不同寬度林帶對國道兩側農田水稻葉片和糙米中重金屬含量的影響

楊奕如，殷云龍，徐和寶

〔1.江蘇省·中國科學院植物研究所(南京中山植物園)，江蘇 南京 210014;2.中國科學院南京土壤研究所，江蘇 南京 210008〕

不同寬度林帶對國道兩側農田水稻葉片和糙米中重金屬含量的影響

楊奕如1，2，殷云龍1，①，徐和寶1

〔1.江蘇省·中國科學院植物研究所(南京中山植物園)，江蘇 南京 210014;2.中國科學院南京土壤研究所，江蘇 南京 210008〕

以205國道淮安段具有5 m和20 m寬林帶的路段為研究區域，對國道東西兩側200 m范圍內農田水稻(Oryza sativaL.)葉片和糙米中Al、Fe、Cu、Zn、Cd、Cr、Ni和Pb含量及其與路側距離的相關性進行了分析。結果表明:具5 m寬林帶路段兩側稻葉和糙米中大多數重金屬元素的含量呈現隨路側距離增加而減少的趨勢，且峰值多出現在距路側5～10 m或20 m附近;其中，東側稻葉中Cu、Cr和Ni含量及糙米中Al、Fe、Cu、Zn和Ni含量以及西側稻葉中Cu和Pb含量及糙米中Cd和Pb含量與路側距離呈顯著或極顯著負相關。具20 m寬林帶路段兩側稻葉和糙米中大多數重金屬元素的含量并沒有呈現隨路側距離增加而減少的趨勢，且峰值多出現在距路側20 m以外;只有東側稻葉中Cr和Ni含量及糙米中Fe和Ni含量以及西側糙米中Al和Cu含量與路側距離呈顯著或極顯著負相關。具5 m寬林帶路段兩側稻葉和糙米中的重金屬含量分布特征與無林帶路段十分相似，而具20 m寬林帶路段兩側稻葉和糙米中的重金屬含量較低，說明20 m寬林帶對公路大氣污染物有較明顯的阻滯作用。根據研究結果，建議在公路兩側10～20 m范圍內設置喬灌草結構模式的防護林帶，并適當提高防護林中灌木的比例，保持喬木疏密適度。

公路兩側;林帶;稻葉;糙米;重金屬;空間分布;相關性分析

公路林帶對汽車尾氣的擴散沉降具有阻滯和吸收凈化作用，能有效減輕公路兩側農田土壤和農作物的重金屬污染、縮小污染范圍［1］。徐永榮等［2］的研究結果表明:路側150 m范圍內土壤中3種重金屬含量均值由小至大依次為雙行綠帶區、單行綠帶區、無綠帶對照區;阮宏華等［3］認為:要想達到防止Pb污染的目的，公路兩側林帶寬度不應小于40 m;王成等［4］認為:40～60 m寬林帶對降低日流量5～8萬輛汽車的高速公路重金屬污染防治效果較好;唐乾若［5］的調查結果顯示:16 m寬林帶的防風效果優于24 m寬林帶;傅抱璞［6］根據林帶對亂流交換的減弱作用，得出最適林帶理論寬度為9～28 m，也得出“窄林帶的防護效益優于寬林帶”的結果。然而，利用林帶外側農作物中重金屬含量的空間分布特征評價公路防護效應的系統研究卻少有報道。

作者對205國道兩側不同寬度林帶外側農田水稻葉片和糙米中8種重金屬含量的空間分布特征進行了分析，并探討了公路綠化林帶對外側農田農作物重金屬污染的防護作用，以期為確定公路林帶適宜寬度和優化公路林帶的綠化結構提供基礎研究數據。

1 材料和方法

1.1 樣地選擇

在調查江蘇主要干線公路兩側農業生態現狀的基礎上，以交通較繁忙的205國道淮安段具有5 m和20 m寬林帶的路段兩側200 m范圍內成片水稻田為樣地，且周圍1 km以上范圍內無工業源污染物排放。該路段的具體地理坐標為北緯32°43'～34°06'、東經118°12'～119°36'，南北走向，路基高約1.5 m。路側有不同寬度的意楊(Populus euramevicana‘I－214’)林帶分布;樹齡大多在10 a以上，株距和行距均為3 m，林相整齊，郁閉度約0.7;平均樹高15 m，胸徑20 cm左右，枝下高5 m，林下無灌叢。

