吉林市6種街道綠化樹種葉片滯塵特性研究

魏進(jìn)華， 張 倩　

(1.東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040；2.北華大學(xué)林學(xué)院，吉林吉林 132013；3.江蘇九迪農(nóng)業(yè)生態(tài)科技有限公司，江蘇銅山 221100)

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吉林市6種街道綠化樹種葉片滯塵特性研究

魏進(jìn)華1，2， 張 倩2，3

(1.東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040；2.北華大學(xué)林學(xué)院，吉林吉林 132013；3.江蘇九迪農(nóng)業(yè)生態(tài)科技有限公司，江蘇銅山 221100)

摘要[目的]研究樹種葉片滯塵特性，為滯塵型綠地樹種的選擇提供參考。[方法]通過水浸法和圖像法，測定吉林市6種常見街道綠化樹種的單位葉面積滯塵量、葉片固著顆粒物粒徑組成，分析微結(jié)構(gòu)與葉片滯塵的關(guān)系。[結(jié)果]①能夠較長時間穩(wěn)定地固著于葉片表面的粉塵以小粒徑顆粒物為主，6種樹木葉片固著PM10的數(shù)量比例均超過97.76%；葉片累計(jì)固著PM2.5的數(shù)量比例均超過65.33%。②在各樹種滯塵量比較中，大粒徑顆粒物發(fā)揮了重要作用。6種樹木葉片固著PM10的體積比例為47.87%～78.22%，體積最大的是金焰繡線菊(Spiraea × bumalda cv. Cold flame)，最小的是杏(Prunus armeniaca L.)；葉片固著PM2.5的體積比例為4.41%～14.66%，比例最大的是紫丁香(Syringa oblata Lindl.)，最小的是杏。③6種街道綠化樹種葉片滯留顆粒物、PM2.5、PM10總量差異顯著，樹種滯塵存在特異性，表現(xiàn)在滯塵量及粒徑組成兩方面。④葉片微結(jié)構(gòu)對較小顆粒物(粒徑<20 μm)滯留具有重要影響。通常，葉片的皺褶、凹凸程度越大，固著顆粒物量越多。[結(jié)論]能夠較長時間穩(wěn)定地固著于樹種葉片表面的粉塵以小顆粒物為主，固著量和粒徑組成與葉片表面微結(jié)構(gòu)有關(guān)。

關(guān)鍵詞園林樹木；滯塵；特異性；粒徑組成

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，自然環(huán)境屢遭破壞，尤其是多地霧霾天氣的出現(xiàn)，引發(fā)了人們對環(huán)境的極大關(guān)注。園林樹木可以通過枝葉截留、吸附、黏附大氣中的粉塵[1-3]凈化空氣。然而，短暫被截留于枝葉的粉塵會因風(fēng)力、人為等因素重新?lián)P散于大氣中，造成二次污染，只有能夠較長時間固著于樹木枝葉表面的顆粒物才對凈化空氣有重要意義。正確反映樹種間滯塵差異及特性，是評價樹木滯塵能力的前提和基礎(chǔ)。筆者選擇吉林市常見的6種園林綠化樹種，通過測定葉片單位面積滯塵量、葉片固著顆粒物粒徑分布及其與葉表面微結(jié)構(gòu)的關(guān)系，研究樹種滯塵特性，為構(gòu)建滯塵型綠地樹種的選擇提供參考。

1材料與方法

1.1研究地概況吉林市位于吉林省中部，地理位置為125°40′～127°56′E、42°31′～44°40′N，總面積27 120 km2，植物屬于長白山植物區(qū)系，典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候。試驗(yàn)樹種均生長于吉林市主干道吉林大街，綠化帶群落類型為喬灌草結(jié)合。

1.2試驗(yàn)樹種及樣品采集試驗(yàn)樹種為杏(PrunusarmeniacaL.)、紫葉李(PrunuscerasiferaEhrh. cv.pissardi.)、紫丁香(SyringaoblataLindl.)、遼東丁香(SyringawolfiiSchneid.)、玫瑰(RosarugosaThunb.)、金焰繡線菊(Spiraea×bumaldacv. Cold flame)6種園林樹木。試驗(yàn)樣品采集于8月份，此時樹木葉片基本達(dá)到最大生長量，根據(jù)當(dāng)?shù)亟涤昵闆r，分別于雨后2、3、5 d 16:00采集樣品，分別從植株的東西南北4個方向各采集30～50片葉片用水浸法測定滯塵量，每個樹種重復(fù)3次。喬木采摘高度為1.8～2.0 m，灌木采摘高度除金焰繡線菊外均為0.8～1.0 m，金焰繡線菊葉片采集高度為0.4 m，采摘時盡量避免灰塵脫落，采摘后立即置于自封袋中，標(biāo)記，帶回實(shí)驗(yàn)室備用。用于圖像法研究的葉片采摘于上述相同植株，采摘后輕輕抖動，放于自封袋中備用。

