土壤Hg脅迫對(duì)烤煙葉片礦質(zhì)元素含量及其相關(guān)性的影響

陳 明，趙銘欽,許躍奇，陳發(fā)元，尤方芳，李 慧，金洪石，金江華

(1.吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，吉林 長春130000； 2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院/國家煙草栽培生理生化研究基地，河南 鄭州450002； 3.河南省平頂山市煙草公司，河南 平頂山 467000)

土壤Hg脅迫對(duì)烤煙葉片礦質(zhì)元素含量及其相關(guān)性的影響

陳 明1，趙銘欽2*,許躍奇2,3，陳發(fā)元2，尤方芳2，李 慧2，金洪石1，金江華1

(1.吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，吉林 長春130000； 2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院/國家煙草栽培生理生化研究基地，河南 鄭州450002； 3.河南省平頂山市煙草公司，河南 平頂山 467000)

采用盆栽試驗(yàn)，設(shè)置0、10、30、50、100 mg/kg 5個(gè)Hg含量梯度，研究了土壤Hg脅迫對(duì)烤煙葉片礦質(zhì)元素含量及其相關(guān)性的影響。結(jié)果表明，土壤Hg脅迫下烤煙葉片8種礦質(zhì)元素含量動(dòng)態(tài)變化不盡相同，K、P、Ca、Mg含量總體隨著生育期的推進(jìn)逐漸降低；B、Fe含量總體隨著生育期的推進(jìn)先下降后增加，以烤煙移栽后30 d最高，B含量在烤煙移栽后45 d最低，F(xiàn)e含量在烤煙移栽后60 d最低；Cu、Zn含量總體隨著生育期的推進(jìn)呈降低—增加—降低趨勢，兩者均在移栽后30 d最高、45 d最低?？緹熤胁咳~Hg含量隨著土壤Hg含量的增加逐漸升高，總體上煙葉中的8種礦質(zhì)元素含量均隨Hg含量的增加逐漸降低。Hg脅迫下烤煙葉片K、Mg、Fe 3種礦質(zhì)元素含量存在極顯著相關(guān)性。

烤煙； Hg； 礦質(zhì)元素； 含量； 相關(guān)性

礦質(zhì)元素是影響烤煙生理代謝和生命活動(dòng)的重要因素之一，其含量高低與土壤養(yǎng)分狀況、施肥措施及氣候等多種因素息息相關(guān)[1-3]。深入研究生態(tài)環(huán)境等因素對(duì)烤煙葉片中礦質(zhì)元素的影響，可改善烤后煙葉的香吃味、外觀特征，彰顯其質(zhì)量特色等。煙草能夠直接從土壤中吸收重金屬并累積于葉片中，進(jìn)而在人們吸食卷煙過程中，通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體[4]，從而危害人體健康。研究表明，烤煙干物質(zhì)積累量、葉片保護(hù)酶活性、根系活力等均隨著Hg含量的增加而下降[5-6]。迄今為止，有關(guān)重金屬Hg對(duì)烤煙礦質(zhì)元素含量影響的研究鮮有報(bào)道。為此，本研究探討了土壤Hg脅迫對(duì)烤煙葉片礦質(zhì)元素含量及其相關(guān)性的影響，以期為無公害煙葉的生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試烤煙品種為秦?zé)?6。供試土壤類型為褐土，取自于大田表層(0～20 cm)，土壤pH值為7.8，有機(jī)質(zhì)含量為8.64 g/kg，速效鉀含量為124 mg/kg，速效磷含量為7.05 mg/kg。土壤Hg本底水平為0.024 7 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2013年5—8月在山西省平陸縣望遠(yuǎn)試驗(yàn)站進(jìn)行。采用盆栽試驗(yàn)，以HgSO4作為土壤污染源，設(shè)5個(gè)Hg含量，分別為0(CK)、10、30、50、100 mg/kg[7]，每處理20個(gè)重復(fù)。所用塑料盆高30 cm、直徑35 cm，每盆裝土15 kg。每盆按照N∶P2O5∶K2O=1∶1.5∶3施入肥料，其中純N為3 g，肥料與HgSO4粉末一起施入土壤，待Hg與土壤鈍化1個(gè)月后，于移栽前5 d疏松土壤，使土壤含水量穩(wěn)定在田間持水量的75%左右。烤煙生長過程中管理同一般大田。

