全 文 ：书第 !" 卷第 # 期
! $$" 年 # 月 生 态 学 报 %&’% (&)*)+,&% -,.,&% /012 !"，.02 # 345，!$$ "
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基金项目：国家自然科学基金资助项目 （6$7$ $$#7）；中国博士后基金资助项目 （!$$ 8$7$$##9 ）；江苏省博士后基金资助项目 （$#$9$$6:）； 国家农业部草地开放实验室基金资助项目（!$7 $$66）；内蒙古自然科学基金资助项目 （!$$ #$;$9$#!!） 收稿日期：!$$8<$=<9#；修订日期：! $$"<$7<9= 作者简介：智颖飙（9=8# > ），男，山西五台县人，博士2主要从事植物生物学研究2 (?4@1：AB@5@CDE@40F D?4@12 G0?<br!通讯作者 &0HHIJK0CL@CD 4MNB0H2 (?4@1：O4CDAJF CPM2 ILM2 GC<br/)0.1-",). ,"’2：’BI KH0PIGN O4J Q@C4CG@4115 JMKK0HNIL E5 .4N@0C41 .4NMH41 -G@ICGI R0MCL4N@0C 0Q &B@C4 （.02 6$7$$ $#7）；’BI S0JNL0GN0H -G@ICGI R0MCL4N@0C 0Q &B@C4 （.02 !$$8$7 $$##9）；S0JNL0GN0H -G@ICN@Q@G R0MCL4N@0C 0Q T@4CDJM，&B@C4 （.02 $#$9$$ 6: ）；’BI +H4JJ14CL )KIC *4E0H4N0H5
R0MCL4N@0C 0Q 3@C@JNH5 0Q %DH@GM1NMHI，&B@C4 （.02 !$7$$66）；.4N@0C41 .4NMH41 -G@ICN@Q@G R0MCL4N@0C 0Q ,CCIH 30CD01@4，&B@C4 （.02 !$$#$;$9$#!!）
3’(’,4’1 1-"’：! $$8<$=<9#；5((’#"’1 1-"’：!$$ "<$7<9= 6,)+7-#!8：UV, W@CD<:@40，SB2 X2，?4@C15 ICD4DIL @C K14CN E@010D52 (?4@1：AB@5@CDE@40F D?4@12 G0?<br公路绿化植物油松（!"#$% &’($)’*+,-."%）和 小叶杨（!,/$)$% %".,#""）对重金属元素的吸收与积累 智颖飙9，王再岚!，王中生9，!，马Y 中!，姚一萍6，李红丽9，崔Y 艳6，刘建平6 （92 南京大学生命科学学院，南京 Y !9$$=6；!2 中国人民大学环境学院，北京Y 9$$;"!；62 内蒙古农业科学院，呼和浩特Y$9 $$69） 摘要：对内蒙古西部公路绿化植物油松 （!"#$% &’($)’*+,-."%）、小叶杨 （!,/$)$% %".,#""）及其根际土壤中重金属元素 （&L、VD、 SE、&M、UC、.@、&H）和类金属元素 （%J 和 -I）含量以及根际土壤重金属 （&M、UC、SE、.@ 和 &H）形态、土壤 KV 值进行了测定。 对比分析了公路沿线不同绿化植物及其不同器官对重金属元素的吸收与积累特征。结果表明：绿化植物根际土壤对重金属元 素的吸附及污染程度以 &L为最高。随原子序数的递增，小叶杨和油松两种植物的根部和茎叶两种营养器官中重金属的含量 均表现出“.”字形变动趋势。而且重金属元素在不同植物不同器官中的含量具有 UC Z &M Z .@，&H，%J，SE Z &L Z VD的基本规 律。小叶杨茎叶对重金属元素 &H、.@和 SE的富集能力较根部为强，油松茎叶对重金属元素 &H、.@、&M和 SE的富集能力较根部 为强。绿化植物根际土壤重金属元素有效态占总量百分比的大小序列为 UC Z SE Z .@、&H Z &M，与重金属元素在不同植物不同 器官中的含量大小序列 UC Z &M Z .@、&H、%J、SE Z &L Z VD并非趋于一致。公路绿化植物对根际土壤中重金属元素的吸收和积 累与重金属元素有效态所占的比例有关。 关键词：油松；小叶杨；公路；重金属；形态；吸附 文章编号：9$$ $<$=66（!$$"）$#<9;86<9$Y 中图分类号：-"9;Y 文献标识码：%
