哈爾濱市12種常見樹木的滯塵能力比較

黃靖懿++黃澤++劉慧婧++車代弟

摘要：選取糖槭、色木槭等12種哈爾濱市常見樹木，對其單位面積滯塵量、單葉滯塵量和葉片質(zhì)膜透性、可溶性糖含量、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸（Pro）含量進行測定。結(jié)果表明，不同樹木間的滯塵量存在較大差異，選擇不同滯塵量計量單位，樹木滯塵量排序會相應(yīng)發(fā)生變化；不同樹木在自然界中蒙塵后，葉片質(zhì)膜透性、可溶性糖含量、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸（Pro）含量均出現(xiàn)不同程度的上升，上升幅度因樹木種類不同而存在較大差異，其中葉片質(zhì)膜透性增長率與丙二醛（MDA）含量增長率之間存在顯著的線性相關(guān)關(guān)系，通過隸屬函數(shù)法綜合4個生理指標(biāo)，得到抗性排序為毛櫻桃>榆葉梅>水曲柳>色木槭>暴馬丁香>花楸>丁香>山荊子>糖槭>水蠟>榆樹>核桃楸；毛櫻桃、花楸、丁香單位葉面積滯塵量、單葉滯塵量相對較大，抗性較強，可作為哈爾濱市抗塵的優(yōu)良樹木。

關(guān)鍵詞：樹木；滯塵量；生理指標(biāo)；滯塵能力；哈爾濱；毛櫻桃；質(zhì)膜透性

中圖分類號： X173文獻標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2017）08-0117-04

近年來，隨著我國城市交通和城市化建設(shè)的高速發(fā)展，揚塵、土壤塵、機動車尾氣等儼然成為21世紀(jì)城市的主要污染來源，產(chǎn)生一系列大氣污染問題。顆粒物是當(dāng)今城市大氣污染的主要污染物[1]，由于影響大氣能見度、產(chǎn)生光化學(xué)煙霧、加劇溫室效應(yīng)，且含有重金屬、細菌、病毒、PAHs等致癌物質(zhì)，已引起政府、公眾、學(xué)者前所未有的關(guān)注。

園林樹木作為城市綠地的主體，對一定范圍內(nèi)的粉塵有明顯過濾、吸附作用[2]，而園林樹木葉片滯留大氣顆粒物的能力成為城市綠化樹種選擇的一個重要指標(biāo)。近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者開展了關(guān)于城市樹木滯塵能力的研究[3-7]，但大部分研究僅從滯塵量大小來單一評價樹木的滯塵能力，認(rèn)為滯塵能力與滯塵量相關(guān)。也有很多學(xué)者建議，在研究樹木滯塵量的同時，應(yīng)關(guān)注樹木本身的抗逆性，只有樹木本身滯塵量大且受塵污染影響小，才是真正滯塵能力強的樹木，才適合作為城市滯塵的樹木[8-9]，而目前蒙塵對樹木抗性影響的研究鮮見報道。本試驗選取黑龍江省哈爾濱市糖槭、色木槭等12種常用樹木為研究對象，對其滯塵量和抗性進行分析，為哈爾濱市滯塵樹木的選擇提供參考。

1材料與方法

1.1試驗樹木的選擇

哈爾濱市自然植被屬溫帶針闊混交林，依據(jù)城區(qū)常用樹木的資料統(tǒng)計[10]，本試驗選取哈爾濱市12種常用樹木進行滯塵能力和抗性指標(biāo)測定，其中落葉闊葉喬木8種、落葉闊葉灌木4種（表1）。

1.2樣品采集及處理

樣品采集地點設(shè)在樹木種類豐富、交通相對繁忙的哈爾濱市珠江路，分別于雨后若干天進行采樣，具體采集日期為2016年6月11日（塵積累7 d）、6月23日（塵積累9 d）、7月9日（塵累計9 d）、7月22日（塵累計11 d）。選擇樹齡及生長狀況基本相同的12種樹木，定株、定時（09：00）采集樹冠中下部向陽面光照強度一致的同齡葉片，將采集好的20～40張葉片裝入已編好號碼的密封袋中，置于4 ℃冰箱中帶回實驗室，運輸途中應(yīng)盡量避免振蕩。為減少試驗誤差，對照組和試驗組樣品的采集應(yīng)遵循同株、同向原則，試驗期間每天對對照組樣品進行沖洗，并掛牌標(biāo)記。測量時，假設(shè)試驗組初始葉片滯塵量為0。

