西安市區(qū)不同綠化植物的滯塵效應(yīng)季節(jié)變化研究

楊周敏

(西安培華學(xué)院, 西安 710065)

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西安市區(qū)不同綠化植物的滯塵效應(yīng)季節(jié)變化研究

楊周敏

(西安培華學(xué)院, 西安 710065)

以西安市區(qū)喬木(山槐)、灌木(丁香)、草本(馬藺)3種植物為試材，研究比較了滯塵量的差異及蒙塵后的生理響應(yīng)。結(jié)果表明：不同綠化植物的滯塵能力差異顯著(p<0.05)，3種植物平均單位面積滯塵量大小順序依次為：?jiǎn)棠?灌木>草本；春季和夏季不同綠化植物葉面滯塵量達(dá)到飽和時(shí)間約為12 d，秋季和冬季不同綠化植物葉面滯塵量達(dá)到飽和時(shí)間約為9 d，并且3種植物葉片平均滯塵量依次表現(xiàn)為夏季>春季>秋季>冬季；對(duì)葉面塵粒徑分析表明，葉面塵中滯留的顆粒物中大多數(shù)是TSP(懸浮顆粒物)，同時(shí)對(duì)PM10和PM2.5均有一定量的吸收，降塵物中PM2.5，PM10和TSP相對(duì)含量均以喬木最高，灌木和草本較低，其中PM2.5和PM10在喬木、灌木和草本均達(dá)到顯著差異水平(p<0.05)，而3種植物TSP差異并不顯著(p>0.05)；隨著葉片蒙塵時(shí)間的延長(zhǎng)，相對(duì)含水量出現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，比葉重和脯氨酸含量則呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)，并且3種植物葉片秋季和冬季相對(duì)含水量、比葉重和脯氨酸含量均高于春季和夏季。相關(guān)性分析表明，3種植物滯塵能力與車流量呈極顯著正相關(guān)(p<0.01)。

西安市區(qū); 綠化植物; 滯塵效應(yīng); 季節(jié)變化

隨著城市化和工業(yè)化的迅速發(fā)展，大氣污染中的粉塵污染給人類帶來(lái)了生存危機(jī)，我國(guó)大量城市大氣粉塵超標(biāo)現(xiàn)象嚴(yán)重，對(duì)人類的健康造成了嚴(yán)重影響[1-3]，也對(duì)城市本身的生存與發(fā)展提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。園林植物改善生態(tài)環(huán)境的功能越來(lái)越受到人們的重視，園林植物對(duì)大氣中的粉塵、顆粒物有過(guò)濾、阻擋和吸附的作用，可以有效降低大氣TSP(懸浮顆粒物)的含量，從而對(duì)大氣起到凈化的作用[4-6]，不同植物因其本身的生物學(xué)特性的差異，滯塵能力也有較大的差異，選擇適合城市發(fā)展的滯塵能力強(qiáng)的綠化樹(shù)種，是城市綠地設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是改善城市環(huán)境質(zhì)量的重要保障[4-6]。目前我國(guó)已經(jīng)廣泛開(kāi)展了對(duì)綠化樹(shù)種滯塵能力的研究，而大量研究主要集中在南方一些城市，對(duì)于北方城市大范圍綠化樹(shù)種滯塵能力的研究尚且較少[7-9]。西安作為我國(guó)北方交通樞紐中心城市和四大火爐之一，日益嚴(yán)重的交通阻塞和城市熱島效應(yīng)帶來(lái)了嚴(yán)重的塵埃污染，而園林綠化植物在滯塵過(guò)程中起著重要作用，目前仍缺乏園林綠化植物滯塵效應(yīng)及其時(shí)間變化的階段性等研究。鑒于此，筆者以西安市區(qū)主要綠化植物為研究對(duì)象，對(duì)城市道路中3種植物滯塵量差異及植物蒙塵后的生理響應(yīng)等進(jìn)行研究，為不同植物在園林生態(tài)景觀功能性植物的配置方面提供科學(xué)依據(jù)，為選擇適合西安市環(huán)境的綠化樹(shù)種及城市綠地規(guī)劃提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

