全 文 ：第 51 卷 第 12 期
2 0 1 5 年 12 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 51，No. 12
Dec．，2 0 1 5
doi:10．11707 / j．1001-7488．20151203
收稿日期: 2015 － 06 － 02; 修回日期: 2015 － 11 － 01。
基金项目: 浙江省森林生态科技创新团队项目(2011Ｒ50027)。
* 陈秋夏为通讯作者。
甬台温高速公路绿化林带内不同距离多
树种枝叶重金属含量分析*
李效文1 夏海涛1 魏红旭2 魏 馨1 王金旺1 卢 翔1 陈秋夏1
(1. 浙江省亚热带作物研究所 温州 325005; 2. 中国科学院东北地理与农业生态研究所 长春 130102)
摘 要: 【目的】高速公路旁绿化植物可吸收汽车排放的重金属污染，研究不同距离、不同树种对重金属的生物
积累差异，可为高速公路绿化林带的营建提供理论证据。【方法】分别选取甬台温高速路旁 0 ～ 5 m 和 10 ～ 60 m 处
长势一致的桉树、夹竹桃、女贞和香樟作为研究对象，采集叶片和枝条样品测定其中铅( Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)元素
含量，对结果进行盒状散点呈列和主成分分析。【结果】距离和树种二因素间不存在交互作用，但高速路旁 0 ～ 5 m
内树木枝叶内 Pb 和 Cr 含量显著高于 10 ～ 60 m 处结果，平均增量高达 160%以上; 桉树和香樟叶片中的 Pb 含量高
于夹竹桃和女贞(P = 0. 000 7)，桉树枝条中 Pb 含量比女贞高 92% (P = 0. 000 4)，但是桉树枝条中 Cd 含量比夹竹
桃枝条低 80% (P = 0. 037 1); 距离因素的前 3 个主成分对方差的累积贡献率在 71% ～ 75%，树种因素在92% ～
96% ; 距离因素中第 1 主成分主要以枝条中 Cd 和 Cr 的积累量为特征，而第 2，3 主成分主要以枝条中 Pb 的积累为
特征，并且第 4 主成分特征值与 Cd 含量呈负相关关系(Ｒ = － 0. 954; P = 0. 046); 树种因素的第 1 主成分主要以枝
叶中 Pb 的累积为特征，并且其特征值和 Cr 含量呈正相关关系(Ｒ = 0. 682; P = 0. 039)，当同时考虑第 1，2 主成分
时，桉树和香樟的 Pb 含量特征值的绝对值较大，而当同时考虑第 1，3 主成分时，各树种的 Cr 和 Pb 含量呈现无规律
的均匀分布。【结论】结合高速路旁不同距离处的结果差异及树种间离散性结果的比较，推荐桉树和夹竹桃作为
研究区内高速路旁绿化林带营建树种，可更好地吸收高速车辆排放的重金属。
关键词: 生物累积; 植物修复; 盒状散点; 主成分分析
中图分类号: S718. 43 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2015)12 － 0017 － 09
Analysis on Heavy Metal Accumulation in New Shoots of
Ornamental Trees Distributed at Different Vertical Distances away from a
Forest Belt along the Yong-Tai-Wen Highway
Li Xiaowen1 Xia Haitao1 Wei Hongxu2 Wei Xin1 Wang Jinwang1 Lu Xiang1 Chen Qiuxia1
(1. Zhejiang Institute of Subtropical Crops Wenzhou 325005;
2. Northeast Institute of Geography and Agricultural Ecology，Chinese Academy of Sciences Changchun 130102)
Abstract: 【Objective】The pollution of heavy metals emitted from vehicles can be absorbed by ornamental trees along
highway． In this paper，the variation of biological accumulation of heavy metals by ornamental trees with different species
at different vertical distance to highway was studied to provide reference for the construction of tree belts with
phytoremediation opinion． 【Method】Four ornamental tree species of Eucalyptus robusta，Nerium indicum，Ligustrum
lucidum，and Cinnamomum camphora were chosen as object of study，and they were grown at 0 － 5 m and 10 － 60 m away
from the Yong-Tai-Wen highway． The leaves and twigs of trees were sampled for determining contents of Pb，Cd and Cr．
The measurement data were analyzed with box-whisker scatter distribution and principal components． 【Ｒesult】 No
