不同品種煙草對輕度污染耕地土壤中鎘的累積特征與減量修復(fù)潛力

范婉儀，涂晨，王順揚，吳昕優(yōu)，李烜楨，駱永明*

1. 中國科學(xué)院土壤環(huán)境與污染修復(fù)重點實驗室（南京土壤研究所），江蘇 南京 210008；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049，3. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，河南 鄭州 450002

隨著工業(yè)化和城市化進程的加快，中國農(nóng)田土壤的鎘（Cd）污染已成為影響糧食安全和人體健康的重要環(huán)境問題（Wang et al.，2019）。植物吸取修復(fù)因具有綠色、原位、經(jīng)濟等優(yōu)點，在Cd 污染農(nóng)田的修復(fù)技術(shù)中占據(jù)重要地位。當(dāng)前，國內(nèi)外研究者在Cd 超積累植物的育苗擴繁、修復(fù)效果、修復(fù)機理、田間示范等方面已開展了大量的研究工作（Li et al.，2018），但Cd 超積累植物的種質(zhì)資源仍非常有限，亟需繼續(xù)篩選對Cd 具有高積累特征的植物資源。

煙草是中國的重要經(jīng)濟作物之一，具有生物量大、適應(yīng)性強、栽培面積廣、栽種技術(shù)成熟等特點，在作為Cd污染農(nóng)田的潛在修復(fù)材料中備受關(guān)注（孔祥方等，2021；Jia et al.，2022）。Cd 在煙草中的累積特征主要與土壤Cd 質(zhì)量分數(shù)、土壤性質(zhì)和煙草品種及生長期有關(guān)。劉登璐等（2016）比較了93 份煙草材料對鎘的耐性和積累能力，獲取了多個對鎘具有高累積特征的煙草種質(zhì)資源，這些高積累煙草地上部Cd 質(zhì)量分數(shù)最高可達162.84 mg·kg-1。Liu et al.（2019）比較了10 個中國主栽煙草品種對Cd的吸收富集潛力，發(fā)現(xiàn)云煙87 對重度污染土壤上Cd 的吸取量最高可達7 390.56 μg。目前國內(nèi)外學(xué)者已有利用煙草開展田間試驗修復(fù)Cd 污染農(nóng)田土壤的研究。Keller et al.（2003）在HNO3提取態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)為2.5 mg·kg-1的土壤上進行田間試驗，發(fā)現(xiàn)煙草（N.tabacumcv. Badischer Geudertheimer）對Cd移除量為41.7 g·hm-2。Chen et al.（2022）利用菊苣（Cichorium intybusL.）-煙草-花生（Arachis hypogaeaL.）輪作修復(fù)Cd 質(zhì)量分數(shù)為0.33 mg·kg-1的農(nóng)田，發(fā)現(xiàn)煙草對鎘的提取量最高，其地上部的Cd 積累量達37.47 g·hm-2，植物提取效率為4.50%。煙草對Cd 的吸收與土壤中Cd 的生物有效性密切相關(guān)。植物最易吸收水溶態(tài)Cd，可交換態(tài)Cd 次之（Duplay et al.，2014）。Lu et al.（2018）發(fā)現(xiàn)煙草Cd質(zhì)量分數(shù)與土壤有效態(tài)Cd質(zhì)量分數(shù)呈顯著正相關(guān)。王浩樸等（2017）發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤中有效態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)分別降低14.1%和37.0%時，煙葉中的Cd 質(zhì)量分數(shù)則分別降低74.7%和87.0%，表明煙葉中的Cd質(zhì)量分數(shù)受到土壤有效態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)的影響。然而，當(dāng)前國內(nèi)外報道的Cd 高積累煙草品種大多采用水培試驗或者種植在人為老化的中重度Cd 污染土壤，對適用于輕度Cd 污染土壤的高積累煙草品種的累積特征和吸取減量修復(fù)潛力仍需進一步研究。開展高積累煙草品種的篩選和積累特征研究，既可以為Cd 輕度污染土壤的安全利用提供替代種植方案，也可以為Cd 中重度污染土壤的植物修復(fù)提供高積累植物種質(zhì)資源。

