滬寧高速公路兩側植物重金屬含量與分布特征分析

楊寶玲,鄭阿寶,阮宏華

(1.江蘇農林職業技術學院風景園林系，江蘇句容 212400；2.南京林業大學，江蘇省林業生態工程重點實驗室，江蘇南京 210037；3.江蘇省林業局，江蘇南京 210036)

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滬寧高速公路兩側植物重金屬含量與分布特征分析

楊寶玲1，2,鄭阿寶3,阮宏華2*

(1.江蘇農林職業技術學院風景園林系，江蘇句容 212400；2.南京林業大學，江蘇省林業生態工程重點實驗室，江蘇南京 210037；3.江蘇省林業局，江蘇南京 210036)

以滬寧高速公路兩側植物為研究對象，按不同的土地利用方式(有林帶和無林帶)采集植物樣品，分析了尾氣排放對植物重金屬污染的影響及公路綠色通道建設對重金屬污染的防護作用。研究結果表明：(1)楊樹葉對Cu、Pb的富集能力較小，但對Zn的富集系數較大；(2)滬寧高速公路兩側楊樹葉和黃豆葉中重金屬Cu、Pb、Zn的含量均隨距公路距離的增加而減少；(3)滬寧高速公路中黃豆葉和楊樹葉中重金屬含量與土壤中重金屬含量沒有明顯的相關性。

綠色通道建設；重金屬污染；植物；相關性

目前公路綠色通道建設對凈化空氣、減少重金屬污染、減少噪音、改善土壤質量、調節小氣候、涵養水源、保持水土等作用得到了一致認可[4-6]。該研究探討了滬寧高速公路旁植物葉片中重金屬的含量及綠色通道建設對公路旁植物葉片重金屬污染的防護作用，旨在對綠色通道樹種選擇與配置及無公害農產品生產基地的規劃建設提供理論參考。

1 研究地概況與研究方法

1.1 研究地概況滬寧高速東起上海，西止于南京馬群，為全封閉、全立交、高等級、多功能的現代化高速公路，全線采用交通部部頒標準建設，主線高速公路路基26 m，雙向8車道，每車道寬3.75 m，中央設3 m寬分隔帶，外側設2.5 m寬的緊急停車帶，通車能力每天達6萬輛次。以滬寧高速公路湯山至常州段為研究樣段，該路段周圍開闊，無工業污染源。采樣點用GPS精確定位，采樣點具體概況見表1。

表1 滬寧高速采樣點概況

采樣點類型土地利用類型樹種林帶寬度∥m樹齡∥a枝下高∥m株行距∥m樹高∥m胸徑∥cm對照1、2、3農田(黃豆)-------綠色通道1有林地楊樹8064.02.9×1.87.832.2綠色通道2有林地楊樹8064.12.5×2.58.029.2綠色通道3有林地楊樹7053.51.0×2.07.025.6

1.2 樣品采集與測定在公路沿線一側選取3個綠色通道段(有林帶)和3個空白對照段(無林帶)(表1)。分別距路基5、10、20、50、100 m處采集植物樣品大豆[Glycinemax(Linn.) Merr.]葉片。 綠色通道段種植樹木多為楊樹純林。根據綠色通道的建設特點，距公路20 m處綠色通道起點作為第1個采樣點，綠色通道中間50 m處作為第2個采樣點，綠色通道邊緣距公路100 m處作為第3個采樣點；黃豆葉片的采集根據種植特點，將靠近高速公路邊10、20和100 m處作為黃豆葉采樣點。5次重復，充分混合裝入自封袋中，記錄采集地點、時間，帶回實驗室處理。

植物樣品和土壤樣品均用電感耦合等離子儀(ICP)測定樣品中重金屬Pb、Cu、Zn的含量。

2 結果與分析

2.1 綠色通道段楊樹葉片重金屬含量樹木葉片中的重金屬主要有2個來源：從土壤中吸收和從大氣中直接吸收。可以認為樹木葉片中重金屬元素的總量減去樹木從土壤中吸收的量即為從大氣中吸收的量[7]。樹木中重金屬含量大部分來自于大氣污染，與大氣中的總懸浮顆粒物(TSP)濃度有很大的關系，受土壤的影響很小[8-9]，這一特點正是公路兩側植物凈化空氣、降低污染的主要機理。

植物從沉積物中吸收、富集重金屬，可以用富集系數來反映植物對重金屬富集程度的高低或富集能力的強弱。重金屬富集系數是指植物某一部位的元素含量與土壤中相應元素含量之比，它在一定程度上反映著沉積物——植物系統中元素遷移的難易程度，說明重金屬在植物體內的富集情況。重金屬富集系數=植物體內重金屬含量/土壤(或沉積物)中重金屬含量×100%[10]。如表2所示，楊樹葉對重金屬Cu、Pb的富集系數較小，但對重金屬Zn的富集系數較大。

表2 距公路不同距離楊樹葉片重金屬含量

重金屬距離m含量范圍mg/kg平均值mg/kg標準偏差變異系數富集系數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 滬寧高速公路兩側植物葉片重金屬含量隨公路垂直距離的變化

2.2.1楊樹葉片重金屬含量隨公路垂直距離的變化。滬寧高速綠色通道楊樹葉中重金屬Cu、Pb、Zn的含量均表現為靠近路邊20 m處含量最高(圖1a、b、c)，隨距公路距離的增加，楊樹葉中重金屬Cu、Pb、Zn的含量急劇降低，呈顯著負線性相關。這說明靠近路邊楊樹葉對重金屬Cu、Pb、Zn有明顯的吸收富集作用，表明綠色通道建設對公路旁重金屬污染具有明顯的削弱作用。

從表2可以看出，用傳統最小二乘迭代法，無論是3次迭代還是6次迭代，誤差均比本文方法大很多.其中，本文方法3次迭代的擬合曲線平均誤差約為傳統最小二乘迭代法的1/2，6次迭代的擬合曲線平均誤差不到傳統最小二乘迭代法1/40，本文方平均誤差小于0.5 rad，最大誤差不到1 rad.

