4種校園常見觀賞灌木滯塵效果分析

楊有芹，余　燕

(1.西華師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，四川 南充　637009；2.楚雄師范學(xué)院 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，云南 楚雄　675000)

隨著工業(yè)化進(jìn)程日趨加快，大氣污染問題日益加劇。我國許多城市，可吸入顆粒物(PM 10)在空氣污染物中占據(jù)首位[1]?？諝庵械念w粒物不僅使溫室效應(yīng)加劇、視野能見度范圍變小[2]，還是城市居民罹患呼吸系統(tǒng)疾病的重要誘因。其中，粒徑小于2.5 μm的顆粒物(PM 2.5)被認(rèn)為是最具危險(xiǎn)性的，據(jù)報(bào)道它能進(jìn)入人體肺部進(jìn)而導(dǎo)致肺泡發(fā)炎[3]。當(dāng)空氣中的粉塵含有重金屬，或攜帶細(xì)菌、病毒等對人體有害的微生物時(shí)，對人的身體健康會造成更大的影響[4]。

城市中的園林綠化植物通過特殊的葉片結(jié)構(gòu)，以停著、吸附或黏附3種方式達(dá)到滯塵效果[5]，進(jìn)而對空氣起到很好的凈化作用。3種方式作用機(jī)理不相同，與植物葉表面粗糙程度、氣孔大小等結(jié)構(gòu)的變化相關(guān)[6]。植物葉片表面滯塵量是目前植物滯塵效果研究的重點(diǎn)[7]，同時(shí)是國內(nèi)外學(xué)者在植物滯塵能力研究方面的主要部分[8]。不同的植物滯塵能力存在差異[9]，對于植物滯塵能力的差異及影響因素也有很多學(xué)者做了豐富的研究。齊飛艷[10]等人發(fā)現(xiàn)，作為葉片表面附屬結(jié)構(gòu)的絨毛有較強(qiáng)的滯塵能力。劉玲[11]等人通過對香樟、女貞等植物進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)氣孔密度大、氣孔口大對懸浮顆粒物的吸附效果較好。鄭素蘭等[12]人從單葉面積滯塵量、葉片特征方面分析了鵝掌柴、紅花繼木等植物的滯塵效果，鵝掌柴滯塵效果較紅花繼木好。孫曉丹等[13]人通過對滯塵量的測定，得出火棘單位葉面積滯塵量在春季雨后30 d達(dá)到最大。賈宗鍇等[14]人通過對石家莊市具有代表性的樣地植物進(jìn)行單位葉面積滯塵量的分析，得出單位葉面積滯塵量隨著樹冠的大小逐漸增加，且灌木有很好的滯塵效果。

良好的校園環(huán)境對有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)生活，合理選擇滯塵能力好的綠化樹種對于校園植物景觀的塑造尤為重要。校園是人口較為密集的地方，作為實(shí)驗(yàn)的對象具有代表性。基于前人的研究，本文從校園觀賞灌木的單位葉面積滯塵量、葉表面結(jié)構(gòu)、葉表面氣孔、葉片橫切、葉柄橫切等方面，分析了楚雄師范學(xué)院校園中4種常見觀賞灌木葉片的滯塵效果，希望為該學(xué)校的校園植物配置提供參考。

1　材料與方法

1.1　研究地概況

楚雄屬亞熱帶季風(fēng)氣候，日照充足，降雨量少。日溫差較大，年溫差小。楚雄師范學(xué)院位于楚雄市內(nèi)，實(shí)驗(yàn)材料選自花果山校區(qū)篤學(xué)樓以東的道路旁，是學(xué)校的主干道，人流較為集中。

1.2　材料與儀器

材 料：選取校內(nèi)應(yīng)用頻度較高，生長狀況良好的鵝掌柴(Scheffleractophylla)、紅花繼木(Loropetalumchinensevar.rubrum)、火棘(Pyracanthafortuneana)、錦繡杜鵑(Rhododendronpulchrum)四種觀賞灌木作為實(shí)驗(yàn)材料。

儀器：OLYMPUS BX63型光學(xué)顯微鏡、電子天平(萬分之一精度)、電熱鼓風(fēng)干燥箱。

1.3　植物葉片的選擇與處理

在楚雄師范學(xué)院花果山校區(qū)篤學(xué)樓以東的道路旁設(shè)置4個(gè)取樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)每種植物選取三株生長健康的植株，且做到同一種樹木樹高和胸徑等生長情況相似[15]。在挑選好的植株上不同部位選取適量成熟葉片并標(biāo)記。火棘與錦繡杜鵑分別標(biāo)記了20片葉片，鵝掌柴與紅花繼木分別標(biāo)記了10片葉片。

將選定的葉片用蒸餾水反復(fù)沖洗至葉表面清潔以達(dá)到初始狀態(tài)一致[16]。之后，使葉片在自然環(huán)境中暴露7 d。7天后，用潔凈密封袋套住葉片并將葉片小心剪下，避免震動，帶回實(shí)驗(yàn)室以供分析。

