基于煙葉Cd消減率和修復邊際效率評價Cd鈍化劑修復效果

段淑輝，肖艷松，李玉輝，劉勇軍，范才銀，陳鵬峰，陳世寶，周志成*

?

基于煙葉Cd消減率和修復邊際效率評價Cd鈍化劑修復效果

段淑輝1,2，肖艷松3，李玉輝4，劉勇軍2，范才銀5，陳鵬峰6，陳世寶7，周志成2*

（1.湖南農業大學資源環境學院，長沙 410128；2.湖南省煙草科學研究所，長沙 410010；3.郴州市煙草公司，湖南 郴州 423000；4.湖南省煙草公司，長沙 410010；5.衡陽市煙草公司，湖南 衡陽 421000；6.長沙市煙草公司，長沙 410000；7.中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，北京 100081）

我國農田鎘污染問題日益嚴重，低成本、高效、綠色環保的土壤鎘鈍化技術研發是我國目前農田重金屬污染治理需要解決的關鍵問題。以湖南鎘（Cd）重度污染水稻土為對象，以云煙87和K326兩個烤煙品種為試材，通過盆栽試驗，以土壤Cd有效態含量降低率、煙葉Cd消減率和修復邊際效率為指標，對4種不同鈍化劑的修復效果進行了評價。結果表明，土壤鈍化劑的添加顯著降低了煙葉對Cd的吸收（<0.05）。與對照相比，土壤Cd有效態含量降低率為17.69%~35.65%，煙葉Cd消減率為25.08%~60.75%，4種鈍化劑修復邊際效率為2.84%~21.98%；隨著鈍化劑施用濃度的增加，土壤Cd有效態含量降低率和煙葉Cd消減率均顯著增加，但煙葉Cd修復邊際效率呈明顯遞減趨勢，1%施用濃度比2%和4%施用濃度分別高出69.42%和152.73%；鈍化劑對K326煙葉的Cd修復邊際效率比云煙87高13.21%。綜合土壤Cd有效態含量降低率、煙葉Cd消減率和修復邊際效率3個評價指標，不同鈍化劑的修復效果順序為生物炭鈍化劑FB>羥基磷鈍化劑FP>巖基鈍化劑FA>黏土礦物鈍化劑FS。

鎘；土壤；烤煙；鈍化劑；煙葉Cd消減率；修復邊際效率

近年來，隨著我國經濟的快速發展，工業“三廢”及肥料、農藥、污水灌溉等農業源重金屬污染的不斷加劇，我國土壤重金屬（Cd，Pb，As等）污染正在呈現快速發展趨勢[1-4]。重金屬元素中，鎘（Cd）污染最為嚴重，全國耕地Cd點位超標率高達到7.0%[5]。由于有色金屬儲量豐富，開采、冶煉活動頻繁，湖南部分地區農田重金屬Cd污染問題尤為突出[6-8]。煙草屬于易累積Cd的經濟作物之一，Cd污染脅迫不僅影響煙草的生理過程，同時也會降低煙葉的品質，并通過吸食影響吸煙者的健康[9-11]。低成本、高效、綠色環保的土壤重金屬鈍化技術是農田重金屬治理及提高煙葉安全性的關鍵。目前我國重金屬污染農田治理實踐中，原位鈍化修復技術研究成果較多[12-15]，應用廣泛，但仍然存在諸多問題，低成本、環境友好型的高效重金屬鈍化劑產品較少；現有土壤重金屬鈍化技術穩定性差，大規模推廣較少；另外，在重金屬污染土壤修復效果評價上，修復成本是必須要關注的一個重要指標，而前人研究很少涉及。鄭涵等[16]于2018年首次提出修復邊際效率的概念，將修復效果與修復成本相結合對修復技術進行量化評價，具有重要實踐價值。本文以烤煙為材料，以Cd重度污染的農田土壤為對象，開展實驗室盆栽試驗，以土壤Cd有效態含量降低率、煙葉Cd消減率和修復邊際效率為指標，對研制的4種不同鈍化劑的修復效果進行綜合評價，以期為Cd污染農田的修復提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試土壤與烤煙