interactive effects between distance and tree-species were detected on any heavy metal contents． However，contents of Pb
and Cr from trees located at 0 － 5 m away from the highway were higher than those at 10 － 60 m，with more than 160%
higher on average． Heavy metal contents were different among tree species． E． robusta and C． camphora had higher
content of Pb in leaves than the other two species (P = 0. 000 7)，and twig Pb content in E． robusta was 92% higher than
that in L． lucidum (P = 0. 000 4)，but the content was 80% lower than that in N． indicum twig (P = 0. 037 1) ． The
林 业 科 学 51 卷
accumulated contribution of the first three principle components (PCs) to variation ranged from 71% － 75% in terms of
the factor of distance，while that ranged from 92% ～ 96% in terms of the factor of species． As for the distance factor，the
1 st PC was characterized by Cd and Cr accumulations in twigs and branches，but the 2 nd and 3 rd PCs were both
characterized by Pb accumulation，while the eigenvalue of 3 rd PC was negatively correlated with Cd content (Ｒ = － 0． 954;
P = 0． 046) ． For the species factor，the 1 st PC was characterized by Pb accumulation in leaves，twigs，and branches，
whose eigenvalue was positively correlated with Cr content (Ｒ = 0． 682; P = 0． 039) ． The absolute values of eigenvalues
for Pb content in E． robusta and C． camphora were higher when composing the analysis between the 1 st and 2 nd PCs，while
those for Cr and Pb were evenly distributed with no conclusive data trait．【Conclusion】According to differences between
distances away from the highway and the scattered results in tree species comparisons，E． robusta and N． indicum are
suggested to be proper for the ornamental tree belt construction along the highways in the study area，for the purpose of
potential phytoremediation of heavy metals．
Key words: bioaccumulation; phytoremediation; box-whisker plots; principal component analysis
由于汽车燃料的不完全燃烧、液压系统的油料
泄漏以及轮胎的摩擦损耗等原因，高速公路已成为
世界范围内主要的重金属排放源之一。重金属离子
一旦由环境进入人体内便不断积累并对人类健康造
成持续的伤害(Kluge et al．，2014; Werkenthin et al．，
2014)。我国汽车为主体的交通运输业迅速扩张，
高速公路通车里程、路网密度和交通流量不断加大，
已在全国范围内出现严重的高速公路重金属源排放
问题(李波等，2005; 季辉等，2013; 秦莹等，2009;
李仰征等，2011)。目前已知由交通污染所排放的
重金属元素包括铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、
镍(Ni)等，其中 Pb，Cd，Cr 3 种元素因其污染的广泛
性和 显 著 的 环 境 化 学 表 现 而 受 到 更 多 关 注
(Zehetner et al．，2009; 李波等，2005; 王成等，
2007)。
Werkenthin 等 (2014)遍查了全欧洲在过去 40
年内的 27 个研究中的 64 块样地的数据后总结并提
出，大部分重金属离子的污染集中于高速公路旁