因此，本研究以2 種不同品種的煙草（云煙87和K326）為供試材料，通過盆栽試驗比較這兩種煙草在不同類型輕度Cd 污染土壤上的生長狀況和對Cd 的吸收轉(zhuǎn)運能力，探討了煙草收獲后盆栽土壤中有效態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)（CaCl2和NH4OAc 提取態(tài)）和總Cd 質(zhì)量分數(shù)變化，估算了兩種煙草對土壤中Cd的減污凈化潛力，以期為實現(xiàn)輕度Cd 污染農(nóng)田土壤的安全利用和減量修復(fù)提供煙草種質(zhì)資源和理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤分別采自浙江省臺州市路橋區(qū)（121°21′52.17″E，28°32′0.43″N）和江蘇省徐州市新沂市（118°29′48.66″E，34°21′34.45″N），在各個地點農(nóng)田中劃定100 m2范圍內(nèi)取0－20 cm 表層土約100 kg。采集的新鮮土樣挑剔除雜質(zhì)后自然晾干，再磨碎用2 mm 孔徑尼龍網(wǎng)篩篩出試驗用土樣。供試土壤主要理化性質(zhì)見表1。供試煙草品種為云煙87 和K326，均由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)提供。

表1 供試土壤主要理化性質(zhì)Table 1 The main physico-chemical properties of the two soils tested

1.2 試驗設(shè)計

于2022 年4－6 月在中國科學(xué)院南京土壤研究所溫室內(nèi)開展盆栽試驗。試驗變量包含兩種土壤即臺州土壤、徐州土壤和兩個煙草品種，以未種植煙草的土壤作為對照（CK），每個處理重復(fù)4 次，共計6 個處理24 個試驗盆。試驗所用盆為高21 cm、直徑23 cm 的塑料盆，每盆裝入過篩土壤4.0 kg，并種入長勢均勻一致的煙苗（四葉一芯）1 株。煙苗移栽前，各盆中施加基肥0.5 g·kg-1NH4NO3、0.2 g·kg-1KH2PO4和0.4 g·kg-1K2SO4。煙草種植試驗期間用去離子水將土壤田間持水量保持在60%左右。

1.3 測定指標與方法

試驗進行至50 d 時，收獲旺長期煙草的地上地下部整株樣品。把煙草樣品葉、莖、根分離后，分別用自來水沖洗，再用去離子水沖洗3－4 次使表面清潔，晾干水分后置于牛皮信封內(nèi)放入烘箱在105 ℃條件下殺青30 min，再75 ℃下烘干至質(zhì)量恒定。烘干后的樣品用植物粉碎機粉碎后測定鎘質(zhì)量分數(shù)。煙草收獲后采集盆缽中土壤樣品，風(fēng)干、磨細過尼龍篩（孔徑2 mm 和0.154 mm）測定有效態(tài)和全鎘質(zhì)量分數(shù)。

土壤樣品測定參照《土壤農(nóng)化分析》（魯如坤，1999）進行。土壤總量Cd 采用HCl-HNO3-HF-HClO4酸消解法用半自動石墨消解儀（DTI-30ST）消解。土壤有效態(tài)Cd 采用0.01 mol·L-1CaCl2和1 mol·L-1NH4OAc（pH=7）（Rauret，1998）。樣品消解后采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（PE Nexion 2000，美國）測定鎘元素質(zhì)量分數(shù)。

煙草株高、葉莖根干質(zhì)量的測定方法參考國家標準YC/T 142—2010（國家煙草專賣局，2010）。粉碎后的煙草樣品經(jīng)HCl-HNO3-HClO4濕法消解，定容后用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測定Cd 質(zhì)量分數(shù)（楊遠等，2013）。

煙草對Cd 的轉(zhuǎn)移系數(shù)（translocation facors，TF）、生物富集系數(shù)（bioconcentration facors，BCF）、Cd 吸取量和去除率通過以下公式計算：

上述公式中：

VTF——煙草轉(zhuǎn)移系數(shù)；

VBCF——煙草生物富集系數(shù)；

Utobacco——煙草各部位Cd 吸取量；

Rtobacco——煙草各部位去除率；

wshoot、wroot、wstem和wleaf——煙草地上部、根、莖和葉的Cd 質(zhì)量分數(shù)，單位為mg·kg-1（干質(zhì)量）；

wCd——土壤Cd 質(zhì)量分數(shù)，單位為mg·kg-1（干質(zhì)量）；

wtobacco——煙草各部位Cd 質(zhì)量分數(shù)，單位為mg·kg-1（干質(zhì)量）；

mtobacco——煙草各部位生物量，單位為g（干質(zhì)量）；

msoil——土壤質(zhì)量，單位為kg。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2019 整理統(tǒng)計，使用SPSS 27.0 進行差異顯著性分析（獨立樣本t檢驗，P＜0.05），在Origin 2022 軟件中作圖。