1.2 方法

1.2.1 樣本的采集與預處理在選定的路段統一布點，在垂直于公路兩側200 m范圍內間隔一定距離設置樣點。其中，5 m寬林帶路段的采樣點為距兩側路基5、10、20、40、60、80、100、150和200 m處，共18個采樣點;20 m寬林帶路段的采樣點為距兩側路基20、40、60、80、100、150和200 m處，共14個采樣點。

于2007年10月中旬水稻(Oryza sativaL.)完熟期采集頂生1位和2位稻葉和成熟稻穗作為供試樣品，并在每個樣點與公路平行的地域以20 m左右的間距采集4個重復樣品。將稻葉和稻穗用表面活性劑(洗衣粉)快速浸泡10 s后，經自來水清洗30 s，去離子水清洗30 s，瀝去余水后置于105℃烘箱內殺青10 min，然后在80℃條件下烘干至恒質量;將烘干的稻葉和糙米樣品用泰斯特FW100高速萬能粉碎機粉碎后裝入自封袋并于常溫下干燥保存。

1.2.2 重金屬含量分析參照文獻［7］的方法，將水稻葉片和糙米樣品分別用HNO3－HClO4混合酸消解并定容后，用等離子體發射光譜儀(ICP－ES，OPTIMA 4300DV)分析樣本中Al、Fe、Cu、Zn、Cd、Cr、Ni和Pb含量。在每批試樣中抽取20%樣本進行平行雙樣檢測，并插入空白試劑(僅加混合酸不加樣品)和標準質控樣品(美國SPEX CertiPrep公司混合標樣)進行監控。

1.3 數據統計和分析

采用SPSS 16.0統計軟件對實驗數據進行相關性分析。

2 結果和分析

2.1 5m寬林帶路段兩側水稻葉和糙米中重金屬含量的分布特征

205國道5 m寬林帶路段東西兩側農田稻葉和糙米中重金屬含量的空間變化見表1。由表1可見:東側農田稻葉中Cu、Cr和Ni含量以及糙米中Al、Fe、Cu、Zn和Ni含量變化與距路側的距離呈顯著或極顯著負相關關系(P＜0.05或P＜0.01)，而稻葉中Pb含量以及糙米中Cr含量分別與距路側的距離呈極顯著和顯著的正相關關系;稻葉中Al、Cu、Zn、Cr和Ni含量及糙米中Fe、Cu、Zn、Cd、Ni和Pb含量的峰值大多在距路側5～10 m或20 m附近。西側農田稻葉中Cu和Pb含量及糙米中Cd和Pb含量與距路側的距離有顯著或極顯著的負相關性(P＜0.05或P＜0.01)，而糙米中Zn和Ni含量與距路側的距離呈顯著或極顯著正相關;稻葉中Cu、Zn和Pb含量及糙米中Al、Cu、Cd和Pb含量的峰值也在距路側5～10 m或20 m附近。

分析結果說明:在5 m寬林帶防護條件下，205國道兩側公路大氣污染物向道路兩側擴散沉降，對外側農田稻葉和糙米中的重金屬含量有明顯影響，且對路側附近農田的影響更明顯。

表1205 國道5 m寬林帶路段東西兩側農田中水稻葉片和糙米中重金屬含量的比較(±SD)1)Table 1 Comparison of heavy metal content in leaf of Oryza sativa L.and brown rice in crop field on eastern and western sides of No.205 national road with 5 m width forest belt(珚X±SD)1)

表1205 國道5 m寬林帶路段東西兩側農田中水稻葉片和糙米中重金屬含量的比較(±SD)1)Table 1 Comparison of heavy metal content in leaf of Oryza sativa L.and brown rice in crop field on eastern and western sides of No.205 national road with 5 m width forest belt(珚X±SD)1)

1)R:重金屬含量與路側距離的相關系數Correlation coefficient between heavy metal content and distance away from road edge;D:峰值區與路側的距離Distance of peak value scope away from road edge.*:P＜0.05;＊＊:P＜0.01.

