公路沿线水稻植株的重金属污染研究

丁 宁，李巧云

（湖南农业大学，湖南 长沙410128）

植物生长发育过程中需要从土壤、大气等介质中吸收水分、养分以及矿质元素营养。植物根系从土壤中吸收矿质元素，并且可以通过主动运输或被动运输途径将矿质元素运输到植株的其它器官中[1-2]。随着农村公路的快速发展，公路附近的水稻正面临着公路带来的交通污染威胁。目前，公路交通污染中研究最为广泛、对土壤和植物生长发育影响最大的因素是重金属污染。Fakayode S[3]对尼日利亚索波市高速公路两侧土壤中重金属污染程度的研究认为在距离公路交通 5 m 范围内，Pb、Zn、Cu、Cd、Ni含量显著高于正常土壤，而且在交通密集的高速公路旁重金属的积累程度显著高于车流量中等的道路两旁，Pb、Zn、Cu、Cd、Ni 5 种重金属含量大小为Pb>Zn>Cu>Ni>Cd，Ho Y等[4]对比香港交通主干道和非主干道两侧土壤中重金属含量差异也得出了与此一致的结果。

为了研究公路交通中重金属污染对农作物的危害程度，笔者以水稻为研究对象，探索公路沿线环境中重金属对水稻植株不同组织的污染程度，以期为公路附近农作物的种植提供参考。

1 栽培试验设计

1.1 试验地点

试验在湖南省长沙市芙蓉区隆平路旁湖南省农业科学院的水稻试验田中进行，该地位于长沙市郊区，车流量适中，除公路交通之外附近无其他显著污染源，符合长沙市周边农村公路交通的普遍特征，选址具有代表性。供试水稻品种为湘晚籼6号，由湖南省水稻研究所提供。

1.2 盆栽试验方法

试验于2009年进行。所用盆钵为塑胶材质圆桶，上口径35 cm，高32 cm，标准容积19 L。盆栽土壤为稻田土，供试土样经自然风干、除去植物残体后在平整木板上用木棍小心挤压破碎，分别过10目、100目筛，过筛后的土壤经充分混匀后按照每盆12 kg风干土、3.3 g复合肥（氮磷钾比例为9∶8∶8）混合均匀后装盆，以此保证各盆土壤理化性质基本保持一致。

2009年6月15日播种育秧。7月20日移栽水稻。每盆移栽3株带2个分蘖的秧苗，试验根据与公路的远近设置3个处理，处理Ⅰ为距离公路约15 m；处理Ⅱ为距离公路约50 m；处理Ⅲ为距离公路约200 m，每个处理重复6次，均平行于公路放置，共计18盆。水稻全生育期用自来水灌溉，视水面高度情况每隔24～48 h浇水一次，保持水面高于土面2～8 cm。为了避免病虫害农药对试验的负面影响，水稻生育期内未施用任何农药。

2 水稻植株中重金属含量测定方法

2.1 样品处理

水稻成熟后，按三个不同距离（即处理）分别取材，每个处理取三株水稻，每株又分开取茎、叶、籽粒3个不同部位，共计27个样品。将所取材料烘干，茎、叶采用TYSP-100型高速多功能粉碎机打碎，用震筛机过20目标准筛备用。水稻的籽粒去除谷壳后，研磨成粉末备用。

2.2 测定方法

制备标准溶液，采用F型原子吸收分光光度计分别测定样品中Pb、Cd、Cu、Zn的含量。每个样品分别称取0.5 g，置入坩锅，用硝酸浸泡1 d，然后用电热板加热，加硝酸和高氯酸消解，至溶液变成淡黄色清液，之后用蒸馏水定容至50 mL。

3 结果与分析

3.1 水稻不同组织中Pb的含量

由试验数据可知，在水稻茎、叶、籽粒中Pb的含量范围分别是 41.00～2 287.51、22.55～930.95、16.56～39.27 mg/kg，其含量变化跨度大。水稻对Pb的吸收主要通过水稻根系从土壤中吸收，从根到茎、叶片、籽粒中含量逐步减小。试验中大部分盆栽水稻中Pb的含量表现为茎＞叶＞粒，符合Pb的吸收规律。其中处理Ⅰ的重复1和重复2植株的茎中Pb含量分别为716.77 mg/kg和2 287.51 mg/kg，远远高于其他水稻植株。因为所有盆栽土壤均为一致，所以可以排除是由于原始盆栽土壤造成的这一差异。若是由于距离公路较近，受到公路污染严重，但是与公路处于同一距离的重复3植株却没有这么明显，至于造成此现象的具体原因尚不清楚。

如图1所示，综合来看整体呈现出的PB含量趋势是：距离公路15 m的水稻中的含Pb量最高，距离公路200 m的水稻中的含Pb量最低，这说明水稻种植地距离公路越近，水稻组织中的含Pb量越高，受到公路污染的越严重。

图1 3个处理水稻不同组织中的Pb含量

3.2 水稻不同组织中Cu的含量影响

Cu是植物生长必需的微量元素，但过量的Cu会对植物产生毒害作用。当水稻中含过量的Cu，被人类食用后可能造成急性或慢性铜中毒。在水稻茎、叶、籽粒中Cu的含量范围分别是124.96～506.53、66.80～354.90、2.30～16.42 mg/kg，其含量变化类似于Pb的含量变化。