0 ～ 5 m范围内，而自路旁 10 m 处开始重金属的污染
逐渐微小。国内对于影响高速公路旁重金属污染的
研究距离范围较广，覆盖了高速公路旁 200 ～ 300 m
的范围 (李波等，2005; 秦莹等，2009; 季辉等，
2013)，最远处甚至达到路旁近 1 km 的距离(王成
等，2007; 李仰征等，2011)，但是另有国内研究指
出，路旁 100 m 处距离开始重金属的主要来源已经
不再是高速公路本身 (秦莹等，2009; 李仰征等，
2011)。目前国内相关研究，忽略高速路旁0 ～ 5 m
范围内与远端处的精确比较，影响了高速路重金属
污染的定量结论的客观性和科学性。
大部分重金属元素并不是植物生长所需的必要
元素，过度的重金属积累会引发植物体的毒害反应，
但是植物仍可以吸收并积累一定量的重金属离子
(Ｒascio et al．，2011)。和草本植物相比，树木拥有更
庞大的根系和更多的生物量积累，具有更强的重金属
吸收能力(Capuana et al．，2011)，并且具有吸收效率
高、净化效果好和受气候影响小等优势(Sangi et al．，
2008; Wang et al．，2010; 韦秀文等，2011)。因此，目
前广泛采用在高速路旁修建林带的办法来削弱交通
排放的重金属对周围环境的污染 ( Zehetner et al．，
2009; 李 仰 征等，2011; Zechmeister et al．，2005;
Modlingerova et al．，2012)。研究发现高速路旁毛白
杨(Populus tomentosa)林对高速路所排放重金属的有
效屏障距离是路旁40 ～ 60 m 处(王成等，2007)，但是
相关结论仍缺乏多树种的组合分析予以佐证。本文
以甬台温高速公路旁林带内绿化树木为对象，收集并
检测路旁不同距离树体枝叶中 Pb，Cd 和 Cr 的积累
量，通过路旁0 ～ 5 m内与 10 ～ 60 m 处结果的比较分
析，在多树种水平上开展研究，为评价研究区路旁林
带对高速路所排放重金属污染的缓解作用提供依据，
也为科学的营建高速路旁的绿化林带提供理论参考。
1 材料与方法
1. 1 研究区概况
浙江甬台温高速公路，全长 252. 7 km，2003 年
12 月 31 日正式全线开通，日均收费车流量近6 000
台，沿线穿越诸多山地，2005 年完成路旁绿化林带
的建设，林带内所有树木均在同一年完成移栽。本
研究在甬台温高速温州境内段(140 km)自北向南
取样 11 个点。该地区属典型的亚热带海洋性季风
气候，雨量充沛，年平均气温 17. 3 ～ 19. 4 ℃，年降水
量1 113 ～ 2 494 mm，7—9 月有热带气旋，全年日照
数在1 742 ～ 2 264 h。
1. 2 调查及取样方法
本研究开展于 2013 年 7—9 月份。首先调查高
81
第 12 期 李效文等: 甬台温高速公路绿化林带内不同距离多树种枝叶重金属含量分析
速路绿化带的树种组成、分布及生长情况。研究区
内主要有荷花玉兰 ( Magnolia grandiflora )、杜英
( Elaeocarpus decipiens )、 香 樟 ( Cinnamomum
camphora)、榕树 ( Ficus microcarpa)、桉 ( Eucalyptus
robusta)、红花羊蹄甲 ( Bauhinia blakeana )、水杉
( Metasequoia glyptostroboides )、 乌 桕 ( Sapium
sebiferum)、红 叶 石 楠 ( Photinia fraseri )、夹 竹 桃
(Nerium indicum)、海桐 ( Pittosporum tobira )、女贞
(Ligustrum lucidum)和桂花 (Osmanthus fragrans)共
计 13 个树种，分布于高速路两侧60 m的范围内，根
据前人研究结果(秦莹等，2009; 李仰征等，2011)
推测此距离内重金属污染很可能主要来自高速公
路。林带公路走向呈条带状分布，植被宽度 8 ～
60 m不等，结构整齐，但树种搭配层次较复杂，缺乏
地带性距离分布规律。
设置路旁 5 m 和 10 m 2 个距离节点，其中 5 m
为路旁重金属污染距离峰值，10 m为路旁重金属污
染明显削弱临界值 (Werkenthin et al．，2014 )。因
此，根据实际情况将研究区内树木分为 2 个距离比
较组: 路旁 0 ～ 5 m 和 10 ～ 60 m范围。参研树种的
选择需满足如下要求: 1)在路旁0 ～ 5 m内和 10 ～
60 m 范围中均为优势种，且年龄、长势、林分结构等
情况在不同距离处接近; 2)远离农田、工厂、集中居
民区等可能产生重金属交叉污染源的地方。经过实
地踏查和筛选，最终选定桉树、夹竹桃、女贞和香樟
4 个树种作为研究材料，具体树木分布及生长情况
如表 1 所示。每树种在距路肩 0 ～ 5 m内和 10 ～
60 m处各选 12 株重复，对各单株东、西、南、北 4 个
方向的主干枝末端的叶枝进行收获性取样，取样枝
条高度为距地面 1. 5 ～ 2 m，相邻树冠遮蔽过强或灌
木干扰严重的枝叶不做取样，同一株树的取样叶片
和枝条分别混合。
1. 3 样品处理及检测
取样封装后带回实验室，毛刷除净尘埃后用超
声波清洗并用纯净水冲洗后，并于 70 ℃烘箱内烘干
48 h后粉碎、过 100 目筛后送往中国科学院东北地
理与农业生态研究所分析测试部检测样品中铅
(Pb)、镉(Cd)和铬(Cr)3 种重金属元素的含量。检
测 Pb，Cr 时，先用硝酸、高氯酸消解样品，再用电感
耦合等离子体发射光谱仪( ICPS-7500，日本岛津)检
测含量; 检测 Cd 时，先用硝酸、浓硫酸消解样品，再
用非色散原子荧光光度计( PF6-2，北京普析通用)
