全 文 ：镉和铅污染对烤烟根区土壤微生物及烟叶
品质的影响 3
马新明 3 3 　李春明　袁祖丽　熊淑萍　张贵龙
(河南农业大学农学院 ,郑州 450002)
【摘要】　通过盆栽试验 , 研究了 Cd 和 Pb 污染对烤烟根区微生物和烟叶品质的影响. 结果表明 ,随着 Cd、
Pb 处理浓度的增加 ,烤烟根区 4 种微生物数量均呈减少趋势 ;低浓度 Cd( ≤10 mg·kg - 1)和 Pb( ≤300 mg·
kg - 1)下 ,烤烟根区 4 种微生物数量降幅最大 ;烤烟烟叶中品质指标糖/ 碱比和氮/ 碱比升高 ,化学成分组成
趋于不协调 ,不利于烟叶香味的形成. 烟叶 K含量与 Cd 和 Pb 污染浓度呈负相关 ,与 Cd 污染下根区钾细
菌数量呈显著 (或极显著)正相关 ,与 Pb 污染根区钾细菌数量相关不显著.
关键词 　Cd 和 Pb 污染 　烤烟 　根区 　土壤微生物 　品质
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 11 - 2182 - 05 　中图分类号 　X17115 　文献标识码 　A
Impacts of Cd and Pb pollution on soil microbes in tobacco root zone and on tobacco leaf quality. MA Xinming ,
L I Chunming , YUAN Zuli ,XION G Shuping ,ZHAN G Guilong ( College of A gronomy , Henan A gricultural U ni2
versity , Zhengz hou 450002 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (11) :2182～2186.
A pot experiment was conducted to study the impacts of Cd and Pb pollution on soil microbes in tobacco root zone
and the quality of tobacco leaves. The results indicated that the higher concentrations of Cd and Pb in soil ,the less
soil microbes in tobacco root zone. When the levels of Cd and Pb were ≤10 and ≤300 mg·kg - 1 ,respectively ,
the individuals of soil microbes decreased acutely. As for the quality indexes of tobacco leaves ,the ratios of reduc2
tive sugar/ nicotine and total2N/ nicotine increased ,and the main components became disharmony ,which was dis2
advantage for the fragrance forming of tobacco leaves. The K content in tobacco leaves had a negative correlation
with soil Cd and Pb concentrations ,but a significantly positive correlation with the quantity of potassium bacteria
in root zone under Cd pollution. No significant correlation was observed between the K content in tobacco leaves
and the quantity of potassium bacteria in root zone under Pb pollution.
Key words 　Cd and Pb pollution , Tobacco , Root zone , Soil microbe , Quality.
3 国家烟草专卖局重大招标资助项目 (110200201005) .3 3 通讯联系人.
2004 - 11 - 30 收稿 ,2005 - 05 - 10 接受.
1 　引 　　言
重金属是土壤及有关环境中的重要污染物. 近
年来 ,人类活动引起的重金属向土壤环境的释放呈
加剧的趋势[12 ,13 ] . 这种人为因素造成的重金属污染
大部分存在于土壤表面[10 ,11 ] ,不仅对植物具有毒害
作用[6 ,17 ] ,而且还可以进入食物链 ,危及人类健
康[15 ] . 自 1935 年日本发生骨痛病以来 ,重金属污染
越来越受到人们的重视[2 ,5 ,14 ,18 ] . 有关 Cd、Pb 污染
对植物生长的危害 ,国内外都进行了较为广泛的研
究 ,Cd、Pb 能降低植物叶片叶绿素和抗坏血酸含量 ,
影响抗氧化酶活性 ,抑制植物光合作用和蒸腾作用 ,
降低植物产量和质量 ,加速植物衰老等[7 ,8 ,20 ] . 从以
往的研究来看 ,Cd、Pb 对粮食作物与蔬菜品质的影
响报道较多 ,而 Cd、Pb 对烟草品质的影响报道较
少. 烟草生产提倡优质适产 ,对于烤烟而言 ,品质是
其生产追求的主要指标. 本文采用盆栽试验 ,较系统
地研究了 Cd、Pb 污染对烤烟根区土壤微生物及烟
叶品质的影响 ,旨在为重金属污染后的土壤修复和
实现烤烟无公害生产提供理论依据.
