武漢市主城區(qū)綠化植物滯塵效應(yīng)研究

戴希剛　張振　曾長立　蔡嬋靜　孫道俊

摘要：對(duì)武漢市主城區(qū)常見綠化植物的滯塵效應(yīng)進(jìn)行了研究，分析了不同植物種類、不同區(qū)域和不同時(shí)段綠化植物單位葉面積滯塵量的異同，并估算了不同供試植物的飽和滯塵量以及武漢市主城區(qū)綠化植物每日總滯塵量。結(jié)果表明，在同一區(qū)域，不同植物種類滯塵能力差異顯著；同種植物在不同區(qū)域也有著不同的滯塵能力；喬木中白玉蘭與懸鈴木的滯塵量較高，灌木中法國冬青與紅花檵木的滯塵量較高：白玉蘭的飽和滯塵量最大，達(dá)到27.77g/m²：綠化樹種的滯塵能力與葉片表面粗糙度及是否有毛有一定關(guān)系，與是否革質(zhì)關(guān)系不大：武漢市現(xiàn)有的樹種滯塵能力治理降塵還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。

關(guān)鍵詞：綠化植物；滯塵能力；飽和滯塵量；武漢市

中圖分類號(hào)：S731.2；X513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）09-2279-04

隨著城市工業(yè)化的步伐加快，城市向大氣中排放的有害氣體以及粉塵污染日趨嚴(yán)重，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了大氣的自然凈化能力，加上近年來霧霾天氣盛行，使得繼PM10（空氣動(dòng)力學(xué)直徑<10μm的顆粒物）之后人們對(duì)PM_2.5（空氣動(dòng)力學(xué)直徑<2.5μm的顆粒物）也產(chǎn)生了同樣的關(guān)注。可吸入顆粒物的處理已經(jīng)被人們所重視，其中的一種行之有效的方法便是綠化植物滯塵。如今普遍認(rèn)為灰塵顆粒會(huì)以滯留、附著以及粘附等形式停留在綠化植物的葉片表面，而當(dāng)出現(xiàn)大風(fēng)、霧、露水和雨水時(shí)灰塵會(huì)隨之被帶走，特別是雨水的效果甚佳。一般來說，15mm的降雨可以將葉片上的灰塵完全洗凈，所以一般將雨后到下一次下雨結(jié)束作為一個(gè)滯塵過程。其原理在于葉片所具有的防水性，水滴落在葉片表面時(shí)形成水珠滴落，而水與灰塵顆粒的吸附力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于灰塵顆粒與葉片表面的吸附力，所以灰塵會(huì)隨著水滴離開葉片表面，完成滯塵的全過程。

中國每年排入大氣的煙、粉塵達(dá)到4300萬t，2000年統(tǒng)計(jì)的338個(gè)城市中，40.5%的城市TSP（總懸浮顆粒物，TotalSuspendedParticulate）濃度年均值超過國家3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，60%的城市超過發(fā)達(dá)國家2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。就武漢而言，一份2011年的報(bào)道表明，武漢中心城區(qū)降塵月均值為15.66t/km²，同期上升3.59t/km²。以武漢市中心城區(qū)面積500km²來計(jì)算，5年來，武漢市平均每天的降塵量維持在200t左右，多來自遍布城市的5000多個(gè)工地以及大量的車輛。因此，開展武漢綠化樹種滯塵方面的相關(guān)研究十分必要，

在綠化植物滯塵量研究方面，已有葉面積滯塵量、葉片結(jié)構(gòu)對(duì)滯塵影響、群落的滯塵效益、綠化植物綜合滯塵能力等方面的報(bào)道。北京、青島、鄭州、哈爾濱、銀川、保定、呼和浩特、南京、金華、武漢、徐州、岳陽、株洲、昆明、深圳、佛山、合肥等多座城市已著手相關(guān)探討，陳芳等報(bào)道了武漢鋼鐵廠植物的滯塵效應(yīng)。本文對(duì)武漢市主城區(qū)常見綠化樹種的單位葉面積滯塵量進(jìn)行了綜合試驗(yàn)研究，分析了不同樹種、不同區(qū)域和不同時(shí)段綠化樹種單位葉面積的滯塵量的異同，并估算出武漢市主城區(qū)綠化植物的飽和滯塵量和每日總滯塵量，以期為今后武漢市城市綠化及降塵治理提供理論依據(jù)，