采集湖南Cd重度污染區域0~20 cm的表層土壤，土壤類型為水稻土。將采集的土壤自然風干后，剔除植物根系與礫石，過2 mm尼龍篩備用。

土壤理化性質測定：土壤pH、有機質含量、陽離子交換量（CEC）及黏粒（<0.002 mm）含量的測定按照文獻[17]中方法進行測定。供試土壤基本理化性質見表1。

供試煙草：云煙87和K326，均為湖南主栽烤煙品種。

表 1 供試土壤基本理化性質

1.2 不同鈍化劑制備及性質測定

1.2.1 供試鈍化劑制備 巖基鈍化劑FA、黏土礦物鈍化劑FS、羥基磷鈍化劑FP及生物炭鈍化劑FB 分別以巖基礦物粉、次生黏土礦物粉、羥基磷酸鈣、生物炭及腐殖質細顆粒過320目篩后，以不同比例組配而成。

1.2.2 不同鈍化劑的性質表征 將上述鈍化劑于65 ℃烘干后，過320目的尼龍篩，進行性質測定。鈍化劑pH 值采用電位法測定，水土比為2.5∶1；平均粒徑采用激光粒度儀（LA-950，日本HORIBA公司）進行測定；比表面積采用BET-N2法進行測定（美國康塔儀器公司，Autosorb-IQ）；礦物相成分測定采用X-光衍射（XRD）法進行測定（德國布魯克公司，D8單晶X射線衍射儀）。不同鈍化劑性質測定結果見表2~3。

從表2可以看出，4種鈍化劑均呈現堿性，pH為7.84~8.16。平均幾何粒徑為9.53~29.6 μm；比表面為21.27~62.81 m2/g，其中比表面最小為FS鈍化劑，最大的為FB鈍化劑。不同鈍化劑的陽離子交換量為125.6~210.3 cmol+/kg，最大的為FA鈍化劑。不同鈍化劑中均未檢測出Cd（低于檢測下限），含有的Pb濃度為0.68~4.73 mg/kg，低于土壤鈍化劑中對Pb的限定濃度值（NY/T 3034—2016）。另外，利用XRD對不同鈍化劑中主要化合物進行檢測發現（表3），不同鈍化劑的主要成分間有較大差異，其中SiO2含量為20.8%~43.4%，其他為鉀長石（2.3%~37.6%）、鎂鐵礦（4.8%~23.6%）及鈉長石、輝石等礦物成分。

表2 不同土壤鈍化劑的基本理化性質

注：ND，not detected，未檢出。

表3 供試鈍化劑的礦物相成分X-光衍射(XRD)測試結果

1.3 試驗處理

采取盆栽方式，于2017年3—7月在湖南寧鄉煙科所試驗基地溫室大棚內進行。將供試土壤自然風干后過2 mm篩裝盆，每盆裝土10 kg，將上述4種鈍化劑（FS、FA、FB、FP）分別按照1.0%、2.0%與4.0%比例與土壤充分混勻，調節至最大田間持水量（70%），加入煙草底肥后移栽云煙87和K326兩個品種烤煙煙苗，進行全生育期實驗。每個烤煙品種分別設13個處理，分別為：CK(不施鈍化劑)、FS 1%、FS 2%、FS 4%、FA 1%、FA 2%、FA 4%、FB 1%、FB 2%、FB 4%、FP 1%、FP 2%、FP4%。每個處理設3個重復，共78盆。

試驗于移栽后76 d采摘下部葉3~5片，中、上部葉于移栽后114 d，試驗結束時采集。

1.4 測試項目及分析方法

土壤有效態Cd采用DTPA-CaCl2法浸提，土壤Cd采用HNO3-HClO4-HF消化，植物樣Cd采用HNO3-HClO4消化，消解液中Cd含量利用ICP-MS測定[17-18]。