西安地處秦嶺北麓、渭水南岸的關(guān)中盆地中段(東經(jīng)107°40′—109°49′，北緯33°39′—34°45′)，東西長(zhǎng)約204 km，南北寬約116 km，市區(qū)面積1 066 km2，海拔424 m，屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫13.7℃，年平均降雨量553.3 mm，年平均相對(duì)濕度70%，平均日照1 976.6 h。西安市現(xiàn)有578條道路和165條分車綠帶，經(jīng)過(guò)多年建設(shè)已全部進(jìn)行了綠化，其中市管道路38條，綠化養(yǎng)護(hù)面積228萬(wàn)m2，區(qū)管道路540條，行道綠化樹(shù)種42萬(wàn)多株，人均公共綠地面積大約7.15 m2，建成區(qū)綠地率約19.95%，建成區(qū)綠化覆蓋率30.43%，基本形成了形式多樣、物種豐富、布局合理，與自然環(huán)境協(xié)調(diào)一致的園林綠化格局。

1.2試驗(yàn)材料及方法

2013年3月初、5月初、8月初和11月初，分別在西安市區(qū)不同街道雨后采集3種植物葉片(山槐、丁香、馬藺)，每3 d同一時(shí)間采集1次樣本，采樣時(shí)帶上聚乙烯塑料手套，分別從東、西、南、北均勻采集成熟葉片12片，樣品選擇能充分接受粉塵的植物葉片，將葉片小心封存于錐形瓶?jī)?nèi)，帶回實(shí)驗(yàn)室處理，連續(xù)調(diào)查5次，比較不同植物滯塵差異，并記錄采樣所在街道的車流量(輛/min)。

1.2.1葉片滯塵量及粒徑測(cè)定葉片滯塵量采用“干洗法”稱量，將成熟葉片封存于裝有蒸餾水的錐形瓶中，浸洗下葉片上的附著物，浸泡過(guò)程中注意要不斷的攪拌，以保證塵粒充分融入水中，浸泡3 h后，用毛刷沖洗葉片，再次保證塵粒融入到水中。用鑷子將葉片小心夾出，用濾紙將浸洗液過(guò)濾，將濾紙置于60℃下烘干12 h，萬(wàn)分之一天平稱重，2次稱重之差(W)，即采集樣品上所附著的降塵顆粒物的重量，夾出的葉片晾干后，葉面積測(cè)定儀測(cè)葉面積(A)，即可得出葉面積滯塵量為W/A(g/m2)。

1.2.2葉面塵粒徑測(cè)定將樣品置于70℃烘箱中烘干至恒重，稱2 g降塵樣過(guò)40目篩，取降塵樣1.0 g溶解于300 ml蒸餾水，并使其充分?jǐn)U散，用粒度分析儀進(jìn)行粒徑分析，PM10和PM2.5濃度測(cè)定用微電腦激光粉塵儀。

1.2.3葉片生理指標(biāo)的測(cè)定選取植物葉片樣品進(jìn)行各項(xiàng)生理指標(biāo)的測(cè)定，每項(xiàng)試驗(yàn)重復(fù)測(cè)定3次，葉片相對(duì)含水量及比葉重的測(cè)定采用加熱烘干法，脯氨酸含量測(cè)定采用酸性茚三酮法[10]。

1.3數(shù)據(jù)處理

統(tǒng)計(jì)分析：Excel 2003和SPSS 18.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和檢驗(yàn)，單因素方差分析(One-way ANOVA)，采用均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差(mean±SE)，LSD比較差異顯著性，Origin 8.0作圖。