1.3 礦質(zhì)元素含量測定

于移栽后30、45、60、75、90 d 5個(gè)時(shí)期采集烤煙中部葉，進(jìn)行礦質(zhì)元素含量分析。準(zhǔn)確稱取0.400 0 g樣品置于瓷坩堝內(nèi)，膠頭滴管吸取3～4滴95%的乙醇溶液置于樣品中間，濕潤樣品。將裝有樣品的坩堝置于馬弗爐內(nèi)干灰化，升溫至100 ℃穩(wěn)定0.5 h，升溫至250 ℃穩(wěn)定1 h，繼續(xù)升溫至500 ℃穩(wěn)定3 h，冷卻后用5%的硝酸溶解，用膠頭滴管小心洗滌，過濾至50 mL容量瓶中，用5%的硝酸溶液定容至50 mL，用德國產(chǎn)OPTIMA3300DV型ICP-MS分析儀測定濾液中K、P、Ca、Mg、B、Fe、Cu、Zn含量。煙葉Hg含量采用微波消解—原子熒光法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和作圖，采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤Hg脅迫對(duì)烤煙葉片Hg含量的影響

由圖1可以看出，隨土壤重金屬Hg含量的增加，烤煙中部葉Hg含量逐漸增大。從烤煙整個(gè)生育期來看，烤煙中部葉Hg含量表現(xiàn)為先降低后增加再降低的趨勢，且以100 mg/kg處理最高。移栽后45～60 d煙葉Hg含量逐漸增加，可能是由于此時(shí)為煙株的旺長期，外界環(huán)境中光、溫、水等自然因素為煙草生長提供較為適宜的條件，在葉片組織結(jié)構(gòu)增大的同時(shí)，從土壤中吸收和從煙草根、莖部位轉(zhuǎn)移重金屬Hg較多。

圖1 土壤Hg脅迫下烤煙中部葉Hg含量變化趨勢

2.2 土壤Hg脅迫對(duì)烤煙葉片礦質(zhì)元素含量的影響

由圖2可知，對(duì)于礦質(zhì)元素K、P、Ca、Mg來說，總體上其含量隨著生育期的推進(jìn)逐漸降低，至移栽后45～75 d趨于穩(wěn)定；而后K、P含量總體呈降低趨勢，Ca、Mg含量總體穩(wěn)定?？傮w上，隨著土壤Hg含量增加，K、P、Ca、Mg含量降低，并且這4種元素含量在土壤不同Hg含量處理間的差異于移栽后90 d變得非常小。由此可以看出，重金屬Hg在不同程度上抑制了煙葉對(duì)4種礦質(zhì)元素的吸收，這也在一定程度上驗(yàn)證了吳娟等[8]的結(jié)論。

對(duì)于微量元素B、Fe而言，其含量總體上隨著生育期的推進(jìn)呈先下降后增加的趨勢，土壤不同Hg含量脅迫下其含量均以烤煙移栽后30 d最高；B含量在烤煙移栽后45、60 d較低，F(xiàn)e含量在烤煙移栽后60 d最低，之后2種元素含量均逐漸升高。總體上，隨著土壤Hg含量增加，B、Fe含量降低，并且這2種元素含量在土壤不同Hg含量處理之間的差異于移栽后75 d變大，至移栽后90 d，B含量在土壤不同Hg含量處理之間的差異仍較大，而Fe含量差異變小(圖2)。

對(duì)于微量元素Cu、Zn來說，隨著生育期的推進(jìn)，其含量變化整體呈降低—增加—降低趨勢，兩者含量均在移栽后30 d最高、45 d最低?？傮w上，隨著土壤Hg含量增加，Cu、Zn含量降低，并且這2種元素含量在土壤不同Hg含量處理之間的差異于移栽后90 d變小(圖2)。

綜上，土壤Hg脅迫下煙葉礦質(zhì)元素含量均低于CK。因此，在通過測定煙葉營養(yǎng)元素含量指導(dǎo)大田生產(chǎn)時(shí)，除了考慮施肥、品種等因素外，還應(yīng)該考慮土壤重金屬的污染程度。