9!’ -:;)7#",). -.1 -((020*-",). )< !’-48 2’"-*; #)**0"-."; ,. #*-." -*).+
!,+!%-8 ,. %’;"’7. =..’7 >).+)*,-
UV, W@CD<:@409，[%.+ U4@<*4C!，[%.+ UB0CD<-BICD9，!，3% UB0CD!，W%) W@*,\ T@4C9 0,))*1* ,+ 2"+* 34"*#4*，5’#6"#1 7#"8*-%"&9，5’#6"#1 !9 $$=6，0:"#’ ! 34:,,) ,+ *#8"-,#.*#& ’#; #’&$-’) -*%,$-4*%，<*#."# 7#"8*-%"&9 ,+ 0:"#’，=*"6"#1 9$$ ;"!，0:"#’
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5:;"7-("：’BI L@QQIHICGIJ @C 4EJ0HKN@0C 4CL 4GGM?M14N@0C 0Q BI4]5 ?IN41J OIHI @C]IJN@D4NIL @C ]4H@0MJ K14CNJ 4CL NBI@H
0HD4CJ，JMGB 4J !"#$% &’($)’*+,-."% 4CL !,/$)$% %".,#""，410CD NBI B@DBO45 @C OIJNIHC ,CCIH 30CD01@42 ’BI HIJM1N JB0OIL
NB4N NBI B@DBIJN MKN4^I N0 BI4]5 ?IN41J 4CL K011MN@0C LIDHII @C JMHQ4GI J0@1J 0Q K14CN @J &L2 [@NB NBI 4N0?@G CM?EIH
@CGHI4JIL （&H N0 SE），NBI BI4]5 ?IN41J G0CGICNH4N@0C L@JK145IL _ ._ Q@DMHI @C NBI H00NJ，JNI?<1I4Q 0Q !"#$% &’($)’*+,-."%
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土壤@植物系统 （C),*@#*-." 656"’3）是生物圈（=’/)6#!’2’）的基本结构单元，也是土壤环境研究的主要对
象。土壤@植物系统为人类提供强大生产力的同时，也承受着人类活动所带来的各种污染。目前，世界范围内
土壤有害金属的输入量 （DEF " $ -）为：?+ E& GH，:/ I& I，:2 GJ& K，=> LJ& K，;, HI& M，:1 JM& F，8. DHL& D，<6 G& D，
C’ F& D［D，I］，输入土壤的这些重金属将直接污染土壤并影响其正常使用功能，也可通过食物链放大效应，进而
对植物正常生长甚至人类健康造成威胁。同时生态系统通过一系列物理、化学及生物过程对环境中的污染物
质起到净化作用，但当污染负荷超环境容量和阈值时，它的生物生产量就会受到影响，严重时会丧失生产力，
甚至会降低环境中空气、水和食物的质量，直接或间接地危害人类的生命和健康。植物修复技术
（=!5")2’3’/,-",).）作为绿色生态技术用于清除土壤重金属污染的研究方兴未艾［H］。随着国民经济的迅速发
展，公路交通污染所带来的环境负效应也日趋凸现，对公路沿线土壤@植物系统的影响更是倍受关注。椐报
道，山西省 M EEEN3运煤公路两侧，农田受到煤尘严重污染，减产粮食 I GEE O DEFN+［F］。近年来，汽车尾气、公
路扬尘等造成的公路两侧土壤@植物系统的重金属污染，以及由此引起的生态系统结构与功能胁迫效应和农
产品重金属含量超标问题也日益暴露。目前，国内外有关公路两侧土壤中重金属的分布方面的研究已有报
道［M P DE］。同时国内外有关公路两侧土壤@植物系统中重金属的污染已开展了部分研究［DD P DL］，但公路绿化植物
对重金属的吸收和积累的研究相对较少［DG］。随着区域经济的迅速发展，内蒙古西部地区煤炭、建材、化工产