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究區(qū)域概況

武漢市位于江漢平原東部，地處東經(jīng)113°41′-115°05′，北緯29°58′-31°22′，屬于北亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候：1月平均氣溫最低，為3.0℃，7月平均氣溫最高，為29.3℃：年平均降水量1284mm，集中于6-8月：海拔19.2-873.7m，水域面積占25%。全市種有懸鈴木4.7萬株，樟樹2.8萬株，楊樹1.9萬株。

1.2 滯塵效應(yīng)研究方法

1.2.1 不同植物的滯塵能力分析 為了測(cè)定同一地區(qū)相同污染源下不同植物滯塵能力的差異，選擇武漢主城區(qū)最具代表性的江漢路商業(yè)區(qū)作為研究地區(qū)，選擇12種常見的綠化植物作為研究對(duì)象，其中包括4種喬木、6種灌木、1種藤本植物以及1種草本植物（表1）。

參照陳芳等的方法（下同），于雨后第5天采集樣本，從多株植物采集葉片混合樣本。矮小的植物分底部、中部、頂端各采集一定數(shù)量葉片混合，高大的喬木采集3m高左右的葉片，葉長在8-15cm的葉片取20-30片，葉長小于8cm葉片取30-40片，葉長大于15cm的葉片取10-15片，采集時(shí)不要觸碰葉片表面，采下的葉片要立刻裝入準(zhǔn)備好的密封袋中，并編號(hào)。設(shè)3次重復(fù)。試驗(yàn)在2013年5月進(jìn)行，下同。

1.2.2 不同區(qū)域同種植物滯塵能力分析 為了測(cè)定不同區(qū)域及不同污染源下同種植物滯塵量的變化。以法國冬青作為研究材料，選取武漢市中心城區(qū)有代表性且均勻分布的江漢路、二七路、廣埠屯、王家灣為研究區(qū)域，以武漢經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的江漢大學(xué)作為對(duì)照區(qū)域。

1.2.3 不同時(shí)間段植物滯塵量的變化 選擇位于二七路旁的一處住宅陽臺(tái)，此處既可防止雨水干擾又不會(huì)阻斷污染源，選用植物品種為法國冬青。試驗(yàn)前將植物人工沖洗，分別采集雨后第3、5、7、9、11天的葉片進(jìn)行滯塵量測(cè)定。平均日滯塵量：總滯塵量/測(cè)定時(shí)天數(shù)。

1.3 滯塵效應(yīng)測(cè)定方法

1.3.1 滯塵量的測(cè)定 取若干15cm定性濾紙，編號(hào)后放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（DHG-9070A型。上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）中，溫度60℃，烘干12h。取出濾紙后迅速稱取濾紙重量W₀。將采集的植物葉片置于燒杯浸泡2h，革質(zhì)葉片可用小刷子輕輕刷洗，密封袋內(nèi)殘留塵跡用水沖洗至燒杯中。用已稱重的濾紙過濾浸泡液，過濾后的濾紙小心放入新的密封袋中，待所有樣品浸泡、過濾完畢后，將濾紙與密封袋一同放入干燥箱中，60℃下干燥24h。取出濾紙并稱取重量W₁，W₁-W₀即為灰塵的重量。

將浸泡后的葉片壓平，旁邊放已知面積S_n的參照物，對(duì)葉片與參照物一同拍照，利用Adobe Pho-toshopCS5軟件分析照片，得出參照物所占像素P_n和葉片所占像素P，則葉片面積S₁=PS_n/P_n。因此，滯塵量TSP（g/m²）=（W₁-W₀）/S₁。

1.3.2 飽和滯塵量的估測(cè) 由于溫度、風(fēng)、露水以及灰塵顆粒特性等多方面的原因，自然界很難使滯塵量達(dá)到飽和，即使是在人工條件下也很難測(cè)出其具體數(shù)值，因此，只能利用人工施加粉塵的方法估測(cè)綠化植物的飽和滯塵量，僅作研究參考。試驗(yàn)設(shè)定在25℃，相對(duì)濕度75%條件下測(cè)量不同植物葉片的預(yù)估飽和滯塵量。選擇不同地區(qū)的不同種類土壤，充分混合后置于太陽下暴曬2d，將較大土塊捏碎，放于干燥箱中干燥24h。干燥后的泥土用100-500目不等的標(biāo)準(zhǔn)分樣篩篩土，得粒徑不同的粉塵并將其充分混勻。同“1.2.1”方法采樣，清洗葉片，擦干后自然放置20min，稱其重量W₂。將制備的粉塵均勻撒向所有樣品葉片，每片葉片每一面至少撒3次，輕輕抖動(dòng)去除沒有被附著的粉塵。稱取附著粉塵后的樣品重量W₃，同“1.3.1”方法測(cè)出樣品面積S₂。則估測(cè)的飽和滯塵量TSP'（g/m²）=（W₃-W₂）/S₂。

