9種落葉喬木滯塵能力動(dòng)態(tài)對(duì)比

崔 磊,韓 鑫,韋旗風(fēng)，蔡 陽(yáng)

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，長(zhǎng)春130118）

近年來(lái)，城市工業(yè)生產(chǎn)與人為活動(dòng)使城市生態(tài)環(huán)境不斷惡化，空氣中的大氣顆粒物及有害氣體不斷增多，其中大氣顆粒物已成為形成霧霾天氣，導(dǎo)致空氣惡化的主要因素，任何單一措施都不足以有效削減城市中的大氣顆粒物，而園林樹木可以有效附著空氣中的大氣顆粒物，改善大氣環(huán)境，減小大氣顆粒物對(duì)人體健康的影響，是目前改善城市環(huán)境的重要組成部分[1-2]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)園林樹木滯塵效益的研究主要集中在兩方面:一方面是通過(guò)研究不同樹種的樹冠結(jié)構(gòu)、葉片表面形態(tài)等因素，分析不同樹種的滯塵差異。相關(guān)研究表明：植物的滯塵能力主要是由葉表面特性等因素決定的，表面密布茸毛的葉片滯塵能力強(qiáng)，表面無(wú)毛并具溝狀組織的園林樹種滯塵能力較強(qiáng)，葉表面具有氣孔密度高且較大的植物種類更容易滯留大氣顆粒物[3-5]，還有學(xué)者在干旱少雨的西北地區(qū)[6]、西南地區(qū)[7]對(duì)城區(qū)街道樹木的滯塵能力進(jìn)行研究，通過(guò)調(diào)查不同樹種的單位葉面積滯塵量和單株滯塵量，篩選出耐塵能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益好的適地樹種;另一方面則是結(jié)合天氣狀況、尾氣排放濃度等環(huán)境因素分析不同樹種的滯塵能力。柴一新等[3]調(diào)查表明，降水量≥15mm就可以洗掉葉片降塵而重新滯塵，劉辰明等[8]、王會(huì)霞等[9]研究表明，降雨強(qiáng)度及其他天氣狀況對(duì)不同樹種葉面滯塵影響明顯。劉海榮等[10]通過(guò)檢測(cè)常綠灌木滯塵量及相關(guān)的生理指標(biāo)，說(shuō)明環(huán)境污染對(duì)樹木的滯塵能力產(chǎn)生一定影響。然而，國(guó)內(nèi)外許多城市已經(jīng)采用City green等軟件來(lái)評(píng)價(jià)城市綠化生態(tài)效益，幫助城市綠化管理的決策者提供依據(jù)，但在軟件方便快捷的背后需要大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)做技術(shù)支撐[11]，因此，在城市園林樹木滯塵能力的研究不僅是某一時(shí)間段比較樹木滯塵能力的差異，還需要在不同月份及年份采集動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。本研究選擇長(zhǎng)春市凈月開(kāi)發(fā)區(qū)一條街道9種主要落葉喬木為研究對(duì)象，定期檢測(cè)5～8月份不同樹種的葉片滯塵量，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式，算出不同樹種的單株滯塵量，比較不同樹種在不同月份滯塵能力的變化，再采用逐步回歸分析法，探索不同樹種滯塵能力差異的主要環(huán)節(jié)影響因素，為構(gòu)建長(zhǎng)春市綠地效益計(jì)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究取樣地點(diǎn)位于長(zhǎng)春市凈月經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)新城大街路段，長(zhǎng)春市氣候類型為大陸性季風(fēng)氣候，春季干燥多風(fēng)，夏季濕熱多雨，溫度最高可至39.5℃，秋季晝夜溫差較大，冬季漫長(zhǎng)且寒冷，最低溫度可達(dá)-39.8℃。年平均降水量為 522～615mm，且多集中在夏季，分布不均[12]。2017 年 5～8 月 PM10為 67.8～43.8μg·m-3。新城大街寬度為12～16m，綠化帶形狀不規(guī)則，寬度為 6～10m。