2 　材料与方法
211 　试验设计
试验以盆栽的方法在河南农业大学校科教园区进行 ,供
试土壤为壤质潮土 [1 ] ,有机质含量 0185 ×104 mg·kg - 1 ,全 N
含量 8185 ×102 mg·kg - 1 ,碱解氮含量 65146 mg·kg - 1 ,速效
磷含量 20142 mg·kg - 1 ,有效钾含量 2138 ×102 mg·kg - 1 ,土
壤 p H 值为 715 , Cd、Pb 本底值分别为 0111 和 35133 mg·
kg - 1 . 装盆前土壤过筛 ,每盆装干土 15 kg (盆钵直径 36 cm ,
深 42 cm) . 施用化肥分别为分析纯 ( NH4 ) 2 SO4 、KNO3 和
KH2 PO4 ,肥料均作基肥一次性施入. 施 N 量按 012 g·kg - 1
干土施用 ,N、P、K比例为 N∶P2O5∶K2O = 1∶115∶3. 供试品种
为云烟 85. 移栽返苗后以模拟污灌方式按处理浓度 (表 1) 一
次性施入Cd ( Ac) 2和 Pb ( Ac) 2溶液 ,浓度以纯Cd和 Pb计 ,
应 用 生 态 学 报 　2005 年 11 月 　第 16 卷 　第 11 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Nov. 2005 ,16 (11)∶2182～2186
表 1 　试验处理
Table 1 Experimental treatment
重金属
Heavy metals
浓　度
Concentration (mg·kg - 1)
Cd 3 6 10 30 60 100
Pb 150 300 450 600 750 1000
单位为 mg·kg - 1 ,以灌清水为对照 ,重复 3 次.
212 　测定方法
21211 根区土壤的获取 　分别于烟草生长的团棵期、现蕾期
和采收期取出全部根系 ,抖落根系上多余的土壤 ,剪下根系 ,
放入已经灭菌的三角瓶中 ,加入一定量的无菌水 ,然后振荡
30 min ,取出根系 ,用定量的无菌水冲洗 3 次 ,将三角瓶内水
溶液振动均匀以后 ,即成为根区土壤悬浮液.
21212 土壤重量 　取 50 ml 混合均匀的土壤悬浮液 ,放入蒸
发皿中烘干 ,计算 1 ml 土壤悬浮液根区土壤的重量.
21213 根区微生物的培养与计数 　取上述土壤悬浮液采用
稀释平板测数法分别测定细菌、放线菌、钾细菌和真菌的数
量 ,细菌计数采用牛肉膏蛋白胨培养基 ,28～30 ℃下培养 48
h ;放线菌用高氏 1 号培养基 ,28～30 ℃下培养 5～7 d ;钾细
菌用硅酸盐培养基 ,28～30 ℃下培养 5 d ;真菌用马铃薯蔗糖
琼脂 ( PDA)培养基 ,25～30 ℃下培养 5～7 d.
21214 品质指标的测定 　取中部烘烤后烟叶测定各指标 ,还
原糖、烟碱和烟叶 K含量按文献 [16 ]的方法测定 ;总糖采用文
献[22 ]的方法测定 ;全 N 采用凯氏定氮法 [19 ]测定.