品运输量的迅速增加，公路运输车辆明显增多［DJ］。DJJI 年，内蒙古自治区公路网平均机动车交通量为 LHD
辆 $ /。截止 IEEF 年底，内蒙古自治区西部公路网平均机动车交通量发展为 MDLD 辆 $ /，其中 DEJ 国道 IMHH
辆 $ /，IDE 国道 FJFK 辆 $ /，DDE 国道 KLHJ 辆 $ /。繁忙的公路交通使得汽车尾气排污问题日趋明显，有必要对
可能造成的重金属积淀以及潜在的生态危害进行深入研究。因此，以内蒙古西部地区交通运输繁重的 QDDE
国道、QIDE 国道和 QDEJ 国道为研究对象，分析公路旁侧绿化植物油松 （!’)$& *+,$%+-."/(’& :-22&）和小叶杨
（!"#$%$& &’(")’’ :-22&）对重金属的吸收与积累以及与根际土壤中重金属分布与形态的相互关系，以期为公路
沿线土壤@植物系统重金属污染的生物修复提供理论指导。
)* 材料与方法
)& )* 研究区特征
根据研究区自然地理（DEKRHMS P DDDRHKST，HGRMKS P FIRIGS;）与植被特点、土壤类型和母质状况，将不同
采样点划分为 H 种类型（图 D）。具体为：呼和浩特—包头—五原—临河—蹬口地处土默川和河套平原，地下
水位较高，盐碱化程度高，植被以隐域性盐化草甸为主，属低湿地植被，地带性土壤类型为草甸土，现在大部分
土地已开垦为农田；乌海—乌达—鄂托克—杭锦旗以草原化荒漠植被为主，是我国西部荒漠区的一个特殊区
域，地带性土壤类型为棕钙土；东胜—准格尔、伊金霍洛—东胜—达拉特地处鄂尔多斯高原中东部，植被以本
氏针茅 （0*’#+ ,$)1-+)+）建群种的暖温性典型草原，但长期的开垦、过牧，原生的天然植被已破坏殆尽，只存
在于破碎的峁坡、丘陵，地带性土壤类型为栗钙土［IE］。
FKGD U 生U 态U 学U 报U U U IL 卷U
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接图 /
012/3 0 期 3 3 智颖飙3 等：公路绿化植物油松（!"#$% &’($)’*+,-."%）和小叶杨（!,/$)$% %".,#""）对重金属元素的吸收与积累 3
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!& "# 样品采集与处理
对内蒙古西部地区的国道公路 /012、/112 和 /123 两侧 024 范围内的植物与土壤按梅花形布点采样
（图 1），共采集 5 条公路两侧绿化植物油松和小叶杨根、茎、叶各 130 份及其根系周围区域的根际土壤
（6!,7)"#!’6’ 8),*）［10］样品 59: 个 （0 ; 130）份。同时采集远离公路和工业污染的相对清洁区植物油松和小
叶杨作对照 （<=）。植物样品经过蒸馏水清洗。植物根、茎、叶和根际土壤样品经自然风干、研磨、过筛后，装
袋、备用，低温保存［01］。
!& $# 测定方法
植物（根、茎叶混合样和总体）与土壤重金属含量采用 >#’("6 ?? @AB 原子吸收分光光度计、?C D12? 原
子荧光光谱仪；植物样品重金属 I.、J,、<6原子吸收光谱法测定的测定，在马福炉 M22N干灰化，用 1O1 硝酸 04*溶解。?8采用硝酸P高氯酸消
解，原子荧光光谱法测定，Q+采用王水消解，原子荧光光谱法测定。>’采用硝酸P高氯酸消解，原子荧光光谱
法；根际土壤重金属 如图 0。土壤 #Q用酸度计法测定，其水土比为 1O1［01］。
图 0R 土壤中重金属形态的 L’88,’6连续提取方法［00］
C,+& 0R >’SH’.",-* ’T"6-(",). #6)(’EH6’ U)6 "!’ 8#’(,-",). )U !’-VW 4’"-* ,. 8’E,4’."［00］
!& %# 质量控制与数据处理
测试样品时加带标准样品，前处理与样品一致。上机测定的条件与样品一致。数据用 >F>> 软件进行显
著性分析。
!& &# 重金属次生相富集系数［05］的计算
重金属在表层土壤原生和次生相中的分布，用各元素的次生相富集系数 >FXC（>’().E-6W F!-8’
