沪宁高速公路两侧植物重金属含量与分布特征分析

杨宝玲,郑阿宝,阮宏华

(1.江苏农林职业技术学院风景园林系，江苏句容 212400；2.南京林业大学，江苏省林业生态工程重点实验室，江苏南京 210037；3.江苏省林业局，江苏南京 210036)



沪宁高速公路两侧植物重金属含量与分布特征分析

杨宝玲1，2,郑阿宝3,阮宏华2*

(1.江苏农林职业技术学院风景园林系，江苏句容 212400；2.南京林业大学，江苏省林业生态工程重点实验室，江苏南京 210037；3.江苏省林业局，江苏南京 210036)

以沪宁高速公路两侧植物为研究对象，按不同的土地利用方式(有林带和无林带)采集植物样品，分析了尾气排放对植物重金属污染的影响及公路绿色通道建设对重金属污染的防护作用。研究结果表明：(1)杨树叶对Cu、Pb的富集能力较小，但对Zn的富集系数较大；(2)沪宁高速公路两侧杨树叶和黄豆叶中重金属Cu、Pb、Zn的含量均随距公路距离的增加而减少；(3)沪宁高速公路中黄豆叶和杨树叶中重金属含量与土壤中重金属含量没有明显的相关性。

绿色通道建设；重金属污染；植物；相关性

目前公路绿色通道建设对净化空气、减少重金属污染、减少噪音、改善土壤质量、调节小气候、涵养水源、保持水土等作用得到了一致认可[4-6]。该研究探讨了沪宁高速公路旁植物叶片中重金属的含量及绿色通道建设对公路旁植物叶片重金属污染的防护作用，旨在对绿色通道树种选择与配置及无公害农产品生产基地的规划建设提供理论参考。

1 研究地概况与研究方法

1.1 研究地概况沪宁高速东起上海，西止于南京马群，为全封闭、全立交、高等级、多功能的现代化高速公路，全线采用交通部部颁标准建设，主线高速公路路基26 m，双向8车道，每车道宽3.75 m，中央设3 m宽分隔带，外侧设2.5 m宽的紧急停车带，通车能力每天达6万辆次。以沪宁高速公路汤山至常州段为研究样段，该路段周围开阔，无工业污染源。采样点用GPS精确定位，采样点具体概况见表1。

表1 沪宁高速采样点概况

采样点类型土地利用类型树种林带宽度∥m树龄∥a枝下高∥m株行距∥m树高∥m胸径∥cm对照1、2、3农田(黄豆)-------绿色通道1有林地杨树8064.02.9×1.87.832.2绿色通道2有林地杨树8064.12.5×2.58.029.2绿色通道3有林地杨树7053.51.0×2.07.025.6

1.2 样品采集与测定在公路沿线一侧选取3个绿色通道段(有林带)和3个空白对照段(无林带)(表1)。分别距路基5、10、20、50、100 m处采集植物样品大豆[Glycinemax(Linn.) Merr.]叶片。 绿色通道段种植树木多为杨树纯林。根据绿色通道的建设特点，距公路20 m处绿色通道起点作为第1个采样点，绿色通道中间50 m处作为第2个采样点，绿色通道边缘距公路100 m处作为第3个采样点；黄豆叶片的采集根据种植特点，将靠近高速公路边10、20和100 m处作为黄豆叶采样点。5次重复，充分混合装入自封袋中，记录采集地点、时间，带回实验室处理。

植物样品和土壤样品均用电感耦合等离子仪(ICP)测定样品中重金属Pb、Cu、Zn的含量。

2 结果与分析

2.1 绿色通道段杨树叶片重金属含量树木叶片中的重金属主要有2个来源：从土壤中吸收和从大气中直接吸收。可以认为树木叶片中重金属元素的总量减去树木从土壤中吸收的量即为从大气中吸收的量[7]。树木中重金属含量大部分来自于大气污染，与大气中的总悬浮颗粒物(TSP)浓度有很大的关系，受土壤的影响很小[8-9]，这一特点正是公路两侧植物净化空气、降低污染的主要机理。