1.4　單位葉面積滯塵量的測定

同一植株上的葉片作為一個(gè)組進(jìn)行處理，每種植物3個(gè)重復(fù)。

滯塵量的測定采用差重法[17]：將葉片采回后用蒸餾水浸泡4～5 h，再用小噴霧瓶噴灑蒸餾水沖洗葉片，將灰塵充分沖洗下來。用5 min前烘干稱重的濾紙(質(zhì)量記為m)來過濾浸洗液。過濾后的濾紙放在培養(yǎng)皿中置于40 ℃ 電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干24h后，使用電子天平稱重(質(zhì)量記為M)。兩次重量之差(M-m)即為采集樣品上所附著的灰塵的重量，求出每組的灰塵重量。使用ImageJ 1.48V(Wayne Rasband National Institutes of health.USA )軟件計(jì)算每片葉子的葉面積，求出每組平均葉面積(A)。

根據(jù)公式：單位葉面積的滯塵量=(M-m)/A，求出每組滯塵量。每種植物的3個(gè)重復(fù)求平均值。

1.5　葉片表面結(jié)構(gòu)的觀察

1.5.1葉片表面特征及其附屬結(jié)構(gòu)

使用放大鏡或顯微鏡，觀察葉面的粗糙程度以及是否有絨毛分布等。

1.5.2葉表皮氣孔器形態(tài)

印跡法觀察葉表皮氣孔器形態(tài)。將透明指甲油均勻地涂刷于1.4中洗凈的葉片表面，晾干后用鑷子撕下指甲油膜放于載玻片上，顯微鏡下觀察、拍照并進(jìn)行顯微測量。

1.5.3葉片橫切結(jié)構(gòu)

將植物葉片距主葉脈2 mm，葉邊緣2 mm的部分剪下，徒手切片。OLYMPUS BX63型光學(xué)顯微鏡下觀察、拍照、顯微測量。

1.5.4葉柄橫切結(jié)構(gòu)

徒手切片。OLYMPUS BX63型光學(xué)顯微鏡下觀察、拍照、顯微測量。

2　結(jié)果與分析

2.1　四種灌木的單位葉面積滯塵量

從表1可以看出，在四種觀賞灌木中，每種灌木都有一定的滯塵效果，鵝掌柴的平均單位葉面積滯塵量相對高，錦繡杜鵑次之，其次是紅花繼木，火棘的相對較低。從一種灌木的單位葉面積滯塵量來看，每組的數(shù)值有一定的波動，可能是選擇的樣品在樹上的生長位置不同造成的。

2.2　四種灌木的葉片表面特征

2.2.1葉片表面特征及其附屬結(jié)構(gòu)

鵝掌柴和火棘的葉片光滑，紅花繼木和錦繡杜鵑葉片粗糙，四種植物葉片表面均有絨毛(見表2)。

表1　四種灌木的單位葉面積滯塵量

注：數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤

表2　四種灌木的葉片表面特征

2.2.2葉表皮氣孔器形態(tài)

由圖1可以看出，不同樹種的葉片氣孔大小與密度有一定的差異，其中鵝掌柴葉片氣孔密度相對較大，火棘的氣孔密度最小。從葉表皮氣孔圖上可以看出紅花繼木和錦繡杜鵑葉片上均有溝狀組織，且錦繡杜鵑葉片的溝狀組織較紅花繼木的深且粗。

2.2.3葉片橫切結(jié)構(gòu)

對四種植物葉片同一部分橫切結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，由圖2可以看出，除火棘葉片厚度較小之外，其他三種相差不大。

2.2.4葉柄橫切結(jié)構(gòu)

由圖3可以看出，鵝掌柴的葉柄較粗，維管束較多，木質(zhì)部較為寬廣，導(dǎo)管單個(gè)散在或數(shù)個(gè)相聚。錦繡杜鵑、紅花繼木和火棘的導(dǎo)管聚集成束，錦繡杜鵑的排成扇形較紅花繼木和火棘的多，紅花繼木的呈環(huán)狀，火棘的呈心形，且火棘的木質(zhì)部較紅花繼木的寬廣。

3　討　論

植物單位葉面積滯塵能力影響因素很多，葉片結(jié)構(gòu)特征，被毛情況及滯塵方式等[18]。同時(shí)葉片粗糙程度大滯塵效果好[19]，厚的葉片由于其不易壓垮變形，所以能滯留更多的顆粒物[20]。結(jié)果顯示，鵝掌柴葉片光滑，但其單位葉面積滯塵量相對較高，其原因可能是其氣孔密度較大、維管束較多或是葉片較厚，同時(shí)大的葉表面積為粉塵的落置提供了更多的空間，對于葉面都是粗糙且表皮具有纖毛的紅花繼木和錦繡杜鵑，單位葉面積滯塵量錦繡杜鵑稍高。