X.6,(!4’." C-(")6）来表征：
=>FXC Y Z8’( $Z#6,4 式中，=>FXC为重金属在次生相中的富集系数；Z8’( 为某样品次生相中重金属的含量；Z#6,4 为某样品原生 相中重金属的含量。当 =>FXC"1 时，表明土壤未被污染；当 =>FXC [ 1 时，说明有人为造成的重金属污染， DD91 R 生R 态R 学R 报R R R 0\ 卷R !""#：$ $%%%& ’()*)+,(-& (. 其污染程度可由数值大小直接表示出来。 !" 结果与分析 !& #" 绿化植物油松和小叶杨重金属含量与土壤元素背景值含量比较 从内蒙古西部地区公路沿线主要绿化植物油松、小叶杨根、茎、叶混合样中重金属含量与其根际土壤中重 金属含量以及与土壤元素背景值［/0］均数差异比较来看 （表 1），油松、小叶杨植物中重金属 23、4,、25、67、89 的含量低于世界土壤化学组成的中值、中国土壤 （6 层）元素背景值、内蒙古土壤元素背景值以及研究区不 同土类土壤 （草甸土、棕钙土和栗钙土）元素背景值。但小叶杨 :.的含量（11;& =+ + ?1）明显高于世界土 壤化学组成的中值 （@& ; =+ >+ ?1）、中国土壤 （6 层）元素背景值 （A0& / =+ >+ ?1）、内蒙古土壤元素背景值 （B@& 1 =+ >+ ?1）（图 /6）以及研究区不同土类土壤草甸土 （B@& 1; =+ >+ ?1）、棕钙土 （BC& / =+ >+ ?1）和栗钙 土 （CC& @ =+ >+ ?1）元素背景值，而油松 :.的含量 （AA& 0< =+ >+ ?1）与中国土壤（6层）元素背景值接近，但 高于研究区不同类型土壤草甸土、棕钙土和栗钙土元素背景值。 表 #" 公路旁侧土壤重金属含量特征值与土壤重金属环境背景值［!$］以及 %&值的比较!（=+·>+ ?1）
’()*+ #" ,-.%(/01-2 -3 4+(56 .+7(* 8-28+27/(70-2 (29 %& (.-2: 74+ )(8;:/-<29 5(*<+ (29 -)1+/5+9 .+(21 02 1-0* (29 %*(27
含量 2).(’."3-",). 23 4, 25 :. 67
世界土壤化学组成的中值
D,EE*’ E-"- ,. 7),* )F G)3*E
A;& ; B;& ; H;& ; @& ; C& ;
中国土壤元素背景值
I*’=’." 9-(>+3)5.E J-*5’ ,. 7),* )F 2!,.-
C1& ; K H1& ;A /C& @ K 10& HC //& C K 11& 01 A0& / K H/& A< 11& / K A& 内蒙古土壤元素背景值
I*’=’." 9-(>+3)5.E J-*5’ ,. 7),* )F L..’3 D).+)*,-
01& 0 K /;& 0/ 1@& B K @& ;A 10& 0 K C& A; B@& 1 K HA& CB A& B K 0& BC
草甸土元素背景值
I*’=’." 9-(>+3)5.E J-*5’ ,. =’-E)% 7),*
B1& 1 K 1@& ;; /H& H K @& 1/ 1@& < K C& 棕钙土元素背景值
I*’=’." 9-(>+3)5.E J-*5’ ,. 93)%. 7),*
0A& ; K 1/& AA /0& 1 K A& /B /1& C K 1/& A0 BC& / K /H& @0 1;& / K 0& B@
栗钙土元素背景值
I*’=’." 9-(>+3)5.E J-*5’ ,. (!’7".5" 7),*
B0& ; K /H& << /H& C K 1;& /@ 1<& @ K @& ;< CC& @ K H/& A1 1;& < K B& B;
绿化植物根际土壤重金属含量
M’-JN =’"-* ().(’."3-",). ,. 7),* -*).+ !,+!%-N
00& B K /H& ;/ C/& @ K /B& A< 1C& 0 K @& C; 1;A& 0 K B;& 1C @& 0H K C& 0<
油松重金属含量均值
M’-JN =’"-* ().(’."3-",). ,. #,.’
