植物葉片表面特征對吸附PM2.5能力的影響研究

王 磊，萬 欣，江 浩，何冬梅，王 火，祝亞云

(江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院，江蘇 南京 211153)

隨著人們對生活環(huán)境的要求日益提高，大氣顆粒物PM2.5備受社會和科學(xué)界的廣泛關(guān)注[1-6]。已有研究證實(shí)，植物的葉片可通過吸附大氣顆粒物來降低大氣污染物的濃度，且不同植物吸附大氣顆粒物能力具有顯著的差異[7-10]。系統(tǒng)研究城市常見植物吸附PM2.5能力并探討植物滯塵機(jī)制，對于篩選城市植物種類，消減城市大氣污染物，提高城市大氣環(huán)境質(zhì)量具有非常重要的指導(dǎo)意義。因此，本研究以南京市6種常見綠化植物為研究對象，通過氣溶膠試驗(yàn)和超微電鏡試驗(yàn)測定植物葉片吸附PM2.5能力并分析葉片的表面特征，探討植物葉片吸附PM2.5的作用機(jī)理，為篩選城市綠化優(yōu)良樹種提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 氣溶膠試驗(yàn)

1.1.1 采樣地點(diǎn)和樹種選擇 以南京市南郊江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院為采樣地點(diǎn)，選擇雪松(Cedrusdeodara(Roxb.) G. Don)、龍柏(Sabinachinensiscv. kaizuka)、廣玉蘭(MagnoliaGrandifloraLinn)、懸鈴木(Platanusacerifolia)、桂花(Osmanthusfragrans)、海桐(Pittosporumtobira)6種常見綠化樹種為研究對象。

1.1.2 葉片采集方法 6月每樹種選擇生長狀況良好、樹齡相近的植株3株，在喬木株高2—3 m、灌木株高1—2 m處采集葉片。根據(jù)葉片大小每株樹采集葉片100—200 g，葉片要求成熟、完整、無病蟲害和斷殘。把采下來的葉片立即放入自封袋中，帶到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)。

1.1.3 單位葉面積顆粒物吸附量測定 本研究采用氣溶膠試驗(yàn)法對植物葉片吸附PM2.5濃度進(jìn)行測定[6,10,12]。將待測的植物葉片放入氣溶膠再發(fā)生器(型號：QRJZFSQ-I)的料盒中，運(yùn)用風(fēng)蝕原理，設(shè)置好工作參數(shù)，機(jī)器將葉片上吸附的大氣顆粒物吹起、混勻，形成氣溶膠。然后，利用DUSTMATE便攜式粉塵監(jiān)測儀測定儀器內(nèi)氣溶膠中PM2.5的量M2.5。每種植物進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)3次，并記錄儀器數(shù)據(jù)處理界面顯示的PM2.5的數(shù)據(jù)。

利用葉面積儀測量每種植物葉片的平均面積S(單位:cm2)。

樹種單位葉面積吸附PM2.5量C2.5的計(jì)算公式為C2.5=M2.5/S

式中，M2.5為氣溶膠儀器內(nèi)測定的葉片吸附

PM2.5的量(μg)；S為葉片的平均面積(cm2)

1.2 植物葉片超微電鏡試驗(yàn)

掃描電鏡法是指在高倍電子顯微鏡下觀察葉片表面, 并結(jié)合圖像處理軟件對影像進(jìn)行處理，是觀測植物葉片超微結(jié)構(gòu)的常用方法[8-9]。

超微電鏡試驗(yàn)在南京林業(yè)大學(xué)分析測試中心進(jìn)行，掃描電鏡型號：QUANTA200，測量各葉片表面的氣孔大小，觀察絨毛的形狀，比較分析6種植物葉片的表面氣孔大小及表面結(jié)構(gòu)特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植物葉片吸附PM2.5能力的比較

結(jié)果見表1。由表1可見，不同種植物葉片吸附PM2.5的能力具有顯著差異。6種植物中，雪松葉片單位面積吸附PM2.5的量最大，為10.21 μg/cm2，其次為龍柏、懸鈴木、廣玉蘭和桂花，海桐吸附值最小，為1.79 μg/cm2。

表1 不同植物葉片吸附PM2.5的濃度

2.2 不同植物葉片超微結(jié)構(gòu)的比較研究

比較分析6種植物葉片的表面氣孔大小及表面結(jié)構(gòu)特征，葉片超微結(jié)構(gòu)掃描照片如圖(1，2，3，4，5，6)所示：比較分析6種植物對PM2.5的吸附量和氣孔大小、葉表面特征，結(jié)果如表2。

表2 不同植物葉片超微結(jié)構(gòu)的比較

圖1 懸鈴木

圖2 廣玉蘭

圖3 桂花

圖4 海桐

圖5 龍柏

圖6 雪松

由表2可知，雪松的氣孔最大，對PM2.5的吸附量最大的，海桐的氣孔最小，對PM2.5的吸附量最小。表面粗糙有絨毛的懸鈴木對PM2.5的吸附量比表面光滑的廣玉蘭的吸附量大。由此可見，葉表面氣孔大小、是否有蠟質(zhì)層是影響葉片吸附PM2.5的重要因素。葉表面特征與吸附PM2.5能力成正相關(guān)的關(guān)系。

3 討論

本次研究的結(jié)果，印證了植物葉片的粗糙程度、附著絨毛的形狀及氣孔大小直接影響葉片滯塵能力的結(jié)論[10-14]。但由于區(qū)域污染的差異性，不同污染環(huán)境下植物吸附顆粒物的能力也會有變化，因此本研究也具有一定的局限性[15-16]。后續(xù)研究將根據(jù)不同的地域環(huán)境篩選代表樹種，并對各樹種吸附PM2.5能力進(jìn)行定量分析，測算出各樹種單位面積吸附PM2.5的滯留量，并依據(jù)該區(qū)域大氣污染物的主要成分，有針對性地篩選易吸收相對應(yīng)污染物的植被。