元素Element葉片Leaf糙米Brown rice平均含量/μg·g－1Average contentRD 平均含量/μg·g－1Average contentRD路東側Eastern side of road Al106.76±10.69－0.2345 m1.31±0.30－0.804＊＊60 m Fe299.24±24.290.279不明顯Un-obvious11.50±2.96－0.834＊＊5－10 m Cu6.56±2.09－0.918＊＊5 m3.83±0.72－0.836＊＊5 m Zn32.28±12.28－0.35820－40 m19.00±5.60－0.873＊＊5 m Cd0.165±0.025－0.353不明顯Un-obvious0.057±0.017－0.27020－60 m Cr7.31±1.31－0.685*5－10 m0.09±0.130.791*100－200 m Ni3.51±2.10－0.724*5－10 m0.48±0.39－0.881＊＊5 m Pb3.97±0.670.882＊＊不明顯Un-obvious0.25±0.11－0.5215 m路西側Western side of road Al119.14±33.910.274不明顯Un-obvious2.44±1.100.2265 m Fe263.73±42.100.060不明顯Un-obvious12.61±7.100.100不明顯Un-obvious Cu2.33±1.96－0.871*5 m3.50±0.63－0.2045 m Zn35.86±23.42－0.38010 m16.31±3.100.747*不明顯Un-obvious Cd0.151±0.0370.387不明顯Un-obvious0.052±0.010－0.876＊＊20 m Cr7.52±2.39－0.153不明顯Un-obvious0.07±0.190.105不明顯Un-obvious Ni2.18±0.510.124不明顯Un-obvious0.25±0.410.802＊＊不明顯Un-obvious Pb3.54±0.86－0.730*10 m0.29±0.24－0.854＊＊5 m

2.2 20m寬林帶路段兩側水稻葉和糙米中重金屬含量的分布特征

205國道20 m寬林帶路段東西兩側農田稻葉和糙米中重金屬含量的空間變化見表2。東側稻葉中Al、Fe、Cu、Zn和Pb含量及糙米中Al、Cu、Cd和Cr含量與距路側距離無顯著相關性，而稻葉中的Cr和Ni含量以及糙米中的Fe和Ni含量與距路側的距離呈顯著或極顯著負相關關系，稻葉中的Cd含量及糙米中的Zn和Pb含量與距路側的距離呈極顯著或顯著正相關關系;在距路側附近(20 m內)沒有峰值出現，部分重金屬元素含量的峰值出現在距路側20～60 m或150～200 m處。西側稻葉中Al、Fe、Cu、Zn、Cd、Cr和Ni含量及糙米中Fe、Zn、Cd、Cr、Ni和Pb含量與距路側的距離也沒有顯著相關性，而稻葉中的Pb含量與距路側的距離呈顯著正相關關系，糙米中的Al和Cu含量與距路側的距離呈顯著負相關關系;在距路側附近(20 m內)各重金屬元素的含量也沒有峰值出現，部分重金屬元素含量的峰值出現在距路側20～60 m或150 m附近。

分析結果說明:20 m寬林帶已明顯干擾了205國道公路大氣污染物向路兩側擴散沉降的規律性，使林帶外側附近農田的大氣環境質量得到明顯改善，減小了稻葉或糙米中重金屬含量峰值在路側附近(20 m內)出現的機率。

表2 205國道20 m寬林帶路段東西兩側農田中水稻葉片和糙米中重金屬含量的比較(珚X±SD)1)Table 2 Comparison of heavy metal content in leaf of Oryza sativa L.and brown rice in crop field on eastern and western sides of No.205 national road with 20 m width forest belt±SD)1)

表2 205國道20 m寬林帶路段東西兩側農田中水稻葉片和糙米中重金屬含量的比較(珚X±SD)1)Table 2 Comparison of heavy metal content in leaf of Oryza sativa L.and brown rice in crop field on eastern and western sides of No.205 national road with 20 m width forest belt±SD)1)

1)R:重金屬含量與路側距離的相關系數Correlation coefficient between heavy metal content and distance away from road edge;D:峰值區與路側的距離Distance of peak value scope away from road edge.*:P＜0.05;＊＊:P＜0.01.－:未檢出Undetected.