检测含量。
1. 4 数据分析及处理
分别以路旁 0 ～ 5 m 内和 10 ～ 60 m 样品检测结
果作为数据组，进行不同树种、不同取样距离间的方
差比较分析，以揭示距离和树种两因子及其可能存在
的交互作用对各重金属元素含量结果的影响情况。
由于本研究区中高速路旁林带内树木的分布的随机
性较大，难以从路肩开始按照一定的距离向两侧进行
梯度取样调查，因此本研究结合前人经验选取距路肩
0 ～ 5 m 内和 10 ～ 60 m 距离间的结果进行分组比较。
相比路旁 0 ～ 5 m 距离而言，在路旁 10 ～ 60 m 区间内
的距离跨度较大，因此该距离区间内树木枝叶中的重
金属含量值可能面临更大的组内差异显著性风险。
对此，将路旁 10 ～ 60 m 内的树木按照亚距离区间进
行划分后进行方差分析，对 Pb，Cd，Cr 3 种重金属在
不同亚距离区间内的平均结果进行比较后发现并不
存在任何的显著性差异(叶片: F≤3. 29，P≥0. 082 8;
枝条: F≤3. 58，P≥0. 071 6)。这说明本研究所设定
的路旁 10 ～ 60 m 的距离范围内结果不存在显著组内
差异，可以用于比较分析。
表 1 取样树种的类型、分布及生长情况①
Tab． 1 Type，location and growth status of sampled trees
距离类型
Distance type
取样树种
Sampled tree species
取样地点
Sampling location
树高 /胸径
H /DBH /cm
0 ～ 5 m
桉树 Eucalyptus robusta 27°41 N，132°32 E DBH: 9
夹竹桃 Nerium indicum 28°6 N，120°41 E H: 400
女贞 Ligustrum lucidum 28°6 N，120°41 E DBH: 13
香樟 Cinnamomum camphora 27°40 N，120°32 E DBH: 12
10 ～ 60 m
桉树 E． robusta
夹竹桃 N． indicum
女贞 L． lucidum
香樟 C． camphora
27°46 N，120°35 E
28°01 N，120°47 E
27°46 N，120°25 E
28°01 N，120°47 E
28°01 N，120°47 E
DBH: 9
H: 400
H: 400
DBH: 13
DBH: 12
DBH: 12
DBH: 13
① H 为树高，DBH 为胸径。H indicates tree height and DBH indicates diameter at breast height．
91
林 业 科 学 51 卷
采用 SAS 软件的 GLM 程序进行方差分析，所
有原始数据均满足服从正态分布规律并且可以通过
方差齐性检验，因此无需进行任何数据转化或标准
化处理。由于与 0 ～ 5 m 的结果相比，10 ～ 60 m 结
果的观测值更具离散性，因此不同距离间测差异结
果采用 SAS 的 BOXPLOT 程序计算各组数据中的中
位数、1 分位、3 分位等描述数据离散程度的指标，并
采用盒式图对比分析各组数据的分布情况。由于本
研究中参与比较的 2 个距离区间的物理长度不同，
加上取样林带中不同树种的分布随机性较高，部分
观察值的离散性难以通过均值完全体现。因此，为
了进一步分析数据的离散程度及变化趋势，采用
SAS 的 FACTOＲ 程序对结果数据集进行主成分分
析，同时建立不同主成分之间的二元比较分析以全
面揭示数据观测值的属性，并根据 SAS 推荐的主成
分的指标载荷结果建立与各重金属指标间的相关关
系，从而分析距离或树种组成因素对于数据集的离
散性方差的干扰情况。采用 SAS 的 COＲＲ 程序进
行数据的 Spearman 回归分析。
2 结果与分析
2. 1 高速公路旁不同距离处树木枝叶中铅、镉、铬
元素含量差异
无论叶片还是枝条的重金属含量的检测结果，
距离和树种二因素间均未对其产生交互作用 ( Pb，
P = 0. 187 6; Cd，P = 0. 081 5; Cr，P = 0. 092 7)。
如图 1 所示，路旁 0 ～ 5 m 内的树木叶片和枝条中
Pb 和 Cr 的含量均高于 10 ～ 60 m 内的结果，1 分位
和 3 分位水平的平均增量达 55% ～ 185%，中位数
增量达 11% ～ 168%，Pb 和 Cr 含量的平均值增量分
别达 27% ～ 53% (Pb: 叶片 P = 0. 025 1; 枝条 P =
0. 021 8)和 77% ～ 147% ( Cr: 叶片中P ＜ 0. 000 1;
枝条中P = 0. 003 2)，说明研究区内林带对于这 2 种
重金属离子污染传播的隔离效果较好。不同距离间
树木体内 Cd 含量无显著性差异(叶片P = 0. 556 2;
枝条 P = 0. 223 5)，10 ～ 60 m 内结果离散型较大(图
1 C 和 D)，并且 Cd 元素含量的检测结果明显低于
Pb 和 Cr，说明该路段上排放 Cd 离子的量较小并且
距离扩散效果不明显。
2. 2 高速路旁林带内树木枝叶中铅、镉、铬元素的
含量在不同树种间的差异
如图 2 所示，枝叶中的 Pb 含量和枝条里 Cd 含
量均呈现出树种间的显著差异。其中，桉树和香樟
叶片 中 的 Pb 含 量 高 于 夹 竹 桃 和 女 贞 ( P =
0. 000 7)，同时桉树枝条中 Pb 含量比女贞高 92%
(P = 0. 000 4)。说明路旁林带内桉树对 Pb 的提取
能力显著强于女贞。然而，桉树枝条中 Cd 含量比
夹竹桃枝条低 80% (P = 0. 037 1)，并且无论在叶片
中或枝条中的 Cr 含量均不存在树种间的差异 (叶
