重慶市主城區(qū)常見喬木樹種葉片滯納空氣顆粒物功能研究

鄭銘浩，方 文，馬立輝,安姝虹,王海洋，邢佑浩

(1.西南大學 園藝園林學院，重慶 400715；2.重慶市林業(yè)科學研究院，重慶 400036)

重慶市主城區(qū)常見喬木樹種葉片滯納空氣顆粒物功能研究

鄭銘浩1，方 文2，馬立輝2,安姝虹1,王海洋1，邢佑浩1

(1.西南大學 園藝園林學院，重慶 400715；2.重慶市林業(yè)科學研究院，重慶 400036)

為了探求重慶市常見喬木樹種滯納空氣顆粒物功能，利用空氣氣溶膠再發(fā)生器測定了11種喬木樹種單位面積葉片對TSP、PM10和PM2.5的滯納量。結果表明:11種喬木樹種葉片滯納TSP和PM10的能力都存在顯著差異，二球懸鈴木、紅葉李對TSP和PM10的滯納能力排在一二名，11種喬木對PM2.5滯納水平較低，滯納能力大小不明顯；同一樹種滯納TSP量和PM10量在不同地區(qū)的大小排序都與環(huán)境空氣質量呈正相關關系，而PM2.5無此規(guī)律；葉片細顆粒物附著量占比很低。

喬木樹種;單位面積葉片;滯納量;空氣顆粒物;TSP；PM10;PM2.5；重慶市

重慶市作為長江上游最大的經濟中心、西南地區(qū)綜合交通樞紐，近年來其經濟得到長足的發(fā)展，導致大氣污染嚴重，尤其是大氣顆粒物PM2.5(可入肺顆粒物)的污染給居民工作和日常生活帶來不可忽視的影響，最直觀的表現(xiàn)就是大氣能見度降低、灰霾天數(shù)增多。同時，PM2.5粒徑小、比表面積大、吸附能力強，易成為空氣中各種有毒污染物的載體，進而隨呼吸進入人體，沉積于肺部，對人體造成直接危害。城市綠地系統(tǒng)通過植物對大氣的過濾作用，能有效地提高城市空氣質量，保護人體健康。喬木樹種作為城市綠地系統(tǒng)的重要組成部分，生態(tài)效益十分突出，可以通過調節(jié)大氣中的碳氧平衡和減少空氣中的粉塵，從而維持城市的碳氧平衡，減輕或消除溫室效應以及凈化空氣，進而提高人們的生活質量。因此，深入了解城市中各種喬木樹種對PM2.5等空氣顆粒物的吸附滯納作用是很有必要的。

據(jù)研究，植物葉面飽和滯塵量在不同城市有所差異。孫曉丹[1]等研究青島不同植物滯塵規(guī)律，發(fā)現(xiàn)一些灌木達到單位葉面積內最大滯塵量的時間在21～27 d不等，而Qiu Y[2]等在惠州的研究表明，植物葉面滯塵能力約在24 d以上達到飽和(即最大滯塵量)。由于重慶市春夏多雨、連續(xù)晴天的天數(shù)較少，因此春夏季葉片較難達到飽和滯納量。本研究以雨后連續(xù)晴天條件下11種喬木樹種為研究對象，定量確定其葉片吸附滯納空氣顆粒物的能力，包括:①不同樹種葉片單位面積附著不同粒級顆粒物量(PM2.5(粒徑≤2.5 μm的空氣顆粒物),PM10(粒徑≤10 μm的空氣顆粒物)，TSP(空氣總懸浮顆粒物)的對比;②相同樹種對不同粒級顆粒物附著能力隨環(huán)境的變化；③樹種滯納吸附各粒級顆粒物的比例。以期為重慶空氣污染的生態(tài)治理提供數(shù)據(jù)支撐，從而確定以生態(tài)治理為目標時城市喬木綠化樹種的選擇。