1.3滯塵量測定方法

1.3.1單位葉面積滯塵量的測定。樹種單位葉面積滯塵量的測定采用水浸法[3]，即將采集的葉片用蒸餾水浸泡2 h，微波洗滌儀清洗10 min，再沖洗2次，夾出葉片，用事先烘干稱重的濾紙過濾水浸液，將濾紙?jiān)?0 ℃下烘干12 h，計(jì)算濾紙過濾前后2次的差值，即為葉片的滯塵量；用打孔稱重法測算葉面積[4]；用總滯塵量和總?cè)~面積計(jì)算單位葉面積滯塵量，3次重復(fù)，計(jì)算平均值。

1.3.2葉片固著顆粒物的測定。在靠近葉脈部分切取0.5 cm×0.5 cm葉片樣本，利用環(huán)境掃描電子顯微鏡(Quanta 200，美國FEI公司)進(jìn)行觀察拍照；利用粒徑分析軟件Nano Measure1.2對放大1 000倍樣品視野內(nèi)顆粒物數(shù)量和粒徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。該試驗(yàn)所測的顆粒物直徑為長軸長度，體積利用球體積公式計(jì)算，每個樹種觀測3個樣本，計(jì)算平均值。

1.4數(shù)據(jù)處理應(yīng)用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算及繪制分析圖，應(yīng)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件SAS 9.1.3對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2結(jié)果與分析

2.1樹種間單位葉面積滯塵量比較由表1可知 ，6種樹木單位葉面積平均滯塵量范圍為2.043 3～12.158 3 g/cm2，各樹種單位葉面積平均滯塵量由大到小順序?yàn)槊倒?、金焰繡線菊、紫葉李、遼東丁香、紫丁香、杏。單因素方差分析表明，玫瑰、金焰繡線菊與其他樹種間單位葉面積滯塵量差異極顯著(P<0.01)。

表1　樹種間單位葉面積滯塵量比較

注：小寫字母不同表示差異極顯著(P<0.01),下同。

Note: Different lowercases indicated extremely significant differences (P< 0.01), the same as follows.

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，并非所有樹種單位葉面積滯塵量均隨滯塵時間的增長而增長，玫瑰、金焰繡線菊單位葉面積滯塵量隨時間增長而增長；紫葉李、遼東丁香雨后第5天的單位面積滯塵量反而小于雨后第3天；杏、紫丁香雨后第3天單位面積滯塵量小于雨后第2天，雨后第5天的單位面積滯塵量大于雨后第2天和第3天。該試驗(yàn)在采樣期間無降雨、風(fēng)速無明顯變化，但是街道小環(huán)境相對較復(fù)雜，不僅受天氣狀況影響，車流量、車速等均會造成小環(huán)境空氣粉塵量的變化[5]，導(dǎo)致樹種葉片自身特性與小環(huán)境的風(fēng)速、粉塵含量綜合作用，影響葉片滯塵量的變化。

2.2樹種間葉片固著顆粒物比較

2.2.1樹種間葉片固著顆粒物數(shù)量粒度分布。通過對樹種葉片樣本掃描電鏡放大1 000倍視野范圍內(nèi)固著顆粒物的測算表明，不同樹種間顆粒物固著數(shù)量存在極顯著差異(P<0.01)。其中金焰繡線菊固著顆粒物數(shù)量最多，是數(shù)量最少的紫丁香的3.10倍。葉片固著顆粒物數(shù)量由大到小的順序依次是金焰繡線菊、玫瑰、杏、紫葉李、遼東丁香、紫丁香(圖1)。同時，結(jié)果顯示各樹種上表皮固著顆粒物數(shù)量均大于下表皮，這主要與降塵方向有關(guān)。

利用圖像法對葉片表面固著顆粒物觀測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該試驗(yàn)經(jīng)過抖動的葉片固著顆粒物的粒徑≤20.0 μm。參照大氣顆粒物粒徑劃分標(biāo)準(zhǔn)，將葉片固著顆粒物粒徑劃分為6個等級，分別為d≤1.0 μm，1.0 μm20.0 μm，對葉片固著顆粒物的組成進(jìn)行比較研究。