2　結(jié)果與分析

2.1不同植物滯塵能力比較

不同植物在不同時(shí)間的滯塵效應(yīng)差異較為明顯，從圖1可知，夏季前18 d內(nèi)，隨著天數(shù)的累積，不同綠化植物單位面積滯塵量不斷增加，到第12 d后，滯塵量變化不大。即在室外的情況下，不同綠化植物夏季葉面滯塵量達(dá)到飽和時(shí)間約為12 d；而秋季，不同綠化植物葉面滯塵量達(dá)到飽和時(shí)間約為9 d；3種植物的平均單位面積滯塵量大小順序?yàn)椋簡(jiǎn)棠?灌木>草本，喬木所在街道粉塵含量較高，車輛較多且綠化稍差，導(dǎo)致葉片單位面積滯塵量較高，灌木和草本所在街道綠化相對(duì)較好，葉片滯塵量較低，其中草本葉片滯塵量最低，主要是由于草本植物覆蓋率較高，且環(huán)境中粉塵含量較少。由圖1還可以看出，3種植物春季和夏季葉片平均滯塵量大于秋季和冬季葉片滯塵量，可能是由于春季和夏季季氣候干燥，空氣中懸浮顆粒較多，空氣濕度較大，影響了滯塵量；秋季和冬季不利于葉片對(duì)粉塵的滯留，同時(shí)葉片對(duì)粉塵的滯留能力是有限的，加之風(fēng)力等外界因素的干擾，導(dǎo)致出現(xiàn)滯塵量下降的趨勢(shì)。

2.2不同植物葉片滯塵顆粒物

從圖2可知，不同植物降塵的粒徑主要分布在2.5～100 μm，葉面降塵中顆粒物粒徑集中分布在100 μm以下，占99%以上，說(shuō)明降塵物主要為已在大氣中經(jīng)一定距離漂移的TSP。一般認(rèn)為，PM10(<10 μm)是危害人類健康的最主要顆粒物，而PM2.5(<2.5 μm)則是能直接進(jìn)入人體肺部導(dǎo)致肺泡發(fā)炎的顆粒物。降塵物中PM2.5，PM10和TSP相對(duì)含量均以喬木最高，灌木和草本較低，其中PM2.5和PM10在喬木、灌木和草本均達(dá)到顯著差異水平(p<0.05)，而3種植物TSP差異并不顯著(p>0.05)。降塵物的平均粒依次表現(xiàn)為草本>灌木>喬木，這說(shuō)明對(duì)于空氣污染較高的喬木，其降塵顆粒也較細(xì)。

圖1不同植物滯塵能力比較

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)，下同。

圖2不同植物葉面降塵的粒徑分布

2.3蒙塵對(duì)不同植物相對(duì)含水量的影響

植物組織相對(duì)含水量是反映植物水分生理狀況的重要指標(biāo)。由表1可以看出，3種植物在蒙塵后相對(duì)含水量隨時(shí)間均呈現(xiàn)出先下降后回升趨勢(shì)，這可能是植物蒙塵受到脅迫后的一種生理反應(yīng)，山槐、丁香和馬藺春季相對(duì)含水量的變化范圍分別為0.76%～0.84%，0.82%～0.88%，0.87%～0.94%，夏季相對(duì)含水量的變化范圍分別為0.78%～0.84%，0.85%～0.92%，0.87%～0.95%，秋季相對(duì)含水量的變化范圍分別為0.76%～0.84%，0.72%～0.81%，0.82%～0.88%，冬季相對(duì)含水量的變化范圍分別為0.75%～0.84%，0.85%～0.91%，0.92%～0.98%。綜合來(lái)看，3種植物相對(duì)含水量春季和夏季變化較為明顯，而秋季和冬季變化相對(duì)較小，并且秋季和冬季含水量高于春季和夏季，這可能是受氣候、環(huán)境以及人類的影響。

表1　不同植物相對(duì)含水量　%

注：同行不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)，下同。

2.4蒙塵對(duì)不同植物比葉重的影響

比葉重(LMA)是指單位面積葉片的干重，能夠明顯的反映出植物光和碳同化能力和不同生育期光合作用制造有機(jī)物質(zhì)及其分配趨勢(shì)，是衡量葉片質(zhì)量的一個(gè)穩(wěn)定指標(biāo)[11-12]。