圖2 土壤Hg脅迫下烤煙葉片中礦質(zhì)元素含量的變化趨勢

2.3 土壤Hg脅迫下烤煙葉片中礦質(zhì)元素含量之間的相關(guān)性

從表1可以看出，就CK而言，烤煙葉片K含量與Mg含量、B含量與Zn含量均呈顯著負(fù)相關(guān)。就低含量(≤30 mg/kg)Hg處理而言，烤煙葉片中K含量與P、Mg含量呈極顯著正相關(guān)，與Ca含量呈顯著正相關(guān)，與Fe含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；P含量與Ca、Mg含量呈極顯著正相關(guān)，與Zn含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與Fe含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；Ca含量與Mg含量呈顯著正相關(guān)，與Fe、Zn含量均呈顯著負(fù)相關(guān)；Mg含量與Fe含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。就高含量(≥50 mg/kg)Hg處理來說，K含量與P、Mg、Fe含量均呈極顯著正相關(guān)，與B含量呈顯著正相關(guān)；P含量與Mg、B、Fe含量呈顯著正相關(guān)；Mg含量與Fe含量呈極顯著正相關(guān)，與B含量呈顯著正相關(guān)；B含量與Fe含量呈顯著正相關(guān)。綜上，Hg處理烤煙葉片礦質(zhì)元素含量之間的相關(guān)性較CK增強(qiáng)。

表1 土壤Hg脅迫下烤煙葉片中礦質(zhì)元素含量之間的相關(guān)性

注：*、**分別表示相關(guān)性在0.05水平上顯著、在0.01水平上極顯著。

3 結(jié)論與討論

烤煙所需的礦質(zhì)元素主要來自土壤養(yǎng)分的供應(yīng)，烤煙在大田生長過程中不可避免地會(huì)受到外界重金屬污染，而重金屬對(duì)植物毒害作用的一個(gè)重要表現(xiàn)就是影響植物對(duì)礦質(zhì)元素的吸收[9]。本研究發(fā)現(xiàn)，烤煙中部葉Hg含量隨著土壤Hg含量的增加逐漸升高；總體上煙葉中的8種礦質(zhì)元素含量均隨Hg含量的增加逐漸降低，這可能與逆境脅迫影響土壤養(yǎng)分的有效性以及煙株對(duì)養(yǎng)分的吸收能力有關(guān)[10-12]。低含量(≤30 mg/kg)Hg脅迫下煙葉中的Mg含量與CK差異不明顯，這說明低含量Hg對(duì)烤煙葉片光合效率的影響并不明顯，煙葉能夠正常合成葉綠素并進(jìn)行光合作用[7]；高含量(≥50 mg/kg)Hg脅迫下煙葉中Mg含量明顯低于CK。包曙光等[13]研究認(rèn)為，高含量重金屬脅迫顯著影響向日葵幼苗對(duì)礦質(zhì)元素的吸收和累積。本研究結(jié)果表明，煙葉中的8種礦質(zhì)元素含量總體均在Hg含量為100 mg/kg時(shí)降到最小值。這是因?yàn)楦吆縃g脅迫下烤煙的光合作用以及呼吸作用受到明顯抑制，葉片細(xì)胞主動(dòng)運(yùn)輸吸收礦質(zhì)元素的能量大大減少，再加上自身參與礦質(zhì)元素運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)蛋白酶活性受到影響，最終煙葉礦質(zhì)元素的積累量降到最低。

本研究發(fā)現(xiàn)，烤煙葉片K、Mg、Fe 3種元素含量在Hg脅迫下有極顯著的相關(guān)性，低含量(≤30 mg/kg)Hg處理下烤煙葉片中K含量與Mg含量呈極顯著正相關(guān)，高含量(≥50 mg/kg)Hg處理下烤煙葉片K、Mg、Fe 3種元素含量存在極顯著正相關(guān)，這可能是由于重金屬Hg含量增大，烤煙葉片自身細(xì)胞膜遭到嚴(yán)重?fù)p害[14]，引起細(xì)胞壁通透性增強(qiáng)，致使上述3種元素參與的煙葉生理代謝過程發(fā)生異常變化。

[1] 牛書金,沈笑天,程玉淵,等.南陽烤煙礦質(zhì)元素及化學(xué)成分次適宜因子與土壤生態(tài)因子的典型相關(guān)分析[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2009,17(6):1117-1123.

[2] 祖朝龍,季學(xué)軍,馬稱心,等.皖南土壤和煙葉中礦質(zhì)元素含量與煙葉焦甜香特色風(fēng)格的關(guān)系[J].土壤,2010,42(1):26-32.

[3] 劉國順,王芳,韋鳳杰,等.餅肥用量對(duì)烤煙微量礦質(zhì)元素吸收的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2006,22(9):255-259.

