全 文 ： f 一 ≯
第1 7卷第4期
1 9 9 7年 7月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
zg
VoI．17．NO．4
JuI．． 1997
大气一土壤一小麦生态系统中铅的
分布和迁移规律研究 S f2 ／。f
．
型至苎 童 吴明作 S f ’
(河南农业大学生态环境研究室．郑州，450002)
■翼 研究铅在国道附近大气一土壤一小麦生态系统中的分布及其迁移规律。结果表明，大气中铅浓度与汽车
流量成正比，而与风速、温度等相关性不明显；距公路越近，土壤及小麦中铅的含量越高，含量与距离呈一定
的负相关性一5m及 50m为其转折点；铅在土壤中由上向下及在小麦件中由根向茎，穗的迁移较小川、麦各器
官中铅含量大小依次为根>叶>穗>茎>籽．叶片、穗尚可从大气中直接吸收部分铅。在小麦不同生长阶段
延长而加大
迁移
DISTRIBUT10N AND M 0VEM ENT 0F LEAD IN THE
AIR—S0IL—W HEAT EC0SYSTEM
Liu Yucul Li Baohua W u Mingzuo
‘FDMs”y Department，He’M n Agricultural Universny，Zhengzhou，450002，China)
Abstract In this paper。the distribution and movement of lead in the air—soil—wheat
ecosystem around the 107 state road were studied。The lead density (LD)in the air var—
ied with a positive propotion to traffic volume，but there WaS no obvious correlation with
wind speed and air temperature．The LD in soil or wheat organs．which showed a negative
propotion to the distance from the state road，had tWO suddenly dropping points at 5m and
60m，but only a very little movement in soil from upper to lower layer，or in the wheat
from root t0 stem ，seed。ect．．The LD order in wheat organs WaS root> leaf> ear> stem
>seed．The lear or ear could also absorb lead from the air．W heat organs had different
lead accumulation in their different growing stage。As wheat grows，its organs could aCCU—
mulate more lead．
Key words：lead，air—soil—wheat，ecosystem ，distribution，movement．
铅在人体中的积累可引起铅中毒，因此许多科研工作者对铅污染进行了研究。国外对公路附近土壤中
铅的分布进行了一些实地研究，报道了铅在土壤中的含量与汽车流量及与距公路距离的关系 ，同时也
收穑时间：1995一o9—10，修改藕收到时间：1996—06 05。
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4期 刘玉萃等：大气一土壤一小麦生态系统中铅的分布和迁移规律研究 419
对铅污染植物的情况进行过研究．报道了铅对植物生理作用及其对作物产量的影响。[ 卜t]
我国科研工作者也开展了铅污染方面的研究，分别利用了盆栽及实地对铅的污染影响及水稻、蔬菜等
作物的反应进行了研究 ，同时也对土壤中铅的形态、土壤一作物系统中铅的迁移规律、铅的临界含量等
进行了研究0卜“ ．但对公路附近的实地研究较少。[ 本研究主要是考察大型公路建设运行期间铅对自然
环境的影响+研究大气一土壤一小麦生态系统中铅的迁移及其相互关系。
1 材料和方法
107国道位于郑州市东郊，为南北向沥青公路，1Sin宽，两侧无行道树 全年主导风向为东北风。
在107国道郑州段由北向南依次在十八里河乡中桥、尚庄、大桥3地设采样点(相距各为3kin以上)+3
点周围无大的污染源。由公路向东西两侧分别采取土壤、小麦及大气样品，采样点与公路两侧距离为o(路
