不同宽度林带对国道两侧农田水稻叶片和糙米中重金属含量的影响

杨奕如，殷云龙，徐和宝

〔1.江苏省·中国科学院植物研究所(南京中山植物园)，江苏 南京 210014;2.中国科学院南京土壤研究所，江苏 南京 210008〕

不同宽度林带对国道两侧农田水稻叶片和糙米中重金属含量的影响

杨奕如1，2，殷云龙1，①，徐和宝1

〔1.江苏省·中国科学院植物研究所(南京中山植物园)，江苏 南京 210014;2.中国科学院南京土壤研究所，江苏 南京 210008〕

以205国道淮安段具有5 m和20 m宽林带的路段为研究区域，对国道东西两侧200 m范围内农田水稻(Oryza sativaL.)叶片和糙米中Al、Fe、Cu、Zn、Cd、Cr、Ni和Pb含量及其与路侧距离的相关性进行了分析。结果表明:具5 m宽林带路段两侧稻叶和糙米中大多数重金属元素的含量呈现随路侧距离增加而减少的趋势，且峰值多出现在距路侧5～10 m或20 m附近;其中，东侧稻叶中Cu、Cr和Ni含量及糙米中Al、Fe、Cu、Zn和Ni含量以及西侧稻叶中Cu和Pb含量及糙米中Cd和Pb含量与路侧距离呈显著或极显著负相关。具20 m宽林带路段两侧稻叶和糙米中大多数重金属元素的含量并没有呈现随路侧距离增加而减少的趋势，且峰值多出现在距路侧20 m以外;只有东侧稻叶中Cr和Ni含量及糙米中Fe和Ni含量以及西侧糙米中Al和Cu含量与路侧距离呈显著或极显著负相关。具5 m宽林带路段两侧稻叶和糙米中的重金属含量分布特征与无林带路段十分相似，而具20 m宽林带路段两侧稻叶和糙米中的重金属含量较低，说明20 m宽林带对公路大气污染物有较明显的阻滞作用。根据研究结果，建议在公路两侧10～20 m范围内设置乔灌草结构模式的防护林带，并适当提高防护林中灌木的比例，保持乔木疏密适度。

公路两侧;林带;稻叶;糙米;重金属;空间分布;相关性分析

公路林带对汽车尾气的扩散沉降具有阻滞和吸收净化作用，能有效减轻公路两侧农田土壤和农作物的重金属污染、缩小污染范围［1］。徐永荣等［2］的研究结果表明:路侧150 m范围内土壤中3种重金属含量均值由小至大依次为双行绿带区、单行绿带区、无绿带对照区;阮宏华等［3］认为:要想达到防止Pb污染的目的，公路两侧林带宽度不应小于40 m;王成等［4］认为:40～60 m宽林带对降低日流量5～8万辆汽车的高速公路重金属污染防治效果较好;唐乾若［5］的调查结果显示:16 m宽林带的防风效果优于24 m宽林带;傅抱璞［6］根据林带对乱流交换的减弱作用，得出最适林带理论宽度为9～28 m，也得出“窄林带的防护效益优于宽林带”的结果。然而，利用林带外侧农作物中重金属含量的空间分布特征评价公路防护效应的系统研究却少有报道。

作者对205国道两侧不同宽度林带外侧农田水稻叶片和糙米中8种重金属含量的空间分布特征进行了分析，并探讨了公路绿化林带对外侧农田农作物重金属污染的防护作用，以期为确定公路林带适宜宽度和优化公路林带的绿化结构提供基础研究数据。

1 材料和方法

1.1 样地选择

在调查江苏主要干线公路两侧农业生态现状的基础上，以交通较繁忙的205国道淮安段具有5 m和20 m宽林带的路段两侧200 m范围内成片水稻田为样地，且周围1 km以上范围内无工业源污染物排放。该路段的具体地理坐标为北纬32°43'～34°06'、东经118°12'～119°36'，南北走向，路基高约1.5 m。路侧有不同宽度的意杨(Populus euramevicana‘I－214’)林带分布;树龄大多在10 a以上，株距和行距均为3 m，林相整齐，郁闭度约0.7;平均树高15 m，胸径20 cm左右，枝下高5 m，林下无灌丛。

1.2 方法

1.2.1 样本的采集与预处理在选定的路段统一布点，在垂直于公路两侧200 m范围内间隔一定距离设置样点。其中，5 m宽林带路段的采样点为距两侧路基5、10、20、40、60、80、100、150和200 m处，共18个采样点;20 m宽林带路段的采样点为距两侧路基20、40、60、80、100、150和200 m处，共14个采样点。

