不同林齡橡膠林的滯塵能力研究

謝 江，張勇波，陳國(guó)云，周會(huì)平

（云南省熱帶作物科學(xué)研究所，云南景洪666100）

大氣粉塵顆粒物已成為影響全球各國(guó)環(huán)境的主要污染物，不僅嚴(yán)重危害人體健康，而且也是霧霾天氣的主要成因［1］。隨著環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重，大氣顆粒物所帶來(lái)的污染問(wèn)題廣受各界關(guān)注。植物可以有效阻滯粉塵，對(duì)改善空氣質(zhì)量有積極作用［2-5］。植物滯塵的方法主要是滯留、附著和粘附［4,6-8］。多項(xiàng)研究表明，影響植物滯塵能力的主要因素有：植物的種類不同，植物葉片大小、形狀、葉面質(zhì)地的差異，樹冠的結(jié)構(gòu)、枝葉密度和葉面傾角差異，植物所處的外界環(huán)境和氣象因素，等等［3-5］。橡膠樹作為喬木樹種枝冠結(jié)構(gòu)茂密，葉量繁多，多表現(xiàn)出較強(qiáng)的植株滯塵能力，同時(shí)高大喬木層的樹冠可降低環(huán)境風(fēng)速，利于粉塵沉降。因此，就植株滯塵能力而言，橡膠樹具有較強(qiáng)的滯塵能力。林齡越大的橡膠林，樹冠大、葉片多、葉面積大，因而截留大氣顆粒物的能力越強(qiáng)。

橡膠林是西雙版納地區(qū)主要的森林植被類型之一，也是該區(qū)域最大的人工林類型，其不僅對(duì)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著巨大影響，而且對(duì)于該地區(qū)的環(huán)境調(diào)控也起著重要作用［9-10］。本研究以西雙版納景洪市郊不同林齡的橡膠林為主要研究對(duì)象，測(cè)定分析林齡、季節(jié)及累積天數(shù)等因素對(duì)其滯塵能力的影響，以明確橡膠林在空氣環(huán)境調(diào)節(jié)方面的作用，為綜合評(píng)價(jià)橡膠林的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本研究試驗(yàn)地位于景洪市江北云南省熱帶作物科學(xué)研究所橡膠試驗(yàn)地，選取了老林、中齡林和幼林共3個(gè)不同樹齡階段的橡膠林為監(jiān)測(cè)對(duì)象（表1）。該區(qū)域?qū)俦睙釒Ш湍蟻啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候，長(zhǎng)夏無(wú)冬，干濕季分明，基本無(wú)霜。年均溫在18.6～21.9℃，年均降水量在1 200～1 700 mm，年均相對(duì)濕度在80%～86%。

表1 研究樣地信息

1.2 葉片采集及處理

分別在旱季（2—4月）、雨季（5—10月）、霧涼季（11月至翌年1月）三個(gè)季節(jié)進(jìn)行葉片采集。

葉片采集：每個(gè)樣地分別選取3株橡膠樹，在每株樹樹冠的冠層中部?jī)?nèi)外上下多點(diǎn)選擇無(wú)病蟲害、大小適中的50～60片健康成熟葉片作為標(biāo)記葉樣，用去離子水反復(fù)沖洗至表面清潔，用紙巾吸干水分，掛上標(biāo)簽作為截取降塵顆粒葉片的初始狀態(tài)。旱季和霧涼季時(shí)，分別在5 d、10 d、15 d后各采集葉樣1次；雨季時(shí)，在雨后的連續(xù)5個(gè)、10個(gè)、15個(gè)晴天后各采集葉樣1次。每株樹每次采集15片左右已標(biāo)記葉片，分別將其放入保鮮袋封存，帶回實(shí)驗(yàn)室處理和測(cè)定。采樣時(shí)始終保持動(dòng)作輕緩，盡量避免震動(dòng)造成的葉面顆粒物脫落。

1.3 滯塵量測(cè)定

將采回的葉樣放入盛有蒸餾水的燒杯中浸泡10 min，然后用蒸餾水和小毛刷反復(fù)刷洗葉片及保鮮袋，將葉樣截取的粉塵全部洗脫入燒杯的蒸餾水中。取干凈濾紙，測(cè)量記錄濾紙重量，用濾紙將清洗液過(guò)濾。再將附著粉塵的濾紙烘干，于萬(wàn)分之一天平上稱重，稱得的總重量減去濾紙重量，即得到單株樹所采集葉樣上的滯塵量（W）。

洗凈的葉片用干凈紗布擦干，采用手持式激光葉面積儀（CI-203，CID，USA）對(duì)各供試葉樣逐片測(cè)定葉面積，每片單葉重復(fù)測(cè)定3次，取平均值代表平均葉面積（S）。