3 　结果与分析
311 　Cd、Pb 污染对土壤真菌数量的影响
由图 1 可以看出 ,根区真菌数量随 Cd、Pb 浓度
的增大逐步减少. 3 个生育期中 ,各处理浓度均以采
收期真菌数量最多 ,团棵期最少 ,说明在烟草生长的
早期 ,根区土壤真菌受污染的影响较大. 在 Cd 污染
条件下 ,真菌数量与 Cd 浓度在 3 个生育期均相关
不显著 (表 2) ;与对照相比 ,3 个生育期中真菌数量
均以 3 mg·kg - 1降幅最大 ,其中团棵期与现蕾期分
别为 86166 %与 66138 % ,采收期为 38115 % ;3 mg·
kg - 1以后下降幅度变缓 ,说明团棵期与现蕾期真菌
对 Cd 较为敏感 ,采收期真菌对 Cd 污染不敏感. 在
Pb 污染下 ,3 个生育期中真菌数量与 Pb 浓度呈显
著负相关 ,团棵期呈极显著负相关 ( r = - 0187 3 3 )
(表 2) ;团棵期真菌数量的变化以 450 mg·kg - 1处理
为转折点 ,之前降低幅度大 ,为 23136 %～50188 % ,
之后趋于缓和 ,为 0165 %～6102 % ;现蕾期和采收
期真菌数量变化均以 300 mg·kg - 1处理为转折点 ,
之前降幅分别在 17139 %～53151 % ,之后分别在
0137 %～6175 %.
312 　Cd、Pb 污染对土壤细菌数量的影响
土壤细菌是有机物分解过程中主要的微生物类
图 1 　Cd 和 Pb 污染对真菌菌数的影响
Fig. 1 Effect of Cd and Pb pollution on fungi number1
Ⅰ1 团棵期 Rosette stage ; Ⅱ1 现蕾期 Budding stage ; Ⅲ1 采收期
Harvest stage ; 3 P < 0105 ; 3 3 P < 01011 下同 The same below1
群[9 ] .随着 Cd、Pb 处理浓度的增大 ,土壤根区细菌数
量随生育时期的推移而减少 (图 2) . 在 Cd 污染下 ,细
菌数量与 Cd 浓度在 3 个生育期均呈显著负相关 (表
2) ,采收期呈极显著负相关 ( r = - 0190 3 3 ) ;与对照
相比 ,团棵期根区土壤细菌数量在 3 mg·kg - 1下降
幅度为 46184 % ,之后随污染浓度的增加 ,细菌数量
下降幅度变缓 ,为 1160 %～12171 %. 与团棵期相
比 ,现蕾期和采收期根区土壤细菌数量均相对减少 ,
但各浓度之间变化有波动. 在 Pb 污染下 ,3 个生育
期中细菌数量与其浓度呈负相关 ,团棵期和现蕾期
呈极显著负相关 (相关系数分别为 - 0195 3 3 和 -
0188 3 3 ) ,而采收期相关不显著 (表 2) ;与对照相
比 ,团棵期细菌数量在 150 mg·kg - 1降幅最大 ,为
35154 %.与 Cd 污染一样 ,现蕾期和采收期根区细
菌数量受 Pb 污染的影响较小 ,但不同浓度之间存
在大小交叉式波动.