2 結(jié)果

2.1 污染土壤上不同品種煙草的生長狀況

由圖1 可知，同一品種在臺州土壤中的株高、根和莖干質(zhì)量顯著高于徐州土壤（t=2.481，P=0.048；t=2.939，P=0.026；t=2.686，P=0.036），但同一土壤上的兩種煙草之間在株高、地上部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量等指標方面均無顯著性差異。

圖1 兩種土壤中不同品種煙草移栽50 d 后的生長狀況Figure 1 The growth of different tobacco species after transplantation for 50 days in two soils

2.2 煙草不同組織中鎘的吸收、分布與轉(zhuǎn)運特征

兩種土壤上不同品種煙草的不同部位Cd 質(zhì)量分數(shù)如圖2 所示。對于相同的污染土壤，兩個品種煙草根中的Cd 質(zhì)量分數(shù)之間無顯著性差異；但在不同土壤上，同一品種煙草根部的Cd 質(zhì)量分數(shù)有所差異，如，臺州土壤上云煙87 的根中Cd 質(zhì)量分數(shù)（7.42 mg·kg-1）顯著高于徐州土壤（6.87 mg·kg-1），但臺州土壤上煙草K326 的根中Cd 質(zhì)量分數(shù)卻低于徐州土壤（t=2.663，P=0.037）。煙草莖中的Cd 質(zhì)量分數(shù)分布特征與根中有所不同，在臺州Cd 污染土壤上，煙草K326 莖中的Cd 質(zhì)量分數(shù)（6.17 mg·kg-1）顯著高于云煙87（4.44 mg·kg-1）；而在徐州土壤上，兩個品種煙草莖中的Cd 質(zhì)量分數(shù)無顯著性差異；對于不同土壤，徐州土壤中云煙87 的莖中Cd 質(zhì)量分數(shù)顯著高于臺州土壤（t= -6.313，P＜0.001），煙草K326 也呈現(xiàn)同樣的規(guī)律但差異不顯著。煙葉中的Cd 質(zhì)量分數(shù)特征與莖相似，對于相同的土壤，煙草K326 葉片中的Cd 質(zhì)量分數(shù)均顯著高于云煙87；而對于不同的土壤，徐州土壤中云煙87 和K326 兩種煙草葉中的Cd 質(zhì)量分數(shù)均顯著高于臺州土壤中煙草葉片Cd 質(zhì)量分數(shù)。從煙草不同組織中Cd 的質(zhì)量分數(shù)分布來看，兩種煙草的根和莖中Cd 質(zhì)量分數(shù)相差不大，煙草中的Cd 主要富集在葉片組織中，變幅在11.7－25.3 mg·kg-1。

圖2 兩種土壤中不同品種煙草不同部位Cd 質(zhì)量分數(shù)Figure 2 The Cd contents in different parts of different tobacco species in two soils

不同品種煙草對Cd 的生物富集系數(shù)（BCF）和轉(zhuǎn)移系數(shù)（TF）見表2。由表可知，在兩種土壤上，云煙87 和K326 的根部生物富集系數(shù)（VBCF(root)）和地上部生物富集系數(shù)（VBCF(shoot)）均大于1，表明兩種煙草的根和地上部對土壤中的Cd 都具有富集作用。同時，對于兩種煙草，VBCF(shoot)均顯著高于VBCF(root)，表明兩種煙草的地上部對Cd 的富集能力顯著高于根部。此外，兩種污染土壤上，煙草K326的VBCF(shoot)均大于云煙87，但兩者的VBCF(root)比較接近，表明煙草K326 地上部對Cd 的富集能力強于云煙87。對于不同土壤，徐州土壤上兩種煙草的VBCF(shoot)均顯著大于臺州土壤，但兩者的VBCF(root)比較接近。與VBCF相似，在兩種土壤上，云煙87 和K326 的VTF(root-shoot)均大于1，表明兩種煙草都具有較強的將Cd 從根部向地上部轉(zhuǎn)運的能力；且對于同一土壤，K326 的VTF(root-shoot)于云煙87，對于同一煙草品種，徐州土壤上的VTF(root-shoot)大于臺州土壤。進一步將煙草地上部分解為莖和葉部，發(fā)現(xiàn)Cd 從莖向葉部的轉(zhuǎn)移能力大于從根向莖部的轉(zhuǎn)移能力（VTF(stem-leaf)＞TF(root-stem)）；對于不同土壤，徐州Cd 污染土壤生長的煙草品種VTF(stem-leaf)大于臺州土壤。