由圖1看出錦繡杜鵑的溝狀組織較深，紅花繼木葉片的溝狀組織淺且細(xì)，這樣減小了滯塵時(shí)灰塵與葉表面的接觸面積，從而使植物的滯塵效果降低，這與賈彥等[21]人的研究結(jié)果一致。同時(shí)，錦繡杜鵑的維管束比紅花繼木的發(fā)達(dá)，因?yàn)橹参镞M(jìn)行蒸騰作用時(shí)植物葉片周圍保持一定的濕度，灰塵吸濕后重量增加更易降落[22]。維管束中的木質(zhì)部主要由導(dǎo)管和管胞組成，其主要作用是運(yùn)輸水分，因而導(dǎo)管對于植物的蒸騰作用有很重要的影響。所以植物維管束越發(fā)達(dá)，其葉片蒸騰作用相對較高，其滯塵效果可能也相對較好。火棘的氣孔較大，但其單位葉面積滯塵量相對較低，可能與其葉片薄而光滑，且氣孔密度小等原因有關(guān)。其次火棘植株較其他三種高，學(xué)校以人流為主，地面揚(yáng)塵量可能相對較低。

綜上所述，不同灌木植物葉片滯塵效果并不是由葉片的單一因素決定的，而是由多種因素共同決定的。本論文雖從葉片的多方面分析得出不同觀賞灌木葉片滯塵效果有一定差異，但單位葉面積滯塵量相差不大，更精確的結(jié)果有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]喬玉霜,王靜,王建英.城市大氣可吸入顆粒物的研究進(jìn)展[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2011,27(2):22-25.

[2]黃慧娟.保定常見綠化植物滯塵效應(yīng)及塵污染對其光合特征的影響[D].保定:河北農(nóng)業(yè)大學(xué),2008.

[3]BEEKETT K P,FREER-SMITH P H,TAYLOR G.Effective tree species for local air quality management[J].Journal of Arboriculure,2000,26(1):12-19.

[4]BROOK R D,RAJAGOPALAN S,POPE C A,et al.Particulate matter air pollution and cardiovascular disease an update to the scientific statement from the American heart association[J].Circulation,2010,121(21):2331-2378.

[5]PRUSTY B A K,MISHRA P C,AZEEZ P A.Dust accumulation and leaf pigment content in vegetation near the national highway at Sambalpur,Orissa,India[J].Ecotoxicology and Environmenral Safety,2005,60(2):228-235.

[6]LATHA K M,HIGHWOOD E J.Studies on particulate matte(PM10)and its precursors over urban environment of Reading[J].Journal of Quantitative Spectroscopy&Radiative Transfer,2006,101(2):367-379.

[7]張靈藝,秦華.城市園林綠地滯塵研究進(jìn)展及發(fā)展方向[J].中國園林,2015(1):64-68.

[8]龐博,張銀龍,王丹,等.城市植物滯塵的研究現(xiàn)狀與展望[J].山東林業(yè)科枝,2009(2):126-130.

[9]陳虹,阿伊巴提·托列吾,張立宇.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)校園主要綠化植物滯塵能力初探[J].農(nóng)藝與園藝,2009(26):12521-12612.

[10]齊飛艷,朱彥鋒,趙勇,等.鄭州市園林植物滯留大氣顆粒物能力的研究[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,43(3):256-259.

[11]劉玲,方炎明,王順昌,等.7種樹木的葉片微形態(tài)與空氣懸浮顆粒吸附及重金屬累積特征[J].環(huán)境科學(xué),2013,34(6):2361-2367.

[12]鄭素蘭,王兵麗.9種常見灌木滯塵和抑茵的初步研究[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2015,30(6):186-189.

[13]孫曉丹,李海梅,孫麗,等.8中灌木滯塵能力及葉表面結(jié)構(gòu)研究[J].環(huán)境化學(xué),2016,35(9):1815-1822.

[14]賈宗鍇,孫曉光,張曉曼.石家莊市城市綠化植物滯塵能力初探[J].河北林業(yè)科技,2010(6):14-18．

[15]周君麗.新鄉(xiāng)20種綠化樹木單葉滯塵量分析[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2013(20):47-49.

[16]王贊紅,李紀(jì)彪.城市街道常綠灌木植物葉片滯塵能力及滯塵顆粒物形態(tài)[J].生態(tài)環(huán)境,2006,15(2):327-330.

[17]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(bào),2002,13(9),1121-1126.

[18]LIU L,GUAN DS,PEART MR.The morphological structure of leaves and the dust-retaining capability of afforested plants in urban Guangzhou,South China[J].Environmental Science and Pollution Research,2012,19(8),3440-3449.

[19]陸錫東,李萍嬌,賀慶梅,等.宜州城區(qū)5種行道樹葉表面特征及滯塵效果比較[J].河池學(xué)院學(xué)報(bào),2014,34(5):37-43.

[20]劉福智,劉加平.植物對空氣中可吸人顆粒物的量化控制及影響[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào),2005,26(5):25-29．

[21]賈彥,吳超,董春芳,等.7種綠化植物滯塵的微觀測定[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào),2012,43(11):4547-4553.

[22]BECKETT K P,FREER-SMITH P H,TAYLOR G.The capture of particulate pollution by trees at five contrasting urban sites[J].Arboricultural Journal,2000(24):209-230.