植物从沉积物中吸收、富集重金属，可以用富集系数来反映植物对重金属富集程度的高低或富集能力的强弱。重金属富集系数是指植物某一部位的元素含量与土壤中相应元素含量之比，它在一定程度上反映着沉积物——植物系统中元素迁移的难易程度，说明重金属在植物体内的富集情况。重金属富集系数=植物体内重金属含量/土壤(或沉积物)中重金属含量×100%[10]。如表2所示，杨树叶对重金属Cu、Pb的富集系数较小，但对重金属Zn的富集系数较大。

表2 距公路不同距离杨树叶片重金属含量

重金属距离m含量范围mg/kg平均值mg/kg标准偏差变异系数富集系数Cu2012.31～71.1734.6831.890.921.445016.67～17.7617.240.550.030.8710010.67～12.6311.680.980.080.64Pb203.21～10.736.603.810.580.46502.59～6.444.751.960.410.341000.90～3.672.051.440.710.15Zn2099.05～235.77148.6075.720.513.815070.06～210.68127.8873.560.583.9610042.68～130.2075.1847.910.642.89

2.2 沪宁高速公路两侧植物叶片重金属含量随公路垂直距离的变化

2.2.1杨树叶片重金属含量随公路垂直距离的变化。沪宁高速绿色通道杨树叶中重金属Cu、Pb、Zn的含量均表现为靠近路边20 m处含量最高(图1a、b、c)，随距公路距离的增加，杨树叶中重金属Cu、Pb、Zn的含量急剧降低，呈显著负线性相关。这说明靠近路边杨树叶对重金属Cu、Pb、Zn有明显的吸收富集作用，表明绿色通道建设对公路旁重金属污染具有明显的削弱作用。

从表2可以看出，用传统最小二乘迭代法，无论是3次迭代还是6次迭代，误差均比本文方法大很多.其中，本文方法3次迭代的拟合曲线平均误差约为传统最小二乘迭代法的1/2，6次迭代的拟合曲线平均误差不到传统最小二乘迭代法1/40，本文方平均误差小于0.5 rad，最大误差不到1 rad.

2.2.2黄豆叶片重金属含量随公路垂直距离的变化。公路两边的农作物长期生长在废弃污染环境中，其生命活动会受到一定的影响。当污染物浓度超过一定范围，农作物生命活动就会受到明显影响，首先是农作物光合作用减慢，呼吸作用加快，消耗体内物质抵抗污染物的胁迫，进而导致生长活动减慢，甚至枯黄、死亡，影响农作物的产量和品质。

黄豆叶中重金属Cu，不论对照段还是绿色通道段均表现为靠近路边10 m处浓度最高(图2a)，随距公路距离的增加，浓度不断降低，绿色通道段重金属Cu含量明显低于空白段。

黄豆叶中重金属Pb、Zn，空白段均为随公路距离的增加浓度不断升高，距公路边垂直距离100 m处突然出现一高峰值(图2b、c)。这说明Pb、Zn污染不仅在公路两侧100 m范围内，由于风力、降雨等作用，其污染可能向更远处漂移扩散。绿色通道段黄豆叶片中重金属Pb、Zn均在20 m处出现一高峰值，100 m后迅速降低，但靠近路边10 m处浓度较低。这与绿色通道的建设有关，绿色通道段距离公路20 m以后为防护林，①受树干、树叶的阻挡，直接降尘于公路两侧，使20 m处重金属含量明显升高，出现高峰值；②由于汽车尾气、粉尘等被树木叶片、枝干等吸附，通过机械振动和雨水冲刷进入附近土壤。

2.3 土壤重金属与植物重金属相关性分析一般说来，植物吸收重金属的浓度有随土壤中重金属的浓度增加而增加的趋势。另外，植物产量与土壤重金属的污染程度有着很大的相关性[11]。