由圖2可知，各樹種固著顆粒物粒徑主要分布在1.0～5.0 μm。紫丁香葉片累計(jì)固著PM2.5的數(shù)量比例最高，達(dá)80.49%，金焰繡線菊達(dá)68.47%，玫瑰達(dá)62.21%，紫葉李達(dá)68.23%，遼東丁香達(dá)66.70%，杏達(dá)65.33%；各樹種葉片固著PM10的數(shù)量比例均達(dá)97.76%以上，最高的是金焰繡線菊，達(dá)99.81%?？梢?，能夠較長時間固著在樹木葉片表面的粉塵，以小粒徑顆粒物數(shù)量居多。

圖1　掃描電鏡1 000倍視野范圍內(nèi)樹種間葉片表面固著顆粒物數(shù)量比較Fig. 1　 Comparison of particle number of adsorbed particulates on tree species blade within 1 000 folds scope of scanning electron microscope

2.2.2樹種間葉片固著顆粒物體積粒度分布。通常，樹種間葉片顆粒物固著量以單位面積重量值進(jìn)行比較。假設(shè)所有樹種葉片表面固著顆粒物密度相同，那么體積比例即可反映重量比值。由圖3可知，6個樹種間葉片固著顆粒物體積因種而異，經(jīng)過單因素方差分析，樹種間葉片滯留顆粒物總體積、PM2.5和PM10體積量均存在極顯著差異(P<0.01)。葉片滯留顆粒物總體積從大到小的順序依次為杏、金焰繡線菊、玫瑰、紫葉李、遼東丁香、紫丁香；樹種葉片滯留PM10體積由大到小的順序?yàn)榻鹧胬C線菊、杏、玫瑰、紫葉李、遼東丁香、紫丁香；樹種葉片滯留PM2.5體積由大到小的順序?yàn)榻鹧胬C線菊、杏、玫瑰、紫葉李、遼東丁香、紫丁香。

圖2　樹種葉片固著不同粒徑顆粒物數(shù)量組成Fig. 2　Quantity composition of different particle sizes of adsorbed particulates on tree species blade

注：大寫字母不同表示葉片固著懸浮顆粒物(TSP)總體積差異極顯著(P < 0.01)；小寫字母不同代表葉片固著PM10的體積差異極顯著(P < 0.01)；帶右下角標(biāo)的小寫字母不同代表葉片固著PM2.5的體積差異極顯著 (P < 0.01)。Note: Different capital letters indicated extremely significant differences in TSP (P < 0.01); different lowercases indicated extremely significant differences in PM10 (P < 0.01). Different lowercases at lower right corner indicated extremely significant differences in PM2.5 (P < 0.01).圖3　掃描電鏡1 000倍視野范圍內(nèi)樹種間固著不同粒徑顆粒物體積比較Fig. 3　Comparison of particle volume of adsorbed particulates on tree species blade within 1 000 folds scope of scanning electron microscope

分析各樹種葉片固著顆粒物體積粒度組成發(fā)現(xiàn)，葉片固著PM2.5的體積比例為4.41%～14.66%，體積比例最大的是紫丁香，最小的是杏；葉片固著PM10的體積比例為47.87%～78.22%，體積比例最大的是金焰繡線菊，最小的是杏(圖4)。

圖4　樹種葉片固著不同粒徑顆粒物體積百分比Fig. 4　Percentage of particulates volume in different sizes adsorbed on tree species blade

在樹木體積滯塵量方面，粒徑較大的顆粒物發(fā)揮了較大的作用，如金焰繡線菊和玫瑰固著顆粒物總數(shù)量均大于杏，而總體積均小于杏，是由于杏固著粒徑在10.0～20.0 μm范圍的顆粒物比例明顯大于前兩者；紫葉李固著顆粒物數(shù)量(480粒)明顯小于玫瑰(930粒)，但固著顆粒物體積量差異不顯著，也是由于前者固著粒徑在10～20 μm范圍的顆粒物比例明顯高于后者所致。

同時，各樹種葉片固著總顆粒物、PM2.5、PM10的排序及差異顯著性也存在變化，如杏總顆粒物的固著量大于金焰繡線菊，但固著PM10的量比后者??；玫瑰和紫葉李固著總顆粒物體積差異不顯著，但玫瑰固著PM2.5和PM10的體積量均明顯大于紫葉李，差異顯著。