1.2 樣品采集

1.2.1 采樣點(diǎn)及樣方選擇 長(zhǎng)春市凈月開(kāi)發(fā)區(qū)新城大街路段為采樣區(qū)，在新城大街共設(shè)6個(gè)樣方，樣方面積6m×20m，包含所選樹種，調(diào)查記錄樹木基本情況，包括樹高、胸徑、樹冠、株數(shù)等。

1.2.2 采樣樹種 對(duì)長(zhǎng)春市新城大街主要路段的落葉喬木進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中銀中楊、蒙古櫟、元寶楓、山杏、白樺、山槐、紫椴、水曲柳和稠李是該大街的主要樹種，故將其作為試驗(yàn)樹種。采樣樹種胸徑為11～25 cm，樹高4～12m（表 1）。

1.2.3 采樣方法 一般認(rèn)為，15mm的雨量就可以沖掉植物葉片的降塵，然后重新滯塵[3]。因此，2017年的5，6，7，8 月，在各月雨后 1，3，5d 的 16∶00～18∶30 對(duì)各樹種采樣 1 次，樹冠外圍東南西北 4 個(gè)方向，同時(shí)考慮樹冠垂直方向梯度變化，上、中、下部位兼顧，每株采集40～50片葉，采集過(guò)程中盡量避免抖動(dòng)，以免葉片上的灰塵脫落，將采集后的葉片小心封存于自封塑料袋中并帶回實(shí)驗(yàn)室處理。

1.3 樣品測(cè)定

1.3.1 單位葉面積滯塵量測(cè)定 將樣品用蒸餾水浸泡4h，浸洗下葉片上附著物，用鑷子將葉片小心夾出，用已烘干且稱質(zhì)量（m1）的濾紙過(guò)濾浸洗液，將濾紙于70℃下烘24h，烘干后用萬(wàn)分之一天平稱質(zhì)量（m2），m2-m1即為采集樣品上所附著的降塵顆粒物質(zhì)量，每個(gè)樣品平行測(cè)定3組滯塵量[13]。不同樹種葉片采用AutoCAD掃描法[14]，測(cè)出單葉單面面積S，單位葉面積滯塵量為：

表1 樹種調(diào)查統(tǒng)計(jì)Table 1 Survey statistics of tree species

1.3.2 日均單位葉面積滯塵量計(jì)算 日均單位葉面積滯塵量Xd計(jì)算公式為[6]：

式中：n為累計(jì)滯塵天數(shù)。

1.3.3 單株日均滯塵量計(jì)算 本研究采用以下經(jīng)驗(yàn)公式估算不同樹種的葉面積量[15]：

式中：Y為葉面積總量；H為樹冠高度；D為樹冠直徑；S=πD(H+D)/2，可根據(jù)表1種所選樹種的形態(tài)指標(biāo)來(lái)求得，單株日均滯塵量為M=Y×Xd。

1.3.4 逐步回歸方程分析 通過(guò)調(diào)查主要環(huán)境因子對(duì)5～8月雨后第1天9種落葉喬木單位面積滯塵量的影響，避免各落葉喬木群落效應(yīng)、生長(zhǎng)特性對(duì)各樹種的影響，分析采樣前降雨強(qiáng)度、采樣時(shí)溫濕度等主要環(huán)境因子與單位面積滯塵量關(guān)系，確定各落葉喬木單位面積滯塵量的主要影響因素。將5～8月份雨后第1天單位面積滯塵量設(shè)為因變量Y，環(huán)境因子選擇與單位面積滯塵量相關(guān)的采樣前降雨強(qiáng)度(X1)、溫度(X2)、相對(duì)濕度(X3)、車流量(X4)、降雨風(fēng)速(X5)與PM10(X6)的環(huán)境因素指標(biāo)，降雨強(qiáng)度與PM10來(lái)源于中國(guó)空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)分析平臺(tái)[16]，建立逐步回歸分析方程。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理 應(yīng)用SPSS12.5統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)新城大街9種落葉喬木單位面積滯塵量及日均滯塵量進(jìn)行單因素方差分析與逐步回歸分析比較各樹種的滯塵量與其影響因素。