H& H/ K 1& 1A H& @; K ;& @H <& 0 K 1& BH AA& B K 1B& 小叶杨重金属含量均值
M’-JN =’"-* ().(’."3-",). ,. #)#*-3
/& /C K ;& 0< H& CA K ;& @; 1;& 0 K 1& /< 11;& < K 1B& /A ;& <@ K ;& ;0
含量 2).(’."3-",). O’ 2E M+ 89 #M
世界土壤化学组成的中值
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;& 0 ;& HB ;& ;C HB& ; ?
中国土壤元素背景值
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;& /@ K ;& /C ;& ;@A K ;& ;A@ ;& ;CB K ;& ;<; /C& ; K 1/& HA ?
内蒙古土壤元素背景值
I*’=’." 9-(>+3)5.E J-*5’ ,. 7),* )F L..’3 D).+)*,-
;& 1; K ;& ;0 ;& ;BH K ;& ;H@ ;& ;0; K ;& ;0B 1A& / K 1;& 1< ?
草甸土元素背景值
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栗钙土元素背景值
I*’=’." 9-(>+3)5.E J-*5’ ,. (!’7".5" 7),*
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绿化植物根际土壤重金属含量
M’-JN =’"-* ().(’."3-",). ,. 7),* -*).+ !,+!%-N
;& 1< K ;& ;/ ;& H@; K ;& 10C ;& ;H; K ;& ;;/ 1<& B K B& 0C <& 1 K ;& /A
油松重金属含量均值
M’-JN =’"-* ().(’."3-",). ,. #,.’
;& HH K ;& ;@ ;& ;BH K ;& ;/H ;& ;/C K ;& ;;B 0& 1 K ;& 0A ?
小叶杨重金属含量均值
M’-JN =’"-* ().(’."3-",). ,. #)#*-3
;& /C K ;& ;< ;& ;P P ! 表中数值（除世界土壤化学组成的中值外）为平均数 K标准差 45=9’3 ,. "-9*’ 3’#3’7’."7 "!’ D’-. K OQ；下同 "!’ 7-=’ 9’*)%
AC<1P B 期 P P 智颖飙P 等：公路绿化植物油松（!"#$% &’($)’*+,-."%）和小叶杨（!,/$)$% %".,#""）对重金属元素的吸收与积累 P
!""#： %%%& ’()*)+,(-& (.
重金属元素 /.、0+在绿化植物的平均含量与根际土壤中含量接近，而其它元素则表现出其在根际土壤
中的含量高于植物体中平均含量，如 12在土壤中含量是植物体的 3& 4 倍；56、78在土壤中的含量是植物体的
9 倍左右；土壤中 1:、1;、<,含量是植物体的 3= 倍以上。同时研究区土壤 #0 为 >& 3，属于碱性土壤。重金属
元素在不同植物的差异与土壤 #0以及植物对不同重金属的选择性吸收以及土壤中重金属的存在形态等有
一定关系［?@］。A’*);B’等［?4］认为超量积累植物遏蓝菜属的 !"#$%&’ ($)*+#)%(),% 根际比 !*’-.#’+/ &*$0),%) 的根 际微生物，包括耐重金属 1: 和 /. 的细菌多，也是由于根际 #0值降低所致。 !& !" 公路绿化植物油松和小叶杨重金属分布特征 对公路沿线与相对清洁区植物油松和小叶杨重金属含量作方差分析可以看出（图 C），公路绿化植物油松 和小叶杨重金属 56、1;、<,、12、78、D’、1:、0+ 含量均高于相对清洁区植物油松和小叶杨，其中油松茎叶中 56 含量（C& C4?E B+ F+ G3）是对照 =& C9?@ B+ F+ G3的 E& =C 倍，存在极显著差异 （& H =& =3）（图 C 7），根部 56含 量（I& >I3I B+ F+ G3）是对照 =& 3>== B+ F+ G3的 ?4& E= 倍，存在极显著差异 （& H =& =3）（图 C J）。小叶杨茎叶 中 56含量（?