313 　Cd、Pb 污染对土壤放线菌数量的影响
由图 3 可知 ,随着 Cd、Pb 污染浓度的增加 ,放
线菌数量均呈逐渐下降趋势 ,并以采收期数量最大 ,
现蕾期相对较低. 在 Cd 污染下 ,放线菌数量与 Cd
浓度在 3 个生育期均呈显著负相关 ,采收期呈极显
著负相关 ( r = - 0190 3 3 ) (表 2) ; 与对照相比 ,团棵
期 , 10 mg·kg - 1处理下放线菌数量的降幅最大 ,为
33189 % ,30 mg·kg - 1以后 ,放线菌数量下降幅度趋
缓 ;现蕾期 ,10 mg·kg - 1处理下放线菌数量下降幅
度最小 ,为 3142 % ; 采收期 ,其数量呈近直线型下
降 ,拟合方程为 y = - 413687 x + 321259 ( r =
019959 3 3 , x为Cd处理浓度 , y为放线菌菌数) ,呈
381211 期 　　　　　　　　马新明等 :镉和铅污染对烤烟根区土壤微生物及烟叶品质的影响 　　　　　　　　　　　
表 2 　Cd、Pb浓度与根区微生物数量之间的相关分析
Table 2 Correlation analysis bet ween concentration of Cd and Pb and amount of microbe in tobacco root extent
相关系数
Correlation Coefficient
真菌 Fungi
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
细菌 Bacteria
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
放线菌 Actinomycetes
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
钾细菌 Silicate bacteria
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
Cd - 0144 - 0150 - 0170 - 0175 3 - 0179 3 - 0190 3 3 - 0175 3 - 0186 3 - 0190 3 3 - 0174 - 0189 3 3 - 0164
Pb - 0187 3 3 - 0178 3 - 0182 3 - 0195 3 3 - 0188 3 3 - 0168 - 0175 3 - 0160 - 0187 3 3 - 0192 3 3 - 0178 3 - 0171
n = 7 , r0105 = 0175 , r0101 = 01871 Ⅰ1 团棵期 Rosette stage ; Ⅱ1 现蕾期 Budding stage ; Ⅲ1 采收期 Harvest stage1 3 P < 0105 ; 3 3 P < 01011 下同 The same below1
极显著负相关. 60 mg·kg - 1处理下放线菌数量下降
幅度最小 ,为 6167 %. 在 Pb 污染下 ,放线菌数量与
其浓度在团棵期和采收期呈显著负相关 ,采收期呈
极显著负相关 ( r = - 0187 3 3 ) ,而现蕾期相关不显
著 (表 2) ;放线菌数量以 150 mg·kg - 1处理降幅最
大 ,分别达到 57198 % (团棵期) 、91189 % (现蕾期)
和 28164 %(采收期) ,以后各处理间放线菌数量下
降幅度相对变缓.
图 2 　Cd 和 Pb 污染对细菌菌数的影响
Fig. 2 Effect of Cd and Pb pollution on bacteria number1
图 3 　Cd 与 Pb 污染对放线菌菌数的影响
Fig. 3 Effect of Cd and Pb pollution on actionmycete number.
314 　Cd、Pb 污染对土壤钾细菌数量的影响
随着Cd、Pb污染浓度的增加 ,钾细菌数量呈下
图 4 　Cd 与 Pb 污染对钾细菌菌数的影响
Fig. 4 Effect of Cd and Pb pollution on silicate bacteria number.
降趋势 ,以采收期数量最多 (图 4) . 在 Cd 污染下 ,钾
细菌数量与其浓度在现蕾期呈极显著负相关 ( r =
- 0189 3 3 ) ,团棵期和采收期相关不显著 ;采收期钾
细菌数量在 3 mg·kg - 1降幅最大 ,为 43170 % ,之后
降幅分别在 2106 %～8170 %. 在 Pb 污染条件下 ,钾
细菌数量与 Pb 污染浓度在团棵期和现蕾期呈显著
负相关 ,团棵期呈极显著负相关 ( r = - 0192 3 3 ) ,采
收期相关不显著 ;采收期钾细菌菌数在 150 mg·
kg - 1污染浓度下降幅最大 ,为 63176 % ,以后各处理
间钾细菌数量下降幅度相对变缓 ,说明钾细菌数量
在采收期受 Cd、Pb 污染的影响最大 ,这样就直接影
响到采收期土壤提供可溶性钾的能力 ,进而影响到
烟叶中钾含量 ,降低烟叶的品质. 315 　Cd、Pb 污染
对烤烟品质的影响
结果表明 ,随着 Cd、Pb 污染浓度的递增 ,烟叶
中各化学成分含量有升有降 ,但品质指标糖/ 碱比和
氮/ 碱比升高 (表 3) . Cd、Pb 污染条件下 ,总 N 含量
分别为 2118 %～2127 %和 1196 %～2111 %. 经相关
分析 , Cd 污染下 ,低于 10 mg·kg - 1处理浓度时 ,差
异达显著水平 ,10 mg·kg - 1及其之后差异不显著 ;
Pb 污染下 ,除 150 和 450 mg·kg - 1外 ,差异达显著
水平 ,150 和 450 mg·kg - 1分别与其它各处理差异
不显著.