表2 不同品種煙草的生物富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)Table 2 Bioaccumulation factors (BCF) and transfer factor(TF) of different tobacco species

2.3 不同品種煙草對Cd 的減污凈化效果比較

煙草收獲后，不同處理土壤中CaCl2提取態(tài)和NH4OAc 提取態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)的變化如圖3 所示。在臺州土壤中，未種植煙草的對照組土壤中CaCl2提取態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)為0.21 mg·kg-1，種植云煙87和K326 后，土壤CaCl2提取態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)均降低至0.18 mg·kg-1，顯著低于對照組。對照組土壤中，NH4OAc 提取態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)為0.27 mg·kg-1，種植云煙87 和K326 后，土壤NH4OAc 提取態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)均顯著降低至0.23 mg·kg-1，與CaCl2提取態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)的變化趨勢相似。在徐州土壤中，對照組土壤CaCl2提取態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)為0.30 mg·kg-1，種植云煙87 和K326 后，土壤CaCl2提取態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)分別降低至0.24 和0.23 mg·kg-1，相較于對照組顯著降低了 19.3%和 23.1%（t= -5.468，P=0.002；t= -20.368，P＜0.001）。對照組土壤NH4OAc 提取態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)為0.42 mg·kg-1，種植云煙87 和K326 后，土壤NH4OAc 提取態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)分別顯著降低至0.37 mg·kg-1和0.35 mg·kg-1（t= -4.316，P=0.005；t= -8.085，P＜0.001）。值得注意的是，在所有不同處理中，土壤中NH4OAc 提取態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)均顯著高于CaCl2提取態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)；此外，徐州土壤中CaCl2提取態(tài)和NH4OAc 提取態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)均顯著高于臺州土壤，但在每種土壤中，種植兩種不同品種煙草后，土壤有效態(tài)Cd質(zhì)量分數(shù)的差異并不顯著。

圖3 不同品種煙草移除后兩種土壤中有效態(tài)Cd質(zhì)量分數(shù)Figure 3 Available Cd contents in two soils after the removal of different tobacco species

煙草收獲后，土壤中總Cd 質(zhì)量分數(shù)的變化如圖4 所示。在臺州土壤中，種植云煙87 和K326 后，土壤總Cd 質(zhì)量分數(shù)比對照組分別顯著降低了11.4%和11.8%，但兩種煙草之間無顯著性差異；而在徐州土壤中，種植云煙87 和K326 后，土壤總Cd質(zhì)量分數(shù)比對照組也有所降低，但各處理間均無顯著性差異。

圖4 不同品種煙草移除后土壤中的總Cd 質(zhì)量分數(shù)Figure 4 Total Cd contents in two soils after the removal of different tobacco species

由煙草各部位的生物量和Cd 質(zhì)量分數(shù)計算得到煙草各部位對Cd 的吸取量，由表3 可知，在兩種土壤上，煙草K326 的Cd 吸取總量（285.0－310.2 μg·pot-1）顯著高于云煙87（254.8－261.2 μg·pot-1），且兩種煙草葉片中的Cd 的吸取量（216.5－252.6 μg·pot-1）遠大于莖部（20.8－45.0 μg·pot-1）和根中的Cd 吸取量（9.3－19.8 μg·pot-1）。對于不同土壤，臺州土壤上云煙87 和K326 的根部和莖部Cd 吸取量均顯著大于徐州土壤；但葉部的規(guī)律與之相反，徐州土壤上兩種煙草的葉部Cd 吸取量均大于臺州土壤。兩種土壤中，云煙87 和K326 對Cd 的總?cè)コ首罡叻謩e達8.4%和9.4%，其中葉片對Cd 的去除率（6.5%－8.3%）均遠大于莖部（0.7%－1.4%）和根部（0.3%－1.6%）的Cd 去除率。對于兩種不同的煙草，K326 對Cd 的去除率（9.3%－9.4%）大于云煙87（7.9%－8.4%），但同種煙草在不同土壤上對Cd 的去除率之間沒有顯著性差異。