2 結(jié)果與分析

2.1 滯塵能力分析

2.1.1 不同植物滯塵能力分析 對(duì)江漢路商業(yè)區(qū)幾種不同綠化植物5日滯塵量的測(cè)定結(jié)果如表2。從表2可知，滯塵能力最強(qiáng)的是白玉蘭，其次是懸鈴木，再次是樟樹。灌木中滯塵量較大的為法國冬青和紅花檵木，它們之間差異不顯著，而海桐與金邊黃楊滯塵量較小。藤本凌霄、草本紅花酢漿草滯塵量較小，但與很多灌木相比處于中等水平。不同植物滯塵能力從大到小為喬木、灌木、草本。

2.1.2 不同區(qū)域同種植物滯塵能力分析 在武漢市主城區(qū)不同區(qū)域所測(cè)得的法國冬青5日滯塵量如圖1。從圖1可知，污染源較少的江漢大學(xué)滯塵量最少，而在雙地鐵工程中心的王家灣采集的法國冬青滯塵量最大，二七路污染源僅有最邊緣處的一座工地以及路面車輛，江漢路中心雖無明顯污染源卻被眾多工地所包圍，而廣埠屯緊鄰工地，且此處地鐵工程也在善后階段，所以江漢路和廣埠屯這兩處的滯塵量也較大。從圖1可以看出，綠化植物的滯塵量與植物所處環(huán)境的污染源有關(guān)，

2.2 滯塵量與時(shí)間的關(guān)系

不同時(shí)段植物的滯塵量如圖2。從圖2可知，法國冬青在雨后第3、5、7、9、11天的總滯塵量分別為2.91、3.84、4.62、4.83、5.79g/m²。隨著時(shí)間的推移，總滯塵量呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，而平均日滯塵量在不斷減少。說明隨著時(shí)間的延長，植物的滯塵速度在逐漸減緩。

2.3 不同植物的飽和滯塵量

供試綠化植物飽和滯塵量的估測(cè)結(jié)果如表3。從表3可知，不同植物的估測(cè)飽和滯塵量差異明顯，其中白玉蘭的飽和滯塵量最大，為27.77g/m²，金邊黃楊的飽和滯塵量最小。為1.69g/m²。對(duì)5日滯塵量與飽和滯塵量進(jìn)行了比較（圖3），它們之間沒有明顯的相關(guān)性，行道樹懸鈴木滯塵量較大。但與其飽和滯塵量相比5日滯塵量并未低多少，而紅花檵木的飽和滯塵量是其5日滯塵量的6倍多。

2.4 武漢市綠化植物的日滯塵量

黃祖國等的研究表明，武漢市主城區(qū)現(xiàn)有懸鈴木4，7萬株，約占武漢主城區(qū)喬木總數(shù)的20%，而喬木占武漢市綠化植物總數(shù)的53%，灌木約占41%。藤本約占6%，草本的種植量未計(jì)算。落葉喬木與常綠喬木的比例大約是6：4。

參照趙勇等的研究，每株懸鈴木的總?cè)~面積以244m²計(jì)算，結(jié)合“2.1.1”中所測(cè)定的懸鈴木滯塵量數(shù)據(jù)，武漢市主城區(qū)懸鈴木日均滯塵量約為12.2t。假設(shè)其他喬木與懸鈴木有著同樣的總?cè)~面積，以“2.1.1”中喬木類滯塵量的平均值作為其他喬木的滯塵量，經(jīng)估算，所有喬木的日均滯塵量為29.3t。假設(shè)武漢市主城區(qū)嚴(yán)格按照3層式綠化，灌木總面積與喬木相同，同樣按照“2.1.1”中灌木類滯塵量的平均值作為滯塵量標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)估算灌木日均滯塵量為6.1t。加上草本植物和藤本植物，粗略估算武漢市主城區(qū)綠化植物的日均滯塵量為40t。