片: P = 0. 326 6; 枝条: P = 0. 124 1)。
2. 3 高速路旁不同距离处林带内不同树种枝叶重
金属含量结果的主成分分析
由于取样点距离和树种二者间未检测到交互作
用，因此分别对距离和树种因素作用下的检测结果
进行主成分分析，以深度解析数据趋势成因。对距
离因素影响下的叶片结果的主成分分析显示，第 1，
2 和 3 主成分的特征值分别为 1. 996，1. 430 和
1. 099，其 三 者 对 于 方 差 的 累 积 贡 献 率 达 到
75. 42%，因此 SAS 系统的 PＲOC FACTOＲ 程序推荐
采纳前 3 个主成分因子进行进一步分析; 同理，对
于枝条而言被推荐的前 3 个主成分特征值分别为
1. 626，1. 525 和 1. 092，累积贡献率为 70. 72%。对
不同树种因子的主成分分析结果显示，在 12 个数据
组的情况下叶片检测结果的前 3 个被推荐主成分因
子的特征值分别为 5. 874，3. 281 和 2. 552，方差的累
积贡献率为 95. 69% ; 枝条检测结果的前 3 个被推
荐主成 分 因 子 的 特 征 值 分 别 为 5. 465，3. 522，
2. 296，方差的累积贡献率为 91. 75%。
对于距离因素的二元主成分载荷值分析结果如
图 3A 和 B 所示。第 1 主成分中载荷值最大的是
0 ～ 5 m 处枝条中的 Cd 和 Cr 含量，绝对值均在 0. 8
以上，而 10 ～ 60 m 处的枝条中同类重金属元素的载
荷值的绝对值不足 0. 4(图 3A)，说明第 1 主成分主
要以高速路旁不同距离处树木的枝条对 Cd 和 Cr 的
积累为特征; 第 2 主成分中载荷值较大的是 0 ～ 5 m
处叶片的 Cd 含量和枝条的 Pb 含量，但是和 10 ～
60 m处结果相比后者载荷值的下降幅度较大(图
3A)，说明第 2 主成分主要以高速路旁不同距离处
树木的枝条对 Pb 的积累为特征。因此，综合同时考
虑第 1，2 主成分时，高速路旁远处的特征值的绝对
值逐渐减小，因此统计学上出现近处 0 ～ 5 m 的值较
高的结果。和第 2 主成分类似，第 3 主成分中载荷
值较大的也是路旁 0 ～ 5 m 处的枝条中的 Pb 的含
量，并且和 10 ～ 60 m 处结果相比其下降幅度几乎为
100% (图 3B)，说明第 3 主成分亦主要以高速路旁
不同距离处树木枝条对 Pb 的积累为特征。虽然同
时考虑第 1，3 主成分时，随着距离的增加枝叶中 Pb
含量的特征值的绝对值表现出增加的趋势，但是第
3 主成分的特征值与不同距离树木枝叶中 Cd 的含
量呈显著的负相关关系(P = 0. 046) (表 2)，受不同
02
第 12 期 李效文等: 甬台温高速公路绿化林带内不同距离多树种枝叶重金属含量分析
图 1 叶片(左)和枝(右)中重金属铅、镉、铬含量在高速路旁 0 ～ 5m 处
及 10 ～ 60 m 间的盒装散点式差异
Fig． 1 Box-whisker analysis for scattered plots of heavy metal contents of Pb，Cd，and Cr in leaves ( left) and twigs and branches
( right) in sampled ornamental trees between values determined from 0 － 5 m and 10 － 60 m from high ways
“* ”表示数值间存在 0. 05 水平上的显著差异 ． Asterisks of“* ”indicate significant differences according to Turkey’s test at 0. 05 level．
距离处 Cd 含量的相对变化趋势的影响(图 3B)，距
离高速路旁距离较近处树木枝叶中 Pb 含量仍然较
高(图 1C，D)。
对于树种因素的二元主成分载荷值分析结果如
图 3C 和 D 所示。第 1 主成分中载荷值最大的是夹
竹桃、女贞和香樟枝叶中的 Pb 含量，均达到 0. 9 左
右，说明第 1 主成分主要以这 3 个树种枝叶中的 Pb
含量为特征。另外，第 1 主成分和 Cr 含量呈正相关
关系(P = 0. 039) (表 2)，因此桉树叶片中 Cr 的特
征值和夹竹桃枝干中 Cr 的特征值集中于第一象限
零点周围说明桉树和夹竹桃对 Cr 的吸取能力相对
较弱，相反香樟枝干中 Cr 结果的特征值较大，说明
具有较强的吸取能力，但是统计分析差异并不显著
(图 2C)。第 2 主成分中载荷值最大的是香樟和女
贞枝叶中的 Cd 含量，当同时考虑第 1，2 主成分时，
桉树和香樟的 Pb 含量的特征值的绝对值较大，因此
这 2 个树种的枝叶中 Pb 含量较高(图 2A); 而第 3
主成分中载荷值最大的是桉树枝叶中的 Cr 和 Pb 含
量，同时考虑第 1，3 主成分时，各树种枝叶中的 Cr
和 Pb 的含量在各象限分布比较均匀，未出现明显趋
势性规律。
3 结论与讨论
虽然本研究中用于比较的 0 ～ 5 m 和 10 ～ 60 m
的两距离区间的强度不同，但是此两段距离的选取
充分参考前人的研究结果，根据高速公路旁重金属
的扩散规律来设定，因此本研究中接近 70%的结果
都出现了不同距离间的显著差异，并且其离散性
12
林 业 科 学 51 卷
图 2 不同树种叶片(左)和枝(右)中重金属铅、镉、铬含量差异
Fig． 2 Heavy metal contents of Pb，Cd，and Cr in leaves ( left) and twigs and branches ( right) in different ornamental tree species