2 結(jié)果與分析

2.1 9種落葉喬木單葉單面面積比較

通過(guò)AutoCAD掃描法測(cè)算9種落葉喬木單葉單面面積（圖1），蒙古櫟的單葉單面面積為（57.05±13.24）cm2，顯著高于其他8種樹種，山槐的單葉單面面積為（4.54±1.01）cm2，顯著低于其他8種落葉喬木，除蒙古櫟和山槐之外的7種落葉喬木的單葉單面面積不存在顯著差異，從大至小依次為稠李、水曲柳、元寶楓、紫椴、銀中楊、白樺和山杏，單葉單面面積在21.79～11.93cm2之間。

圖1 9種落葉喬木單葉單面面積Figure 1 Single leaf area of 9 deciduous trees

2.2 9種落葉喬木單位葉面積滯塵量與日均單位葉面積滯塵量分析

由表2可知，5月份，雨后第5天9種落葉喬木的單位面積滯塵總量從大到小依次為銀中楊＞山杏＞白樺＞紫椴＞蒙古櫟＞山槐＞元寶楓＞水曲柳＞稠李，滯塵能力差異為1.11～2.39倍，即單位葉面積滯塵總量銀中楊是山杏的1.11倍，是稠李的2.39倍。銀中楊與山杏的單位面積滯塵總量分別是（541.4±74.1）mg·m-2和（486.4±87.0）mg·m-2，顯著高于其他7種樹種，而其他7種樹種的單位面積滯塵總量不存在顯著差異。5月15日～5月19日，銀中楊、蒙古櫟、元寶楓、白樺、紫椴的單位面積滯塵量均呈現(xiàn)出隨時(shí)間而升高，山杏、山槐、水曲柳則呈現(xiàn)出先下降再升高的趨勢(shì)，而稠李則呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)。6～8月，雨后第5天，銀中楊與山杏的單位面積滯塵總量顯著高于其他7種樹種，并且各樹種單位葉面積滯塵總量隨月份變化而逐漸升高，其中稠李的單位葉面積的滯塵總量增幅最大，8月份的單位葉面積的滯塵總量為848.4mg·m-2，為7月份的1.93倍，6月份的 2.96倍。各月份中銀中楊、山杏、白樺、水曲柳在雨后第1，3，5天的單位面積滯塵量呈現(xiàn)出隨時(shí)間而升高的趨勢(shì)，元寶楓、山槐、紫椴、稠李的單位面積滯塵量的變化趨勢(shì)不同，蒙古櫟單位葉面積滯塵量變化增幅最小。蒙古櫟雖然葉片面積較大，但其葉片為厚革質(zhì)，具有規(guī)則蠟質(zhì)層，滯留灰塵主要集中在葉脈處，其他部位滯塵量相對(duì)較少，使其滯留灰塵易受風(fēng)速、降水等作用離開(kāi)葉片，導(dǎo)致其單位面積滯塵量在5～8月沒(méi)有明顯的變化。

由表2可知，不同樹種的日均單位葉面積滯塵量（Xd）在5～8月的排序與其在不同月份第5天的滯塵量相似。5～8月，銀中楊與山杏的Xd均高與其他7種落葉喬木，在7～8月中，元寶楓日均單位葉面積滯塵量變化較大，8月份元寶楓的Xd為7月份Xd的2.53倍。

表2 5～8月份9種落葉喬木滯塵量動(dòng)態(tài)變化Table 2 Change of dust retention per unit leaf area of 9 deciduous trees from May to August