1 材料與方法

1.1 研究地點與材料

本次研究于春季4—5月份進行，供試樹種皆來自重慶市主城區(qū)，包括縉云山森林公園(簡稱縉云山)、沙坪公園、北碚公園、照母山森林公園、歌樂山森林公園、新南路、小龍坎正街、大坪正街。選定不同環(huán)境條件的區(qū)域，可防止研究環(huán)境單一造成研究結果的片面性。此外，可通過不同地區(qū)的研究對比分析，說明在不同環(huán)境下相同樹種對不同粒級顆粒物附著能力的變化。研究地點與采樣情況如表1所示。

表1 研究地點與材料

1.2 供試樹種選擇

由于重慶市春夏季多雨，連續(xù)晴天的天數(shù)不多，為保證葉片滯納吸附量可供實驗測定，本研究在4—5月雨后3—4 d相同氣象條件下，選定晴朗無風的天氣，選擇常見且林齡相近的喬木樹種進行葉片采集，共采集11種喬木樹種，包括銀杏(GinkgobilobaL.)、復羽葉欒樹(KoelreuteriabipinnataFranch.)、紅葉李(PrunuscerasiferaEhrharf.atropurpurea(Jacq.) Rehd.)、楓香樹(LiquidambarformosanaHance.)、樸樹(CeltissinensisPers.)、二球懸鈴木(PlatanusacerifoliaWilld.)6種落葉闊葉喬木，香樟(Cinnanomumcamphora(L.) Presl)、天竺桂(Cinnanomumjaponicum(Diels.) Sieb.)、桂花(OsmanthusfragransLour.)、小葉榕(FicusmicrocarpaL.f.)4種常綠闊葉喬木以及黃葛樹(FicusvirensAit.var.sublanceolata(Miq.) Corner)(半常綠或落葉闊葉喬木)。

1.3 葉片采集方法

每種植物選取3株生長狀況良好，林齡相近的個體植株。在喬木生長高度2～4 m處，樹冠外圍各個方向，根據(jù)葉片大小，在每株樹上采集不等葉片。采摘的葉片要求成熟、完整、無病蟲害和斷殘，且皆為當年生葉片。把采摘下來的葉片立即封存于自封袋中，及時帶到重慶市林業(yè)科學研究院的實驗室進行測量。

1.4 試驗方法

本研究采用與DUSTMATE(手持式環(huán)境粉塵檢測儀)連接的空氣氣溶膠再發(fā)生器(QRJZFSQ-I)測定不同樹種葉片滯納TSP、PM10和PM2.5的數(shù)量。空氣氣溶膠再發(fā)生器(QRJZFSQ-I)的工作原理為:將待測樹種葉片放入氣溶膠再發(fā)生器的料盒，通過風蝕原理，將葉片上吸滯的不同粒徑的顆粒物重新釋放出來，再次形成穩(wěn)定、密度均勻的氣溶膠。其中，為了防止顆粒物在料盒內壁的吸附，在料盒的內壁進行了防靜電處理[3]。然后利用連接在氣溶膠再發(fā)生器上的DUSTMATE手持式環(huán)境粉塵檢測儀測定氣溶膠中TSP、PM10和PM2.5的濃度，并根據(jù)監(jiān)測的大氣顆粒物濃度和氣溶膠再發(fā)生器的空箱顆粒物濃度，最終結合料盒的內部容積換算得到供試葉片的顆粒物滯納量(Mmn，m為不同樹種;n為顆粒物種類，單位μg)。之后，將測定的葉片從氣溶膠再發(fā)生器中取出，置于標有刻度(計算葉片面積時作為換算比例)的白紙上依次放好，用玻璃板蓋好壓平整，拍下照片后利用Adobe Photoshop圖像處理軟件，結合Adobe Illustrator軟件提取線條，最后用CAD制圖軟件計算所測葉片的葉面積(Am，單位cm2) 。 Mmn/Am即為不同樹種單位面積葉片對TSP、PM10和PM2.5的滯納量( Dmn，單位μg/cm2)。