本試驗中，土壤Cd有效態含量降低率=（對照土壤Cd有效態含量?鈍化劑處理土壤Cd有效態含量）/對照土壤Cd有效態含量×100%。

煙葉Cd消減率=（對照土壤中煙葉Cd含量-鈍化劑處理煙葉Cd含量）/對照煙葉Cd含量×100%。

煙葉Cd富集系數BCF=煙葉Cd含量/土壤Cd含量。

修復邊際效率定義為每1500元成品鈍化劑（主要包括原材料及其制備費，不含運輸與田間施用人工成本）在1 hm2農田范圍內對烤煙煙葉Cd的消減率：

修復邊際效率RE=煙葉Cd消減率/鈍化劑成本（以1500元/hm2土壤計）。

本試驗中，鈍化劑FA、FS、FP、FB每100 kg的制備成本分別為25、55、35和20元。

1.5 統計分析

所有試驗數據采用Excel 2007和SAS 9.2分析，進行不同處理間的顯著性（<0.05）分析。

2 結 果

2.1 鈍化劑對土壤Cd活性的影響

大量研究表明，土壤Cd的生物有效性與土壤中Cd的形態密切相關，土壤Cd有效態含量能在一定程度上表征土壤Cd生物有效性[19-20]。土壤中基于DTPA浸提土壤中有效態Cd含量測定結果表明（圖1），4種土壤鈍化劑的添加均顯著降低了土壤Cd有效態含量，降低了土壤中Cd的活性。與對照相比，各處理土壤Cd有效態含量降低17.69%~ 35.65%；隨著土壤鈍化劑施用濃度的增加，土壤Cd有效態含量降低率也顯著增加，在4.0%施用濃度處理中，土壤Cd有效態含量分別降低24.03%~ 35.65%。但隨著鈍化劑施用濃度的增加，土壤Cd有效態含量降低率增幅逐漸減弱，4種鈍化劑變化規律基本一致?？傮w而言，不同鈍化劑效果順序為FB>FA≈FP>FS。

圖1 不同鈍化劑處理對土壤Cd有效態含量的影響

2.2 不同鈍化劑對煙葉Cd吸收轉運的影響

3種不同濃度鈍化劑對煙葉不同部位Cd含量的影響見表4。對照處理中，煙葉Cd含量為4.795~10.516 mg/kg，K326品種烤煙葉片Cd含量較云煙87高，平均高出22.41%，說明K326對Cd吸收能力大于云煙87，與前人[21-22]研究結果一致，這主要是不同品種對鎘脅迫的生理響應及抗性差異所致。從煙葉不同部位比較來看，3個部位Cd含量大小順序為下部葉>中部葉>上部葉，各處理均以下部葉積累Cd較多，上部葉較少，與前人[23-24]研究結果一致。

表 4 不同濃度的鈍化劑處理對煙葉不同部位Cd含量的影響

注：煙葉Cd平均含量=（上部葉含量×上部葉生物量+中部葉含量×中部葉生物量+下部葉含量×下部葉生物量）/（上部葉生物量+中部葉生物量+下部葉生物量）。同列中字母不同表示差異顯著(<0.05)。

Note：Average content of leaf Cd=(upper leaf Cd content×upper leaf biomass+middle leaf Cd content×middle leaf biomass+lower leaf Cd content×lower leaf biomass)/ (upper leaf biomass+middle leaf biomass+lower leaf biomass). Different letters in the same column indicate significant differences (<0.05).

總體而言，4種不同鈍化劑均可不同程度降低云煙87和K326煙葉中Cd含量，1%添加濃度下，降低幅度均達到顯著水平。隨著鈍化劑添加濃度的增加，煙葉中Cd含量顯著下降，在4.0%添加濃度下，降低煙葉Cd效果最顯著。

不同鈍化劑對2個品種烤煙煙葉Cd消減率影響見圖2。4種鈍化劑降低云煙87和K326品種煙葉Cd效果差異不大。1%添加量可以降低煙葉Cd 25.08%~36.54%，2%添加量可降低煙葉Cd 29.48%~40.23%，4.0%添加量可以降低煙葉Cd 42.63%~60.75%。隨著鈍化劑施用量的增加，煙葉Cd消減率逐漸增加，但在1%添加量基礎上繼續添加鈍化劑，煙葉降Cd效果減緩，這與孫約兵等[25]人研究結果一致。