于2007年10月中旬水稻(Oryza sativaL.)完熟期采集顶生1位和2位稻叶和成熟稻穗作为供试样品，并在每个样点与公路平行的地域以20 m左右的间距采集4个重复样品。将稻叶和稻穗用表面活性剂(洗衣粉)快速浸泡10 s后，经自来水清洗30 s，去离子水清洗30 s，沥去余水后置于105℃烘箱内杀青10 min，然后在80℃条件下烘干至恒质量;将烘干的稻叶和糙米样品用泰斯特FW100高速万能粉碎机粉碎后装入自封袋并于常温下干燥保存。

1.2.2 重金属含量分析参照文献［7］的方法，将水稻叶片和糙米样品分别用HNO3－HClO4混合酸消解并定容后，用等离子体发射光谱仪(ICP－ES，OPTIMA 4300DV)分析样本中Al、Fe、Cu、Zn、Cd、Cr、Ni和Pb含量。在每批试样中抽取20%样本进行平行双样检测，并插入空白试剂(仅加混合酸不加样品)和标准质控样品(美国SPEX CertiPrep公司混合标样)进行监控。

1.3 数据统计和分析

采用SPSS 16.0统计软件对实验数据进行相关性分析。

2 结果和分析

2.1 5m宽林带路段两侧水稻叶和糙米中重金属含量的分布特征

205国道5 m宽林带路段东西两侧农田稻叶和糙米中重金属含量的空间变化见表1。由表1可见:东侧农田稻叶中Cu、Cr和Ni含量以及糙米中Al、Fe、Cu、Zn和Ni含量变化与距路侧的距离呈显著或极显著负相关关系(P＜0.05或P＜0.01)，而稻叶中Pb含量以及糙米中Cr含量分别与距路侧的距离呈极显著和显著的正相关关系;稻叶中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侧5～10 m或20 m附近。西侧农田稻叶中Cu和Pb含量及糙米中Cd和Pb含量与距路侧的距离有显著或极显著的负相关性(P＜0.05或P＜0.01)，而糙米中Zn和Ni含量与距路侧的距离呈显著或极显著正相关;稻叶中Cu、Zn和Pb含量及糙米中Al、Cu、Cd和Pb含量的峰值也在距路侧5～10 m或20 m附近。

分析结果说明:在5 m宽林带防护条件下，205国道两侧公路大气污染物向道路两侧扩散沉降，对外侧农田稻叶和糙米中的重金属含量有明显影响，且对路侧附近农田的影响更明显。

表1205 国道5 m宽林带路段东西两侧农田中水稻叶片和糙米中重金属含量的比较(±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 国道5 m宽林带路段东西两侧农田中水稻叶片和糙米中重金属含量的比较(±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:重金属含量与路侧距离的相关系数Correlation coefficient between heavy metal content and distance away from road edge;D:峰值区与路侧的距离Distance of peak value scope away from road edge.*:P＜0.05;＊＊:P＜0.01.

元素Element叶片Leaf糙米Brown rice平均含量/μg·g－1Average contentRD 平均含量/μg·g－1Average contentRD路东侧Eastern side of road Al106.76±10.69－0.2345 m1.31±0.30－0.804＊＊60 m Fe299.24±24.290.279不明显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不明显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＊＊不明显Un-obvious0.25±0.11－0.5215 m路西侧Western side of road Al119.14±33.910.274不明显Un-obvious2.44±1.100.2265 m Fe263.73±42.100.060不明显Un-obvious12.61±7.100.100不明显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*不明显Un-obvious Cd0.151±0.0370.387不明显Un-obvious0.052±0.010－0.876＊＊20 m Cr7.52±2.39－0.153不明显Un-obvious0.07±0.190.105不明显Un-obvious Ni2.18±0.510.124不明显Un-obvious0.25±0.410.802＊＊不明显Un-obvious Pb3.54±0.86－0.730*10 m0.29±0.24－0.854＊＊5 m