2.3葉片表面微結(jié)構(gòu)與固著顆粒物的分布 對葉片掃描電鏡圖像分析，發(fā)現(xiàn)樹種間葉片表皮形態(tài)存在顯著差異，主要表現(xiàn)在表皮細(xì)胞的平整度、凹凸形成的波皺、氣孔的數(shù)量和大小、被毛的多少等方面(圖5)。

注：I為葉片上表皮，II為葉片下表皮。Note: Ⅰ was blade epidermis, Ⅱ was blade hypodermis. 圖5　樹種葉片表面微結(jié)構(gòu)Fig. 5　Microstructure of the surface of tree species blade

粉塵顆粒主要滯留于葉片表皮凹陷、溝槽等部位。金焰繡線菊上表皮形成不規(guī)則凹陷，葉脈凹陷處形成較深溝槽；玫瑰上表皮凸起形成眾多溝槽，葉脈凹陷處形成較深溝槽；2個樹種葉脈凹陷形成的溝槽處均滯留了大量的顆粒物。杏上表皮有明顯的棱狀凸起形成較深的近圓形或橢圓形的凹陷，凹陷底部褶皺形成深淺不一的溝槽，聚集較多顆粒物。而紫丁香、遼東丁香、紫葉李葉片上表皮由棱狀凸起形成較淺的凹陷，紫丁香、紫葉李凹陷底部有密集的淺溝槽，分布細(xì)小顆粒物。遼東丁香葉片下表皮疏生細(xì)柔毛，其上密布細(xì)小顆粒物。氣孔保衛(wèi)細(xì)胞形成的皺褶也是細(xì)小顆粒物聚集所在，有些顆粒物被氣孔吞噬，如紫葉李、杏、遼東丁香氣孔內(nèi)均有被吞噬的顆粒物。

葉片的皺褶、凹凸程度越大，固著顆粒物越多，如杏、金焰繡線菊、玫瑰葉片表面或凸、凹顯著，或溝槽較深，固著顆粒物量明顯大于遼東丁香、紫丁香等葉片表面凹凸相對較小或表面較平滑的樹種。說明葉片微結(jié)構(gòu)與微小粒徑顆粒物的固著關(guān)系更密切。

4討論

4.1研究方法對樹種間滯塵量測定結(jié)果的影響比較各地樹木滯塵研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，滯塵量除受環(huán)境和氣候等因素影響外，還受研究方法，包括試驗(yàn)樣品的采集、制備等的影響。趙松婷等[6]通過圖像法對北京丁香等29種樹木葉片滯留顆粒物研究表明，大部分植物葉片滯留PM2.5比例為94%以上；王蕾等[7]對北京市11種園林植物葉片滯留大氣顆粒物粒徑研究發(fā)現(xiàn)樹種葉片滯留顆粒物PM2.5和PM10所占比例分別為66.7%和98.3%，與該研究結(jié)果相似。而俞學(xué)如[8]采用濕浸法利用激光粒度儀對29種植物葉片滯留顆粒物分析，顯示多數(shù)植物葉片顆粒物粒徑分布范圍為1.38～93.55 μm；賈文茹等[9]利用濕浸法對塔克拉瑪干沙漠腹地灰楊等10種植物葉片滯留顆粒物粒徑分析表明，粒徑平均分布范圍為16～61 μm，與該試驗(yàn)結(jié)果不同。

采用濕浸法研究植物葉片滯塵量時，能夠較好地保留葉片表面的全部顆粒物，包括大顆粒物，而在清洗葉片時較小的顆粒物可能不會全部被清洗下來。趙松婷等采用圖像法研究顆粒物分布時樣品制備未見詳細(xì)描述，但葉片在進(jìn)行切割制樣時大粒徑顆粒物多數(shù)散落，保留下來的多為能夠較長期滯留于葉片的小顆粒物[6-7]。該試驗(yàn)在采樣時輕輕抖動葉片，保留下來的是能夠較穩(wěn)定固著于葉片表面的顆粒物。2種研究方法會導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果的明顯差異，濕浸法對研究某一特定環(huán)境葉片滯留(包括截留、吸附、黏附)總顆粒物的粒徑分布有較大意義，而圖像法對于研究能較穩(wěn)定固著于葉片表面的小粒徑顆粒物分布及樹種滯塵特異性更有意義。