富集系數表征土壤-植物體系中重金屬遷移的難易程度，是反映植物將重金屬吸收轉移到體內能力大小的評價指標。不同鈍化劑處理煙葉Cd的富集系數變化見圖3。對照土壤中，云煙87煙葉Cd富集系數為2.58~4.55，K326富集系數為2.73~5.65，添加不同鈍化劑后2種烤煙煙葉對Cd的富集系數顯著下降。4種不同鈍化劑對云煙87的富集系數降低范圍為27.75%~46.67%，對K326富集系數降低范圍為25.08%~60.75%，鈍化劑對K326煙葉降Cd效果優于云煙87。

圖2 不同鈍化劑處理對云煙87（左圖）和K326（右圖）品種煙葉Cd消減率的影響

圖3 不同濃度鈍化劑對煙葉Cd富集系數的影響

2.3 土壤Cd與煙葉Cd相關性

研究表明，土壤-植物系統中重金屬的積累能力和生物毒性，不僅與其總量有關，更大程度上由其有效態含量決定。從圖4可以看出，隨著土壤Cd有效態含量增加，煙葉Cd含量隨之增加。云煙87和K326煙葉Cd含量與土壤有效態Cd含量間均呈顯著正相關關系（<0.05）。但煙葉Cd消減率與土壤Cd有效態含量降低率之間相關性不顯著。

2.4 不同鈍化劑的修復邊際效率

從圖5中可以看出，不同鈍化劑修復邊際效率存在較大差異，4種鈍化劑對Cd污染土壤煙葉Cd修復邊際效率為2.84%~21.98%。不同鈍化劑對云煙87和K326煙葉Cd修復邊際效率均值分別為7.57%和8.58%，相較云煙87，鈍化劑對K326煙葉的Cd修復邊際效率平均高出13.21%。4種鈍化劑添加量越高，修復效果越好，但Cd修復邊際效率呈明顯遞減趨勢。1%施用濃度下，修復邊際效率最高，平均值為12.19%，比2%和4%施用濃度分別高出69.42%和152.73%。相同添加量時，4種鈍化劑對煙葉Cd修復邊際效率從高到低排序為：FB>FP>FS≈FA。FB鈍化劑在1%施用濃度下，煙葉Cd修復邊際效率最大，為20.43%。

注：*表示在0.05水平（雙側）上顯著相關。Note: *, The correlation was significant correlation at 0.05 level.

圖5 不同鈍化劑對Cd污染土壤的修復邊際效率

3 討 論

土壤原位鈍化修復技術因操作簡單、見效快且適合大面積推廣，在重金屬污染土壤修復，尤其是重金屬污染農田修復中有著不可替代的作用[26-29]。目前我國還未出臺污染農田修復標準[30-31]，土壤化學原位鈍化修復效果主要以農產品達標率進行評價。由于農田污染程度高低不同，以達標率對原位鈍化劑效果進行評價比較并不客觀。對于煙草而言，目前還未出臺煙葉重金屬限量標準。前人研究多以煙葉Cd消減率或富集系數作為修復效果評價指標[32-34]。從研究結果來看，不同鈍化劑對云煙87品種煙葉Cd消減率為27.75%~46.67%，對K326品種煙葉Cd消減率為25.08%~60.75%，生物炭鈍化劑FB對K326品種煙葉Cd消減率超過60%，具有較好的修復效果。

除了考慮修復效果外，對于大面積污染農田修復而言，修復成本也是一個關鍵因素。本研究中，4種化學鈍化劑主要來源于天然非金屬礦產、農業廢棄物等材料，來源廣泛、成本較低。4種鈍化劑含有SiO2、鉀長石、鎂鐵礦及鈉長石、輝石等礦物成分，主要含有Si、K、Mg、Fe、Na等化學元素，在緩解重金屬對作物生理代謝毒害的同時，為作物提供營養，促進作物生長發育[35-39]。本研究通過計算不同鈍化劑的修復邊際效率對鈍化劑修復效果進行了定量評價。從研究結果來看，不同鈍化劑對云煙87和K326煙葉Cd修復邊際效率均值分別為7.57%和8.58%。4種不同鈍化劑隨添加量的上升，修復效果更好，但其對煙葉Cd修復邊際效率呈明顯遞減趨勢，生物炭鈍化劑FB在1%施用濃度下，煙葉Cd修復邊際效率最大，為20.43%。因此，在對鈍化劑修復效果進行評價時，綜合考慮煙葉降Cd率和修復邊際效率，結果更為科學客觀。