2 結果與分析

2.1 不同樹種葉片滯納顆粒物量分析

表2為對所采樣樹木分析、測定所得的各樹種單位葉面積對3種顆粒物的滯納附著量。研究發(fā)現(xiàn)，相似環(huán)境地區(qū)的樹種對空氣顆粒物的滯納量相差較小，故將相似環(huán)境地區(qū)歸類，相似環(huán)境下不考慮地區(qū)與樹種之間的交互作用。其中沙坪公園、北碚公園、鵝嶺公園歸為城市公園，照母山森林公園、縉云山森林公園、歌樂山森林公園歸類為森林公園，大坪正街、小龍坎正街以及新南路歸類為道路綠地。

圖1、圖2、圖3為城市公園、森林公園中各樹種單位葉面積滯納3種顆粒物量的柱形圖，用以反映在4、5月份雨后3～4 d重慶主城區(qū)2種類型綠地環(huán)境條件下，不同喬木樹種單位葉面積滯納3種顆粒物能力的差異。

注：豎線表示標準誤差，N=3，方差分析表明不同樹種之間存在顯著差異(p<0.05)，不同的地點也存在顯著差異(p<0.05)

圖1 不同樹種單位葉面積滯納TSP量
Fig.1 TSP retaining volume of unit leaf area in different tree species

從圖1可知，喬木樹種間單位葉面積滯納TSP的能力存在顯著差異，其中二球懸鈴木的TSP滯納量明顯高于其他樹種葉片，為紅葉李滯納量5倍以上。為了清楚展示其它樹種的滯納量變化情況，故未在圖中表示其滯納TSP的量。結合圖1可以得出各樹種的滯納能力排序為：二球懸鈴木>紅葉李>復羽葉欒樹>桂花>楓香>樸樹>銀杏>香樟>小葉榕>天竺桂、黃葛樹。其中二球懸鈴木單位葉面積滯納TSP的能力最強，明顯高出其他10種喬木樹種，紅葉李次之，復羽葉欒樹單位面積滯納TSP的能力排第三。天竺桂、黃葛樹單位面積滯納TSP的能力最低。

“隨你怎么說。你有筆嗎？沒有？看來你是真沒想到我們會當真，好在我是有備而來的?！毙焖囌f著從旅行包里掏出兩張紙，還有筆，遞給左達，“呶，借條、拍賣推薦函，我都替你準備好了，這是筆，簽字畫押吧。”

表2 4—5月份不同綠地類型樹種葉片附著不同粒級顆粒物量

注：豎線表示標準誤差，N=3，方差分析表明不同樹種之間存在顯著差異(p<0.05)，不同的地點也存在顯著差異(p<0.05)

圖2 不同樹種單位葉面積滯納PM10量
Fig.2 PM10 retaining volume of unit leaf area in different tree species

圖2顯示了不同樹種單位葉面積滯納PM10的變化，從中可知，2種類型綠地環(huán)境下，10種喬木樹種單位葉面積滯納PM10都具有顯著差異，其中二球懸鈴木的PM10滯納量明顯高于其他樹種葉片，與TSP類似,是滯納量相對較高的紅葉李的4倍以上，故未在圖中表示。

結合圖2可知，不同喬木樹種單位葉面積滯納PM10的能力差異與它們滯納TSP的能力差異基本吻合。二球懸鈴木、紅葉李、復羽葉欒樹單位葉面積滯納PM10的能力處于前三的位置，其余樹種單位面積滯納PM10能力的高低關系與滯納TSP相比，總體相差不大。

由圖3可知，在森林公園中，11種喬木樹種單位葉面積對PM2.5的滯納量存在一定差異。而在城市公園中，11種喬木樹種單位葉面積滯納量波動較大，說明樹種單位葉面積滯納PM2.5量受各城市公園地區(qū)環(huán)境影響大，不宜歸為一類比較。從圖中可以看出，在2種綠地類型下，樹種對PM2.5滯納能力差異受地區(qū)影響大，總體滯納水平較低，且都低于0.01 μg/cm2。森林公園各樹種滯納量變化波動較小，且滯納量更低，初步分析其主要原因在于所測地點空氣中較低的PM2.5濃度。

注:豎線表示標準誤差,N=3,方差分析表明在森林公園中不同樹種存在顯著差異(p<0.05)圖3 不同樹種單位葉面積滯納PM2.5量Fig.3 PM2.5retainingvolumeofunitleafareaindifferenttreespeciesvolume