不同字母表示树种间差异达到显著水平。Different letters indicate significant differences among tree species according to Turkey’s test at 0. 05 level．
表 2 主成分特征值与重金属元素含量间的 Spearman 序列相关分析结果
Tab． 2 Spearman ranked correlation between eigen-values from principal component analysis and
contents of heavy metal elements
主成分
Principal components
重金属元素 Heavy metal elements
铅 Pb 镉 Cd 铬 Cr
以距离分类 Classified by distances ( n = 4)
主成分 1 PC － 1 Ｒ = 0. 200 Ｒ = 0. 400 Ｒ = 0. 800
主成分 2 PC － 2 Ｒ = － 0. 800 Ｒ = 0. 400 Ｒ = － 0. 600
主成分 3 PC － 3 Ｒ = － 0. 200 Ｒ = － 0. 963 * Ｒ = 0. 800
以树种分类 Classified by tree-species ( n = 8)
主成分 1 PC － 1 Ｒ = － 0. 563 Ｒ = － 0. 006 Ｒ = 0. 682 *
主成分 2 PC － 2 Ｒ = － 0. 261 Ｒ = 0. 127 Ｒ = 0. 479
主成分 3 PC － 3 Ｒ = － 0. 288 Ｒ = － 0. 414 Ｒ = 0. 030
22
第 12 期 李效文等: 甬台温高速公路绿化林带内不同距离多树种枝叶重金属含量分析
图 3 距离高速公路不同取样点处(A 和 B)不同树种(C 和 D)的重金属铅、镉、铬含量的主成分
Fig． 3 Principal component (PC) analysis for heavy metal contents of Pb，Cd，and Cr in sampled ornamental trees at contrasting
distances from high-ways (A and B) for different tree species (C and D)
箭头表示在 10 ～ 60 m 处结果为参考系的情况下双重主成分因子对 5 m 处近点结果的综合干扰趋势。Arrows indicate the trend of
coupling effects between any of the dual PC factors on values investigated at the 5 m-beyond high-ways when values investigated 60 m away from
high-ways are taken as references．
趋势规律受到二元主成分分析结果的支持。其中
Pb 在高速路旁近端树木枝叶中的检测结果高于远
端，说明 Pb 距离性扩散比较明显。前人研究结果显
示，Pb 在高速路旁土壤中的含量也呈现明显的地带
性梯度变化 (李仰征等，2011; Werkenthin et al．，
2014; Zehetner et al．，2009)。一般而言，高速路旁
树木枝叶中重金属距离性变化由土壤中重金属含量
的地带性变化引起。例如，王成等(2007)对北京市
首都机场等高速路段的研究结果发现毛白杨的叶片
和新枝中 Pb 含量随距离的变化与土壤中的 Pb 积累
量变化一致。公路交通产生的 Pb 主要来源于汽车
尾气的排放，据估计有 75% 的 Pb 以颗粒态的形式
随尾气向公路两侧扩散(季辉等，2013)。因此，本
研究中枝条内 Pb 的检测结果在不同距离间的差异
也与风媒影响有一定关系。对于不同树种而言，桉
树比女贞所表现出的更强的对于 Pb 的提取效率同
树木的生长速率直接相关。本研究中树木枝条中
Pb 的含量整体偏低，这可能与研究区内车辆所使用
的燃料中 Pb 的成分有关。
国内外在高速路旁不同距离处土壤中 Cd 含量
的变化方面存在差异。欧美研究结果普遍表明，高
速路旁土壤中 Cd 的含量随着距离的增加而降低
(Zehetner et al．，2009; Werkenthin et al．，2014)，然
而国内相关研究结果表明，Cd 与距离间无直接关系
(李波等，2005; 王成等，2007)。本研究有关 Cd
的结果同国内的前人研究结果一致，其原因很可能
和 10 ～ 60 m 内数据的离散程度较大有关，并且该组
数据的离散仅解释了小部分的方差(表 2)。值得注
意的是本研究中树木枝干中 Cd 的检测结果较前人
结果明显偏小，单位仅为 μg·kg － 1级别，这很可能跟
Cd 具有极强的液体移动性并且极易被淋溶至地下
深层土壤有关 ( Legret et al．，2006; Kluge et al．，
2012)。本研究区段地处热带近海地区，受热带季
风气候和海洋性气候的双重影响，该地区空气潮湿，
雨季较长且连续降雨明显，刺激了当地的 Cd 离子
向地下深层土壤淋溶的发生，或路旁新修的不透水
步道很可能导致大量 Cd 随地表径流扩散至研究区
以外地带，最终使得 10 ～ 60 m 处远端 Cd 结果出现
32
林 业 科 学 51 卷
无规律性离散。尽管如此，夹竹桃枝叶中 Cd 的含
量仍显著高于桉树，说明夹竹桃比桉树更能忍耐 Cd
的毒害而产生积累。
不同树种间的 Cr 值的分布趋势呈现随第 1 主
成分特征值变化的群体性规律，因此林带树木对于
Cr 的吸收不存在树种间差异，但是在近路端的 Cr
结果的观测值更倾向于聚合式分布，因此林带对于
研究区高速路排放的 Cr 的吸收呈现整体距离地带