4 結 論

在Cd污染煙田中施用土壤鈍化劑，可有效降低土壤有效態Cd含量，降低土壤Cd生物有效性，減少烤煙葉片對Cd的富集。隨著鈍化劑施用濃度的增加，土壤有效態Cd降低率和煙葉Cd消減率隨之增加，但煙葉Cd修復邊際效率呈明顯遞減趨勢。不同鈍化劑的修復效果順序為生物炭鈍化劑FB>羥基磷鈍化劑FP>巖基鈍化劑FA>黏土礦物鈍化劑FS。

[1] 陳濤，常慶瑞，劉京，等. 長期污灌農田土壤重金屬污染及潛在環境風險評價[J]. 農業環境科學學報，2012，31（11）：2152-2159.

CHEN T, CHANG Q R, LIU J, et al. Pollution and potential environment risk assessment of soil heavy metals in sewage irrigation area[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2012, 31(11): 2152-2159.

[2] 李斌，趙春江. 我國當前農產品產地土壤重金屬污染形勢及檢測技術分析[J]. 農業資源與環境學報，2013（5）：1-7.

LI B, ZHAO C J. Current situation of heavy metals pollution in soil at farmland and detection technologies analysis in China[J]. Journal of Agricultural Resources and Environment, 2013(5): 1-7.

[3] HE B, YUN Z J, SHI J B, et al. Research progress of heavy metal pollution in China: Sources, analytica methods, status, and toxicity[J]. Chinese Science Bulletin, 2013, 58(2): 134-140.

[4] 莊國泰．我國土壤污染現狀與防控策略[J]．中國科學院院刊，2015，30（4）：477-483.

ZHUANG G T. Current situation of national soil pollutionand strategies on prevention and control[J]. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2015, 30(4): 477-483.

[5] 環境保護部，國土資源部. 全國土壤污染狀況調查公報[J]．中國環保產業，2014（5）：10-11.

Ministry of Environmental Protection，Ministry of Land and Resources. National soil pollution survey communique[J]. China Environmental Protection Industry , 2014(5): 10-11.

[6] 曹雪瑩，張莎娜，譚長銀，等. 中南大型有色金屬冶煉廠周邊農田土壤重金屬污染特征研究[J]. 土壤，2015，47（1）：94-99.

CAO X Y，ZHANG S N, TAN C Y, et al. Heavy metal contamination characteristics in soils around a nonferrous metal smelter in central southern China[J]. Soils, 2015 , 47(1): 94-99.

[7] 雷鳴，曾敏，鄭袁明，等. 湖南采礦區和冶煉區水稻土重金屬污染及其潛在風險評價[J]. 環境科學學報，2008，28（6）：1212-1220.

LEI M, ZENG M, ZHENG Y M, et al. Heavy metals pollution and potential ecological risk in paddy soils around min areas and smelting areas in Hunan Province[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2008, 28(6): 1212-1220.

[8] 雷丹. 湖南重金屬污染現狀分析及其修復對策[J]. 湖南有色金屬，2012，28（1）：57-60.

LEI D. Analysis on heavy metals pollution status in Hunan province and Iits remediation strategy[J]. Hunan Nonterrous Metals, 2012, 28(1): 57-60.

[9] HERMAND V, JULIO E, DORLHAC B F, et al. Inactivation of two newly identified tobacco heavy metal ATPases leads to reduced Zn and Cd accumulation in shoots and reduced pollen germination[J]. Metallomics, 2014, 6: 1427-1440.

[10] 馬新明，李春明，田志強，等. 鎘污染對烤煙光合特性、產量及其品質的影響[J]. 生態學報，2006，26（12）：4039-4043.