表3 兩種土壤上不同品種煙草各部位的Cd 吸取量和Cd 去除率Table 3 Plant uptake and Cd removal rate by different parts of tobacco species in two soils

3 討論

3.1 不同品種煙草吸收累積鎘的差異及影響因素

植物生物量和重金屬富集能力是影響植物吸取修復(fù)效果的重要因素（汪潔等，2014）。對于重金屬污染土壤，超富集植物有較高的重金屬耐性以及較好的富集效果，但其植株生物量普遍偏小，吸收總量無法達到較高的水平而影響了吸取修復(fù)效果。近年來，研究人員開始篩選生物量大、適應(yīng)性強且栽種技術(shù)成熟的高積累植物資源，以期通過提高吸取總量而達到理想的植物修復(fù)效果（吳仁杰等，2021）。已有研究表明，煙草對鎘具有很強的富集能力，且煙草的生物量大、環(huán)境適應(yīng)性強，有望成為理想的修復(fù)植物。由圖1 可知，本研究的2 種供試煙草品種云煙87 和K326 的生物量最高分別可達26.7 g·pot-1和26.3 g·pot-1，遠超過柏佳等（2020）報道的在0.55 mg·kg-1的Cd 污染土壤上生長的超積累植物伴礦景天生物量（10.5 g·pot-1）。此外，本研究為盆栽試驗，煙草生長期為50 d，其生物量小于大田生長的煙草。羅杰等（2020）研究表明，在大田條件下，云煙87 和K326 的產(chǎn)量（干質(zhì)量計）可達1851.6 kg·hm-2和1940.1 kg·hm-2。

本研究中，2 種供試煙草品種云煙87 和K326對Cd 均有較強的富集能力，且Cd 主要富集在煙草的葉中，這與其他學(xué)者研究結(jié)果類似。賀遠等（2015）采用盆栽試驗，在添加0.6 mg Cd·kg-1的處理下，生長45 d 的煙草葉片鎘質(zhì)量分數(shù)（10 mg·kg-1）顯著高于莖（1.5 mg·kg-1）和根部（2 mg·kg-1）。黨鋒等（2006）同樣采用室內(nèi)盆栽方法，發(fā)現(xiàn)在土壤Cd 質(zhì)量分數(shù)為1 mg·kg-1時，煙草葉片Cd 質(zhì)量分數(shù)最高可達7.65 mg·kg-1，根部次之，莖最低。有研究發(fā)現(xiàn)在植物對Cd 的解毒過程中，葉片的葉肉細胞發(fā)揮主要作用，這是因為進入細胞的Cd 主要被區(qū)隔在代謝不活躍的部位（如液泡）。葉肉細胞有大型的成熟液泡，液泡中富含能與重金屬結(jié)合的有機酸、巰基化合物和蛋白質(zhì)等物質(zhì)，Cd 可能與其中的磷酸根形成沉淀而儲存在煙草葉片的液泡內(nèi)，因此煙葉中的Cd 質(zhì)量分數(shù)顯著高于其他部位（Rascio et al.，2011；Huang et al.，2021；Yang et al.，2021）。

本研究的2 種供試煙草品種葉片富集Cd 能力存在顯著差異，這可能與煙草品種不同有關(guān)。雷麗萍等（2015）研究了16 種不同煙草對Cd 吸收的敏感性，發(fā)現(xiàn)不同品種煙草對Cd 的吸收及Cd 耐性存在顯著差異（P＜0.05）。余浩等（2018）對7 種常見煙草品種不同部位Cd 質(zhì)量分數(shù)進行分析，結(jié)果顯示，云煙87 的煙葉Cd 質(zhì)量分數(shù)與K326 存在顯著差異（P＜0.05）。不同品種煙草的根系分泌物、生物酶數(shù)量、種類及其功能不同，對土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的影響也有所差異，這些因素都會影響煙草對Cd 的吸收（李曉鋒等，2022）。

