山西省高速路路旁土壤－植物重金属分布格局及相关性*

王 慧 郭晋平 张芸香

山西农业大学 太谷 030801

文章以山西省三条高速路为研究对象，通过设置调查样带，对路旁土壤及植物叶片中Pb、Cr、Cu和Zn 4种重金属含量进行调查取样和测定，分析路旁土壤及植物叶片中重金属污染格局和相关性，揭示高速路绿化植物对路旁土壤重金属的吸收和作用机制，为路域环境土壤－植物系统和公路绿化带生态环境效益评价提供依据。

1 研究对象与方法

1.1 典型路段的选定及样带布设

该研究选择山西省境内3条高速路典型路段布设样带，要求典型路段远离居民区和工矿污染，路段两侧开阔平坦，平直无弯道，连续长度大于200m。

在每条典型绿化带路段的路侧，垂直于道路设置3条样带，样带间距不小于20m，样带长度100m，样带宽度根据绿化带宽度确定，使样带面积不小于400m2，样带内主要树种的株数不少于30株。

1.2 样品的采集与处理

（1）植物叶片采集及处理。植物叶片采集时间统一安排在10月，在各典型样带内，按离开路沿的0、10、20、30、40、50、75、100m设置梯度样点，选取健康、无病虫害植株3棵，隔树取样，分别在树冠的4个方向采取植株的叶片。按比例混匀，装袋、记录。另外，在当地远离公路和工业污染的相对清洁区取同种植物叶片为对照值。采用硝酸双氧水消煮电感耦合等离子体法测定植物叶片重金属铅、铬、铜和锌含量。

（2）土壤样品采集：在样带内8个梯度样点按“四分法”取土样，取样深度0～20cm，将土样充分混合装袋，带回实验室。另外，在距离道路不少于300m之外，设置背景值对照采样地，样地内均匀布设30个样点按“四分法”取样，样品混合装袋，带回实验室。采用电感耦合等离子体酸式消解法测定土壤中的铅、铬、铜和锌4种重金属含量。

2 评价方法

土壤重金属评价采用土壤重金属污染指数法。植物重金属污染与植物叶片富集能力评价采用富集指数（BCF）法[1]。

3 结果与分析

3.1 山西省高速路路旁土壤重金属污染水平格局

对所选取的高速路典型样带内各距离梯度上4种重金属污染指数分别计算平均值和标准差。采用LSD法对绿化带各梯度上土壤重金属含量的差异性进行多重比较，结果见表1。

由表1可知，4种重金属污染物相对集中在40m范围内，Pb峰值在40m处，峰值污染指数1.496，峰值含量53.260mg/kg；Cr和Zn峰值出现20m处，峰值污染指数分别为1.224和0.763，峰值含量122.263mg/kg和119.030mg/kg；Cu峰值出现10m处，峰值污染指数都为0.767，峰值含量都为60.837mg/kg。

3.2 高速路旁侧绿化植物叶片中重金属分布格局

选择三条高速路绿化带均为100m的杨树纯林，以清洁无污染样品中重金属含量为对照值，分别计算路旁杨树叶片中4种重金属元素的相对含量。采用LSD法对各水平梯度上绿化植株叶片内4种重金属含量的差异性进行多重比较（见表2）。

由表2可知，从总体上看杨树叶片中的重金属含量均随距离增大而逐渐降低，在距道路40m后呈现明显的下降趋势，这说明路旁杨树叶片中4种重金属污染主要集中在距道路40m范围内。不同重金属元素变化趋势不同，Pb、Cr、Zn含量呈“先升高再下降”的趋势，在20～40m范围内出现污染峰值，而Cu含量的变化随距道路距离增加而逐渐降低。其中，Pb的峰值范围出现在30m处左右，在叶片中含量为（1.56～4.25）mg/kg，相对含量为1.476～4.060；Cr的峰值出现在30～40m处，含量（2.65-5.78）mg/kg，相对含量为0.299～1.162；Cu的峰值出现10m范围之内，含量（10.41～15.7）8mg/kg，相对含量为0.092～0.672；Zn的峰值出现在20～30m处，含量（38.22～73.69）mg/kg，相对含量为0.471～5.458。