2.2 同一樹種不同地區(qū)葉片滯納顆粒物量分析

由圖1和圖2可以看出，城市公園樹木單位葉面積滯納TSP量和PM10量明顯高于森林公園內相同樹種葉片滯納量。綜合11種樹種在2種不同綠地類型下單位葉面積滯納TSP和PM10的情況，可以得出樹種滯納TSP量和PM10量受地區(qū)環(huán)境影響較大，這與王兵等[4]的研究結果一致。初步分析預測樹種對TSP和PM10的滯納量與環(huán)境空氣質量呈正相關關系。為探究樹種對空氣顆粒物的滯納量是否真的與環(huán)境空氣質量呈正相關關系，圖4,圖5,圖6結合道路綠地、城市公園及森林公園這樣不同環(huán)境空氣質量的區(qū)域，選定本研究中11種喬木樹種中的6種樹種(3種綠地類型都涵蓋的樹種)進行進一步分析。

圖5顯示了樹種單位葉面積對PM10滯納能力的地區(qū)差異對比。結果表明，樹種單位葉面積滯納PM10量的大小地區(qū)排序情況與滯納TSP量的地區(qū)排序一致，說明樹種滯納PM10量與環(huán)境空氣污染程度也大體呈正相關關系。

圖4 不同地區(qū)樹種單位葉面積滯納TSP量的變化Fig.4 TSP retaining volume change of unit leaf area of tree species in different regions

圖5 不同地區(qū)樹種單位葉面積滯納PM10量的變化Fig.5 PM10 retaining volume change of unit leaf area of tree species in different regions

圖6 不同地區(qū)樹種單位葉面積滯納PM2.5量的變化Fig.6 PM2.5 retaining volume change of unit leaf area of tree species in different regions

圖6顯示了樹種單位葉面積對PM2.5滯納能力的地區(qū)差異對比。結果表明，樹種單位葉面積滯納PM2.5量的地區(qū)差異情況與滯納TSP和PM10的地區(qū)差異情況不一致。樹種單位葉面積對PM2.5滯納量的地區(qū)差異不顯著，同一類型綠地中樹種對PM2.5的滯納量標準誤差較大，說明樹種滯納PM2.5量與環(huán)境空氣污染程度無明顯關系。且同地區(qū)各樹種間單位葉面積滯納PM2.5能力大小規(guī)律也不明顯?？赡苡捎赑M2.5粒徑較小，重量比較輕，比起PM10可以在空氣中停留更長時間，能隨風漂浮距離較遠[8]，因此，在不同地點相同樹種之間滯納PM2.5量沒有顯著規(guī)律。而由于研究地點PM2.5濃度較低的情況，可能導致同一地點不同樹種間的差異不明顯。

2.3 葉片附著不同粒級顆粒物量分析

葉片上附著不同粒級顆粒物所占總顆粒物的比例在不同樹種間和不同綠地環(huán)境下都存在一定的差異性，不同綠地環(huán)境下樹種附著顆粒物的比例相差較大I(表3)。各類型綠地環(huán)境下樹種對粒徑大于10μm的顆粒物的附著比例都明顯高于PM10(粒徑≤10μm的顆粒物，包含PM2.5)，且植物葉片附著的空氣顆粒物中粒徑≤10μm的顆粒物占比不到50%,粒徑小于等于2.5μm的顆粒物占比不足20%(且大多在10%以內)，說明在4月和5月份的重慶主城區(qū)，葉片附著粗顆粒物的比重較高，且大于10μm的顆粒物占比高達50%以上，而對細顆粒物的附著比例相對較低。

表3 4月和5月份葉片附著不同粒級顆粒物占總顆粒物(TSP)的比例/%

3 結論

1)在重慶主城區(qū)，相同環(huán)境條件下，11種喬木樹種單位葉面積滯納TSP的能力和滯納PM10的能力都存在顯著差異，葉片滯納TSP和PM10的能力排序均為：二球懸鈴木>紅葉李>復羽葉欒樹>桂花>楓香>樸樹>銀杏>香樟>小葉榕>天竺桂、黃葛樹。11種喬木樹種單位葉面積對PM2.5的滯納量存在一定差異，但各樹種滯納能力大小差異不明顯，各地區(qū)不一致，且總體滯納水平較低，都低于0.01μg/cm2。

