基金項目：廣西科技基地和人才專項（桂科AD22035015、AC22080006）；廣西一流學科農業(yè)資源與環(huán)境建設項目（桂教科研〔2022〕1號）

第一作者簡介：湯小萱（1998-），女，碩士研究生。研究方向為土壤環(huán)境質量。

*通信作者：朱正杰（1983-），男，博士，教授。研究方向為土壤環(huán)境質量和地球化學。

DOI：10.20028/j.zhnydk.2024.11.008

摘" 要：該研究系統(tǒng)采集廣西壯族自治區(qū)靖西市那國村巴果屯地區(qū)煙草種植地煙葉、煙莖以及土壤樣品，分別測定Cd、Se含量，分析Cd、Se元素在土壤未進行Cd富集與進行了富集的背景下，施加不同濃度Se肥的土壤及煙株中的含量及遷移轉化。結果表明，Cd與Se之間可能存在拮抗作用，且0.14 mg/kg Se肥是較好的施加濃度，此濃度下對Cd的拮抗作用較好。通過分析典型煙草種植區(qū)不同Se肥濃度下土壤-煙葉中鎘、硒含量，研究鎘、硒元素在土壤-煙株中遷移轉化規(guī)律，為進一步抑制煙株對鎘的吸收以及硒的合理應用提供數(shù)據(jù)支撐。

關鍵詞：土壤；煙株；鎘；硒；相互作用

中圖分類號：S572" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2024）11-0032-06

Abstract： In this study， tobacco leaves， stems and soil samples were systematically collected from the tobacco growing area of Baguotun， Naguo Village， Jingxi City， Guangxi Zhuang Autonomous Region， and the contents of Cd and Se were determined respectively. The contents， migration and transformation of Cd and Se in soil and tobacco plants without Cd enrichment and enrichment were analyzed. The results showed that there may be antagonism between Cd and Se， and 0.14 mg/kg Se fertilizer is a better concentration， which has a good antagonistic effect on Cd. By analyzing the contents of cadmium and selenium in soil-tobacco leaves under different concentrations of Se fertilizer in typical tobacco planting areas， the migration and transformation rules of cadmium and selenium in soil-tobacco plants were studied， which provided data support for further inhibition of cadmium absorption by tobacco plants and rational application of selenium.

Keywords： soil; tobacco plant; cadmium; selenium; interaction

硒（Se）是人體健康必不可少的微量元素，是硒酶和硒蛋白的活性中心，具有多種生物學功能，在生物體的能量代謝和基因表達中起著重要作用[1]。硒元素攝入不足導致人體缺硒，使人體處于不健康或亞健康狀態(tài)，并引發(fā)多種疾病。水稻（Oryza sativa L.）是我國一半居民的主要糧食作物，食用富硒稻米補硒被認為具有安全、經濟等優(yōu)點，并逐漸受到關注。

然而，研究發(fā)現(xiàn)土壤中硒常常由于呈“類質同象”與重金屬鎘伴生[2]。廣西為目前我國多目標區(qū)域地球化學調查工作圈定出的最大面積連片富硒土壤區(qū)，也是我國南方典型的高鎘地質背景區(qū)，廣西土壤鎘背景值為全國土壤鎘背景值的2.75倍[3]。鎘（Cd）是一種對人體健康危害極高的重金屬元素，并被國際癌癥研究機構（IARC）列為致癌物質[4]。較之其他作物，水稻對鎘具有較強的富集能力，富硒區(qū)稻米鎘污染問題不容樂觀[4]。由此可見，富硒區(qū)常存在鎘伴生現(xiàn)象，鎘可通過水稻富集經食物鏈進入人體，產生生物毒性，給人體造成潛在健康風險。煙草（Nicotiana tobacum）是雙子葉植物中茄科（Solanaceae）煙屬（Nicotiana）植物，是我國重要經濟作物之一。廣西百色部分區(qū)域習慣水稻—煙草輪作。百色市屬廣西區(qū)內烤煙種植量巨大的市，2019年底統(tǒng)計得知百色市植煙地面積可達4 667 hm2，約占了廣西植煙地總面積的73%[5]。百色煙區(qū)當前的耕作模式以“水稻—烤煙”（煙稻輪作） 為主[6-8]。因此開展典型高鎘地質背景區(qū)土壤中鎘-硒相互作用的田間試驗研究具有重要的科學意義。