2.3 單株日均滯塵量比較

由葉面積經(jīng)驗(yàn)公式算出9種落葉喬木的單株日均滯塵量（簡(jiǎn)稱M），通過(guò)對(duì)比Xd與單株日均滯塵量可知，Xd高的樹種，單株日均滯塵量不一定高，單株日均滯塵量不僅受葉片結(jié)構(gòu)的影響，還受樹冠高度、直徑、樹形等樹勢(shì)因素的影響。由表3可知，5～8月，單株日均滯塵量排序前5位的是銀中楊、山杏、白樺、蒙古櫟與稠李，7～8月，M稠李超過(guò)M白樺與M蒙古櫟，8月份M稠李為6.93g·d-1，明顯高于其他落葉喬木的單株日均滯塵量，各月中M元寶楓最低。由單株日均滯塵量隨月份的變化趨勢(shì)可知，M銀中楊、M山杏、M稠李、M水曲柳隨月份變化呈上升趨勢(shì)，M蒙古櫟隨月份變化較小。

表3 5～8月9種落葉喬木日均單株葉面積滯塵量Table 3 Unit leaf area dust retention per plant of 9 deciduous trees from May to August

2.4 環(huán)境因子對(duì)落葉喬木單位面積滯塵量的影響

在城市生態(tài)系統(tǒng)中，園林樹木單位葉面積滯塵量受自身生長(zhǎng)特性、環(huán)境因素等多種因素的影響，且影響機(jī)制較復(fù)雜。本研究表明，除蒙古櫟與山槐外，其他7種落葉喬木都可通過(guò)逐步回歸分析的方法，確定影響各樹種的主要環(huán)境因子。由表4可知，溫度、相對(duì)濕度、車流量與降雨風(fēng)速是影響各落葉喬木的主要影響因素，降雨風(fēng)速、采樣時(shí)的溫濕度與單位面積滯塵量呈顯著或極顯著正相關(guān)，車流量與單位面積滯塵量呈負(fù)相關(guān)。

表4 5～8月9種落葉喬木雨后第1天單位葉面積滯塵量與環(huán)境因子相關(guān)分析Table 4 Correlation analysis of dust retention per unit leaf area one day after the rain of 9 deciduous trees with environmental factors from May to August

3 討論與結(jié)論

相關(guān)研究表明，不同樹種的單位葉面積滯塵量主要取決于葉表面粗糙程度、被毛情況及氣孔密度等葉面結(jié)構(gòu)差異，葉片表面易濕潤(rùn)且著生密絨毛樹種的滯塵能力較強(qiáng)[17-19]。銀中楊與山杏的單葉面積相對(duì)中等，但單位面積滯塵量相對(duì)較高，這是因?yàn)殂y中楊葉片表面絨毛多且分泌粘液較多[3]，山杏的降溫增濕能力較強(qiáng)，其滯塵方式以附著為主，滯塵能力強(qiáng)可能與葉片表面氣孔密度大且氣孔周圍具脊?fàn)钔黄鹩嘘P(guān)[20]，使其單位葉面積滯塵量相對(duì)較大。RUIJGROK等[21]研究發(fā)現(xiàn)濕度增加有利于空氣顆粒物凝聚，從而有利于顆粒物的沉降。本研究通過(guò)相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，銀中楊、山杏、白樺、紫椴、水曲柳與稠李的葉面結(jié)構(gòu)較粗糙，且與相對(duì)濕度呈不同程度的顯著正相關(guān)，說(shuō)明其滯塵能力受表面結(jié)構(gòu)和空氣相對(duì)濕度影響較大，與前人的研究結(jié)果相似，卻與馬遠(yuǎn)等[22]研究結(jié)果不同，他們未發(fā)現(xiàn)相對(duì)濕度與滯塵量有明顯相關(guān)性，這可能與馬遠(yuǎn)對(duì)園林樹種調(diào)查的季節(jié)有關(guān)，他們是在春季對(duì)相應(yīng)樹種的滯塵量進(jìn)行分析，空氣相對(duì)濕度變化較小，而本研究是對(duì)各樹種在春夏兩季的滯塵量進(jìn)行持續(xù)調(diào)查，導(dǎo)致與其研究結(jié)果不一致。