2)同一樹種滯納TSP量和PM10量受地區(qū)環(huán)境影響較大，各樹種滯納TSP量和PM10量均與環(huán)境空氣污染程度大體呈正相關關系。而各樹種單位葉面積滯納 PM2.5量的地區(qū)差異情況與滯納TSP量以及PM10量的地區(qū)差異情況不一致，各樹種單位葉面積對PM2.5的滯納能力在地區(qū)間的差異沒有顯著規(guī)律。

3)各樹種葉片附著顆粒物量以粒徑相對較大的顆粒物為主，其中粒徑大于10μm的顆粒物占比高達50%以上，而葉片對細顆粒物的附著比例很低，都在20%以內。

4 討論

4.1 不同樹種滯納顆粒物差異的原因分析

通過在同一綠地類型下，不同樹種單位面積葉片對TSP、PM10、PM2.5的滯納量分析可知，不同樹種單位面積葉片對顆粒物的滯納量存在較大差異。根據(jù)前人分析可知，不同樹種滯納顆粒物差異的主要原因在于葉片表面形態(tài)的差異。根據(jù)劉璐、管東生[5]對葉片表面微形態(tài)結構特征的研究，可知植物葉表面蠟質含量、氣孔密度及其葉片接觸角的大小(與葉片紋理、粗糙度等表面結構有關)是影響植物葉片滯塵能力的主要因素。王蕾等[6]和趙松婷等[7]的研究表明，具有溝槽、小室、突起等微形態(tài)結構的葉片對顆粒物附著有利，并且這些微形態(tài)結構越密集、深淺差別越大,越有利于滯留大氣顆粒物的滯留，且葉表面有蠟質、腺毛等結構及葉片能分泌黏性的油脂和汁液也有利于大氣顆粒物的滯留。結合本研究，11種喬木樹種主要因葉片形態(tài)差異導致了其顆粒物滯納量的差異。因此今后在以生態(tài)治理為主要目標進行城市綠化樹種的選擇時，應適當考慮選擇葉表面形態(tài)有利于滯塵的樹種來提高城市綠化效益。

4.2 不同顆粒物類型對樹種滯納規(guī)律的影響分析

本研究得出3種綠地類型下，樹種葉片對粒徑較大的顆粒物的附著比例明顯高于粒徑較小的顆粒物，且11種不同喬木樹種單位面積葉片對TSP和PM10的滯納能力排序幾乎一致，而各樹種對PM2.5的滯納能力排序卻隨地區(qū)的變化而產生無規(guī)律的變化。初步分析是由于TSP和PM10中含有較多粒徑較大的顆粒，這些顆粒更容易附著在植物葉片上，更易受植物葉片形態(tài)的影響，故呈現(xiàn)明顯且有規(guī)律的差異。而PM2.5粒徑較小，重量比較輕，相較于大顆粒物可以在空氣中停留更長時間，隨風漂浮距離較遠[8]。因此在不同地點上，相同樹種滯納PM2.5可能受氣象因素影響較大，在各地區(qū)間滯納量的大小沒有顯著規(guī)律。此外，本研究樹種葉片皆為雨后3～4 d，所采11種樹種對PM2.5的單位葉面積滯納量整體水平較低，原因除了所測地點空氣中較低的PM2.5濃度外，也受葉片采樣時間的影響。