如图2所示，水稻中Cu含量呈现出的趋势是：距离公路15 m的水稻中的含Cu量最高，距离公路200 m的水稻中的含Cu量最低，这说明水稻种植地距离公路越近，水稻组织中的含Cu量越高，受到公路污染的越严重。

图2 3个处理水稻不同组织中的Cu含量

3.3 水稻不同组织中Cd的含量影响

Cd是对植物及人体有害的元素。在水稻茎、叶、籽粒中Cd的含量范围分别是0.62～12.37、0.36～4.42、0.27～1.39 mg/kg，可以看出：所有处理中籽粒的Cd含量均较低，而处理1的茎和叶中Cd含量稍高，其他处理的也均处于较低水平。

如图3所示，Cd在各处理水稻中的含量趋势为：处理Ⅰ＞处理Ⅱ＞处理Ⅲ。也就说明，水稻种植地距离公路越近，水稻组织中的含Cd量越高，受到公路污染的越严重。在水稻籽粒中Cd的含量较低，一般不高于1 mg/kg，综合考虑试验误差的因素和结合态Cd在植物体内的存在规律，可认为Cd很难转移到水稻籽粒中。

图3 3个处理水稻不同组织中的Cd含量

3.4 水稻不同组织中Zn的含量影响

在水稻茎、叶、籽粒中Zn的含量范围分别是113.56～304.98、57.28～268.96、59.88～106.51 mg/kg。如图4所示，Zn在各处理水稻中的含量趋势为：处理Ⅰ＞处理Ⅱ＞处理Ⅲ。处理Ⅰ的茎、叶与籽粒中的Zn含量为最高，可认为处理Ⅰ的水稻受到道路交通污染影响，植株体内的Zn含量较高。即说明水稻种植地距离公路越近，水稻组织中的含Zn量越高，受到公路污染的越严重。

图4 3个处理水稻不同组织中的Zn含量

4 结论与讨论

水稻籽粒是人们的主食，根据《GB 2762-2005食品中污染物限量》中的规定，谷类的Pb限量为0.2 mg/kg[5]，试验中所种植的盆栽水稻籽粒中的Pb含量超过规定值82.80～196.35倍，若食用对人体危害极大。

此外，Pb、Zn、Cu、Cd 在水稻中均表现出距离上的显著积累特征，这一试验结果与Fakayode等的研究的结果较为一致。由此可以看出，道路两旁土壤中含过量Pb、Zn、Cu、Cd等重金属是普遍现象，土壤中已存在的Pb的积累可能与过去机动车使用含Pb汽油的燃烧产生的尾气释放相关。而在含Pb汽油已被淘汰多年的今日，采用一致性土壤盆栽水稻的试验方法同样产生了距路边较近区域高量Pb积累的现象，其Pb元素来源不明。Zn的积累则与轮胎磨损产生的粉尘有着密切的关系，因汽车轮胎中含有0.4%～4.3%的氯化锌[6]，这极有可能是土壤中重金属Zn积累的重要来源。除了Zn以外，汽车轮胎中还含有铁、钴、锰、镍、铜、Pb、镉等重金属，但这些重金属含量较Zn含量低。另外，刹车器的磨损也能释放Cu等重金属的积累，这些可能是导致公路两侧土壤中Cu、Cd痕量积累的关键因子[7-8]。不同重金属含量的差异一方面可能与污染源的释放量相关，另一方面可能与土壤的理化性质，即土壤对不同重金属吸附程度不一致相关[9]。因此，在实际的农业生产过程中，应尽量避免在距离公路较近的区域种植水稻等被人类直接食用的农作物。

[1]杨济龙，祖艳群，洪常青，等.蔬菜土壤微生物种群数量与土壤重金属含量的关系[J].生态环境，2003，12（3）：281-284.

[2]Dai J，Dai J，Becquer T，et al.Influence of heavy metals on c and n mineralisation and microbial biomass in zn-，pb-，cu-，and cdcontaminated soils[J].Applied Soil Ecology，2004，25 （2）：99-109.

[3]Fakayode S，Olu-Owolabi B.Heavy metal contamination of roadside topsoil in osogbo，nigeria:Its relationship to traffic density and proximity to highways[J].Environmental Geology，2003，44（2）：150-157.

[4]Ho Y，Tai K.Elevated levels of lead and other metals in roadside soil and grass and their use to monitor aerial metal depositions in hong kong[J].Environmental Pollution，1988，49（1）：37-51.

[5]王 嘉，王仁卿，郭卫华.重金属对土壤微生物影响的研究进展[J].山东农业科学，2006，（1）：101-105.

[6]Adachi K，Tainosho Y.Characterization of heavy metal particles embedded in tire dust[J].Environment international，2004，30（8）：1009-1017.

[7]马成仓，洪法水.汞对小麦种子萌发和幼苗生长作用机制初探[J].植物生态学报，1998，22（4）：373-378.

[8]汪 洪，赵士诚，夏文建，等.不同浓度镉胁迫对玉米幼苗光合作用-脂质过氧化和抗氧化酶活性的影响[J].植物营养与肥料学报，2008，14（1）：36-42.

[9]张世远.铜和铬对小麦生理生化特性和土壤酶活性的影响研究[D].泰安：山东农业大学，2009.