樹木葉片滯塵量計(jì)算目前尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)方法，常采用質(zhì)量差值法進(jìn)行分析測(cè)定［11］。橡膠樹全株葉量（N）和橡膠樹平均葉面積（S0）由前期對(duì)3個(gè)樣地的橡膠樹生物量調(diào)查數(shù)據(jù)獲得。經(jīng)過(guò)相應(yīng)的公式換算，可得到樹種單位葉面積滯塵量、單葉滯塵量與單株滯塵量。其中，單位葉面積滯塵量為單位葉面積在單位時(shí)間內(nèi)滯留的粉塵量，單位為g/m2；單葉滯塵量為一個(gè)獨(dú)立葉片在單位時(shí)間內(nèi)滯留的粉塵量，單位為g/葉；而單株滯塵量指一個(gè)獨(dú)立植株在單位時(shí)間內(nèi)滯留的粉塵總量，單位為kg/株。具體計(jì)算方法如下：

單葉滯塵量（g/葉）=W·S0/N0·S

單位葉面積滯塵量（g/m2）=W/N·S

單株滯塵量（kg/株）=N0·W/N

單位面積林分滯塵量（kg/hm2）=A·N0·W/N

式中：W為單株葉供試葉片的滯塵量，S為供試葉樣平均葉面積，S0為橡膠樹平均葉面積，N為供試葉樣數(shù)，N0為樹全株葉片總數(shù)，A為每公頃標(biāo)準(zhǔn)林地種植橡膠樹株數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

將所有測(cè)量數(shù)據(jù)輸入Microsoft Excel進(jìn)行基礎(chǔ)運(yùn)算統(tǒng)計(jì)。采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA）和相關(guān)性（Spearman相關(guān)系數(shù)）分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單葉滯塵量

對(duì)橡膠樹老林、中齡林、幼林在不同季節(jié)、不同累積天數(shù)的單葉滯塵量和單位葉面積滯塵量進(jìn)行觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，橡膠樹平均單葉滯塵量變化范圍在0.00019～0.00519 g/葉（表2），橡膠樹平均單位葉面積滯塵量變化范圍在0.0534～0.9285 g/m2（表3）。橡膠樹單葉滯塵量和單位葉面積滯塵量的最大值均出現(xiàn)于旱季累積5 d的幼林，最小值均出現(xiàn)于旱季累積10 d的老林。但是，橡膠樹的單葉滯塵量和單位葉面積滯塵量均未隨林齡、季節(jié)或累積天數(shù)的變化出現(xiàn)明顯規(guī)律性變化。

表2 單葉滯塵量 mg·葉-1

表3 單位葉面積滯塵量 g·m-2

2.2 單株滯塵量

對(duì)橡膠樹老林、中齡林、幼林在不同季節(jié)、不同累積天數(shù)的單株橡膠樹的滯塵量進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)橡膠樹平均單株滯塵量變化范圍在0.0025～0.1171 kg/株。如圖1所示，在旱季，取樣間隔5 d時(shí)，橡膠樹單株滯塵量有顯著差異（P＜0.05），表現(xiàn)為老林＞幼林＞中齡林；取樣間隔10 d時(shí)，各林齡橡膠林的單株滯塵量無(wú)明顯差異；取樣間隔15 d時(shí)，老林單株滯塵量要顯著高于中齡林和幼林。在雨季，不同林齡橡膠林的單株滯塵量有顯著差異（P＜0.05），表現(xiàn)為老林＞中齡林＞幼林；在霧涼季，老林的單株滯塵量顯著（P＜0.05）高于中齡林和幼林，而中齡林和幼林之間沒(méi)有顯著差異（P＞0.05）。從取樣間隔天數(shù)看，橡膠樹單株滯塵量最大值出現(xiàn)于霧涼季累積5 d的老林；最小值出現(xiàn)于雨季累積15 d的幼林，橡膠樹單株滯塵量不隨時(shí)間的累積呈規(guī)律性變化。

2.3 單位面積林分滯塵量

對(duì)不同季節(jié)單位面積的橡膠樹老林、中齡林、幼林的滯塵量進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)橡膠林平均單位面積林分滯塵量變化范圍在1.1394～39.7919 kg/hm2。在不同季節(jié)，不同林齡橡膠林的滯塵量存在差異，老林的單位面積滯塵量要顯著高于中齡林和幼林（圖2）。在旱季和霧涼季，中齡林和幼林的單位面積滯塵量沒(méi)有顯著差異（P＞0.05）；而在雨季時(shí)，中齡林和幼林的單位面積滯塵量有顯著差異（P＜0.05）。