1.3測定內(nèi)容和方法

1.3.1滯塵量葉片的滯塵量采用質(zhì)量差法進行測定[11]。將采集的葉片置于盛有去離子水的燒杯中浸泡2 h；用毛刷刷下葉片表面的顆粒物，并用小毛刷輕輕刷洗裝葉片的保鮮袋；將葉片取出，清洗液用烘干已稱質(zhì)量（m1）的濾紙過濾；將濾紙放入烘干箱內(nèi)80 ℃烘干24 h，用萬分之一天平稱質(zhì)量（m2），m1與m2的差值即為采集葉片所附著的降塵顆粒物質(zhì)量。清洗過的葉片用濾紙吸干，用LAI-2000葉面積儀測量面積S[12]，計算闊葉樹木單位葉面積滯塵量、單葉滯塵量，公式為：

單位葉面積滯塵量（g/m2）=（m2-m1）/N0S；單葉滯塵量（g/葉）=（m2-m1）S0/N0S。

式中：S為供試葉樣的平均葉面積；S0為供試樹木平均葉面積；N0為供試葉樣數(shù)。

1.3.2生理指標(biāo)將7月9日、7月22日采集的葉樣用去離子水清洗干凈，分別采用電導(dǎo)儀法、蒽酮比色法、茚三酮比色法、硫代巴比妥酸法測定葉片質(zhì)膜透性、可溶性糖（SS）含量、游離脯氨酸（Pro）含量、丙二醛（MDA）含量這4個生理指標(biāo)。由于2次采集的葉片塵累計時間相差較小，所以4個生理指標(biāo)的數(shù)值為2次測得數(shù)據(jù)的平均值。每個供試葉片測定重復(fù)3次。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用隸屬函數(shù)法對樹木在自然界蒙塵后塵抗性數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計[13]。如果某一生理指標(biāo)與塵抗性呈正相關(guān)關(guān)系，計算公式為：Xμ=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）；如果某一指標(biāo)與塵抗性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，則計算公式為：Xμ=1-（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）。式中，X表示某一指標(biāo)的測定值；Xmax表示某一指標(biāo)測定值中的最大值；Xmin表示某一指標(biāo)測定值中的最小值。本試驗中質(zhì)膜透性、MDA含量采用負(fù)相關(guān)計算公式，其他指標(biāo)均采用正相關(guān)計算公式。試驗數(shù)據(jù)采用Excel、SPSS19.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2結(jié)果與分析

2.1單位葉面積滯塵量

樹木單位葉面積滯塵量是指在一定時間段里葉片單位面積粉塵的滯留量，其大小一定程度上反映樹木的滯塵能力[14]。由表2可見，哈爾濱市12種樹木的平均單位葉面積滯塵量為1.36～2.96 g/m2，經(jīng)方差分析，不同樹木間單位葉面積滯塵量存在差異；花楸單位葉面積滯塵量相對最大，為2.96 g/m2，毛櫻桃次之，為2.89 g/m2，丁香第三，為 2.54 g/m2，糖槭單位葉面積滯塵量相對最小，僅為 1.36 g/m2，與最大的花楸相差約2倍，這與柴一新等研究結(jié)論[15]類似；落葉闊葉喬木與灌木的單位葉面積滯塵量整體排序分布較為均勻，并未因樹木類型不同出現(xiàn)明顯的排序分化現(xiàn)象，這與范舒欣等研究結(jié)論[16]類似。

2.2單葉滯塵量

單葉滯塵量為一個獨立葉片在一定時間內(nèi)滯留的粉塵量[17]。由表3可見，哈爾濱市12種樹木的單葉滯塵量為 0.002 0～0.015 9 g/張，不同樹木間單葉滯塵量差異較大，其中核桃楸單葉滯塵量相對最大，為0.015 9 g/張，花楸次之，為0.013 7 g/張，丁香第三，為0.012 4 g/張，水曲柳的單葉滯塵量相對最小，僅為0.002 0 g/張，與核桃楸相差約7倍；落葉闊葉喬木與灌木的單葉滯塵量排序分布仍較為均勻，因植物類型不同可能帶來的排序分化現(xiàn)象不明顯。

2.3蒙塵對樹木生理指標(biāo)的影響

2.3.1蒙塵對葉片質(zhì)膜透性的影響質(zhì)膜是選擇透過性膜，能調(diào)節(jié)和控制細胞內(nèi)外物質(zhì)的運輸和交換，在逆境生理學(xué)中，細胞質(zhì)膜透性是反映植物抗逆性程度的良好指標(biāo)[18]。由圖1可見，12種樹木在自然界中蒙塵后，質(zhì)膜透性均呈一定的增強趨勢，不同樹木的增長率有所差異，其增長率范圍在 23%～108%之間；榆樹的增長率相對最大，為108%，核桃楸次之，為87%，糖槭的增長率相對最小，為23%，方差分析（表4）顯示，試驗組與對照組差異極顯著（P<0.01）。樹木葉片蒙塵之后電導(dǎo)率增大，表明塵對葉片的細胞質(zhì)膜通透性產(chǎn)生影響。