2.2 20m宽林带路段两侧水稻叶和糙米中重金属含量的分布特征

205国道20 m宽林带路段东西两侧农田稻叶和糙米中重金属含量的空间变化见表2。东侧稻叶中Al、Fe、Cu、Zn和Pb含量及糙米中Al、Cu、Cd和Cr含量与距路侧距离无显著相关性，而稻叶中的Cr和Ni含量以及糙米中的Fe和Ni含量与距路侧的距离呈显著或极显著负相关关系，稻叶中的Cd含量及糙米中的Zn和Pb含量与距路侧的距离呈极显著或显著正相关关系;在距路侧附近(20 m内)没有峰值出现，部分重金属元素含量的峰值出现在距路侧20～60 m或150～200 m处。西侧稻叶中Al、Fe、Cu、Zn、Cd、Cr和Ni含量及糙米中Fe、Zn、Cd、Cr、Ni和Pb含量与距路侧的距离也没有显著相关性，而稻叶中的Pb含量与距路侧的距离呈显著正相关关系，糙米中的Al和Cu含量与距路侧的距离呈显著负相关关系;在距路侧附近(20 m内)各重金属元素的含量也没有峰值出现，部分重金属元素含量的峰值出现在距路侧20～60 m或150 m附近。

分析结果说明:20 m宽林带已明显干扰了205国道公路大气污染物向路两侧扩散沉降的规律性，使林带外侧附近农田的大气环境质量得到明显改善，减小了稻叶或糙米中重金属含量峰值在路侧附近(20 m内)出现的机率。

表2 205国道20 m宽林带路段东西两侧农田中水稻叶片和糙米中重金属含量的比较(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国道20 m宽林带路段东西两侧农田中水稻叶片和糙米中重金属含量的比较(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:重金属含量与路侧距离的相关系数Correlation coefficient between heavy metal content and distance away from road edge;D:峰值区与路侧的距离Distance of peak value scope away from road edge.*:P＜0.05;＊＊:P＜0.01.－:未检出Undetected.

元素Element叶片Leaf 糙米Brown rice平均含量/μg·g－1Average contentRD 平均含量/μg·g－1Average contentRD路东侧Eastern side of road Al48.15±12.890.086不明显Un-obvious3.44±2.96－0.16340－60 m Fe151.61±24.80－0.203不明显Un-obvious14.46±6.01－0.809*20－40 m Cu10.45±1.38－0.312不明显Un-obvious4.49±0.64－0.051不明显Un-obvious Zn19.92±1.500.067不明显Un-obvious21.23±2.570.963＊＊150－200 m Cd0.142±0.0450.943＊＊150－200 m0.057±0.012－0.323不明显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不明显Un-obvious0.07±0.070.767*150－200 m路西侧Western side of road Al41.50±8.94－0.69420 m6.52±3.06－0.808*40 m Fe123.03±13.20－0.052不明显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不明显Un-obvious Cd0.181±0.054－0.30140 m0.035±0.0100.498不明显Un-obvious Cr6.28±1.060.054不明显Un-obvious－－－Ni1.73±0.23－0.372不明显Un-obvious0.42±0.14－0.34960－80 m Pb1.49±0.320.764*150 m0.16±0.07－0.108不明显Un-obvious

3 讨论和结论

公路防护林带对汽车尾气有阻滞作用，植物通过叶片上的气孔和枝条上的皮孔将大气中的Pb、Cd等污染物吸入体内，并通过氧化还原过程将其变成无毒形式，或通过根系排出体外，或积累于某一器官内。植物对环境污染物的吸收、降解、积累和排出作用可有效地阻碍重金属颗粒物，使颗粒物在树木附近沉降，对公路旁土壤和环境的重金属污染具有很好的防护作用，能有效降低污染程度、缩小污染范围［8－9］。

205国道5 m宽林带路段两侧农田稻叶和糙米中大多数重金属元素含量的空间分布具有随距路侧距离增加而递减的趋势，而且大部分重金属元素的含量峰值也处在距路侧5～10 m或20 m附近，这与该国道无林带路段两侧农田稻叶和糙米中的重金属含量空间分布特征［10］十分相似。205国道两侧5 m宽林带的树木行数较少、带幅较窄，加之林下无灌木，从而形成疏透和通风结构，由于树冠层通透性较大、林带结构较差，致使公路大气污染物向两侧扩散沉降，对外侧农田稻叶和糙米中重金属含量具有明显影响，说明窄林带对公路大气污染的扩散沉降没有明显的干扰、阻滞和净化作用。本研究结果与陈建安等［11］的研究结果较为一致，即:作物中重金属含量最高点在距离路侧10～20 m处，表明公路大气污染物的扩散沉降对路侧附近农作物中重金属含量的影响较明显。鉴于此，建议在路侧10～20 m地域设置防护林带。