4812　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
表 3 　Cd和 Pb污染对烤烟品质的影响
Table 3 Effect of Cd and Pb pollution on quality of tobacco leaves
处理
Treatment
(mg·kg - 1)
总 N
Total N
( %)
还原糖
Reductive
sugar ( %)
烟碱
Nicotine
( %)
K
Kalium
( %)
糖/ 碱
Sugar/
Nicotine
氮/ 碱
N/ Nicotine
　
Cd 0 2127b 15199C 2132a 1196A 6189 0198
3 2118a 22199A 2110b 1185AB 10195 1104
6 2118a 17147B 1191bc 1167AB 9115 1114
10 2123b 17145B 1188c 1156B 9127 1118
30 2120b 15145C 1182c 1154B 8148 1121
60 2124b 15195C 1181c 1144B 8183 1124
100 2121b 15157C 1165c 1108C 9146 1134
Pb 0 2111a 14169D 2112a 1196b 6193 1100
150 2107ab 22181A 1191b 2151a 11196 1108
300 1199b 20127B 1189bc 1195b 10175 1105
450 1199ab 19112BC 1184bc 1176c 10139 1108
600 1199b 17139C 1183bc 1155d 9152 1109
750 1197b 17190C 1171c 1124e 10148 1115
1000 1196b 17122CD 1160c 1102f 10175 1123
标准 115～213 %15～18 % 116～3 % > 2 % 3～7 1
Stan2
dard
不同的大写字母 (A、B)和小写字母 (a、b)分别代表 P < 0101 和 P < 0105 Dif2
ferent capital (A and B) and small (a and b) letters stand for P < 0101 and P <
01051
　　还原糖含量在 Cd、Pb 污染条件下分别为
15145 %～22199 %和 14169 %～22181 % ,与对照相
比 ,Cd 污染下 ,低于 10 mg·kg - 1处理浓度时 ,差异
达极显著水平 ,10 mg·kg - 1之后差异不显著 ,3 mg·
kg - 1与其它各处理比 ,差异达极显著水平 ;与对照
相比 ,Pb 污染下 ,除 1 000 mg·kg - 1外 ,差异达极显
著水平 ,150 和 300 mg·kg - 1分别与其它各处理 ,差
异均达极显著水平.
烟碱含量随 Cd、Pb 污染浓度的增加逐渐下降 ,
与对照相比 , Cd 污染下 ,差异达显著水平 , 6 mg·
kg - 1与其它各处理差异不显著 ,3 mg·kg - 1分别与
除 6 mg·kg - 1外的其它处理的差异达显著水平 ;与
对照相比 , Pb 污染下 ,差异达显著水平 , 150 mg·
kg - 1之后各处理之间差异不显著 ,150 mg·kg - 1分
别与 600 mg·kg - 1之后各处理之间差异达显著水
平.
除 150 mg·kg - 1的 Pb 处理外 ,烟叶中 K 含量
随 Cd、Pb 污染浓度的增加逐渐下降 ,与对照相比 ,
Cd 污染下 , K含量持续降低 ,6 mg·kg - 1之后 ,差异
达极显著水平 ,处理间相比除 100 mg·kg - 1外 ,差异
均不显著 ;与对照相比 , Pb 污染下 , K 含量先升后
降 ,除 300 mg·kg - 1外 ,处理间差异显著. 惟有 150
mg·kg - 1的 K 含量比对照高 ,且符合 K 含量大于
2 %的优质烟标准[3 ,4 ,21 ] .
烤烟烟叶中品质指标糖/ 碱比和氮/ 碱比在 Cd、
Pb 污染下均高于对照 ,且高于相应优质烟叶标准 ,
化学成分组成趋于不协调 ,不利于烟叶香吃味的形
成.