相关性分析显示，沪宁高速公路黄豆叶和杨树叶中重金属Cu、Pb、Zn与土壤中重金属Cu、Pb、Zn之间没有明显的相关性，说明黄豆叶中重金属Cu、Pb、Zn不仅来自土壤富集，而且可能更多的来自空气吸附。

3 结论与讨论

3.1 结论

(1)杨树叶对重金属Cu、Pb的富集能力较小，但对重金属Zn的富集系数较大。

(2)沪宁高速公路杨树叶和黄豆叶片中重金属Cu、Pb、Zn的含量随距公路距离的增加而减少。

(3)沪宁高速公路中黄豆叶和杨树叶中重金属含量与土壤中重金属含量没有明显的相关性。

3.2 讨论

(1)沪宁高速绿色通道段，杨树林带的存在使黄豆叶中重金属Cu含量表现为靠近路边10 m处浓度最高，随后浓度随距离的增加而一直减小，没有高峰值出现；而绿色通道段黄豆叶片中重金属Pb、Zn均在20 m处出现一高峰值，100 m后迅速降低。绿色通道的存在阻碍了汽车尾气向更远处扩散，使汽车尾气、粉尘等在绿色通道靠近公路边沉降。杨树对重金属的吸附可能更具优势，对改善空气质量的效果更佳。它可能是适合公路边清除颗粒物，减少重金属污染的一种优良绿化树种。

(2)植物吸收重金属元素, 除受元素有效性的影响外，还受土壤理化特性、大气污染等其他因素的影响。一般情况下，土壤中的有机质、黏土矿物含量越多，盐基代换量越大，土壤的pH越高，则重金属在土壤中的活性越弱，其对植物的有效性越低，即植物对重金属的吸收量越小。因此可以解释植物叶片中重金属含量与土壤重金属含量间相关性不显著。

(3)沪宁高速路面均高于两侧农田，在一定范围内，路面越高, 尾气排放形成的扬程越大，污染范围也越远。因此，沪宁高速公路空白段黄豆叶中除重金属Cu随距公路距离的增加，浓度不断降低外，重金属Pb、Zn的浓度均随距离的增加而略有升高，距公路边垂直距离100 m处突然有一高峰值。

(4)加强绿色通道的建设，控制或切断重金属进入食物链，采取有效措施控制植物对重金属的吸收，减少重金属在农作物体内，特别是可食用部分的积累量，是减轻重金属对农作物危害的关键。营造一定宽度、密度的公路绿色通道，宽度、密度应该根据不同公路等级或车流密度来研究确定，同时，不同植被类型的绿色通道对重金属的吸收程度也不同，应根据不同地区气候类型研究确定相应的植被种类。

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Distribution Characteristics of Heavy Metals in Plants along Shanghai-Nanjing Expressway

YANG Bao-ling1,2, ZHENG A-bao3, RUAN Hong-hua2*

(1. Department of Landscape and Architecture, School of Jiangsu Polytechnic College of Agriculture and Forestry, Jurong, Jiangsu 212400; 2. Jiangsu Key Laboratory of Forestry Ecological Engineering, Nanjing Forestry University, Nanjing, Jiangsu 210037; 3. Forestry Bureau of Jiangsu Province, Nanjing, Jiangsu 210036)

Plant samples were collected according to the land-use types along Shanghai-Nanjing expressway, the effect of traffic to heavy metal pollution in plants and the protective function of greenway construction to heavy metal pollution we e analyzed. The results indicated: (1) The enrichment coefficients to Cu, Pb of populus leaves were smaller, but the enrichment coefficient to Zn of populus leaves was stroger; (2) The heavy metal (Cu, Pb, Zn) contents of populus leaves along Huning expressway decreased with the distance increase from soil sampling spots to road. (3) Heavy metal contents in soil did not correlated positively with the metal contents in plants.

Greenway construction; Heavy metal pollution; Plants; Correlations

杨宝玲(1983-)，女，山东潍坊人，讲师，博士，从事林业生态工程研究。*通讯作者，博士生导师，教授，从事土壤生态学、森林生态学研究。

2015-02-10

S 718.5

A

0517-6611(2015)09-158-03