[4] 孟建玉,商勝華,陸寧,等.土壤重金屬含量對(duì)煙葉和煙氣中重金屬的影響[J].中國煙草科學(xué),2012,33(3):1-6.

[5] 張貴龍,趙巧梅,馬新明,等.汞對(duì)烤煙干物質(zhì)積累及其生理活性的影響[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005,39(3):352-355.

[6] 曹毅,陸寧,孟建玉,等.汞脅迫對(duì)烤煙生理特性的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2011,24(6):2152-2155.

[7] 于建軍,張貴龍,黎婭,等.汞對(duì)烤煙光合作用和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2008,27(5):1963-1968.

[8] 吳娟,施國新,黃敏,等.外源鈣對(duì)菹草(PotamogetoncrispusL.)汞脅迫的影響效應(yīng)[J].湖泊科學(xué),2014,26(3):423-431.

[9] Morales F,Abadia A,Gomez-Apairs J.Effects of combined NaCl and CaCl2salinity on photosynthetic parameters of barley grown in nutrient solution [J].Plant Physio-logy,1992,86:419-426.

[10] 董順德,張延春,孫德梅,等.干旱脅迫下烤煙礦質(zhì)養(yǎng)分含量與煙葉產(chǎn)、質(zhì)量的關(guān)系[J].煙草科技,2005(2):30-34.

[11] 汪耀富,孫德梅,徐傳快,等.干旱脅迫下烤煙養(yǎng)分含量與干物質(zhì)積累關(guān)系的研究[J].中國煙草學(xué)報(bào),2004,10(3):33-37.

[12] 張騰，周童，周琳，等.湖北房縣煙區(qū)土壤重金屬含量狀況及其與土壤肥力的關(guān)系[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012,40(11)：1195-1199.

[13] 包曙光,劉海學(xué),亓娜,等.鉛脅迫對(duì)向日葵幼苗礦質(zhì)元素吸收和積累的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2013,27(1):107-110.

[14] 杜蘭芳,沈宗根,郁達(dá),等.汞脅迫對(duì)豌豆種子的毒害效應(yīng)[J].西北植物學(xué)報(bào),2004,24(12):2266-2271.

Effect of Mercury Stress in Soil on the Contents and Correlation of Mineral Elements of Flue-cured Tobacco Leaves

CHEN Ming1,ZHAO Mingqin2*,XU Yueqi2,3,CHEN Fayuan2,YOU Fangfang2,LI Hui2,JIN Hongshi1,JIN Jianghua1

(1.Tobacco Industrial Limited Company of Jilin,Changchun 130000,China; 2.College of Tobacco,Henan Agricultural University/National Tobacco Cultivation Physiology and Biochemistry Research Center, Zhengzhou 450002,China; 3.Pingdingshan Tobacco Company of Henan Province,Pingdingshan 467000,China)

Differences of mineral elements content in flue-cured tobacco leaves under the stress of heavy metal mercury(Hg) were studied by the outdoor pot experiment in which five mercury concentrations (0, 10,30,50,100 mg/kg) were set.The results showed that the content dynamic changes of eight kinds of mineral elements in flue-cured tobacco leaves under Hg stress were not the same.With the development of growth period of tobacco,the contents of K,P,Ca and Mg in leaves gradually decreased; the contents of B and Fe in leaves firstly decreased,then increased,and reached the highest at 30 d after transplanting; the content of B reduced to the minimum at 45 d after transplanting and the content of Fe reduced to the mi-nimum at 60 d after transplanting;the contents of Cu and Zn first decreased,then increased, and decreased again,both reached the highest at 30 d after transplanting and reduced to the minimum at 45 d after transplanting.The Hg content in middle leaves of tobacco gradually increased as Hg concentration in soil increased.As a whole,the eight kinds of mineral elements in tobacco leaves decreased as Hg concentration increased.There existed very significant correlation among K,Mg and Fe contents in tobacco leaves under Hg stress.

flue-cured tobacco; mercury; mineral elements; content; correlation

2015-08-20

中國煙草總公司山西省公司重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(JY201201)

陳 明(1984-)，男，吉林長春人，助理工程師，本科，主要從事卷煙配方研究工作。E-mail：20929555@qq.com

*通訊作者：趙銘欽(1964-)，男，河南新密人，教授，博士，主要從事煙草質(zhì)量評(píng)價(jià)研究。E-mail：zhaomingqin@126.com

S572; X503.231

A

1004-3268(2016)02-0044-05