2.3.2蒙塵對葉片可溶性糖含量的影響可溶性糖含量在植物體內(nèi)對環(huán)境脅迫的變化非常敏感，既是指示植物遭受環(huán)

境脅迫程度的重要指標(biāo)，又是植物細胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)與適應(yīng)環(huán)境的信號物質(zhì)。由圖2可知，樹木蒙塵可使12種樹木葉片的可溶性糖適量積累，與對照組相比，可溶性糖含量有小幅度增加，其增長率范圍在10%～65%之間，這可能是葉片蒙塵后，其氣孔受到不同程度的堵塞而使葉內(nèi)O2濃度下降，CO2濃度相對升高，呼吸過程受到抑制[19]，可溶性糖短暫積累；毛櫻桃可溶性糖含量的增長率相對最大，為65%。

2.3.3蒙塵對葉片丙二醛（MDA）含量的影響丙二醛是植物對逆境反應(yīng)的重要生理指標(biāo)，也是植物細胞膜脂過氧化產(chǎn)物之一，其含量多少可反映植物適應(yīng)環(huán)境或者受不良環(huán)境脅迫的情況，含量越高，受傷害的程度越大。由圖3可知，蒙塵后樹木葉片丙二醛含量均有不同程度的增加，其增長率范圍在26%～98%之間；不同樹木葉片的丙二醛含量存在明顯差異，其中榆樹的增長率相對最大，為98%，糖槭的增長率相對最小，為26%，說明糖槭的抗塵性強于榆樹。由圖4可知，樹木葉片蒙塵后丙二醛含量的增長率與質(zhì)膜透性增長率呈正相關(guān)關(guān)系（決定系數(shù)r2≈0.88），這與鈕福祥等的結(jié)論[20-21]較為一致，說明脅迫環(huán)境下過氧化作用加強，可積累較多的丙二醛，造成膜透性增強、離子外滲。

2.3.4蒙塵對葉片脯氨酸（Pro）含量的影響脯氨酸是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，脅迫條件下植物體內(nèi)游離脯氨酸

含量與植物抗性之間存在相關(guān)性，它的積累可保護植物抵抗逆境的脅迫。有研究表明，當(dāng)植物遇到干旱、冰凍、高溫、低溫等環(huán)境時，都會在體內(nèi)出現(xiàn)脯氨酸的累積[22]。由圖5可知，蒙塵后樹木葉片的脯氨酸含量均有所增長，其增長率范圍在12%～68%之間；不同樹木葉片的脯氨酸含量增長存在差異，丁香的脯氨酸含量增長率相對最大，為68%，核桃楸次之，為53%，水曲柳第三，為29%，毛櫻桃的增長率相對最小，僅為12%。

2.4蒙塵后樹木抗性的綜合評定

植物受到逆境時，其生理變化是錯綜復(fù)雜的，并受到多種因素的影響，孤立地用一個指標(biāo)評價植物抗性能力很難真實反映植物的抗性本質(zhì)。因此，為綜合評價各種樹木的抗塵能力，采用隸屬函數(shù)值法，以各項指標(biāo)隸屬度的平均值作為樹木抗性能力綜合鑒定標(biāo)準(zhǔn)進行比較。由于質(zhì)膜透性、丙二醛含量表征植物受損程度，與植物抗性呈負(fù)相關(guān)，分析時采用反隸屬函數(shù)值；脯氨酸含量、可溶性糖含量表征植物對逆境的適應(yīng)能力，分析時采用隸屬函數(shù)值[23]。由表5可見，樹木抗性大小依次為毛櫻桃>榆葉梅>水曲柳>色木槭>暴馬丁香>花楸>丁香>山荊子>糖槭>水蠟>榆樹>核桃楸；落葉闊葉喬木與灌木的抗性整體排序分布較為均勻，以丁香為界，抗性排名前6位中喬木占66%，灌木占33%。