1" 材料與方法

1.1" 田間實驗

在靖西市那國村巴果屯選取9壟生長中期的煙株根系土進行編號（第1壟為1號，第2壟為2號……以此類推），將1～3號、4～5號、6～9分別定為低硒、中硒、高硒，分別施加0.14、0.15、0.16 g硒肥。并在施加前隨機3組中每組抽取一壟的根系土作為背景土，之后在每壟的根系土施加5 mg/L的Cd肥，根系土按照3 kg計算，Cd按照2 mg/L計算，需要6 mg Cd，母液配制3 g/L，即2 mL，約15 mg，即終濃度約5 mg/L。

1.2" 土樣采集和處理

在田間實驗前和試驗后均采集表層土壤樣品，根系土采集深度為0～20 cm。土樣剔除樹枝、動物殘肢、石塊，用圓木棍敲碎，四分法后過100目孔徑篩（0.150 mm）備用。

1.3" 煙株采樣和處理

分別采集靖西市那國村巴果屯進行鎘-硒富集處理的煙株的煙莖和煙葉（如圖1所示），采集期均為成熟期（如圖2所示）。將煙葉與煙莖，分別在烤箱中60 ℃條件下烘干。煙葉分為上、中、下葉用粉碎機粉碎后過100目孔徑篩（0.150 mm）；煙莖剪成小塊后粉碎過篩并稱取一部分后標上編號分裝送檢。

1.4" 測試方法

利用四酸消解前處理法結合等離子體質譜法（ICP-MS）測定土壤和植物中Se和Cd含量，具體操作為：依次用鹽酸、氫氟酸、高氯酸、硝酸對土壤樣品消解，接著用稀鹽酸定容到一定量。分析土壤樣品用電感耦合等離子發(fā)射光譜完成，最后的測定結果須矯正元素之間的光譜干擾。

1.5" 數(shù)據(jù)分析

使用Microsoft Excel及IBM SPSS Statistics 22.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理。

2" 結果與分析

2.1" Cd、Se等元素含量結果

田間試驗前土壤中Cd元素含量變化范圍為2.65～4.85 mg/kg，平均含量為3.38 mg/kg；Se元素含量范圍在0.29～0.50 mg/kg，平均含量為0.37 mg/kg（見表1）。

田間試驗后土壤中Cd元素含量變化范圍為12.30～13.00 mg/kg，平均含量為12.66 mg/kg；Se元素含量變化范圍0.61～0.85 mg/kg，平均含量為0.67 mg/kg（見表2）。

2.2" 鎘、硒元素富集特征

在Cd富集和施Se肥后，試驗田中Cd的平均濃度由3.38 mg/kg上升到了12.66 mg/kg，上升了274.56%，根據(jù)GB 15618—2018《土壤環(huán)境質量農用地土壤污染風險管控標準（試行）》得出Cd已富集到嚴重超標的程度[9]，足以對該地區(qū)的農作物造成影響。Se的平均濃度由0.37 mg/kg上升到了0.67 mg/kg，上升了81%，根據(jù)魏復盛等[3]《中國土壤元素背景值基本統(tǒng)計量及其特征》可知Se含量已遠超全國平均值，達到富硒標準。Cd的上升效果較Se更為顯著。

2.3" 富集Cd背景下施加不同濃度Se肥土壤和煙株中Cd元素特征分析

2.3.1" 富集Cd背景下施加不同濃度Se肥土壤中Cd元素含量特征分析

由表3可知，施加不同濃度Se肥的土壤中，0.14 mg/kg Se肥條件下，Cd含量處于12.65～12.90 mg/kg；0.15 mg/kg Se肥條件下，Cd含量處于12.30～13.00 mg/kg；0.16 mg/kg Se肥條件下，Cd含量處于12.45～12.75 mg/kg。

從不同濃度Se肥條件下土壤中Cd含量的平均值來分析，0.14 mg/kg Se肥條件下平均值為12.73±0.14 mg/kg；0.15 mg/kg Se肥條件下平均值為12.68±0.35 mg/kg；0.16 mg/kg Se肥條件下平均值為12.58±0.15 mg/kg。說明0.14 mg/kg Se肥條件下土壤含Cd量最高。

從變異系數(shù)大小來分析（表3），1.13%（0.14 mg/kg）＜1.19%（0.16 mg/kg）＜2.76%（0.15 mg/kg），即0.14 mg/kg Se肥條件下的變異系數(shù)最小，說明0.14 mg/kg Se肥條件下土壤中的Cd含量較均勻。

2.3.2" 富集Cd背景下施加不同濃度Se肥煙莖中Cd元素含量特征分析

由表4可知，施加不同濃度Se肥的煙莖中，0.14 mg/kg Se肥條件下，煙莖Cd含量變化范圍為2.13～2.93 mg/kg；0.15 mg/kg Se肥條件下，變化范圍為3.24～3.55 mg/kg；0.16 mg/kg Se肥條件下，變化范圍為3.09～3.91 mg/kg。根據(jù)曹晨亮[10]煙草鎘的健康風險評價標準，Cd含量嚴重超出安全食用值。