& 3?IC B+ F+ G3）是对照 =& ?I49 B+ F+ G3的 >& 43 倍，存在极显著差异（& H =& =3）（图 C 1），根部 56含量（I& 449E B+ F+ G3）是对照 =& C@== B+ F+ G3的 3C& CI 倍，存在极显著差异 （& H =& =3）（图 C A）；而油松 茎叶中 /.含量（9I& @3IC B+ F+ G3）与对照基本一致，差异不显著 （& K =& =@）（图 C 7），根部 /. 含量 （>=L I@93 B+ F+ G3）是对照 9I& ECCC B+ F+ G3的 3& =9 倍，极显差异 （& H =& =@）（图 C J）。小叶杨茎叶中 /.含 量（3C=& ??>4 B+ F+ G3）与对照基本一致，差异不显著 （& K =& =@）（图 C 1），但根部 /. 含量 （E4& >@== B+ F+ G3）是对照 @9& ?CCC B+ F+ G3的 3& 4E 倍，极显差异 （& H =& =@）（图 C A）。表现出明显的 56 富集特征， 同时也表现出不同植物不同营养器官对不同重金属元素的吸收和积累的差异性。 图 CM 公路绿化植物与清洁区对照植物中重金属含量差异比较 N,+& CM O!’ ()B#-;,8).8 )P "!’ !’-QR B’"-* ().(’.";-",). ,. #*-."8 6’"%’’. !,+.%-R8,:’ -.: (*’-.*R -;’- !& #" 重金属在植物不同器官中的分布特征 重金属在植物体不同器官中的含量存在一定差异，且这种差异亦表现在不同植物体间。就小叶杨而言， 重金属 0+在茎叶和根部的分布较为一致；重金属 1:、12、/. 及类金属 78和 D’ 等在小叶杨茎叶中含量高于 >4>3 M 生M 态M 学M 报M M M ?9 卷M !""#：$ $%%%& ’()*)+,(-& (. 根部；而重金属 /0、12、3,等元素则在根部分布较多。就油松而言，重金属4+在茎叶和根部的分布亦较均匀。 重金属 /0、12、3,、15等元素在茎叶中含量均高于根部；重金属 16、7. 及类金属 89 等在根部含量高于茎叶。 此差异应与各元素在土壤中的存在形态及植物对各元素的选择吸收有直接关系。 为更好地揭示同一元素在不同植物相同营养器官中及同一元素在同一植物不同营养器官中的含量差异， 绘制图 :。由图 : 可看出，随原子序数的递增 （12#/0），小叶杨和油松两种植物的根部和茎叶两种营养器官 中重金属的含量均表现出“3”字形变动趋势，而且重金属元素在不同植物不同器官中的含量具有 7. ; 15 ; 3,、12、89、/0 ; 16 ; 4+的基本规律。 图 :< 重金属元素在小叶杨和油松两种植物的茎叶和根部的含量比较 =,+& :< >!’ ()?#-2,9).9 )@ "!’ !’-AB ?’"-*9 ()."’."9 0’"%’’. 9"’?C*’-@ -.6 2))" ,. !"#$% &’($)’*+,-."% -.6 !,/$)$% %".,#"" 同一植物不同器官对不同的重金属元素的富集程度不同（图 :8，图 :D）。12、3,和 /0三种重金属元素在 小叶杨茎叶中的含量与根部含量的比值大于 E，而 15、7.、89和 16四种元素在小叶杨茎叶中的含量与根部含 量的比值小于 E，揭示了小叶杨的地上部分（茎叶）对 12、3, 和 /0 三种重金属元素的富集作用较地下部分 （根部）强，而其地上部分对 15、7.、89和 16四种元素的富集作用较地下部分弱。对油松而言，其地上部分 对 12、3,、15和 /0的富集能力较地下部分强，而地上部分对 7.、89 和 16 的富集能力较地下部分弱；不同植 物相同器官中重金属的含量差异分析结果表明 （图 :1，图 :F），小叶杨和油松根部重金属含量随原子序数的 增大表现出一致的变化趋势。小叶杨根部 12、3,和 89 三种元素含量要低于油松根部，小叶杨根部 7. 和 16 的含量则高于油松根部（/ ; G& GH），而 15、4+ 和 /0 在小叶杨和油松根部的含量差异不显著（图 I1）（/ J GK GH）。12和 89两种元素在小叶杨茎叶中的含量低于油松茎叶，15、7.和 16的含量在小叶杨根部则高于油 松根部 （/ ; G& GH），而 3,、4+和 /0在小叶杨和油松根部的含量差异不显著（图 :F）（/ J G& GH）。已有的研究 表明，15、7.、/0、16 在木本植物地上部分的累积量要大于地下部分，而 L. 元素的累积量则是地下部分大于 地上部分［MN］。