性，而 不 受 树 种 组 成 及 结 构 的 影 响。同 样，
Werkenthin 等(2014)在总结欧洲 37 个前人研究结
果后发现，高速路旁 0 ～ 5 m 处土壤的 Cr 积累明显
高于 10 ～ 25 m 处。由于 Cr 主要来自刹车里衬的机
械磨损，并且被氧化性差且不溶于水，因此 Cr 主要
通过扬尘扩散或地表径流进入到高速路两旁的土壤
中(季辉等，2013)，Cr 不易被树木根系捕获并吸
收，导致不同树种间没有出现对于 Cr 的吸收差异。
在本研究中，不同树种间所存在的枝叶中 Pb 和
Cd 含量的差别说明研究区内不同树种间存在对高
速路排放重金属的吸取差异，但是距离和树种两因
素间交互作用的缺失表明高速路旁林带对高速路排
放的重金属污染的缓解作用更倾向于削弱或阻断其
距离扩散的“整体屏障式”效应，而并非被其中个别
树种所主导。Werkenthin 等(2014)研究也表明，不
同距离处高速路排放重金属的传播模式不同: 距离
高速路 5 m 处重金属污染主要通过地表径流，10 m
处则以飞溅效应为主，而 50 m 处时主要受风的作用
驱动。本研究区内林带大多沿路而建，树种的改变
以平行道路的方向为主，因此高速路的重金属排放
呈现典型的非“点源”特征，在某一距离处的不同树
种几乎同时接受污染的传输，这在某种程度上导致
树种间差异效应的缺失; 而 10 ～ 60 m 远端树木大
多冠层先受到重金属离子的风力传播，高密度的路
旁林带和茂密的树冠可能阻碍了不同树种间差别的
显现。另外，由于本研究区内高速路旁林带的修建
以景观效果为主，因此不同距离处的树种组成未能
如人工林等严格按照距离高速路的远近排列，这也
是导致距离和树种两因素交互作用缺失的可能原因
之一。
本研究针对甬台温高速公路旁 0 ～ 5 m 内的绿
化林带树木枝叶对 Pb，Cd，Cr 3 种重金属的积累问
题，在前人研究的基础上，为了规避多污染源对结果
的交叉干扰而提出高速路旁 60 m 的重金属有效排
放污染距离，通过多树种排查和生长表现相似树种
的林分定位的手段最终确定桉树、夹竹桃、女贞和香
樟 4 个树种各 12 株的重复取样观测。结果表明距
离和树种两因素间并不存在交互效应，但是在距路
不同处的树木枝叶内的 Pb 和 Cr 的积累量间存在显
著差异。为了深入挖掘数据潜在规律，本文采用盒
式散点分布分析和主成分分析分别对距离和树种影
响下的数据集的离散性和方差贡献进行详细解析。
本研究结果不仅在国际范围内拥有平行比较的价
值，对于研究区内的高速路旁林带的经营以及其他
地区路旁林带的培育都具有理论指导和参考意义。
由于本研究所选择的不同距离下同一树种的树木健
康程度都较优且长势均一，因此不同距离处的结果
除了反映污染程度外，也从一定程度上说明高速路
旁林带内被选树木对交通排放的重金属具有一定的
吸取作用和环境修复潜力。综合分析后，高速路旁
5 m 处应重点栽植桉树和夹竹桃以防止 Pb 和 Cd 元
素的污染扩散。
参 考 文 献
季 辉，赵 健，冯金飞，等 ． 2013． 高速公路沿线农田土壤重金属
总量和有效态含量的空间分布特征及其影响因素分析 ． 土壤通
报，44(2) : 477 － 483．
( Ji H，Zhang J，Feng J F，et al． 2013． Spatial distribution characteristics
of total and available heavy metal contents and their influencing
factors in farmland soils along expressway． Chinese Journal of Soil
Science，44(2) : 477 － 483．［in Chinese］)
李 波，林玉锁，张孝飞，等 ． 2005． 宁连高速公路两侧土壤和农产
品中重 金 属 污 染 的 研 究 ． 农 业 环 境 科 学 学 报，24 ( 2 ) :
266 － 269．
( Li B，Lin Y S，Zhang X F，et al． 2005． Pollution of heavy metals in soil
and agricultural products on sides of Ning-Lian superhighway．
Journal of Agro-Environment Science，24 ( 2 ) : 266 － 269． ［in
Chinese］)
李仰征，马建华 ． 2011． 高速公路旁土壤重金属污染及不同林带防
护效应比较 ． 水土保持学报，25(1) : 105 － 109．
(Li Y Z，Ma J H． 2011． Heavy metals pollution in roadside soils and
protective effect of plant barriers along expressway． Journal of Soil
and Water Conservation，25(1) :105 － 109．［in Chinese］)
秦 莹，娄翼来，姜 勇，等 ． 2009． 沈哈高速公路两侧土壤重金属
污染特征及评价 ． 农业环境科学学报，28(4) : 663 － 667．
(Qin Y，Lou Y L，Jiang Y，et al． 2009． Pollution characteristics and
assessment of heavy metals in farmland soil beside Shenyang-Harbin
superhighway． Journal of Agro-Environment Science，28(4) :663 －
667．［in Chinese］)
王 成，郄光发，杨 颖，等 ． 2007． 高速路林带对车辆尾气重金属