316 　烟叶中 K含量与根区钾细菌数量的关系
由表 4 可以看出 ,受 Cd 污染烟株的根区土壤
钾细菌数量 ,在 3 个生育期都与烟叶中 K含量呈显
著正相关 ,特别是在团棵期和现蕾期 ,达极显著水
平 ,说明烟叶中 K 含量随 Cd 污染浓度的增加逐渐
降低 ,这主要是由于根区土壤中钾细菌数量减少所
致 ;在 Pb 污染条件下 ,根区土壤钾细菌数量与烟叶
中 K含量在 3 个生育期均未达到显著水平. 烟叶中
的 K含量与 Cd、Pb 处理浓度呈极显著负相关 ,说明
随 Cd、Pb 污染程度的增加 , K含量显著下降.
表 4 　烟叶中 K含量与 Cd、Pb浓度及根区钾细菌数量之间的相关分
析
Table 4 Correlation analysis bet ween Kcontent and concentration of Cd
and Pb and amount of silicate bacteria in tobacco root extent
Cd
Ⅳ Ⅰ Ⅱ Ⅲ
Pb
Ⅳ Ⅰ Ⅱ Ⅲ
K含量
K content ( %) - 0192 3 30189 3 3 0197 3 3 0182 3 - 0190 3 3 0168 0157 0137
Ⅳ1 浓度 Concentration1
4 　讨 　　论
Cd、Pb 污染下 ,烟草根区真菌、细菌、放线菌和
钾细菌数量随浓度的增大均呈下降趋势. 不同土壤
微生物在不同生育期对 Cd、Pb 污染的响应不同. 团
棵期和现蕾期 ,真菌较为敏感 ;细菌则在团棵期反应
最敏感 ;对于 Cd 污染 ,放线菌在采收期反应敏感 ,
Pb 污染以现蕾期最敏感 ;钾细菌在采收期最敏感.
Cd、Pb 污染下 ,烟叶中总 N、烟碱含量逐渐降
低.低浓度 Cd 处理 (3 mg·kg - 1) 和低浓度 Pb 处理
(150～450 mg·kg - 1) 下 ,还原糖含量下降 ,不利于
优质烟叶的形成. 尽管在低浓度 Pb 处理 (150 mg·
kg - 1) 下烟叶 K 含量有所提高 ,但用以反映烟叶香
吃味品质的糖/ 碱比与氮/ 碱比都趋于不协调. 在
Cd、Pb 污染条件下 ,虽然某些单项品质指标有变好
的趋势 ,但就品质指标的协调性而言 ,均有下降 ,即
在污染条件下不易形成优质烟叶. 其原因可能在于
Cd、Pb 污染较大幅度地影响了土壤微生物的数量 ,
特别是采收期对钾细菌的影响 ,减少对土壤 K的活
化和吸收 ,真菌、细菌和放线菌数量的减少 ,影响到
土壤有机质和腐殖质的分解和矿化 ,进而影响到烟
草根系和地上部的生长发育 ,打乱了烟草对有机、矿
质养分的平衡吸收 ,反映烟叶香吃味品质的糖/ 碱比
与氮/ 碱比趋于不协调 ,不利于烟叶品质的形成.
低浓度的 Pb 处理促进了烟叶中 K 含量的提
高 ,其原因在于低浓度 Pb 处理刺激了烟草根系中
A TPase 活性 ,提高烟株对 K+ 的吸收能力 ,同时低
581211 期 　　　　　　　　马新明等 :镉和铅污染对烤烟根区土壤微生物及烟叶品质的影响 　　　　　　　　　　　
浓度的 Pb 处理降低了烟株通过腺毛对 K+ 的向外
分泌 ,相关内容待另文发表 ,但其作用机理尚待进一
步研究.
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作者简介 　马新明 ,男 ,1963 年生 ,博士 ,教授. 主要从事作
物生态和作物模型研究 ,发表论文 60 余篇. E2mail :xinming2
ma @371. net
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