2.2.2黃豆葉片重金屬含量隨公路垂直距離的變化。公路兩邊的農作物長期生長在廢棄污染環境中，其生命活動會受到一定的影響。當污染物濃度超過一定范圍，農作物生命活動就會受到明顯影響，首先是農作物光合作用減慢，呼吸作用加快，消耗體內物質抵抗污染物的脅迫，進而導致生長活動減慢，甚至枯黃、死亡，影響農作物的產量和品質。

黃豆葉中重金屬Cu，不論對照段還是綠色通道段均表現為靠近路邊10 m處濃度最高(圖2a)，隨距公路距離的增加，濃度不斷降低，綠色通道段重金屬Cu含量明顯低于空白段。

黃豆葉中重金屬Pb、Zn，空白段均為隨公路距離的增加濃度不斷升高，距公路邊垂直距離100 m處突然出現一高峰值(圖2b、c)。這說明Pb、Zn污染不僅在公路兩側100 m范圍內，由于風力、降雨等作用，其污染可能向更遠處漂移擴散。綠色通道段黃豆葉片中重金屬Pb、Zn均在20 m處出現一高峰值，100 m后迅速降低，但靠近路邊10 m處濃度較低。這與綠色通道的建設有關，綠色通道段距離公路20 m以后為防護林，①受樹干、樹葉的阻擋，直接降塵于公路兩側，使20 m處重金屬含量明顯升高，出現高峰值；②由于汽車尾氣、粉塵等被樹木葉片、枝干等吸附，通過機械振動和雨水沖刷進入附近土壤。

2.3 土壤重金屬與植物重金屬相關性分析一般說來，植物吸收重金屬的濃度有隨土壤中重金屬的濃度增加而增加的趨勢。另外，植物產量與土壤重金屬的污染程度有著很大的相關性[11]。

相關性分析顯示，滬寧高速公路黃豆葉和楊樹葉中重金屬Cu、Pb、Zn與土壤中重金屬Cu、Pb、Zn之間沒有明顯的相關性，說明黃豆葉中重金屬Cu、Pb、Zn不僅來自土壤富集，而且可能更多的來自空氣吸附。

3 結論與討論

3.1 結論

(1)楊樹葉對重金屬Cu、Pb的富集能力較小，但對重金屬Zn的富集系數較大。

(2)滬寧高速公路楊樹葉和黃豆葉片中重金屬Cu、Pb、Zn的含量隨距公路距離的增加而減少。

(3)滬寧高速公路中黃豆葉和楊樹葉中重金屬含量與土壤中重金屬含量沒有明顯的相關性。

3.2 討論

(1)滬寧高速綠色通道段，楊樹林帶的存在使黃豆葉中重金屬Cu含量表現為靠近路邊10 m處濃度最高，隨后濃度隨距離的增加而一直減小，沒有高峰值出現；而綠色通道段黃豆葉片中重金屬Pb、Zn均在20 m處出現一高峰值，100 m后迅速降低。綠色通道的存在阻礙了汽車尾氣向更遠處擴散，使汽車尾氣、粉塵等在綠色通道靠近公路邊沉降。楊樹對重金屬的吸附可能更具優勢，對改善空氣質量的效果更佳。它可能是適合公路邊清除顆粒物，減少重金屬污染的一種優良綠化樹種。

(2)植物吸收重金屬元素, 除受元素有效性的影響外，還受土壤理化特性、大氣污染等其他因素的影響。一般情況下，土壤中的有機質、黏土礦物含量越多，鹽基代換量越大，土壤的pH越高，則重金屬在土壤中的活性越弱，其對植物的有效性越低，即植物對重金屬的吸收量越小。因此可以解釋植物葉片中重金屬含量與土壤重金屬含量間相關性不顯著。

(3)滬寧高速路面均高于兩側農田，在一定范圍內，路面越高, 尾氣排放形成的揚程越大，污染范圍也越遠。因此，滬寧高速公路空白段黃豆葉中除重金屬Cu隨距公路距離的增加，濃度不斷降低外，重金屬Pb、Zn的濃度均隨距離的增加而略有升高，距公路邊垂直距離100 m處突然有一高峰值。

(4)加強綠色通道的建設，控制或切斷重金屬進入食物鏈，采取有效措施控制植物對重金屬的吸收，減少重金屬在農作物體內，特別是可食用部分的積累量，是減輕重金屬對農作物危害的關鍵。營造一定寬度、密度的公路綠色通道，寬度、密度應該根據不同公路等級或車流密度來研究確定，同時，不同植被類型的綠色通道對重金屬的吸收程度也不同，應根據不同地區氣候類型研究確定相應的植被種類。

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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

楊寶玲(1983-)，女，山東濰坊人，講師，博士，從事林業生態工程研究。*通訊作者，博士生導師，教授，從事土壤生態學、森林生態學研究。

2015-02-10

S 718.5

A

0517-6611(2015)09-158-03