边)、5、15、30、60、100、200、300m。小麦样品是在各生长季、各样点取 1m 内全部小麦，分不同器官采集测
定}土样在小麦成熟期采集．分 10~20cm、20～40cm、40~60cm等 3个层次‘大气样采集粉尘，只采集主导
风向下风侧(西侧)样t每季节连续 5d+常规监测方法；同时测定风速、气温及各种类型的汽车流量
土样在室内风干后研磨过 0．25mm筛，在 65℃下烘干称重，采用HCI—HNO 一HC10。湿消化法，0．Stool
醋酸提取有效态铅}植物样品经去离子水洗涤后 65℃烘干粉碎过 0．25mm筛，然后用 HNO，．HCIO。湿消
化法}大气样品由HNO 一HCIO．溶液消化处理滤膜。所有样品定容后过滤，用 3200型原子吸收分光光度计
测定铅含量 ，结果以干重表示，采用 3个地点的平均值作为最终结果讨论。
2 结果分析与讨论
2．1 大气中铅含量的变化
于测点所测气象条件及汽车流量等如表 1所示；大气中铅浓度及粉尘浓度变化如表 2示。结合表 1可
以看出：①大气中铅浓度的日变化与粉尘浓度的日变化一致，每日以8t。0～1】；00及 15：OO～18：00两
个时段最高 ·与相应的汽车流量变化也一致，两者相关系数 r可达 0．9743。②铅浓度的季节变化没有粉尘
的显著t但规律基本一致，为秋冬季高于春夏季 ⑤大气中铅浓度的变化与风速及温度的相关关系不甚明
显t相关关系极pJ~(o．1800及 0．2394)。④距公路距离越远．其浓度越小．相关系数 r可达一0．9100。
衰 1 测点的凤逮( )、沮度( )、汽车訇I量(D)平均值
Table 1 Mean value 0f wind jpeed、Jdr tm perstu~e、liltI~1o r~le曲 dI^rIe
2．2 土壤中铅含量的分布及迁移
2·2．1 土壤表层铅含量的变化 铅在土壤中主要以水溶交换态的有效铅及不溶于水的铅两种状态存在．
其和为全铅·从表 3的测定结果可以看出．土壤表层全铅含量与样点至公路的距离存在着负相关关系．其 r
可迭一0．8258，说明离公路越近，土壤受汽车废气的污染越严重+铅的积累值也越高．与大气中铅谁度变化
一 致，说明土壤中铅主要是由于大气中铅沉降而造成的。
表层土中铅的含量在两侧都表现出两个转折点j其全铅含量从 0 m处的168．?0mg／kg急降至 5 in处
的 102．10mg／kg，经过较缓下降阶段后由60m处的87．94mg／kg又急降至 100m处的 47．99r~／kg(西侧数
值)．因此可以认为 5m及 60m为其两个转折点+大气中铅含量变化也有此现象 ．这主要是因为铅颗粒物不
同粒径的沉降行为而弓I起的。同时可看出+由于常年主导风向的影响+下风向样品(西侧)铅含量高于相对
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l7卷
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应的上风向样品(东侧)铅含量，这也说明土壤铅主要来源于大气铅，但两侧数值变化是一致的。表层土样
有效铅含量基本上占垒铅含量的三分之一．其变化规律与垒铅基本一致。
衰 3 土壤铅台量的测定结暴 (rag／kg)
1Iable 3 Value 0f Ie■d in soil
注：E——路东储样品，w——路西懊I样品，后面同此。
N0te{E—— the east side of raadIW —— thtwest s e of road．Theyerthe涨 1ner．
2．2．2 土壤剖面中铅的迁移 从铅的纵向分布看(表 3)，土壤深度 20~40cm 处．铅含量即大幅度下降，最
大下降幅度达 50 以上。当深度大于 40cm时，土壤垒铅含量基本稳定在 23~25mg／kg范围内，可认为已
达到土壤中铅含量背景值 。同时路两僧 20cm以下探度铅含量相差不大，说明铅在土层中迁移性很小 ，
其分布差异极显著，大气中铅对土壤耀层铅含量影响不明显。
土壤有效铅的纵向分布迁移规律基本上吻合于土壤全铅。
2．3 小麦体中铅含量的分布与迁移
2．3-1 返青期小麦不同部位的铅含量 在小麦逅青期，根中铅含量也出现 5m以及6Om两个转折点，而
叶中铅含量只有 60m处一个(表 4)，基本上与大气及土壤表层铅浓度变化一致，而且根铅含量远大于叶铅
含量，说明它们之间是相关的I小麦主要通过根系吸收土壤中铅，并向植物体上部运输。
衰4 返青期小曩根与叶中铂台量(mg／kg)
Table 4 Le-d value in root and leaf when wheat turning green