4.3 樹種葉片對顆粒物滯納量大小的研究差異分析

本研究得出的樹種葉片對TSP，PM10,PM2.5附著量大小與張靈異[9]、王兵、牛香[3，4，8]等的研究結果相比差異較大，原因可能與研究方法和研究區(qū)域的差異有關。張靈異[9]通過將采集的葉片浸泡在水中，使葉片上大部分的粉塵脫落，用軟毛刷刷葉片表面的殘余粉塵并沖洗，用濾紙抽濾稱重的方法進而計算葉片單位葉面積滯塵量，與本研究通過空氣氣溶膠再發(fā)生器(QRJZFSQ-I)測算的方法不一致，故測算結果存在一定差異。而王兵[3]在北京植物園的研究與本研究測算儀器方法一致，但葉片滯納量差異也較明顯。以欒樹為例，其研究表明在雨后5 d欒樹對TSP的滯納量為0.972μg/cm2，約為本研究城市公園中欒樹TSP滯納量的10倍以上，其他樹種差異也較大。分析原因，可能受區(qū)域環(huán)境的影響較大：北京環(huán)境質量與重慶環(huán)境質量存在明顯差異，故植物葉片對顆粒物滯納量也有較大差異。此外，葉片采樣的部位，采樣季節(jié)及氣象條件的不一致對葉片滯納量也有較大影響。

[1] 孫曉丹，李海梅，孫麗，等.8種灌木滯塵能力及葉表面結構研究[J]．環(huán)境化學，2016，35(9):1815-1822

[2] QIU Y，GUAN D S，SONG W W .Capture of heavy metals and sulfur by foliar dust in urban Huizhou，Guangdong Province，China[J]．Chemosphere，2009，75(4):447-452．

[3] 王兵，王曉燕，牛香等.北京市常見落葉樹種葉片滯納空氣顆粒物功能[J].環(huán)境科學，2015，36(6):2005-2009.

[4] 王兵，張維康,牛香，等.北京10個常綠樹種顆粒物吸附能力研究[J].環(huán)境科學,2015,36(2): 408-414.

[5] 劉璐，管東生，陳永勤.廣州市常見行道樹種葉片表面形態(tài)與滯塵能力[J].生態(tài)學報，2013， 33(8):2604-2614．

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[7] 趙松婷，李新宇，李延明.北京市29種園林植物滯留細顆粒物能力研究[J].生態(tài)環(huán)境學報,2015,24(6): 1004-1012.

[8] 張維康,王兵，牛香.北京不同污染地區(qū)園林植物對空氣顆粒物的滯納能力[J].環(huán)境科學,2015,36(7): 2381-2388.

[9] 張靈異.城市主干道路綠帶滯塵效應研究[D].重慶：西南大學，2015.

Atmospheric Particle Retaining Function of Common Tree Species Leaves
in Urban Areas of Chongqing

ZHENG Minghao1, FANG Wen2, MA Lihui2, AN Shuhong1, WANG Haiyang1，XING Youhao

(1 .Collage of Horticulture and Landscape, Southwest University, Chongqing 400715, China; 2.Chongqing Academy of Forestry, Chongqing 400036, China)

In order to explore the atmospheric particle-retaining function of common trees species in Chongqing, the aerosol generator (QRJZFSQ-I) was used to measure retaining amount of unit leaf area of TSP PM10 and PM2.5 in eleven kinds of tree species. The results showed that: There were significant differences in the TSP-retaining ability and PM10-retaining ability in the leaves of eleven kinds of trees. For TSP and PM10, retaining ability of trees leaf were higher inPlatanusacerifoliaandPrunuscerasiferathan those of other nine species; Eleven kinds of trees had a low level of retaining amount to PM2.5, and PM2.5-retaining ability was not significant among all tree species; The retaining amounts of TSP and PM10 of the same trees in different areas had a positive correlation with environmental air quality, while the retaining amounts of PM2.5 was not followed law. The proportion of fine particles attached to the leaves was very low.

tree species; unit area of leaf; retaining amount; atmospheric particle; TSP; PM10; PM2.5; Chongqing

10.3969/j.issn.1671-3168.2017.01.006

2016-12-19.

重慶市林業(yè)重點科技攻關項目(2015LAL1502)；應用開發(fā)計劃項目(cstc2014yykfA9001).

鄭銘浩( 1991-)，男，福建漳州人，碩士研究生.研究方向為風景園林生態(tài).Email:348130699@qq.com 通信作者:王海洋，教授.Email: whyswau@126.com

S718.519；S79；S792

A

1671-3168(2017)01-0025-07