由表2可知，不同植物比葉重呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)的變化，3種植物比葉重不同季節(jié)呈現(xiàn)出先增加后降低相同的變化趨勢(shì)。山槐、丁香和馬藺春季比葉重的變化范圍分別為105～139，102～124，97～117 g/cm2，夏季比葉重的變化范圍分別為112～140，108～124，101～117 g/cm2，秋季比葉重的變化范圍分別為109～129，76～84，69～77 g/cm2，冬季比葉重的變化范圍分別為101～127，74～82，69～79 g/cm2。綜合比較來(lái)看，喬木的比葉重較灌木和草本植物大，主要是由于喬木受到粉塵的影響較小，其生長(zhǎng)狀況較好，灌木和草本植物葉片比葉重受到粉塵的影響差異顯著，春季和夏季的比葉重普遍高于秋季和冬季，這可能是由于老葉的比葉重大于新葉的原因。

表2　不同植物比葉重　g/cm2

2.5蒙塵對(duì)不同植物脯氨酸含量的影響

脯氨酸是植物蛋白質(zhì)的組成成分之一，在逆境條件下，許多植物體內(nèi)的脯氨酸大量積累，脯氨酸含量的增加是植物對(duì)逆境脅迫的一種生理生化反應(yīng)[11-12]。由表3可知，蒙塵對(duì)不同植物脯氨酸具有不同程度的影響，不同植物脯氨酸含量差異較大。3種植物脯氨酸含量夏季和秋季呈現(xiàn)出先增加后降低相同的變化趨勢(shì)。

山槐、丁香和馬藺春季脯氨酸含量的變化范圍分別為23.82～39.45，17.23～31.54，13.56～19.05 μg/g，夏季脯氨酸含量的變化范圍分別為25.45～41.29，19.26～35.78，14.18～21.38 μg/g，秋季脯氨酸含量的變化范圍分別為24.78～42.07，15.74～39.74，14.19～21.51 μg/g，冬季脯氨酸含量的變化范圍分別為27.21～43.23，16.23～31.52，15.06～23.79 μg/g。綜合比較來(lái)看，脯氨酸含量大小依次為：?jiǎn)棠?灌木>草本，由于喬木受粉塵的影響較大，因此喬木植物體內(nèi)脯氨酸含量較多，同時(shí)本試驗(yàn)得出3種植物秋季和冬季脯氨酸積累量大于春季和夏季，主要是受到季節(jié)積累的作用。

表3　不同植物脯氨酸含量　μg/g

2.6不同植物滯塵能力與車流量關(guān)系

根據(jù)植物的滯塵能力及相應(yīng)的車流量大小，分析葉片滯塵能力與車流量的相關(guān)性。分析結(jié)果顯示：山槐的滯塵能力與車流量之間的相關(guān)系數(shù)為0.915 6，呈極顯著正相關(guān)性(p<0.01)，回歸方程為y=0.0257x-0.9652；丁香的滯塵能力與車流量之間的相關(guān)系數(shù)為0.873 5，呈極顯著正相關(guān)性(p<0.01)，回歸方程分別為y=0.0198x-0.2136；馬藺的滯塵能力與車流量之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.905 4，呈極顯著正相關(guān)性(p<0.01)，回歸方程分別為y=0.0052x+0.8396。以葉片滯塵能力為因變量，車流量為自變量，運(yùn)用一元線性回歸分析，可以得到不同樹(shù)種的滯塵能力與車流量之間的線性關(guān)系。由上述結(jié)果可知，同一樹(shù)種的滯塵能力與車流量呈明顯的正相關(guān)性，由此可以推斷空氣中顆粒物濃度越高，對(duì)同一樹(shù)種來(lái)說(shuō)，滯塵能力也越大。