圖2 不同季節(jié)累積15天單位面積橡膠林的滯塵量比較（P ＜ 0.05）

2.4 滯塵量與不同因子的相關(guān)性分析

對(duì)橡膠樹幼林、中齡林、老林的滯塵量與林齡、葉面積、季節(jié)和取樣間隔天數(shù)的相關(guān)性分析表明，橡膠樹單株和橡膠林單位面積林分的滯塵量與葉面積、季節(jié)的相關(guān)性為極顯著（P＜0.01），與林齡的相關(guān)性為顯著（P＜0.05），而與累積天數(shù)之間無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系（P＞0.05）（表4）。

表4 滯塵量相關(guān)影響因素分析結(jié)果

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果顯示，不同林齡的橡膠林對(duì)空氣中的粉塵顆粒物均具有顯著的阻擋、截留與吸滯作用，單株橡膠樹滯塵量為0.0025～0.1171 kg/株，單位面積橡膠林滯塵量為1.1394～39.7919 kg/hm2，雨季的滯塵量明顯低于旱季和霧涼季。在各個(gè)季節(jié)，橡膠樹老林的滯塵量通常都高于中齡林和幼林；中齡林與幼林在雨季的滯塵量有顯著差異，而在旱季（累積5天除外）和霧涼季均沒(méi)有明顯不同。滯塵量主要與橡膠樹的林冠結(jié)構(gòu)和葉片特性密切相關(guān)，且受季節(jié)性氣候因素（降雨、陣風(fēng)等）影響顯著，而非時(shí)間越長(zhǎng)滯塵量越多。綜合分析，可能有以下原因：

一是橡膠樹葉的葉面結(jié)構(gòu)特征不明確。已有研究表明不同植物由于葉表面結(jié)構(gòu)不同對(duì)大氣顆粒物的滯留能力存在顯著差異［1,6,12］。同種植物的葉片在不同生長(zhǎng)階段，葉面的細(xì)微結(jié)構(gòu)和葉片分泌物情況等不同，也會(huì)對(duì)滯塵的效果有影響［13-14］。本研究未對(duì)不同年齡橡膠樹葉片的形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，不了解其葉片表面的粗糙程度和葉表面絨毛覆蓋的情況。下一步研究中可對(duì)不同年齡的橡膠樹葉片進(jìn)行電鏡解剖，了解葉片形態(tài)特征，以幫助準(zhǔn)確分析不同年齡橡膠樹葉片的滯塵能力差異。

二是葉片取樣前用水反復(fù)沖洗不徹底。王贊紅等［8］的研究結(jié)果已指出，葉片滯塵顆粒物形態(tài)特征受清洗作用影響較大，簡(jiǎn)單清洗并不能去除大多數(shù)葉片滯塵顆粒物，深度清洗仍不能徹底清除葉片表面顆粒物，更細(xì)小的粒子被固定在葉片表皮。沖洗作用會(huì)引起顆粒物形態(tài)的變化。本研究在取葉片前用水反復(fù)沖洗葉表面，作為葉片截取降塵顆粒的初始狀態(tài)，在這一過(guò)程中無(wú)法完全沖洗掉葉表面的顆粒物，可能會(huì)對(duì)最終結(jié)果有一定影響。

三是環(huán)境因素的影響。植物滯塵能力的大小與所處環(huán)境中大氣顆粒物的濃度亦有關(guān)系［15-16］。由于本研究所選取的3個(gè)橡膠林樣地的地勢(shì)、周圍道路、人流、建筑分布等情況有所不同，所處環(huán)境中的大氣顆粒物濃度也存在一定差異，導(dǎo)致3個(gè)橡膠林的落塵量產(chǎn)生差異。

四是橡膠林內(nèi)的垂直空間。不同的植物群落組成結(jié)構(gòu)和垂直空間分布格局會(huì)產(chǎn)生不同的滯塵能力。蘇俊霞等［17］已通過(guò)試驗(yàn)得出不同的植物類型滯塵能力的順序?yàn)椋翰荼局参铮竟嗄局参铮締棠局参铮咎俦局参铩１狙芯窟x取的3個(gè)林齡的橡膠林，其林內(nèi)植物群落構(gòu)成是有較大差別的。老膠林內(nèi)主要是膠樹+極少的草本植物+少量藤本植物，中齡林內(nèi)主要是膠樹+少量的草本植物+少量藤本植物，幼林內(nèi)主要是膠樹+大量的草本+少量的藤本植物+極少的灌木。本研究只觀測(cè)了橡膠樹葉片的滯塵能力，而沒(méi)有考慮林內(nèi)其他植物的影響，后續(xù)可補(bǔ)充對(duì)橡膠林下的滯塵量的調(diào)查。