3 小結(jié)與討論

不同綠化植物滯塵能力存在顯著差異，從大到小順序?yàn)閱棠尽⒐嗄?、草本。該結(jié)論與韓敬等關(guān)于臨沂市綠化植物滯塵能力的研究結(jié)論一致。陳芳等在調(diào)查武漢鋼鐵公司廠房區(qū)滯塵效應(yīng)時(shí)則得出了不同的結(jié)論，不同類型植物滯塵能力從大到小為落葉闊葉灌木、常綠闊葉灌木、綠籬、常綠落葉喬木、落葉闊葉喬木、針葉喬木、草本。究其原因，除了與供試植物品種、數(shù)量等有關(guān)外，與取樣區(qū)域有著很大關(guān)系，后者研究地在重工業(yè)區(qū)，顆粒物污染大，且顆粒較其他區(qū)域粘黏?？赡苡捎诠嗄?、綠籬葉片較為密集，更易粘黏更多的顆粒物所至。這也正好驗(yàn)證了研究的另一個(gè)結(jié)論，不同區(qū)域不同污染源同種植物的滯塵效應(yīng)不同。李海梅等和王蕾等的研究同樣也得出了以上結(jié)論。綜合分析不同區(qū)域周邊情況，可以推斷綠化植物滯塵量大小隨污染源顆粒物污染程度增大而增加。對(duì)供試樣品的觀察發(fā)現(xiàn)，滯塵量較大植物葉片表面普遍比較粗糙，推斷綠化植物的滯塵量與其葉片的粗糙度相關(guān)，而與葉片是否為革質(zhì)關(guān)系不大。王鳳珍等對(duì)植物葉片表面進(jìn)行顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)粗糙度的不同是葉面結(jié)構(gòu)不同所致，不同葉面結(jié)構(gòu)的綠化植物滯塵方式也有所不同，

本研究結(jié)果表明，總滯塵量隨著時(shí)間的推移而增多，而平均日滯塵量隨著時(shí)間增長而減少。雖然前人在這方面的相關(guān)報(bào)道很少，但從王鳳珍等的研究也得出類似的結(jié)論。本研究在第7至第8天時(shí)為陰雨天氣，雖然雨水未對(duì)樣品本身產(chǎn)生較大影響，但對(duì)污染源影響較大，第9天的總滯塵量上升速率明顯減小。平均日滯塵量隨時(shí)間的增長而逐漸減少正說明了綠化植物飽和滯塵量的存在。

本研究首次對(duì)綠化植物的飽和滯塵量進(jìn)行了估測(cè)，結(jié)果表明。飽和滯塵量與5日滯塵量差異顯著，且二者之間并沒有一定相關(guān)性。對(duì)植物葉片進(jìn)行觀察和觸摸，發(fā)現(xiàn)飽和滯塵量較大的植物其葉片表面一般多葉脈與褶皺，如銀杏葉片表面葉脈密布，白玉蘭葉片背面褶皺且粗糙，因此它們的飽和滯塵量較大。另外還發(fā)現(xiàn)并不是飽和滯塵量越大，其滯塵能力就越強(qiáng)。如前所述，飽和滯塵量在自然環(huán)境下，甚至是人造環(huán)境中都很難達(dá)到，飽和滯塵量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于5日滯塵量的植物其葉背面的滯塵能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于葉正面，然而在自然條件下，葉片背面較難吸附灰塵，因此其實(shí)際滯塵能力不會(huì)太強(qiáng)。如何更大限度地發(fā)揮植物的飽和滯塵量是一個(gè)值得探討的話題。

本研究估算出武漢市主城區(qū)綠化植物日滯塵量為40t，這一數(shù)據(jù)是在所有綠化樹種都能正常發(fā)揮滯塵能力的前提下估算出來的。而綠化植物的滯塵效應(yīng)受季節(jié)的影響較大，前人也對(duì)此做過報(bào)道，且進(jìn)入冬季后，落葉植物會(huì)大量降低或喪失滯塵能力。如前文所述，武漢主城區(qū)日降塵量有200t，假設(shè)其中25%能被城市中的水體滯留，加上綠化植物滯留的40t，武漢市每日依然有110t以上的降塵不能被治理，說明武漢市所面臨的空氣可吸入顆粒物的污染問題較為嚴(yán)重。

隨著武漢市城市建設(shè)及公共交通的快速發(fā)展，以及潔凈能源的不斷開發(fā)和使用，工程施工污染、汽車及工業(yè)污染會(huì)逐步減少。近年來，武漢市綠化事業(yè)蓬勃發(fā)展。且越來越重視垂直綠化的發(fā)展，全市綠化覆蓋面積不斷增加?？梢灶A(yù)見，未來武漢市的降塵量會(huì)逐漸減少，空氣環(huán)境質(zhì)量將會(huì)越來越好。