表4　不同植物滯塵能力與車流量關(guān)系

注:**相關(guān)性在0.01水平上顯著(雙尾)，*相關(guān)性在0.05水平上顯著(雙尾)。

3　討論與結(jié)論

作為空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的重要手段之一，綠化樹(shù)種的葉片滯塵量測(cè)定可在一定程度上反映小環(huán)境中空氣顆粒物含量[7-9,13-15]。近年來(lái)關(guān)于植物滯塵效應(yīng)的研究報(bào)道較多，植物葉片滯塵過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，葉片滯塵與粉塵脫落同時(shí)進(jìn)行，此過(guò)程中，植物葉片滯塵作用始終處于主導(dǎo)地位，說(shuō)明了植物滯塵能力的絕對(duì)性[16-18]。就本研究中3種植物葉片平均滯塵量而言，喬木葉片滯塵量明顯大于灌木和草本，是滯塵能力優(yōu)良的城市綠化樹(shù)種選擇，因受植物單葉面積大小、葉片組織結(jié)構(gòu)以及樹(shù)冠密集度、整株葉量多少等因子制約，各滯塵量指標(biāo)間不盡一致，在城市綠化樹(shù)種的滯塵能力選擇中應(yīng)綜合考慮。同時(shí)，植物葉片滯塵作用與所在街道、人為干擾情況及植物本身屬性有關(guān)[16-18]，本研究中3種植物的滯塵能力與其所處的環(huán)境有很大的關(guān)系，在葉片的滯塵能力未達(dá)到飽和之前，植物的滯塵量隨著環(huán)境中的粉塵的增多而增多，在植物葉片滯塵量達(dá)到飽和之后，滯塵量變化不大。此外，還與植物的株型、葉片特性、分枝方式有關(guān)，在外界環(huán)境下，降雨和大風(fēng)是影響植物葉片滯塵的主要外界因素，喬木葉片生長(zhǎng)速度較快，葉寬大而繁密，且其葉片較厚，有利于阻擋風(fēng)力的干擾，因此滯塵較高，灌木和草本植物不利于接受地面的揚(yáng)塵，且葉片條形較為柔軟，易受風(fēng)力等外界環(huán)境因素的影響，不利于粉塵的滯留。由圖1可知，3種植物春季和夏季葉片平均滯塵量大于秋季和冬季葉片滯塵量，可能是由于春季和夏季空氣中懸浮顆粒較多，影響了滯塵量[16,19]，秋季和冬季不利于葉片對(duì)粉塵的滯留，同時(shí)葉片對(duì)粉塵的滯留能力是有限的，加之風(fēng)力等外界因素的干擾，導(dǎo)致出現(xiàn)滯塵量下降的趨勢(shì)。植物葉片飽和滯塵量在不同地區(qū)和不同環(huán)境下有所差異，在室外情況下，不同綠化植物春季和夏季葉面滯塵量達(dá)到飽和時(shí)間約為12 d，而秋季和冬季，不同綠化植物葉面滯塵量達(dá)到飽和時(shí)間約為9 d，較春季和夏季有所提前。植物所處的環(huán)境中粉塵總量是影響葉片滯塵能力的一個(gè)因素，也是影響葉片滯塵量達(dá)到飽和時(shí)間長(zhǎng)短的一個(gè)因素[16-18]，本研究雖然分析了滯塵的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，但對(duì)影響植物葉片滯塵效應(yīng)的因素，尚未建立全面的數(shù)學(xué)模擬模型，在以后的研究工作中，需要將更多可能的影響因素進(jìn)行綜合分析研究。

大氣顆粒物主要通過(guò)干、濕沉降到達(dá)植物葉表面，而地面揚(yáng)塵等其它塵源也在其上積累形成葉面塵[20-21]。葉片表面細(xì)微結(jié)構(gòu)對(duì)顆粒物產(chǎn)生的吸附作用在大多數(shù)樹(shù)種中均存在，由于細(xì)微結(jié)構(gòu)的差異性，不同細(xì)微結(jié)構(gòu)對(duì)顆粒物的支持固定作用效果也不同[13-15,22]。本研究中喬木滯塵量最大，粒徑偏小，一定程度上反映了該喬木所處街道的粉塵污染狀況較為嚴(yán)重，并且喬木MP2.5與MP10的比例均高于灌木和草本，說(shuō)明葉面降塵與所處地區(qū)的環(huán)境狀況有一種關(guān)系，不同功能區(qū)滯塵量與葉面塵可吸入顆粒物百分比變化不一致，可能是因?yàn)楦鳂狱c(diǎn)大氣環(huán)境中顆粒物組分不同。污染物為可吸入顆粒物，3種植物葉片所吸收的灰塵中，PM1.0在不同地區(qū)均占了一定比例，說(shuō)明3種植物均能夠滯留可吸入顆粒物，改善環(huán)境質(zhì)量。