表2中，高速路旁侧杨树叶片与无污染清洁对照叶片中4种重金属含量的多重比较可以明显看出，在靠近公路的范围内，植物叶片对Cu、Zn元素吸收较多，而对Pb、Cr、虽有所吸收，但与清洁叶片中重金属含量差异不显著。

3.3 高速路路旁土壤-植物叶片重金属相关性分析

研究各重金属元素之间的相关性，可以了解元素之间的相互关系及转移规律。分析路旁土壤与植物叶片中4种重金属元素之间相关性，及其与采样距离的相关性，结果见表3。

由表3可知，山西省典型高速路路旁表层土壤中4种重金属元素Pb与Cr、Zn，Cr与Cu、Zn，Cu与Zn之间均呈不同程度的正相关关系，这表明土壤中各重金属元素之间有良好的同源关系，高速路两侧的土壤受到多种污染物的复合污染。另外，土壤Cu、Zn与植物叶片中同种元素含量呈正相关关系；而土壤Pb、Cr与叶片中同种元素含量呈负相关关系。表3中，除土壤Pb元素之外，土壤Cr、 Cu、Zn以及植物叶片中Pb、Cr、 Cu、Zn元素与采样距离均呈不同程度的负相关关系。

3.4 高速路杨树叶片的重金属富集能力分析

富集系数反映植物对重金属富集程度的高低或富集能力的强弱。前述研究得出，交通营运所造成的重金属污染主要集中在距公路50m范围内，因此将50m范围内各距离梯度上杨树叶片样品中重金属质量分数进行平均计算4种重金属富集系数。结果表明，植物叶片对不同重金属元素的富集能力不同，杨树对Pb、Cr和Cu的富集系数分别为0.063、0.048和0.237，对Zn的富集系数为0.430，在排序上表现为Zn＞Cu＞Pb＞Cr，且两两之间在0.01水平呈极显著的差异性，这是因为Zn、Cu为植物生理必需元素，因此具有很强的生物富集效益。**. 在 0.01 水平（双侧）上显著相关（p＜0.01）。**. Correlation is significant at the 0.01 level（2-tailed）；*. 在 0.05 水平（双侧）上显著相关（0.05＜p＜0.01）。*. Correlation is significant at the 0.05 level（2-tailed）.

表1 山西省高速路绿化带路旁土壤重金属含量

表2 山西省高速路绿化带杨树纯林叶片中4种重金属含量

表3 土壤-植物叶片重金属及距离Pearson相关系数

4 讨论

（1）道路两侧重金属分布格局受交通量大小、公路运营、重车比例、车辆货运物品类型及绿化带模式等综合影响。山西典型高速路路旁表层土壤受Pb污染较为严重，这表明无铅汽油虽得到普及，但是铅对土壤的污染是长期存在的，仍是路旁土壤重金属污染的主要元素[2-3]。

（2）来自道路交通的含重金属颗粒物沉降引起路旁土壤重金属污染，粒径大于9μm的颗粒会沉降于公路10m以内，粒径1～9μm的颗粒在空中短距离扩散，粒径≤1μm的颗粒飘移较远，主要沉降在50m以外，10～50m为多种粒径的颗粒物沉降的区域[4]，不同的重金属元素因其理化性质不同吸附在不同粒径的颗粒气溶胶上[5]，表现出不同的重金属元素其分布格局不同[6]。

（3）植物叶片中重金属元素主要来源于路域土壤和大气环境中，且与树木对土壤重金属的吸收差异有关，还受到树木生长状况等多种因素影响。

（4）研究元素的共生组合有助于阐明某些元素呈相似分布的原因及分布特征[7－8]，本研究中土壤各重金属元素之间呈不同程度的正相关关系，多种污染物常联合作用于路旁土壤和植物，有待进一步研究[9-10]。

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