元素Element葉片Leaf 糙米Brown rice平均含量/μg·g－1Average contentRD 平均含量/μg·g－1Average contentRD路東側Eastern side of road Al48.15±12.890.086不明顯Un-obvious3.44±2.96－0.16340－60 m Fe151.61±24.80－0.203不明顯Un-obvious14.46±6.01－0.809*20－40 m Cu10.45±1.38－0.312不明顯Un-obvious4.49±0.64－0.051不明顯Un-obvious Zn19.92±1.500.067不明顯Un-obvious21.23±2.570.963＊＊150－200 m Cd0.142±0.0450.943＊＊150－200 m0.057±0.012－0.323不明顯Un-obvious Cr6.89±1.56－0.948＊＊20－60 m0.21±0.38－0.60220－40 m Ni1.96±0.41－0.969＊＊20 m0.88±1.12－0.775*20－40 m Pb1.98±0.36－0.037不明顯Un-obvious0.07±0.070.767*150－200 m路西側Western side of road Al41.50±8.94－0.69420 m6.52±3.06－0.808*40 m Fe123.03±13.20－0.052不明顯Un-obvious12.19±2.17－0.36020 m Cu7.38±3.51－0.40320 m3.17±0.83－0.831*20 m Zn19.46±4.88－0.28960 m23.41±3.830.564不明顯Un-obvious Cd0.181±0.054－0.30140 m0.035±0.0100.498不明顯Un-obvious Cr6.28±1.060.054不明顯Un-obvious－－－Ni1.73±0.23－0.372不明顯Un-obvious0.42±0.14－0.34960－80 m Pb1.49±0.320.764*150 m0.16±0.07－0.108不明顯Un-obvious

3 討論和結論

公路防護林帶對汽車尾氣有阻滯作用，植物通過葉片上的氣孔和枝條上的皮孔將大氣中的Pb、Cd等污染物吸入體內，并通過氧化還原過程將其變成無毒形式，或通過根系排出體外，或積累于某一器官內。植物對環境污染物的吸收、降解、積累和排出作用可有效地阻礙重金屬顆粒物，使顆粒物在樹木附近沉降，對公路旁土壤和環境的重金屬污染具有很好的防護作用，能有效降低污染程度、縮小污染范圍［8－9］。

205國道5 m寬林帶路段兩側農田稻葉和糙米中大多數重金屬元素含量的空間分布具有隨距路側距離增加而遞減的趨勢，而且大部分重金屬元素的含量峰值也處在距路側5～10 m或20 m附近，這與該國道無林帶路段兩側農田稻葉和糙米中的重金屬含量空間分布特征［10］十分相似。205國道兩側5 m寬林帶的樹木行數較少、帶幅較窄，加之林下無灌木，從而形成疏透和通風結構，由于樹冠層通透性較大、林帶結構較差，致使公路大氣污染物向兩側擴散沉降，對外側農田稻葉和糙米中重金屬含量具有明顯影響，說明窄林帶對公路大氣污染的擴散沉降沒有明顯的干擾、阻滯和凈化作用。本研究結果與陳建安等［11］的研究結果較為一致，即:作物中重金屬含量最高點在距離路側10～20 m處，表明公路大氣污染物的擴散沉降對路側附近農作物中重金屬含量的影響較明顯。鑒于此，建議在路側10～20 m地域設置防護林帶。

205國道20 m寬林帶兩側農田水稻葉片和糙米中大部分重金屬元素的含量變化沒有呈現出隨路側距離增加而遞減的規律性，且大部分重金屬元素的含量峰值也不在路側附近(20 m內)，表明20 m寬林帶對205國道汽車尾氣的擴散沉降有較明顯的防護作用。與無林帶路段［10］相比，205國道20 m林帶路段東側稻葉中Al、Fe、Zn、Cd、Ni和Pb含量以及西側稻葉中Al、Fe、Cr和Ni含量和糙米中Fe、Cu、Cd、Cr、Ni和Pb含量均較低，進一步說明路側20 m寬林帶對公路大氣污染物的擴散沉降有較好的防護作用。本研究中，205國道20 m寬林帶路段東側水稻葉片中Cr和Ni含量、糙米中Fe和Ni含量以及西側水稻糙米中Al和Cu含量均呈隨路側距離增加而遞減的趨勢，這一現象可能是由于該樣地樹種和冠層結構單一，意楊種植密度較大，自然整枝明顯，植株向上徒長，冠層枝葉不茂密，枝下高較高(達5 m左右)，使下層形成小風洞效應，致使兩側農田作物中的重金屬含量受到公路環境污染的影響。