MA X M, LI C M, TIAN Z Q, et al. Effects of Cd pollution on photosynthetic characteristics , yield and quality of tobacco leaves[J]. Acta Ecologica Sinica, 2006, 26(12): 4039-4043.

[11] SATARUG S, MOORE M R. Adverse health effects of chronic exposure to low-level cadmium in foodstuffs and cigarette smoke[J]. Environmental Health Perspectives, 2004, 112: 1099-1103.

[12] 余貴芬，蔣新，趙振華，等. 腐殖酸存在下鎘和鉛對土壤脫氫酶活性的影響[J]. 環境化學，2006，25（2）：168-170.

YU G F, JIANG X, ZHAO Z H, et al. Dehydrogenase activity of Cd and Pb-contaminated soil in the presence of humic substances[J]. Environmental Chemistry, 2006, 25(2): 168-170.

[13] 周世偉，徐明崗. 磷酸鹽修復重金屬污染土壤的研究進展[J]. 生態學報，2007，27：3043-3050.

ZHOU S W, XU M G. The progress in phosphate remediation of heavy metal-contaminated soil[J]. Acta Ecologica Sinica, 2007, 27: 3043-3050.

[14] LIANG X, HAN J, XU Y, et al. In situ field-scale remediation of Cd polluted paddy soil using sepiolite and palygorskite[J]. Geoderma, 2014, 235-236(4): 9-18.

[15] LUGON-MOULIN N, MARTIN F, KRAUSS M R, et al. Cadmium concentration in tobacco (L.) from different countries and its relationship with other elements[J]. Chemosphere, 2006, 63: 1074-1086.

[16] 鄭涵，安平，段淑輝，等. 基于籽粒Cd消減率與邊際效率評價Cd污染稻田的修復效果[J]. 農業工程學報，2018，34（1）：217-223.

ZHENG H, AN P, DUAN S H, et al. Remediation effect of Cd polluted paddy soil evaluated by grain Cd reduction rate and marginal efficiency[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(1): 217-223.

[17] 魯如坤. 土壤農業化學分析方法[M]. 北京：中國農業科技出版社，2000.

LU R K. Methods of soil agricultural chemical analysis [M]. Beijing: China Agriculture Press, 2000.

[18] SHERROD L A, DUNN G, PETERSON G A, et al. Inorganic carbonanalysis by modified pressre-calcimeter method[J]. Soil Science Society of American Journal, 2002, 66(1): 299-305.

[19] CRISTALDI A, CONTI G E, JHO E H, et al. Phytoremediation of contaminated soils by heavy metals and PAHs[J]. Environmental Technology & Innovation, 2017, 8: 309-326.

[20] SESHADRI B, BOLAN N S, CHOPPALA G, et al. Potential value of phosphate compounds in enhancing immobilization and reducing bioavailability of mixed heavy metal contaminants in shooting range soil[J]. Chemosphere, 2017, 184: 197-206.

[21] 劉義新，陶涌，孟麗華, 等. 烤煙品種K326 和云煙87對鎘脅迫的生理響應及抗性差異[J]. 中國煙草科學，2008，29（4）：1-5.

LIU Y X, TAO Y, MENG L H, et al. Physiological Response and Resistance of K326 and Yunyan87 to Cadmium[J]. Chinese Tobacco Science, 2008, 29(4): 1-5.

[22] 王浩浩，劉海偉，石屹，等. 烤煙品種對鎘吸收累積敏感性差異研究[J]. 中國煙草科學，2013，34（6）：64-69.

WANG H H, LIU H W, SHI Y, et al. Sensibility variation of cadmium uptake and accumulation among flue-cured tobacco varieties[J] . Chinese Tobacco Science, 2013, 34(6): 64-69.

[23] 吳玉萍，楊虹琦，徐照麗，等. 重金屬鎘在烤煙中的累積分配[J]. 中國煙草科學，2008，29（5）：37-39.

WU Y P, YANG H Q, XU Z L, et al. Accumulation and distribution of cadmium in flue-cured tobacco[J]. Chinese Tobacco Science, 2008, 29(5): 37-39.

[24] 賈洋洋，李葒葒，王果. 3種烤煙中Cd分配累積規律及土壤Cd安全臨界值的研究[J]. 安全與環境學報，2015，15（5）：335-340.

