北京市幾種主要道旁綠化植物的滯塵與抗污染能力

張宇臻

項(xiàng)目背景

空氣污染日益成為一個(gè)嚴(yán)重的全球性問題，威脅城市居民的健康，影響居民生活質(zhì)量。顆粒物是懸浮在空氣中的有機(jī)和無機(jī)物、固體和液體物質(zhì)的混合物，也是北京的首要污染物。為了減輕城市顆粒物污染，道路綠化植物對大氣顆粒污染物的防治作用越來越受到重視。本研究比較了北京一些主要道旁綠化植物對不同直徑顆粒污染物的滯留能力與抗塵能力，尋找適合在城市中長期滯塵的理想植物種類，為優(yōu)化綠化樹種的選擇和設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的參考。

研究目標(biāo)

對比不同植物葉片及蠟質(zhì)層對PM10、PM2.5、PM0.2顆粒物的滯留能力;分析不同植物葉片微觀結(jié)構(gòu)對大氣顆粒污染物的滯留作用;探討不同類型植物的抗顆粒污染能力，分析不同植物作為交通污染區(qū)綠化植物的適宜性。

研究內(nèi)容

不同類型植物對大氣顆粒污染物的滯留量通過測量銀杏、楊樹、槐樹、側(cè)柏、油松、榆樹、月季、冬青和爬藤葉片表面及蠟質(zhì)層PM>10、PM2.5?10和PM0.2?2.5的承載量，分析不同植物類型對不同等級顆粒污染物的滯留能力。

植物葉片微觀結(jié)構(gòu)特征對大氣顆粒污染物的滯留作用利用體視顯微鏡和偏光顯微鏡觀察植物葉片表面微結(jié)構(gòu)及氣孔的密度和開閉度，分析葉片微觀結(jié)構(gòu)與大氣顆粒污染物滯留能力之間的關(guān)系。

不同類型植物的抗污染能力通過測定植物葉片的pH值、葉綠素含量、抗壞血酸及葉片相對含水量，計(jì)算ATPI指數(shù)，對比不同植物的抗污染能力。

研究方法

采樣點(diǎn)交通污染區(qū)采樣點(diǎn)選在汽車尾氣排放高值區(qū)——京藏高速德勝門—德外橋路段（CO排放強(qiáng)度約為196?402kg/km·d），作為對照的水源涵養(yǎng)區(qū)選在汽車尾氣排放低值區(qū)——十三陵水庫一帶（CO排放強(qiáng)度約為0?23kg/km·d）。

樣本采集在植物交通暴露一側(cè)、距離地面0.6?2.0m的高度范圍內(nèi)，采集健康植物葉片。植物種類包括喬木樹種槐樹、榆樹、楊樹、圓柏、油松和銀杏，灌木樹種冬青和月季，以及藤本植物爬藤。

測定葉片滯塵量①葉片表面水洗顆粒物的測定。將采集的樣品放入盛有250mL蒸餾水的玻璃容器中，并在搖床上搖30分鐘，以便從葉片表面徹底洗去顆粒物。然后使用連接到真空泵的具有塞子支撐組件的47mm玻璃過濾漏斗過濾洗液。首先用91號型預(yù)先烘干稱重的過濾膜過濾（保留10μm以上的顆粒），然后用42號型烘干稱重的過濾膜過濾（保留2.5?10μm的顆粒），最后用PTFE膜過濾（保留0.2?2.5μm的顆粒）。為了降低PTFE膜上的表面張力，過濾前在膜上滴幾滴異丙基，然后把過濾后的膜烘干、稱重，過濾前后濾膜的質(zhì)量差即為葉片表面的顆粒滯留量。②蠟質(zhì)層顆粒物的測定。將以上水洗過濾后的葉子用150mL氯仿洗滌40秒，以便從葉組織中溶解表皮蠟質(zhì)層，并洗去在蠟質(zhì)中被捕獲的顆粒（稱為“蠟中PM”）。過濾洗液，程序與水洗顆粒相同，分別獲得蠟質(zhì)層中不同粒徑范圍的顆粒物。利用Li-cor3000葉面積儀測定所有葉片的葉面積，然后計(jì)算單位面積葉片的滯塵量（單位：μg/cm2）。

觀察葉片微觀結(jié)構(gòu)將采集的葉片剪成1?2cm的小塊，用固定液固定，置于4℃的冰箱用于顯微鏡觀察。利用偏光顯微鏡（LeicaDM750）和體視顯微鏡（MoticK-500L）分別放大200倍和30倍，觀察葉表面結(jié)構(gòu)和顆粒物。

測定葉片生理指標(biāo)本研究測定了葉片相對含水量、抗壞血酸、葉綠素含量、pH值等4項(xiàng)指標(biāo)。

研究結(jié)論

通過對比分析北京市交通污染區(qū)和水源涵養(yǎng)區(qū)9種常見綠化植物葉片滯塵量和抗污染指數(shù)，得到以下結(jié)論。

國槐、榆樹、圓柏、冬青滯塵能力明顯高于其他植物，楊樹和銀杏滯塵效率最低，月季、爬藤、油松表現(xiàn)一般。滯塵能力與葉片的表面微結(jié)構(gòu)特征和蠟質(zhì)層密切相關(guān)。國槐葉片上表皮有較大的溝壑，下表皮具有特殊的絨毛，蠟質(zhì)層對顆粒物的溶解能力極強(qiáng);榆樹葉片表面粗糙，網(wǎng)狀淺溝密集，有明顯凹槽和溝壑，氣孔密度較大并且下陷;圓柏葉片表面極其粗糙，淺溝密集，氣孔密度大;冬青葉片上表皮網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)密集，下表皮氣孔與網(wǎng)狀淺溝密集且氣孔下陷。這些微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)都是植物高效滯塵的重要原因。相反，葉片光滑、氣孔平坦稀少等特點(diǎn)，是削弱楊樹滯塵能力的重要原因。所有植物葉片蠟質(zhì)層都有一定的顆粒污染物含量，特別是國槐葉片蠟質(zhì)層中的顆粒含量高達(dá)264.5μg/cm2，油松蠟質(zhì)層中的PM0.2?2.5和PM2.5?10顯著高于葉表面，表明蠟質(zhì)層對滯留、溶解顆粒污染物的貢獻(xiàn)不能被忽視。

國槐、冬青、楊樹、榆樹、月季的抗污染能力較強(qiáng)，而銀杏、圓柏和油松的抗污染能力相對較弱。綜合來看，楊樹滯塵能力較低，但抗污染能力很高;圓柏滯塵能力較高，但抗污染能力較低;銀杏的滯塵和抗污染能力都很低;月季抗污染能力較強(qiáng)，但滯塵能力一般。國槐、榆樹和冬青滯塵能力和抗污染能力都很強(qiáng)，是9種供試植物中最適于作為污染區(qū)的綠化植物。有效的植物種類選擇和種植設(shè)計(jì)可以減輕城市環(huán)境污染，減少人類對人為污染物的接觸。在選擇交通污染嚴(yán)重區(qū)域的綠化植物時(shí)，植物的滯塵能力和APTI指標(biāo)應(yīng)作為綠化植物選擇的共同評判依據(jù)。綠化帶的合理設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮植物的高低配置等因素，以最大程度地過濾空氣中不同粒級的顆粒污染物。此外，北京飲用水源涵養(yǎng)區(qū)道旁綠化植物葉片表面和蠟質(zhì)層中，都檢測出一定含量的顆粒污染物，表明該區(qū)存在一定程度的汽車排放污染，應(yīng)受到有關(guān)部門的重視。