綠化樹種單一是當前園林綠化發展亟需解決的矛盾之一［12］，而灌喬比是反映綠化層次結構的一個重要因子。殷云龍等［13］的調查統計結果顯示:江蘇全省公路綠化系統樹種結構中灌喬比偏低，蘇北灌喬比明顯低于蘇南，因而，應大力增加公路防護林帶中灌木的比重，使灌木量高于喬木量，以提高綠化系統的層次性和空間利用率。周軍莉等［14］也認為林帶的防護效應與林帶結構特征緊密相連。因此，在公路林帶的結構配置上，防護林帶應采取喬灌草相結合的結構模式，適當提高灌木比例，使喬木疏密適度，從而形成穩定的復層林帶結構，增強林帶對汽車尾氣擴散沉降的防護效果。

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(責任編輯:佟金鳳)

Effects of forest belts with different widths on heavy metal content in rice leaf and brown rice in crop field on both sides of national road

YANG Yi-ru1，2，YIN Yun-long1，①，XU He-bao1(1.Institute of Botany，Jiangsu Province and the Chinese Academy of Sciences，Nanjing 210014，China;2.Institute of Soil Science，CAS，Nanjing 210008，China)，J.Plant Resour.＆Environ.2012，21(2): 84－88

Taking Huai’an section of No.205 national road with 5 m and 20 m width forest belts as the research region，contents of Al，Fe，Cu，Zn，Cd，Cr，Ni and Pb in rice leaf and brown rice(Oryza sativaL.)in crop field of 200 m range away from eastern and western road sides and the correlation between heavy metal content and distance away from road edge were analyzed.The results show that contents of most heavy metal elements in rice leaf and brown rice on both sides of the section with 5 m width forest belt have the decreasing trend with increasing of distance away from road edge and most peak values of them appear at nearby 5－10 m or 20 m away from road edge.In which，contents of Cu，Cr and Ni in rice leaf and contents of Al，Fe，Cu，Zn and Ni in brown rice on the eastern side，contents of Cu and Pb in rice leaf and contents of Cd and Pb in brown rice on the western side all have significantly or extremely significantly negative correlation with distance away from road edge.However，contents of most heavy metal elements in rice leaf and brown rice on both sides of the section with 20 m width forest belt have no decreasing trend with increasing of distance away from road edge and their peak values appear at over 20 m away from road edge.And only contents of Cr and Ni in rice leaf and contents of Fe and Ni in brown rice on the eastern side，contents of Al and Cu in brown rice on the western side have significantly or extremely significantly negative correlation with distance away from road edge.Comparing with thesection without forest belt，distribution characteristics of contents of heavy metals in rice leaf and brown rice on both sides of the section with 5 m width forest belt are similar，but contents of heavy metals on both sides of the section with 20 m width forest belt are lower.It means that 20 m width forest belt has an obvious detention effect to atmospheric pollutant of road.According to these results，it is suggested that the shelter belt with structure model of arbor-shrub-herb should be set at 10－20 m area on both road sides，properly increase shrub proportion in the belt and keep appropriate density of trees.

both sides of road;forest belt;rice leaf;brown rice;heavy metal;spatial distribution; correlation analysis

book=2012,ebook=39

S727.24;X171.5;X820.6

A

1674－7895(2012)02－0084－05

2011－05－23

江蘇省自然科學基金重點資助項目(BK2006711－2)

楊奕如(1984—)，女，江蘇常州人，碩士，主要從事植物資源與生態環境方面的研究工作。

①通信作者E-mail:xhh3027@jlonline.com