬含量的比較

我國(guó)其他煙區(qū)土壤（重慶市[11]、云南曲靖[12]、山東臨朐[14]、貴州[15]和安徽池州[16]）中As平均含量為8.77 ~ 15.5 mg/kg，Cd平均含量為0.14 ~ 0.492 mg/kg，Cr平均含量為 40.45 ~ 83.62 mg/kg，Ni平均含量為10.79 ~ 19.28 mg/kg，Cu平均含量為25.40 ~ 32.91 mg/kg，Pb 平均含量為11.93 ~ 46.18 mg/kg，Zn平均含量為26.03 ~ 71.09 mg/kg和Hg平均含量為0.06 ~ 0.340 mg/kg。與其他煙區(qū)土壤比較，撫州煙區(qū)土壤Pb和Zn含量相對(duì)較高，Cd和Hg含量基本在其他煙區(qū)土壤重金屬的含量范圍內(nèi)，而As、Cr和Cu含量相對(duì)較低。

撫州煙區(qū)土壤中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn和Hg 8種重金屬元素含量總體上均低于國(guó)家土壤二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[17]，但部分煙區(qū)土壤中Cd、Hg、Zn和Cu含量超過(guò)了污染限量，其超標(biāo)率分別為26.0%、22.0%、5.1%和1.7%。

3.2 與其他煙區(qū)煙葉重金屬含量的比較

我國(guó)其他煙區(qū)煙葉中As的平均含量為0.23~ 0.66 mg/kg[8,14-15,18-19]，Cd的平均含量為0.15~9.42 mg/kg[8,14-15,18-19]，Cr的平均含量為1.07~1.78 mg/kg[12,14]，Cu平均含量為平均含量為7.89~32.24 mg/kg[18,20]，Ni平均含量為0.71~2.84 mg/kg[18]，Pb平均含量為0.89 ~ 9.65 mg/kg[8,12,14-15,18-19]，Zn平均含量為30.61 ~ 43.68 mg/kg[14,21-23]和Hg平均含量為0.04 ~ 0.14 mg/kg[12,14-15,19]。與我國(guó)其他煙區(qū)煙葉比較，撫州煙葉中Cr和Zn含量相對(duì)較高，As、Cd、Cu、Ni、Pb和Hg含量基本在其他煙區(qū)煙葉重金屬的含量范圍內(nèi)。

3.3 影響煙葉重金屬含量的因素

研究表明，煙葉化學(xué)成分與煙區(qū)土壤、氣候、栽培措施和品種等因素有著密切的關(guān)系[5,7,24-26]。本研究認(rèn)為，土壤對(duì)煙葉中As、Cu、Pb、Zn和Hg含量具有決定性作用。湯浪濤等[12]研究發(fā)現(xiàn)煙葉中Pb、Cr、Hg的含量與土壤中的含量存在直接關(guān)系。黃愛(ài)纓等[27]研究亦認(rèn)為土壤-氣候條件對(duì)煙葉Cu、Zn、Ni、Pb、Cd和Hg含量具有很大影響，且土壤理化指標(biāo)與煙葉重金屬含量有一定程度的聯(lián)系，氣象因子的作用是次要的，品種的影響則可忽略不計(jì)。總之，土壤對(duì)煙葉重金屬含量影響最大。

本研究發(fā)現(xiàn)，土壤中Hg、Cd和As變異系數(shù)較大，而煙葉中Hg、Cd和As變異系數(shù)相對(duì)較小；土壤中Ni和Cr變異系數(shù)較小，而煙葉中Ni、Cr變異系數(shù)相對(duì)較大，此可能是受不同元素在煙葉中有著不同的吸收代謝等生理活動(dòng)或不同土壤理化性質(zhì)影響所致。

4 結(jié) 論

撫州煙區(qū)土壤重金屬含量順序?yàn)閆n＞Pb＞Cr＞Cu＞Ni＞As＞Cd＞Hg，Hg、Cd和As變異系數(shù)較大。雖然撫州煙區(qū)土壤重金屬平均含量低于我國(guó)土壤二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但部分煙區(qū)土壤中Cd、Hg、Zn和Cu含量超過(guò)了相應(yīng)的規(guī)定值。通過(guò)內(nèi)梅羅指數(shù)法可知，Cd和Hg為撫州煙區(qū)土壤主要風(fēng)險(xiǎn)因子，資溪、宜黃煙區(qū)土壤中Cd和黎川煙區(qū)土壤中Hg已呈現(xiàn)輕度污染，撫州煙區(qū)土壤重金屬污染整體上已處于警戒線水平。

撫州煙葉重金屬含量順序?yàn)閆n＞Cu＞Pb＞Cd＞Cr＞Ni＞As＞Hg。與其他煙區(qū)煙葉相比，撫州煙葉Zn和Cr含量相對(duì)較高。煙葉中As、Cu、Pb和Zn含量與土壤相應(yīng)元素的含量呈顯著或極顯著正相關(guān)，表明煙葉中重金屬含量主要受到土壤影響。煙草對(duì)Cd具有極強(qiáng)的富集作用，屬于Cd強(qiáng)烈富集作物。

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Assessment on Heavy Metals in Soil and Tobacco Leaves in Fuzhou of Jiangxi Province

WEI Yihua, CHEN Yunxia, ZHOU Yaomin, HE Junhai, LUO Linguang*

(Institute for Quality & Safety and Standards of Agricultural Products, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, China)

The contents of As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn and Hg in soils and tobacco in Fuzhou of Jiangxi province were determined. The Nemero pollution index were used to evaluate the soil pollution. The result showed that heavy metal contents in Fuzhou soil were lower than those of the second grade of standards for soil environmental quality of China (GB15618-1995), and soil pollution level belonged to precaution range. Cd and Hg were major risk factors in soil. Heavy metals contents of soils and tobacco in Fuzhou were Zn>Pb>Cr>Cu>Ni>As>Cd>Hg and Zn >Cu >Pb>Cd>Cr>Ni>As>Hg. The coefficient of variation of Hg, Cd, As in soils and Ni, Cr in tobacco were relatively high. Enrichment factors of heavy metals in tobacco were Cd>Zn>Cu>Hg>Ni>Cr>Pb>As. The enrichment factor of Cd was as high as 11.67, which suggests tobacco is one of the high Cd enrichment crops.

soil; tobacco leaf; heavy metal; risk assessment; Fuzhou

S572.06

1007-5119（2014）01-0019-07

10.13496/j.issn.1007-5119.2014.01.004

江西省煙草專(zhuān)賣(mài)局（公司）項(xiàng)目（201001017）

魏益華，助理研究員，碩士，主要從事農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全方面的研究。E-mail：weiyihua08@163.com。

通信作者，E-mail：luolinguang@126.com

2013-11-13