從變異系數(shù)大小來分析（表4），4.74%（0.15 mg/kg）＜11.61%（0.16 mg/kg）＜17.62%（0.14 mg/kg），即0.15 mg/kg Se肥濃度條件下的變異系數(shù)最小，說明0.15 mg/kg Se肥條件下煙莖中的Cd含量較均勻。由表4可知，0.14 mg/kg

Se肥濃度條件下的煙莖Cd含量顯著低于0.15和0.16 mg/kg Se肥條件下的煙莖Cd含量。

2.3.3" 富集Cd背景下施加不同濃度Se肥上部煙葉中Cd元素含量特征分析

由表5可知，施加不同濃度Se肥的上部煙葉中，0.14 mg/kg Se肥條件下，Cd含量變化范圍為6.04～12.40 mg/kg；0.15 mg/kg Se肥條件下，變化范圍為5.38～9.62 mg/kg；0.16 mg/kg Se肥條件下，變化范圍為9.13～11.05 mg/kg。根據(jù)曹晨亮[10]的煙草鎘的健康風險評價標準，Cd含量嚴重超出安全食用值。

從不同濃度Se肥條件下上部煙葉中Cd含量的平均值來分析，0.14 mg/kg Se肥條件下平均值為10.00±1.99 mg/kg；0.15 mg/kg Se肥條件下平均值為8.13±1.38 mg/kg；0.16 mg/kg， Se肥條件下平均值為10.09±0.96 mg/kg。說明0.16 mg/kg Se肥條件下土壤含Cd量最高。

從變異系數(shù)大小來分析（表5），9.51%（0.16 mg/kg）＜16.97%（0.15 mg/kg）＜19.90%（0.14 mg/kg），即0.16 mg/kgSe肥條件下的變異系數(shù)最小，說明0.16 mg/kgSe肥條件下上部煙葉中的Cd含量較均勻。

2.4" 富集Cd背景下施加不同濃度Se肥土壤和煙株中Se元素特征分析

2.4.1" 富集Cd背景下施加不同濃度Se肥土壤中Se元素含量特征分析

由表6可知，施加不同濃度Se肥的土壤中，0.14 mg/kg

Se肥條件下，Se含量變化范圍為0.62～0.85 mg/kg；0.15 mg/kgSe肥條件下，變化范圍為0.62～0.80 mg/kg；0.16 mg/kg Se肥條件下，變化范圍為0.61～0.71 mg/kg。

從不同濃度Se肥土壤中Se含量的平均值來分析，0.14 mg/kgSe肥條件下平均值為0.69±0.13 mg/kg，0.15 mg/kg Se肥條件下平均值為0.68±0.11 mg/kg，0.16 mg/kg Se肥條件下平均值為0.65±0.06 mg/kg。說明0.14 mg/kg Se肥條件下土壤中Se含量較高，但三者之間差異較小。

從變異系數(shù)大小來分析（表6），9.23%（0.16 mg/kg）＜16.92%（0.15 mg/kg）＜18.84%（0.14 mg/kg），即0.16 mg/kg條件下的變異系數(shù)最小，說明0.16 mg/kg Se肥條件下土壤中的Se含量較均勻。

2.4.2" 富集Cd背景下施加不同濃度Se肥煙莖中Se元素含量特征分析

由表7可知，施加不同濃度Se肥的土壤中，0.14 mg/kgSe肥條件下，Se含量變化范圍0.021～0.031 mg/kg；0.15 mg/kg Se肥條件下，變化范圍為0.017～0.032 mg/kg，0.16 mg/kg Se肥條件下，變化范圍為0.011～0.016 mg/kg，從結果來看0.14 mg/kg Se肥條件下土壤中Se含量最高。

從變異系數(shù)大小來分析（表7），18.57%（0.16 mg/kg）＜20.40%（0.14 mg/kg）＜34.34%（0.15 mg/kg），即0.16 mg/kg濃度下的變異系數(shù)最小，說明0.16 mg/kg Se肥條件下土壤中的Se含量較均勻。

由表7可知，0.14 mg/kg Se肥條件下的煙莖Se含量顯著高于0.15和0.16 mg/kgSe肥條件下的煙莖。

2.4.3" 富集Cd背景下施加不同濃度Se肥上部煙葉中Se元素含量特征分析

由表8可知，施加不同濃度Se肥的上部煙葉中，0.14 mg/kg Se肥條件下，Se含量變化范圍為0.058～0.117 mg/kg；0.15 mg/kg Se肥條件下，變化范圍為0.038～0.060 mg/kg；0.16 mg/kg Se肥條件下，變化范圍為0.038～0.040 mg/kg。從結果來看0.14 mg/kg Se肥條件下上部煙葉Se含量最高。