2．3．2 拔节期小麦不 同部位的铅含量 拔节期小麦茎铅含量远低于其根、叶中铅含量．其大小依攻为根
>叶>茎(表5)，同时路西侧叶铅含量大于东僧的相应值．说明叶片还可积累从大气中嗳收而来的铅，而铅
在植物体内由根向茎迁移积累较小．茎主要起输导作用。同时也可看出，在60m处仍存在铅含量的转折点。
2．3．3 开花期小麦各部位的铅含量 为更好地研兜铅在小麦茎、叶中含量的分布，在开花期及成熟期将
茎均匀地分成 3段，分别测定其铅含量，从下自上分别以l、2、3代表，其结果如表6。从表中可以看出，麦穗
中铅含量远低于根、叶中铅含量，但叉高于茎 2、茎 3中铅含量，说明麦穗也可从空气中直接吸收少量的铅。
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422 生 态 学 报 17卷
下部叶片铅含量太于中、上部叶片铅含量·这种现象与其生长积累及在空气中暴露时同长有关；茎中
铅含量也有类似现象．它与生长积累有关，因此在利用麦秸时应引起重视。
各器官中铅含量仍表现出路两傅的差异及 60m处的转折点．但后一十现象在麦穗中以及茎2、茎3中
巳不明显。
2．3．4 成熟期小麦各器官铅含量 从表 7看出，小麦籽粒中铅含量均小于lO~g／kg．且随着臣公路臣离
的增加含量变化不大·路两侧铅含量差异也不明显．说明其它器官中的铅向籽中转移不多．此时期小麦的
铅含量仍表现出与开花时期相似的规律性，但耔实表现不明显。
2．3-5 小麦生长过程中铅的变化 将袁 4～7中小麦不同器官在4个生长时期的铅含量作一比较。可以
看出；各个时期中铅由根向茎的迁移根小。同时地上部分各器官由于生长积累及暴露时问的加长，其铅含
量在增加·而根由于担负着运输的主要任务而基本与此规律相反。可见，虽然铅的迁移性根小，但仍然有一
定的迁移和积曩，所以各器官铅含量表现出基车一致的变化规律。
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4期 刘玉萃等：大气一土壤一小麦生态系统中铅的分布和迁移规律研究 423
2．3．6 成熟期大气一土壤一小麦生态系统中铅
的分配 成熟期可以包括籽实的铅积累，这是
人们的主要关心点．故以此期来说明铅在大气一
土壤一小麦生态系统中的分配，其结果如图 1所
示(西侧样品)。
圈中 为累积系数．表示铅迁移过程中前
一 个贮库对后一个贮库 的累积效应．由相关分
析计算得出。 之所以大于 1．是因为叶片尚可
从大气中吸收铅． 、 ^o及6 -较大．与大气中
铅沉降有关 ．说明生态系统中大气一土壤阿铅的
移动较大，而在土壤一小麦系统、小麦体内铅的
迁移较小。
2．3．7 成熟期铅的积累与生物量的关系 采
收成熟期小麦各器官以获得其生物量．绘制生
物量与相应部位中铅舍量的结构图(圈2)．圈中
圈1 大气一土壤一小麦生态幕统中的分配
Fig．1 Distribution of lead．n air-soil-wh~ t~olystem
船舍量为成熟期路西倒样品．由圈可看出．单位生物量中铅舍量以叶与根为高，根为主要吸收运输器官．叶
中铅舍量与大气中铅关系较大．相应的穗、籽中铅舍量占其生物量的比例最小。同时还可看出，5m及3oOm
两个距离的铅舍量与生物量关系表现出一致的分布规律．但单位生物量中铅舍量 5m处远大于 300m处。
3 结论
3．1 路两测大气铅舍量与汽车流量成正比，与风速、温度等相关性不明显，与大气中粉尘成正相关，但季
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生 态 学 报 17卷
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图2 虚燕期悟的积累与生物t的关系
F ．2 Retationshlp between lead accumulttima and wheat biomsss at wheat’3 ma¨ period
节变化相对不显著。
3．2 公路两侧土壤铅由上层向下层迁移较小。深层铅音量比较稳定·而表廖铅音量则与其距公路距离、大
气铅音量相关，并与后者一起表现出 5ra及 60m两处急降转折点，并且下风向音量高于上风向的铅含量。
3．3 小麦各器官台铅量主要由根从土壤中吸收有效铅而来，叶片和穗尚可由大气中吸收少量铅。小麦体
内铅含量在60m处有一急降点．但耔实音量低而稳定·此点不明显·
3．4 铅在小麦体内迁移性小，但仍有一定的累积效应，随生长期的延长，各器官铅的积累量加大，但速度
减缓。
3．5 距公路距离越远，单位生物量中铅含量比例越小·但对应关系变化规律一致·
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