富集系數(shù)是反映植物對重金屬積累能力的一個關(guān)鍵指標，富集系數(shù)越大，說明植物吸收重金屬能力越強，可用于植物吸取修復(fù)重金屬污染土壤（Bake，1981；陳潔宜等，2019）。本研究中的2 種供試煙草云煙87 和K326 的地上部和根部對Cd 的富集系數(shù)均遠大于1，說明這兩種煙草均對Cd 有較強的吸收富集能力，且對Cd 的富集部位主要在地上部。轉(zhuǎn)移系數(shù)則表征了植物對重金屬的遷移能力，TF＞1 表示植物易將根部吸收的重金屬運送到地上部。本研究中的2 種供試煙草品種地下部向地上部轉(zhuǎn)移系數(shù)和莖向葉轉(zhuǎn)移系數(shù)均大于1，說明這兩種煙草對Cd 均具有較強的向上輸送能力，特別是向葉片中的轉(zhuǎn)運和富集，表明這兩種煙草在輕度Cd 污染土壤的植物修復(fù)中具有較大的應(yīng)用潛力。因此，可通過植物根部吸取重金屬并將其轉(zhuǎn)運至地上部，再對大量富集重金屬的地上部進行刈割，達到修復(fù)去除受污染的土壤的目的（Sun et al.，2019）。

3.2 煙草種植對鎘污染土壤的減量修復(fù)潛力

有研究指出，在一定的條件下，植物對Cd 的吸收與土壤中有效Cd 質(zhì)量分數(shù)呈正相關(guān)（武文飛等，2013）。已有研究表明，CaCl2和NH4OAc 提取態(tài)重金屬質(zhì)量分數(shù)可以很好地反映土壤中重金屬的生物有效性（Zhang et al.，2010）。李海濤等（2022）比較了5 種提取劑，結(jié)果表明CaCl2和NH4OAc 兩種提取劑所提取的土壤Cd 質(zhì)量分數(shù)能較好地表征土壤中Cd 的生物有效性和移動性。本研究中，種植云煙87 和K326 可顯著降低供試土壤中CaCl2和NH4OAc 提取態(tài)Cd 的質(zhì)量分數(shù)。土壤pH 是影響土壤有效Cd 質(zhì)量分數(shù)的重要因素，pH 值越低，土壤有效態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)越高（Sun et al.，2019）。從本文表1 可見，徐州土壤和臺州土壤的總鎘質(zhì)量分數(shù)相近，徐州土壤的pH 為5.08，低于臺州土壤的（5.60），這可能是徐州土壤中CaCl2提取態(tài)和NH4OAc 提取態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)均顯著高于臺州土壤之故。同一土壤中，CaCl2提取態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)均低于NH4OAc 提取態(tài)，這是因為前者提取的主要為水溶態(tài)Cd，后者提取主要為水溶態(tài)Cd 和可交換態(tài)Cd（章明奎等，2006）。但土壤中CaCl2提取態(tài)Cd 的降低率均高于NH4OAc 提取態(tài)Cd 的降低率，這是因為CaCl2提取的水溶態(tài)Cd 是更容易被植物吸收并高效利用的形態(tài)（邵玉祥等，2021）。

土壤總Cd 質(zhì)量分數(shù)通常與土壤有效態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系。本研究中，2 種供試土壤的總Cd 質(zhì)量分數(shù)亦隨著有效態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)降低而降低，但總Cd 的降低率有所差異，這可能是因為土壤類型影響了煙草對Cd 的吸收。王衛(wèi)等（2014）向11 種不同類型土壤中添加外源鎘處理后，發(fā)現(xiàn)磚紅壤和紅壤中的煙草對Cd 的富集顯著高于其他土壤類型，而灌漠土中煙草對Cd 的富集顯著低于其他土壤類型。不同土壤類型的理化性質(zhì)差異（如pH 值、有機質(zhì)、陽離子交換量等）也會影響煙草對Cd 的吸收富集能力，導(dǎo)致土壤總Cd 質(zhì)量分數(shù)去除效果的差異（曹晨亮等，2015）。本研究中，兩種供試土壤的顆粒組成相似（見表1），其礦物組成同屬于硅質(zhì)混合型，主要為蒙脫石、伊利石、水化云母（黃標等，2017；麻萬諸等，2017），但臺州土壤屬于鐵聚水耕人為土，其有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)和總氮質(zhì)量分數(shù)均明顯高于徐州土壤，這有助于促進煙草的生長和增加煙草的生物量（圖1）。