植物葉片蒙塵后對(duì)生理會(huì)造成影響，植物通過(guò)生理上的變化來(lái)抵御或減輕脅迫的損傷，葉片相對(duì)含水量是生理狀態(tài)的一個(gè)重要指標(biāo)，葉片能夠維持較高含水量是其適應(yīng)性的一種重要生理表現(xiàn)[11-12]。試驗(yàn)得出3種植物在蒙塵后相對(duì)含水量均有一定的下降，隨著蒙塵時(shí)間的延長(zhǎng)，植物相對(duì)含水量處于一定的穩(wěn)定狀態(tài)，且春季和夏季的變化量大于秋季和冬季。比葉重是衡量葉片光合作用性能的一個(gè)參數(shù)，大量研究表明，葉片的比葉重與葉片光合能力呈正相關(guān)[11-12]，植物在蒙塵后比葉重呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，3種植物春季和夏季比葉重大于秋季和冬季，這可能與葉片的生長(zhǎng)有一定的關(guān)系。葉片蒙塵后脯氨酸含量均有升高，說(shuō)明污染物脅迫下脯氨酸含量積累是對(duì)逆境的一種生理適應(yīng)，與楊志剛研究大氣污染會(huì)導(dǎo)致脯氨酸含量增加相一致[23]。植物在不同地點(diǎn)蒙塵后，產(chǎn)生大量自由基，體內(nèi)抗氧化酶與抗氧化物質(zhì)活性提高，脯氨酸大量積累，以阻止和減輕細(xì)胞膜質(zhì)過(guò)氧化程度，這是植物抗御大氣污染脅迫的適應(yīng)和表現(xiàn)[11-12]。以葉片滯塵能力為因變量，車流量為自變量，運(yùn)用一元線性回歸分析，可以得到不同樹(shù)種的滯塵能力與車流量之間的線性關(guān)系。由上述結(jié)果可知，同一樹(shù)種的滯塵能力與車流量呈明顯的正相關(guān)性，由此可以推斷空氣中顆粒物濃度越高，對(duì)同一樹(shù)種來(lái)說(shuō)，滯塵能力也越大。

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Study on Seasonal Dust Retention Capacity of Different Green Plants in Xi’an City

YANG Zhoumin

(Xi′an Peihua University, Xi′an 710065 China)

Three green plants which were arbors (Maackiaamurensis), shrubs (Syzygiumaromaticum), herbs (Irislactea) were taken as experimental materials, the effect of different environmental conditions on the dust catching quantity difference and disgraceful after physiological response were studied. The results showed that the dust retention capacities of these green plants had significant difference (p<0.05), and the average unit area dust catching quantity followed the order: arbors>shrubs>herbs. The duration which the amount of foliar dust of three green plants reached saturation was about 12 days in summer and spring, and 9 days in autumn and winter, indicating that the amount of foliar dust of three green plants in summer and spring was greater than that of autumn and winter. The surface of dust particle size analysis showed that foliar dust retention of particles in most was TSP, while PM10and PM2.5had a certain amount of adsorption. The relative contents of dust of PM2.5, PM10and TSP were found in arbors top, low shrubs and herbs, in which PM10and PM2.5had a significant difference of three green plants (p<0.05), while TSP had no significant difference (p>0.05). As the blade disgraceful time prolonging, the relative water content appeared first rise and then falling, while LMA and proline content were contrary to relative water content which increased first and then decreased, and the relative water content, LMA and proline contents of three green plants in summer and spring were greater than those of autumn and winter. Correlation analysis suggested that the dust retention capacities of three green plants were significantly positive correlation with the number of running vehicles (p<0.01).

Xi′an City; green plants; dust retention capacity; seasonal change

2014-11-14

2014-12-10

楊周敏(1977—),女,陜西西安人,碩士,講師,研究方向:風(fēng)景園林,環(huán)境治理。E-mail:yangzhoumin1977@163.com

S812.5

A

1005-3409(2015)04-0178-06