205国道20 m宽林带两侧农田水稻叶片和糙米中大部分重金属元素的含量变化没有呈现出随路侧距离增加而递减的规律性，且大部分重金属元素的含量峰值也不在路侧附近(20 m内)，表明20 m宽林带对205国道汽车尾气的扩散沉降有较明显的防护作用。与无林带路段［10］相比，205国道20 m林带路段东侧稻叶中Al、Fe、Zn、Cd、Ni和Pb含量以及西侧稻叶中Al、Fe、Cr和Ni含量和糙米中Fe、Cu、Cd、Cr、Ni和Pb含量均较低，进一步说明路侧20 m宽林带对公路大气污染物的扩散沉降有较好的防护作用。本研究中，205国道20 m宽林带路段东侧水稻叶片中Cr和Ni含量、糙米中Fe和Ni含量以及西侧水稻糙米中Al和Cu含量均呈随路侧距离增加而递减的趋势，这一现象可能是由于该样地树种和冠层结构单一，意杨种植密度较大，自然整枝明显，植株向上徒长，冠层枝叶不茂密，枝下高较高(达5 m左右)，使下层形成小风洞效应，致使两侧农田作物中的重金属含量受到公路环境污染的影响。

绿化树种单一是当前园林绿化发展亟需解决的矛盾之一［12］，而灌乔比是反映绿化层次结构的一个重要因子。殷云龙等［13］的调查统计结果显示:江苏全省公路绿化系统树种结构中灌乔比偏低，苏北灌乔比明显低于苏南，因而，应大力增加公路防护林带中灌木的比重，使灌木量高于乔木量，以提高绿化系统的层次性和空间利用率。周军莉等［14］也认为林带的防护效应与林带结构特征紧密相连。因此，在公路林带的结构配置上，防护林带应采取乔灌草相结合的结构模式，适当提高灌木比例，使乔木疏密适度，从而形成稳定的复层林带结构，增强林带对汽车尾气扩散沉降的防护效果。

［1］石元值，马立峰，韩文炎，等.汽车尾气对茶园土壤和茶叶中铅、铜、镉元素含量的影响［J］.茶叶，2001，27(4):21－24，34.

［2］徐永荣，冯宗炜，王春夏，等.绿带对公路两侧土壤重金属含量的影响研究［J］.湖北农业科学，2002(5):75－77.

［3］阮宏华，姜志林.城郊公路两侧主要森林类型铅含量及分布规律［J］.应用生态学报，1999，10(3):362－364.

［4］王成，郄光发，杨颖，等.高速路林带对车辆尾气重金属污染的屏障作用［J］.林业科学，2007，43(3):1－7.

［5］唐乾若.华北地区农田防护林规划设计的商榷［J］.林业科学，1965(2):140－147.

［6］傅抱璞.论林带结构与防护效能［J］.南京大学学报:自然科学版，1963(Z1):109－120.

［7］城乡建设环境保护部环境保护局.环境监测分析方法［M］.北京:中国环境科学出版社，1986.

［8］江苏省植物研究所.城市绿化与植物保护［M］.北京:中国建筑工业出版社，1977.

［9］薛皎亮，刘红霞，谢映平.城市空气中铅在国槐树体内的积累［J］.中国环境科学，2000，20(6):536－539.

［10］杨奕如，殷云龙，於朝广，等.205国道两侧农田土壤和水稻叶片及糙米中重金属含量的空间分布特征［J］.植物资源与环境学报，2009，18(2):73－79.

［11］陈建安，林健，兰天水，等.山区公路边土壤铅污染水平及其分布规律研究［J］.海峡预防医学杂志，2001，7(2):5－8.

［12］杨学军，唐东芹，钱虹妹，等.上海城市绿化利用树种资源的现状与发展对策［J］.植物资源与环境学报，2000，9(4):30－33.

［13］殷云龙，徐建华，张光宁，等.江苏公路绿地系统的树种结构与发展水平评价［J］.植物资源与环境学报，2002，11(3): 46－52.

［14］周军莉，王元，徐忠.不同类型林带防护效应的数值模拟［J］.中国沙漠，2002，22(2):201－204.

(责任编辑:佟金凤)

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

江苏省自然科学基金重点资助项目(BK2006711－2)

杨奕如(1984—)，女，江苏常州人，硕士，主要从事植物资源与生态环境方面的研究工作。

①通信作者E-mail:xhh3027@jlonline.com