JIA Y Y, LI H H, WANG G. On the accumulation and distribution regularity of cadmium in the 3 varieties of tobacco and their safety thresholds in the involved soils[J]. Journal of Safety and Environment, 2015, 15(5): 335-340.

[25] 孫約兵，徐應明，史新，等. 污灌區鎘污染土壤鈍化修復及其生態效應研究[J]. 中國環境科學，2012，32（8）：1467-1473.

SUN Y B, XU Y M, SHI X, et al. The immobilization remediation of Cd contaminated soils in wastewater irrigation region and its ecological effects[J]. China Environmental Science, 2012, 32(8): 1467-1473.

[26] 李劍睿，徐應明，林大松，等. 農田重金屬污染原位鈍化修復研究進展[J]. 生態環境學報，2014，23（4）：721-728.

LI J R, XU Y M, LIN D S, et al. In situ immobilization remediation of heavy metals in contaminated soils: A review[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(4): 721-728.

[27] 張桃林. 科學認識和防治耕地土壤重金屬污染[J]. 土壤，2015，47（3）：435-439.

ZHANG T L. More comprehensive understanding and effective control of heavy metal pollution of cultivated soils in China[J]. Soils, 2015, 47(3): 435-439.

[28] 成杰民，張英，王巖. 中國污染農地整理工程的環境問題及解決途徑[J]. 農業工程學報，2016，32（16）：1-6.

CHENG J M, ZHNAG Y, WANG Y. Potential environmental problems resulted from contaminated farmland and solution for land consolidation in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(16): 1-6.

[29] 官迪，紀雄輝. 鎘污染土壤鈍化修復機制及研究進展[J]. 湖南農業科學，2016（4）：119-122.

GUAN D, JI X H. Mechanism and research progress of passivation remediation of cadmium contaminated soil[J]. Hunan Agriculture Sciences, 2016(4): 119-122.

[30] 晁雷，周啟星，陳蘇. 建立污染土壤修復標準的探討[J]. 應用生態學報，2016，17（2）：331-334.

CHAO L, ZHOU Q X, CHEN S. An approach to the establishment of remediation standards for contaminated soils[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2016, 17(2): 331-334.

[31] 王濤，李惠民，史曉燕. 重金屬污染農田土壤修復效果評價指標體系分析[J]. 土壤通報，2016，47（3）：725-729.

WANG T, LI H M, SHI X Y. Analysis on evaluation system of remediation effectiveness in farmland soil contaminated by heavy metals[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2016, 47(3): 725-729.

[32] 盧紅，梅燕飛，郭怡卿，等. 增施鉀肥對煙葉中鎘含量

LU H, MEI Y F, GUO Y Q, et al. Effect of potassium

fertilizer on cadmium residue in tobacco leaf[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 2016, 29(2): 352-359.

[33] 尤方芳，趙銘欽，孫翠紅，等. 生物炭與不同肥料配施對鎘脅迫下煙葉和土壤中鎘含量的影響[J]. 中國農業科技導報，2016，18（4）：115-123.

YOU F F, ZHAO M Q, SUN C H, et al. Effects of combined application of biochar and different fertilizers on cadmium content in tobacco and soil under cadmium stress[J]. Journal of Agricultural Science and Technology, 2016, 18(4): 115-123.

[34] 李曉婷，常壽榮，孔寧川，等. 不同有機肥與無機肥配施對烤煙生長及鉛、鎘含量的影響[J]. 中國煙草科學，2013，34（5）：37-41.

LI X T, CHANG S R, KONG N C, et al. Effects of combining application of various organic and chemical fertilizers on the growth and lead and cadmium contents of flue-cured tobacco[J]. Chinese Tobacco Science, 2013, 34(5): 37-41.

[35] 賈倩，胡敏，張洋洋，等. 鉀硅肥施用對水稻吸收鉛、鎘的影響[J]. 農業環境科學學報，2015，34（12）：2245-2251.

JIA Q, HU M, ZHANG Y Y, et al. Effects of potassium-silicon fertilizer application on lead and cadmium uptake by rice[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2015, 34(12): 2245-2251.