從變異系數(shù)大小來分析（表8），2.56%（0.16 mg/kg）＜25.53%（0.15 mg/kg）＜35.71%（0.14 mg/kg），即0.16 mg/kg濃度下的變異系數(shù)最小，說明0.16 mg/kg Se肥條件下上部煙葉中的Se含量較均勻。

2.5" Cd-Se相關性分析

根據(jù)圖3可知，高地質背景區(qū)土壤Cd與Se之間存在較強的正相關性，暗示土壤中Cd和Se的同一來源。

對采集到的施加0.14 mg/kg Se肥的土壤、煙莖、上部煙葉及中部煙葉共12個樣品的數(shù)據(jù)進行皮爾遜相關性分析。由表9看出，土壤中Cd-Se存在明顯的負相關性，土壤中Cd與上部煙葉Cd及煙莖中Cd存在負相關性，土壤中Se與上部煙葉Se及煙莖中Se存在正相關性，暗示土壤中Cd、Se以不同方式進入煙葉及煙莖，說明兩者之間存在一定的拮抗作用。

3" 討論

本文研究結果顯示靖西市那國村巴果屯植煙區(qū)中，施加0.14 mg/kg Se肥，0.15 mg/kg Se肥和0.16 mg/kg Se肥土壤和煙株中的Cd、Se含量和相關性有所差異。對于煙莖Cd含量而言，0.14 mg/kg Se肥條件下的煙莖Cd含量顯著低于0.15和0.16 mg/kg Se肥條件下的煙莖Cd含量。對于Se含量而言，施加0.14 mg/kg Se肥的情況是土壤、煙莖Se和上部煙葉中的Se含量都是最高的，但施加0.16 mg/kg Se肥的情況是這3個部位Se含量最為穩(wěn)定的。

從相關性的角度分析，在不進行Cd富集和不施加Se肥的情況下，土壤中Cd和Se是具有一定的相關性的，但在進行Cd富集和施加Se肥后，土壤中Cd-Se存在明顯的負相關性，土壤中Cd與上部煙葉Cd及煙莖中Cd存在負相關性，土壤中Se與上部煙葉Se及煙莖中Se存在正相關性?？赡艿脑蚴菬熤陮d的吸收能力遠遠大于煙株對Se的吸收能力，導致土壤和煙株中Cd-Se失衡；上部煙葉Se與土壤Se濃度極顯著正相關可能是由于Cd-Se之間的拮抗作用影響了煙株對Se的吸收。

Cd含量在煙莖的分布與Se肥的施加量存在一定的關聯(lián)性，Se含量在土壤、煙莖和上部煙葉中的分布也與Se肥的施加量有一定的關聯(lián)性，結合管恩相等[11]的研究，認為土壤中Cd與Se之間可能存在一種拮抗作用，且0.14 mg/kg Se肥是一個比較好的施加濃度，此濃度下對Cd的拮抗作用比較好。譚旭生等[12]也得出了類似的結論。

4" 結論

通過田間試驗初步分析了不同Se肥濃度下重金屬元素Cd和生命元素Se在土壤和煙草植株中的分布特征，簡要分析了不同Se肥濃度下Cd與Se之間的相互作用。高鎘地質背景下土壤中Cd-Se存在一定的拮抗作用，且在0.14 mg/kg Se肥條件下拮抗作用最強。

目前關于土壤Cd、Se 2種元素含量方面的研究雖然很多，但主要停留在單個元素對土壤的影響，在兩者相互作用的研究相對較少[11-12]。因此，有必要通過施加不同濃度Se肥措施的研究來發(fā)現(xiàn)土壤中Cd-Se之間的相互作用，研究植物對Cd、Se元素吸收分配和食用此植物的動物的基因型差異及其不同時期和不同部位的變化規(guī)律，并明確植物和動物對Cd、Se的吸收和分配機理。此外，隨著人們對產品質量安全的不斷追求及健康意識的提高，如何降低煙草中鎘等重金屬含量和提高硒等生命元素的含量，提高煙草安全性和營養(yǎng)性是近年來研究的熱點話題。對煙草重金屬鎘的控制主要集中在2個方面，一是在煙草和水稻種植生產階段重點控制土壤中鎘含量和施加硒肥的濃度；二是在生產階段解決煙用材料鎘的帶入問題。

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