3結(jié)論與討論

樹木滯塵是一種極為有效的生物滯塵方式，不同樹木的單位葉面積滯塵量主要取決于樹木葉片結(jié)構(gòu)特征、葉表面粗糙程度、被毛情況及滯塵方式等[24]；而單葉滯塵量是基于單位葉面積滯塵量與樹木平均單葉面積共同計算得到的，側(cè)重于反映葉片形狀與大小對樹木滯塵的影響，所以樹木單位葉面積滯塵量與單葉滯塵量的排序情況會有所不同，不應(yīng)以某一個單一的計量結(jié)果來評價樹木的滯塵量。本研究發(fā)現(xiàn)，不同樹木單位葉面積滯塵量與單葉滯塵量之間差異顯著；丁香上表皮雖無柔毛，但葉表氣孔周圍具脊?fàn)钔黄穑錅m方式以附著為主，加之葉片面積較大且尖端易蜷曲向上，所以其單位葉面積滯塵量和單葉滯塵量均較大；而水蠟單位葉面積滯塵量為 2.24 g/m2，排序在中等偏上，滯塵方式以滯留為主，但由于其葉片面積較小，致使單葉滯塵量偏小。不過，有研究表明，水蠟的單位葉面積滯塵量較小[25]，與本研究結(jié)論相反，這說明以滯留為主的滯塵方式更易受外界環(huán)境的影響，其滯塵量不僅與自身形態(tài)有關(guān)，也與其生長的外界環(huán)境污染程度有關(guān)。

質(zhì)膜透性、丙二醛含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量是植物對逆境反應(yīng)的4個重要生理指標(biāo)。丙二醛是植物細胞膜脂過氧化產(chǎn)物之一，能夠與細胞內(nèi)各種成分發(fā)生反應(yīng)，從而引起酶和膜的嚴(yán)重?fù)p傷[26]；可溶性糖和脯氨酸含量在細胞質(zhì)中的增加，可以提高植物細胞的滲透調(diào)節(jié)能力，降低質(zhì)膜受傷害的程度，對植物抵抗逆境具有重要作用[27]。試驗結(jié)果表明，蒙塵后12種樹木葉片的膜脂過氧化產(chǎn)物MDA含量和細胞膜透性都逐漸增加；抗性強的毛櫻桃蒙塵后，細胞膜透性、MDA含量增長率相對較小，而抗性弱的榆樹細胞膜透性、MDA含量增長率相對較大，這2項指標(biāo)與12種樹木的抗性排序基本一致，說明質(zhì)膜透性、MDA含量可作為樹木抗塵的重要鑒定指標(biāo)。脯氨酸、可溶性糖都是植物細胞重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在逆境環(huán)境下適當(dāng)積累，可使自身適應(yīng)不良環(huán)境而產(chǎn)生一定的忍耐力[28]。不同的樹木對蒙塵的反應(yīng)不同，在細胞內(nèi)積累的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)也不同，毛櫻桃可溶性糖含量的增長率相對最大，脯氨酸含量的增長率相對較小，而丁香可溶性糖含量的增長率較小，脯氨酸含量的增長率相對較大，這說明蒙塵后毛櫻桃細胞內(nèi)積累的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)是可溶性糖，而丁香是脯氨酸。

在對樹木滯塵量研究的同時，也應(yīng)關(guān)注樹木本身的抗逆性，只有本身的滯塵量大且受塵污染影響小的樹木，才是真正滯塵能力強的樹木，才適合作城市滯塵的樹木。毛櫻桃、花楸、丁香等單位葉面積滯塵量和單葉滯塵量相對較大，抗性也較強，可作為哈爾濱市抗塵的優(yōu)良綠化樹木；榆樹單位面積滯塵量和單葉滯塵量相對較小，抗性較差，在塵污染較嚴(yán)重的地區(qū)不適宜種植該樹種；核桃楸單位面積滯塵量和單葉滯塵量相對較大，但其抗性較弱，可以作為大氣塵污染的監(jiān)測植物。需指出的是，本試驗大多數(shù)樹木都能夠感知蒙塵，并調(diào)節(jié)自身生理指標(biāo)變化來響應(yīng)蒙塵，但不同樹木存在著各個生理指標(biāo)變化的不協(xié)同性和復(fù)雜性，有待進一步探討。另外，在樹木葉片單位面積滯塵量、單葉滯塵量抗性排序中，不同樹木類型間未出現(xiàn)明顯的排序分化現(xiàn)象，喬、灌木的排序分布較為均勻，不同生活型的樹木可在自然界中截留不同高度、不同來源、不同類型的粉塵顆粒，這就須要合理配置不同類型的喬、灌、草植物，形成不同群落配置模式，在增加景觀效果的同時，又可有效提升綠地滯塵效應(yīng)，緩解空氣污染，改善城市的環(huán)境質(zhì)量。

參考文獻：

[1]喬玉霜，王靜，王建英. 城市大氣可吸入顆粒物的研究進展[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測，2011，27（2）：22-26.