本研究通過(guò)調(diào)查長(zhǎng)春市新城大街綠化帶主要落葉喬木發(fā)現(xiàn)，同一樹種在不同季節(jié)的滯塵量存在動(dòng)態(tài)差異，并且不同樹種單位面積滯塵量在8月份相對(duì)較高，說(shuō)明季節(jié)變化對(duì)植物單位葉面積滯塵量影響顯著。PRAJAPATI等[23]與于志會(huì)等[24]研究表明，在夏季和多雨季節(jié)喬木與灌木的滯塵能力較強(qiáng)，且夏季＞春季。本研究表明，6～8月相同樹種日均單位面積滯塵量明顯高于5月的日均單位面積滯塵量，其中8月份的日均單位面積滯塵量相對(duì)較高，6～7月的日均單位面積滯塵量相同樹種的變化不明顯，這可能與7月份高溫少雨，8月份雨熱同期有關(guān)。杜雙洋等[12]研究表明，2014年長(zhǎng)春地區(qū)，6月份白樺的單位葉面積滯塵量為980～1440mg·m-2，而本研究白樺在6月的單位葉面積滯塵量為275～428mg·m-2。本研究各樹種葉片單位葉面積總滯塵量較低于東北地區(qū)相同樹種的單位面積滯塵量，這可能是因?yàn)樾鲁谴蠼志G化帶較寬（6～10m），植物群落組合良好，群落多樣性良好，明顯優(yōu)于其他路段的植物群落結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致與相關(guān)結(jié)果不一致。還有研究表明[25]，落葉喬木從展葉開(kāi)始期至展葉成熟期，抽生新葉的速度由快趨于緩長(zhǎng)，葉片的光合作用與蒸騰作用不斷增強(qiáng)，可能促進(jìn)不同樹種的滯塵能力增強(qiáng)。陳進(jìn)等[26]調(diào)查表明，元寶楓在1年中有兩次生長(zhǎng)高峰期，第2次生長(zhǎng)高峰期在8月初～8月中旬，致使元寶楓滯塵能力在8月份明顯增加，與本研究結(jié)果相似。

BECKETT等[27-28]研究發(fā)現(xiàn)，降水強(qiáng)度≥15mm·d-1對(duì)不同樹種灰塵的去除量存在差異，風(fēng)速≥8m·s-1的葉面滯塵量隨風(fēng)速繼續(xù)增大而減少。本研究通過(guò)逐步相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，降雨風(fēng)速對(duì)7種落葉喬木的單位面積滯塵量影響較大，而降雨強(qiáng)度對(duì)各喬木影響較小。這可能是因?yàn)?～8月采樣前1天的降雨強(qiáng)度在30.5～12.1mm·d-1之間，降雨風(fēng)速分別為8.1～3.5 m·s-1，降雨強(qiáng)度基本達(dá)到相關(guān)研究的降雨強(qiáng)度，但降雨風(fēng)速在各月份中差異較大，從而呈現(xiàn)出降雨風(fēng)速與各樹種雨后第1天的單位面積滯塵量呈顯著正相關(guān)。本研究還發(fā)現(xiàn)，白樺與紫椴雨后第1天的單位面積滯塵量與車流量呈顯著負(fù)相關(guān)，這可能與其群落結(jié)構(gòu)有關(guān)，在各樣地中，白樺與紫椴是重要的觀干與觀花樹種，與其他低矮灌木形成景觀，且與行車道距離較近，導(dǎo)致車流量增多吹起的揚(yáng)塵更容易沉降到低矮灌木上，也會(huì)使空氣中的風(fēng)速增大，致使部分園林樹木的滯塵量降低。

本研究在2017年5～8月份定期檢測(cè)長(zhǎng)春市新城大街9種主要落葉喬木的葉片滯塵量，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式，算出不同樹種的單株滯塵量，從而確定不同樹種隨月份變化而導(dǎo)致樹種滯塵能力的變化。在此基礎(chǔ)上，采用逐步回歸分析可知，溫度、相對(duì)濕度、車流量與降雨風(fēng)速是影響銀中楊等7種落葉喬木的主要影響因素，為城市道路生態(tài)系統(tǒng)樹種選擇及適宜的植物群落環(huán)境提供數(shù)據(jù)支持。