植物吸收重金属的器官主要是根，当空气中存在重金属污染时，植物的叶也能大量吸收［MO］。 对重金属元素在小叶杨和油松两种植物的根部和茎叶的相对富集关系的研究表明 （图 H），重金属相对 富集关系在小叶杨和油松在根部和茎叶的变化表现出一致的变化趋势。但以 /0在两种植物中根部相对富集 为最高。而以 16在两种植物中相对富集为最低。已有的研究表明，不同土壤类型上的富集植物吸收重金属 能力不同，同时植物根系周围土壤溶液中的重金属含量是影响重金属生物有效性的重要因素之一，而其含量 PQOE< H 期 < < 智颖飙< 等：公路绿化植物油松（!"#$% &’($)’*+,-."%）和小叶杨（!,/$)$% %".,#""）对重金属元素的吸收与积累 < !""#：$ $%%%& ’()*)+,(-& (. 图 /0 重金属元素在小叶杨和油松不同器官中的相对富集关系 0 1,+& / 0 2!’ ()3#-4-",5’ ’.4,(!3’." )6 "!’ !’-57 3’"-* 6)4 4))" -.8 9"’3:*’-6 ,. !"#$%$& &’(")’’ -.8 !’)$& *+,$%+-."/(’& 大小受重金属在土壤中的吸附:解吸［;/］，沉淀:溶解和氧 化:还原平衡的控制［;<］。土壤对重金属的吸持、富集、 迁移和转化，以及土壤与重金属之间的溶解:沉淀、吸 附:解吸、络合:离解、氧化:还原等作用，土壤重金属在土 壤固相中以各种不同形态存在。其中土壤的酸碱性质、 氧化还原性质、胶体的含量和组成及气候、水文、生物等 条件是影响土壤重金属形态的重要因素，而且与各元素 在土壤中的存在形态及植物对各元素的选择吸收有密 切关系［=> ? =;］。 !& "# 公路绿化植物根际土壤重金属形态分布与生物有 效性 不同重金属元素在土壤中的形态分布存在很大差 异，而不同环境单元中不同植物种类对不同重金属的不同形态的吸收和利用也存在较大差异［==，=@］。可交换 态、碳酸盐结合态、1’:A.氧化物结合态和有机质结合态的重金属元素能被植物直接或在一定氧化还原条件 下吸收和利用。 公路绿化植物根际土壤重金属 B4、C,、BD、EF 和 G.的有效态含量和总量，以及各种重金属元素有效态所 占总量的百分比可得出（表 ;），/ 种重金属元素有效态占总量百分比的大小序列为：G. H EF H C,、B4 H BD，与 重金属元素在不同植物不同器官中的含量大小序列 G. H BD H C,、B4、I9、EF H B8 H J+基本相同。 表 !# 公路沿线绿化植物根际土壤中重金属的有效态与总量分布$%&’( !# $)( *+,-.+&/-+01 02 %3%+’%&’+’+-4 5)%,( %1* -0-%’ 6016(1-.%-+01 02 -)( )(%34 7(-%’, 601-(1-, %’018 -)( )+8)9%4 +1 ,0+’ 元素 K*’3’." B4 C, BD EF G. 有效态 （3+ L+ MN） O& @= P N& ;@ O& NO P >& <@ N& @N P >& >= O& /= P >& ;Q ;O& >R P ;& >< 总量 （3+ L+ MN） =<& Q= P ;& R@ =;& @= P ;& N@ NN& @Q P >& RO ;@& /; P N& @R RR& <; P @& ;R 有效态$总量 >& NQR/ >& ;;N; >& N;;Q >& =>RQ >& @>@=
这在一定意义上揭示了植物对土壤中重金属元素的吸收和利用与重金属元素有效态所占的百分比有很
大关系，其有效态所占百分比越大，则有可能在一定环境条件下随植物的蒸腾拉力、水分和营养盐运移等生理
生态作用使重金属在植物体中富集［N;］。BD在上述两个序列中的排位有较大差异，其有效态占总量百分比最
小是由于 BD的溶度积常数最小，且内蒙古西部地区土壤条件为碱性 （#J Q& N），使 BD 在该环境条件下更易
于生成稳定的络合物等而降低了其生物有效性；相反，BD 在不同植物不同器官中的含量却较高，这反映了两
种公路绿化植物对 BD有较好的选择性吸收。
# 表 :# : 条主要公路干线的重金属次生相富集系数
# # $%&’( :# ;(601*%.4 5)%,( (1.+6)7(1- 60(22+6+(1- 02 )(%34 7(-%’, +1
-).(( 7%<0. .0%*,
公路
J,+!%-7
重金属元素 J’-57 3’"-*9
B4 C, EF BD G.