[36] HAYNES R J. The nature of biogenic Si and its potential role in Si supply in agricultural soils[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2017, 245: 100-111.

[37] FENG R, WEI C, TU S. The roles of selenium in protecting plants against abiotic stresses[J]. Environmental and Experimental Botany, 2013, 87: 58-68.

[38] 鄭威特. 鉀、甜菜堿緩解煙草鎘毒害基因型差異及耐鎘相關miRNA表達差異分析[D]. 杭州：浙江大學，2014.

ZHENG W T. Potassium and betaine alleviated the genotype difference of tobacco cadmium toxicity and the analysis of the expression differences of cadmium - resistant miRNA[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2014.

[39] 雷麗萍，陳世寶，孫聰，等. 溶液Ca、K濃度和pH對煙草Cd毒性的影響[J]. 中國煙草科學，2012，33（4）：79-84.

LEI L P, CHEN S B, SUN C, et al. Influence of Ca, K Concentration and pH Value in Solution on Cd Toxicity to Tobacco in Solution Culture[J]. Chinese Tobacco Science, 2012, 33(4): 79-84.

Remediation Effect of Cd Amendments Evaluated by Tobacco Leaf Cd Depletion Rate and Remediation Marginal Efficiency

DUAN Shuhui1,2, XIAO Yansong3, LI Yuhui4, LIU Yongjun2, FAN Caiyin5, CHEN Pengfeng6, CHEN Shibao7, ZHOU Zhicheng2*

（1. College of Resource& Environment, Hunan Agriculture University, Changsha 410128; 2. Hunan Tobacco Science Institute, Changsha 410010, China; 3. Chenzhou Tobacco Company of Hunan Province, Chenzhou, Hunan 423000, China; 4. Hunan Tobacco Company, Changsha 410010, China; 5. Hengyang Tobacco Company of Hunan Province, Hengyang, Hunan 421000, China; 6. Changsha Tobacco Company of Hunan Province, Changsha 410000, China; 7. Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China)

Cadmium (Cd) pollution in cropland is becoming an increasingly serious issue in China. In present, development of low cost, high efficiency, and going green and environmental protection remediation materials are critical in remediation of heavy metal polluted soils. In this study, two tobacco varieties (Yunyan87 and K326) were used, and Cd heavily polluted paddy soil in Hunan province were collected for pot experiment , for the sake of investigating remediation effect of different amendments on Cd heavily polluted soils. Remediation effect was evaluated by soil available Cd reduction rate, tobacco leaf Cd depletion rate (%), and remediation marginal efficiency (RME) (RME, defined as tobacco leaf Cd reduction rate based on 1500 yuan cost per hectare for the tested soils). The results indicated that: the Cd uptaken by tobacco was significantly reduced by the soil amendment applications (<0.05). Compared with control (CK), soil available Cd reduced from 17.69% to 35.65%, Cd depletion rate of tobacco leaf was 25.08%-60.75%. The RME of four soil amendment ranged from 2.84% to 21.98%. As the soil amendment application concentration increases, the reduction rate of soil available Cd and tobacco leaf Cd increased significantly, while the RME showed a diminishing tendency. The RME of 1% soil amendment application was 69.42% and 152.73% higher than 2% and 4% applications respectively. RME aiming at K326 was 13.21% higher than Yunyan87. By considering soil available Cd reduction rate, tobacco leaf Cd depletion rate (%), and RME, the remediation effect of different amendments ordered as: biochar FB>Hydroxyapatite FP>rock foundation FA>clay mineral FS.

Cd; soil; flue-cured tobacco; amendments; leaf Cd depletion rate; remediation marginal efficiency

S572.01

1007-5119（2018）04-0032-09

10.13496/j.issn.1007-5119.2018.04.005

湖南省煙草公司科技項目“湖南煙葉重金屬鎘阻控技術研究與應用”（16-19Aa04）

段淑輝（1986-），女，農藝師，從事煙田土壤保育技術研究。E-mail：duansh@hntobacco.com。

，E-mail：zhouzc@hntobacco.com

2018-03-20

2018-06-15