4.2葉片結(jié)構(gòu)對滯塵量的影響該研究結(jié)果表明葉片微結(jié)構(gòu)與粒徑≤20 μm的顆粒物固著關(guān)系更密切，如杏、玫瑰等葉片表皮凹凸明顯，固著顆粒物較多，但是水浸法試驗(yàn)中杏的總滯塵量明顯小于其他樹種。比較玫瑰和杏的葉片結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，玫瑰不僅葉片皺褶，且葉柄短、葉傾斜角小，有利于顆粒物截留，而杏葉片傾斜角大、葉柄長、葉片挺實(shí)度差，不利于顆粒物的截留。柴一新等的研究結(jié)果也顯示，葉片滯塵量與葉片著生角度、葉柄和葉片挺實(shí)度、葉片生長密度等有較密切關(guān)系[3，8]。因此，葉片滯塵特性由葉片宏觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)共同決定。

5結(jié)論

(1)能夠較長時間穩(wěn)定地固著于葉片表面的粉塵以小粒徑顆粒物為主。6種樹木葉片固著PM10的數(shù)量比例均超過97.76%，最高的是金焰繡線菊(99.81%)；葉片累計(jì)固著PM2.5的數(shù)量比例均超過65.33%，紫丁香比例最高(80.49%)。

(2)在各樹種滯塵量比較中，大粒徑的顆粒物發(fā)揮了重要作用。6種樹木葉片固著PM10的體積比例為47.87%～78.22%，比例最大的是金焰繡線菊，最小的是杏；葉片固著PM2.5的體積比例為4.41%～14.66%，比例最大的是紫丁香，最小的是杏。

(3)研究方法不同，即用水浸法和圖像法測定樹種的滯塵量，樹種間滯塵量排序與差異顯著性結(jié)果不同。6種街道綠化樹種葉片滯留顆粒物、PM2.5、PM10總量差異顯著，固著不同粒徑總量排序不同，說明樹種滯塵存在特異性，表現(xiàn)在滯塵量及粒徑組成兩方面。

(4)葉片微結(jié)構(gòu)對小顆粒物(粒徑<20 μm)滯留具有重要影響。通常，粉塵顆粒主要滯留于葉片表皮凹陷、溝槽等部位，葉片的皺褶、凹凸程度越大，固著顆粒物量越多。

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作者簡介魏進(jìn)華(1969- )，女，山東高密人，副教授，在讀博士，研究方向：園林植物應(yīng)用及生態(tài)評價。

收稿日期2016-04-11

中圖分類號S 731.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)14-202-04

Blade Detaining Dust Feature of Six Kinds of Street Greening Tree Species in Jilin City

WEI Jin-hua1,2, ZHANG Qian2,3

(1. College of Landscape, Northeast Forestry University, Harbin, Heilongjiang 150040; 2. College of Forestry, Beihua University, Jilin, Jilin 132013; 3. Jiangsu Jiudi Agricultural Ecological Technology Co., Ltd., Tongshan, Jiangsu 221100)

Abstract[Objective] To research the blade detaining dust feature, and to provide references for the selection of detaining dust green tree species. [Method] water immersion method and image method were used to detect the dust detention quantity in unit leaf area, and leaf adsorbed particle size composition of six kinds of common street greening tree species in Jilin City. The relationship between microstructure and leaf dust were analyzed. [Result] ① Small diameter particles could stably fix dusts on blade surface for a long time; the percentages of six kinds of tree leaves adsorbed PM10ratio all reached more than 97.76%; blade fixation of PM2.5cumulative quantity proportion reached 65.33% and above. ② When comparing the dust detention quantity of each species, big diameter particles played a major role. The volume ratios of six kinds of tree leaves adsorbed PM10were between 47.87% and 78.22% , among which the biggest was Spiraea × bumalda cv. Cold flame and the smallest was Prunus armeniaca L. Volume ratios of some leaves adsorbed PM2.5were between 4.41% and 14.66%, among which the largest proportion was the Syringa oblata Lindl, and the smallest was the Prunus armeniaca L. ③ There were significant differences in leaf retention particles, PM2.5and PM10in six kinds of street greening tree species. Specificity existed in the detaining dust of tree species, which was shown in two aspects of dust amount and particle size composition. ④Blade microstructure had great influence on the retention of smaller particles (particle diameter < 20 microns). Usually, greater blade folds and concave and convex content led to larger amount of particulates. [Conclusion] Small diameter particles can stably fix dusts on blade surface for a long time. Fixed amount and particle size composition are related to the surface micro-structure of leaves.

Key wordsGarden trees; Detaining dust; Specificity; Particle size composition