[2]閆曉云，張秋良，韓鵬，等. 呼和浩特市綠化樹種綜合評價及樹種選擇[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2011，25（3）：135-140.

[3]于志會，趙紅艷，楊波. 吉林市常見園林植物滯塵能力研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（6）：173-175.

[4]楊瑞卿，肖揚. 徐州市主要園林植物滯塵能力的初步研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（20）：8576-8578.

[5]王蓉麗，方英姿，馬玲. 金華市主要城市園林植物綜合滯塵能力的研究[J]. 浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（3）：574-577.

[6]康博文，劉建軍，王得祥，等. 陜西20種主要綠化樹種滯塵能力的研究[J]. 陜西林業(yè)科技，2003（4）：54-56.

[7]Beckett K P，F(xiàn)reer S P，Taylor G. The capture of particulate pollution by trees at five contrasting urban sites[J]. Arboricultural Journal，2000，24（2）：209-230.

[8]戚繼忠，魏進華，張倩，等. 城市樹木滯塵能力研究及存在的問題與對策[J]. 世界林業(yè)研究，2013，26（3）：52-57.

[9]余海龍，黃菊瑩. 城市綠地滯塵機理及其效應(yīng)研究進展[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報，2012，27（6）：238-241，247.

[10]陳瑋，何興元，張粵，等. 東北地區(qū)城市針葉樹冬季滯塵效應(yīng)研究[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2003，14（12）：2113-2116.

[11]劉霞，李海梅. 園林植物滯塵效應(yīng)的研究[J]. 北方園藝，2007（8）：73-76.

[12]高金暉，王冬梅，趙亮. 植物葉片滯塵規(guī)律研究——以北京市為例[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007，29（2）：94-99.

[13]劉丹，陳保軍，楊永貴，等. 4種幼樹對二氧化硫脅迫的抗性生理響應(yīng)[J]. 西北植物學(xué)報，2013，33（12）：2441-2450.

[14]Wang F. Study on dust-retention ability of major afforestation tree species in Tianjin airport economic area[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment，2015，29（1）：100-104.

[15]柴一新，祝寧，韓煥金. 城市綠化樹種的滯塵效應(yīng)——以哈爾濱市為例[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2002，13（9）：1121-1126.

[16]范舒欣，晏海，齊石茗月，等. 北京市26種落葉闊葉綠化樹種的滯塵能力[J]. 植物生態(tài)學(xué)報，2015，39（7）：736-745.

[17]周志翔，邵天一，王鵬程，等. 武鋼廠區(qū)綠地景觀類型空間結(jié)構(gòu)及滯塵效應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)報，2002，22（12）：2036-2040.

[18]夏宗良，劉全軍，武軻，等. 二氧化硫脅迫對玉米幼苗葉片膜脂過氧化和抗氧化酶的影響[J]. 玉米科學(xué)，2009，17（4）：51-54.

[19]江勝利，金荷仙，許小連. 杭州市常見道路綠化植物滯塵能力研究[J]. 浙江林業(yè)科技，2011，31（6）：45-49.

[20]鈕福祥，郭小丁. 甘薯品種抗旱性生理指標(biāo)及其綜合評價初探[J]. 作物學(xué)報，1996，22（4）：392-398.

[21]張木清，陳如凱，余松烈. 水分脅迫下蔗葉活性氧代謝的數(shù)學(xué)分析[J]. 作物學(xué)報，1996，22（6）：729-735.

[22]夏晗，黃金生. 低溫、干旱和鹽脅迫下沙冬青幼苗脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化[J]. 吉林林業(yè)科技，2007，36（4）：12-20.

[23]李彥慧，李向應(yīng)，白瑞琴，等. 4種李屬彩葉樹木對SO2的抗性[J]. 林業(yè)科學(xué)，2008，44（2）：28-33.

[24]王會霞，石輝，李秧秧. 城市綠化植物葉片表面特征對滯塵能力的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2010，21（12）：3077-3082.

[25]趙勇，李樹人，閻志平，等. 城市綠地的滯塵效應(yīng)及評價方法[J]. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002，21（6）：582-586.

[26]張倩，何婧，王楨，等. 中華蘆薈在不同脅迫下的丙二醛和可溶性糖含量的變化[J]. 西南民族大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，35（2）：290-292.

[27]許祥明，葉和春，李國鳳. 脯氨酸代謝與植物抗?jié)B透脅迫的研究進展[J]. 植物學(xué)通報，2000，17（6）：536-542.

[28]李彥奇，姚正培. 低溫脅迫對三種早春短命植物生理生化的影響[J]. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（9）：1608-1615.