污染的屏障作用 ． 林业科学，43(3) : 1 － 7．
(Wang C，Qie G F，Yang Y，et al． 2007． Effects of highway forest belts
on heavy metals pollution from tail gas of vehicles． Scientia Silvae
Sinicae，43(3) : 1 － 7．［in Chinese］)
韦秀文，姚 斌，刘慧文，等 ． 2011． 重金属及有机物污染土壤的树
木修复研究进展 ． 林业科学，47(5) : 124 － 130．
(Wei X W，Yao B， Liu H W， et al． 2011． Application of
42
第 12 期 李效文等: 甬台温高速公路绿化林带内不同距离多树种枝叶重金属含量分析
dendroremediation to the soil contaminated soil by heavy metals and
organic pollutants． Scientia Silvae Sinicae，47 ( 5 ) : 124 － 130．［in
Chinese］)
Capuana M． 2011． Heavy metals and woody plants-biotechnologies for
phytoremediation． iForest，4: 7 － 15．
Kluge B， Wessolek G． 2012． Heavy metal pattern and solute
concentration in soils along the oldest highway of the world － the
AVUS Autobahn． Environmental Monitoring and Assessment，
184(11) : 6469 － 6481．
Kluge B，Werkenthin M，Wessolek G． 2014． Metal leaching in a
highway embankment on field and laboratory scale． Science of the
Total Environment，493: 495 － 504．
Legret M，Pagotto C． 2006． Heavy metal deposition and soil pollution
along two major rural highways． Environmental Technology，27(3) :
247 － 254．
Modlingerova V，Szakova J，Sysalova J， et al． 2012． The effect of
intensive traffic on soil and vegetation risk element contents as
affected by the distance from a highway． Plant， Soil and
Environment，58(8) : 379 － 384．
Ｒascio N，Navari-Izzo F． 2011． Heavy metal heperaccumulating plants:
How and why do they do it? And what makes them so interesting?
Plant Science，180(2) : 169 － 181．
Sangi M Ｒ，Shahmoradi A，Zolgharnein J，et al． 2008． Ｒemoval and
recovery of heavy metals from aqueous solution using Ulmus
carpinifolia and Fraxinus excelsior tree leaves． Journal of Hazardous
Materials，155(3) : 513 － 522．
Wang X，Jia Y F． 2010． Study on adsorption and remediation of heavy
metals by poplar and larch in contaminated soil． Environmental
Science and Pollution Ｒesearch，17(7) : 1331 － 1338．
Werkenthin M， Kluge B，Wessolek G． 2014． Metals in European
roadside soils and soil solution － a review． Environmental Pollution，
189: 98 － 110．
Zechmeister H G，Hohenwallner D，Ｒiss A，et al． 2005． Estimation of
element deposition derived from road traffic sources by using mosses．
Environmental Pollution，138(2) : 238 － 249．
Zehetner F，Ｒosenfellner U，Mentler A，et al． 2009． Distribution of road
salt residues，heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons
across a highway-forest interface． Water，Air，and Soil Pollution，
198(1 /4) : 125 － 132．
(责任编辑 王艳娜)
52