植物對土壤中Cd 的去除率是評估植物修復(fù)Cd污染土壤能力的重要指標。楊勇等（2009）采用盆栽試驗，比較了超富集植物遏藍菜和3 種高生物量植物（印度芥菜、向日葵和煙草）對土壤中Cd（2.87 mg·kg-1）的去除率，發(fā)現(xiàn)煙草對Cd 的去除率（1%）高于遏藍菜（0.6%）和印度芥菜（0.5%）。余浩等（2018）在總Cd 質(zhì)量分數(shù)為9.4 mg·kg-1的土壤上種植不同品種的煙草，發(fā)現(xiàn)煙草長脖黃對Cd 去除率最高（3.48%）。本研究中，煙草云煙87 和K326 的總Cd 去除率分別可達8.4%和9.4%，遠高于上述報道結(jié)果，這可能與供試土壤的理化性質(zhì)、總Cd 質(zhì)量分數(shù)以及煙草品種有關(guān)。此外，煙草還具有適應(yīng)性更強、種苗價格更低、栽種技術(shù)成熟等優(yōu)點。田間修復(fù)應(yīng)用時，修復(fù)植物離田后能否得到安全處置或資源化利用也是判定植物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用潛力的關(guān)鍵指標之一。當(dāng)前，修復(fù)后的植物一般可通過堆肥法、焚燒法、壓縮填埋等方法對富集有重金屬的植物地上部進行安全處置，也可通過植物冶金、熱液改質(zhì)、合成金屬納米材料等方法進行資源化利用（王敏捷等，2021）。煙葉是煙草制品的主要原料，同時也是Cd 的主要富集器官。對于經(jīng)植物修復(fù)后的含Cd 煙葉，可通過鹽酸與乙醇混合液提取分離實現(xiàn)葉片中的重金屬脫毒和煙堿回收，剩余部分可作為飼料蛋白原料（Yang et al.，2019），或可用于提取茄尼醇等在抗菌、消炎、抗癌以及制備輔酶Q10等方面均有較高應(yīng)用價值的醫(yī)藥中間體（陸穎昭等，2021）。因此，本研究中的供試煙草品種云煙87和K326 在對Cd 污染土壤的減量修復(fù)中具有明顯的優(yōu)勢。在后續(xù)研究中，需結(jié)合物理和化學(xué)修復(fù)、農(nóng)藝調(diào)控和轉(zhuǎn)基因技術(shù)等，以提高煙草吸取減量修復(fù)Cd 污染土壤的效率，同時進一步闡明煙草對Cd的吸收、轉(zhuǎn)運與富集機理。另外，研發(fā)含Cd 煙草植株的安全無害化處理技術(shù)與裝備也是今后需要研發(fā)的重要科技問題。

4 結(jié)論

本文以云煙87 和K326 為供試煙草品種，通過盆栽試驗比較了2 種煙草在不同類型Cd 輕度污染上的生長狀況及其體內(nèi)各組分對Cd 的吸收富集與分布特征，探討了煙草移除后土壤有效態(tài)Cd 和總Cd質(zhì)量分數(shù)的變化，量化評估了兩種煙草對Cd 污染土壤的減量修復(fù)效果與潛力，取得了以下主要結(jié)論：

（1）煙草云煙87 和K326 均具有較高的Cd 吸收與富集能力，煙葉是煙草中Cd 的主要富集區(qū)域，在兩種供試土壤上，煙草K326 葉片中Cd 的質(zhì)量分數(shù)均顯著高于云煙87。

（2）種植云煙87 和K326 可顯著降低土壤中CaCl2提取態(tài)和NH4OAc 提取態(tài)Cd 質(zhì)量分數(shù)，從而顯著降低土壤中有效態(tài)Cd 和總Cd 質(zhì)量分數(shù)。

（3）云煙87 和K326 具有較大的Cd 減量修復(fù)潛力，可通過移除地上部的方式去除土壤Cd，有助于加快實現(xiàn)輕度Cd 污染土壤的安全利用。