SNN> >& ;;@ >& ;/O >& ==@ >& NQ/ >& Q/O
S;N> >& ;R< >& =N= >& /Q@ >& >QO >& R<>
SN>< >& N& =>> >& @;> >& N>> >& /N=
植物从土壤中吸收重金属的量和土壤中重金属的总含量有一定关系，但土壤重金属的总含量并不是植物
吸收程度的一个可靠指标［=>］。由于土壤中无机及有机胶体对重金属阳离子的吸附、代换、络合及生物作用的
结果，大部分元素被固定在土壤表层，故土壤表层重金属含量较其它层次高。K4.9" 等［=/］就影响重金属生物
可利用性的物理、化学和生物方面的因素分别作了较
为完整的论述，最近的研究也证实，超量积累植物能
改变根际环境，活化重金属，提高重金属的有效性。
不同形态的重金属的环境行为和生态效应不同。
从 = 条公路干线各地球化学相中重金属的富集系数
可以看出（表 =），重金属 G. 的次生相富集系数最高，
重金属 BD、B4、C,、EF 等富集系数相对较低。就各元
素的生物有效性而言，当土壤环境条件发生变化时，
>OQN 0 生0 态0 学0 报0 0 0 ;O 卷0
!""#： %%%& ’()*)+,(-& (.
如 #/值下降，土壤中离子强度增大等因素均可导致表层土壤中重金属元素的释放，造成对生态系统食物链
的影响。在重金属各个不同的存在形态中，元素可交换态和碳酸盐结合态金属易被植物直接吸收利用；0’1
2.氧物结合态在还原条件下具有较高的生物有效性；而有机质及硫化物结合态则在氧化条件下具有较高的
生物有效性［34 5 33］。因为内蒙古西部地区土壤表层环境条件主要为氧化环境，因此，表层土壤重金属有机质及
硫化物结合态较易被植物所吸收。这亦进一步说明上述重金属在绿化植物和根际土壤中含量分布特征基本
合理性。由于根际土壤中 6. 的有效态含量较高，而残渣态含量低，其对生态系统的潜在影响应予以高度
关注。
!" 结" 论
通过对内蒙古西部地区公路沿线主要绿化植物油松和小叶杨以及根际土壤中重金属的含量、分布规律、
土壤重金属形态特征和生物有效性的研究，得出如下结论：
（4）绿化植物中重金属 78、9,、7:、;<、=>的含量低于土壤元素含量背景值。但 6. 的含量明显高于背景
值。根际土壤对重金属元素的吸附以 7?为最高。
（@）重金属在植物体不同器官中的含量存在一定差异，而且此差异亦表现在不同植物体间。随原子序数
的递增（78#=>），小叶杨和油松两种植物的根部和茎叶两种营养器官中重金属的含量均表现出“9”字形变
动趋势，而且，重金属元素在不同植物不同器官中的含量具有 6. A 7: A 9,，78，;<，=> A 7? A /+ 的基本
规律。
（3）同一绿化植物不同器官对不同的重金属元素的富集程度不同。绿化植物根际土壤中 B 种重金属元
素有效态占总量百分比的大小序列与重金属元素在不同植物不同器官中的含量大小序列不尽相同。
（C）揭示了内蒙古西部地区公路绿化植物对根际土壤中重金属元素的吸收和利用与重金属元素有效态
所占的百分比的相互关系，其有效态所占百分比越大，在一定环境条件下随植物的蒸腾拉力、水分和营养盐运
移等生理生态作用使重金属在植物体中富集。
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