街道綠色植物滯塵及吸收粉塵能力研究進展

邊廷廷，夏德美

（蕪湖職業(yè)技術學院，安徽 蕪湖 241003）

0 引言

街道綠化不僅可以起到美化居住環(huán)境，提升市民幸福感的作用，還有重要的生態(tài)價值。隨著國民經(jīng)濟水平的提升，城市空氣中顆粒污染物增多，如何合理規(guī)劃城市街道的綠化建設，發(fā)揮植物的生態(tài)價值已經(jīng)成為城市可持續(xù)發(fā)展面臨的重要課題。在城市綠化中常見的園林植被由于表面微結構特征存在差異，因此滯塵及吸收粉塵能力略有不同，不同的地理環(huán)境和氣候特征也會影響植物的滯塵、吸塵能力，因此在城市生態(tài)建設中應該選擇與本地環(huán)境相契合的綠色植物，達到事半功倍的環(huán)境治理效果[1]。

1 綠色植物的滯塵、吸塵機理

植物單位葉面積的在特定時間內(nèi)吸附的顆粒污染物數(shù)量就是綠色植物的滯塵和吸塵能力[2]。街道栽植的綠色植物的葉片表面大多可以將空氣中漂浮的粉塵顆粒物進行截取、固定和吸附，進而形成良好的滯塵、吸塵效應，是城市凈化的主要過濾體。一般綠色植物的滯塵、吸塵機理分為3 種方式：①滯留或停著形式。②附著形式。③粘附形式[3]。

1.1 滯留或停著機理

滯留或停著是綠色植物的主要滯塵吸塵形式，通過植物對空氣氣流的流通產(chǎn)生阻礙的效果，進而使污染物下沉至植被葉片表面[4]。但是受到外部因素的影響，此形式的滯塵吸塵效果會有波動性。如植株較為矮小的植物在風速和降雨的影響下，附著在上面的粉塵極易被吹起或沖刷掉。灌木樹種適應性強、生長速度快而且栽培管理簡單，是城市街道綠化建設的重要植物群落，以灌木樹種為例，由于灌木樹種大多呈叢生狀態(tài)比較矮小，因此污染物一般為機動車尾氣排放的顆粒，是大氣中污染物的主要來源。若樹木的樹冠生長茂密，則會對污染物形成良好的阻擋效果，繼而附著在植物的葉片表面上，因此灌木樹種是街道綠化建設中的常見植被。

1.2 附著機理

與停著機理相比，街道種植的綠色植物對污染物的附著滯塵和吸塵效應更加穩(wěn)定，由于植物的附著機理主要受植物葉片性狀影響，因此不易受外部因素影響，滯留物保持性強[5]。一般來說，植物葉片粗糙程度越深、葉片表面絨毛越濃密、葉脈越突出的植株更容易使空氣中的粉塵污染物附著在葉片表面，如三葉草、小龍柏等。受到不同顆粒污染物的粒徑不同的影響，綠色植物對其的附著能力也不同，總的來說，喬木的滯塵吸塵能力強于灌木樹種，雪松和龍柏對于TSP 和PM＞10 的顆粒污染物附著能力最強，對于能較長時間懸浮于空氣中直徑小于等于2.5μm 的顆粒物，杉木、馬尾松、石楠的滯留效果最強，其中常綠樹種的葉片單位吸附能力遠強于落葉樹種[6]。根據(jù)此機理，我們可以在城市道路兩旁種植小龍柏，三葉草等地被植物，街旁行道樹可以選擇法國梧桐、香樟、女貞等喬木。

1.3 粘附機理

在3 種滯留吸附機理中，滯塵吸塵效應最穩(wěn)定的是粘附形式，主要與植物的葉片表面可以分泌粘性油脂，以及葉片的蠟質(zhì)含量有關[7]。植物葉片的分泌物具有極強的粘附力，即使在外力的作用下也可以將顆粒污染物牢牢地粘附在葉片表面，使顆粒物得以在空氣中消除。以常見的街道綠化植物常綠灌木大葉黃楊為例，大葉黃楊葉面光亮，葉片蠟質(zhì)含量高，表面氣孔下陷，對尾氣排放物具有良好的滯塵吸塵效果，因此在街道兩旁種植大葉黃楊可以有效的對來往車輛排放的尾氣進行降解[8]。在葉片上滯留的污染物會經(jīng)過外力而降落、擴散或經(jīng)過雨水沖洗等作用而下沉。其中，清洗對顆粒污染物的粘附效果影響更大，不同程度的清洗會對葉片表面粘附的顆粒物形成相應的影響效果。如圖所示，圖1 只是對大葉黃楊葉片表面進行了簡單的清洗，在電鏡圖像顯示下，發(fā)現(xiàn)其表皮組織結構已經(jīng)被粉塵污染物完全遮蓋，經(jīng)過簡單的清理使滯留在葉片表面的顆粒物多為顆粒直徑小于等于10μm 的顆粒物，這類污染物由于自然降落的速度較慢，主要通過雨水沖刷機制進行消除，大葉黃楊葉片對細小顆粒物的粘附機理為PM10 消除機制提供了新的發(fā)展方向。圖2 是對大葉黃楊葉片表面進行了深度清洗的電鏡圖像，其葉片表面依舊存在顆粒直徑小的粘附物，葉片的表皮組織結構清晰可見。由此可見粘附機理對滯留物的滯塵吸塵效果最為穩(wěn)定。

圖1 簡單清洗的葉片表面

圖2 深度清洗的葉片表面

2 街道綠色植物滯塵及吸收粉塵能力研究

滯塵量是在單位時間內(nèi)植物葉片表面可滯留粉塵數(shù)量的多少，在城市街道的綠化建設中，一般以喬木、灌木、草本、藤本等植被類型為主[9]。在不同的時間和空間限制下，植物的滯塵能力會有所差異，因此在進行城市街道綠化建設時，一定要根據(jù)因地制宜的原則，選取適合當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的植物，發(fā)揮出綠色植物最大的生態(tài)價值。以蕪湖市街道綠化常見的幾種喬木和灌木為例，進行不同綠化樹種滯塵能力比較分析研究。

2.1 材料與方法

不同綠化樹種滯塵能力測定的材料與方法如表1 所示。

表1 不同綠化樹種滯塵能力測定的材料與方法

2.2 結果與分析

結合表2、表3 可見：不同綠化樹種滯塵能力差異較大，同一樹種在不同地點的滯塵能力也各有不同。產(chǎn)生差異的原因是多方面的，受植物葉片表面特性、植被結構特征影響較大，根據(jù)同一樹種在不同功能區(qū)滯塵能力，可以反映出采樣地點的環(huán)境質(zhì)量，公共休閑場所的空氣質(zhì)量優(yōu)于城市干道，經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)由于工廠的聚集，重金屬工業(yè)集中，導致大氣中的污染物的含量超標，影響綠化植被的滯塵能力。根據(jù)表中的信息可以得出落葉喬木樹種的滯塵能力最弱，常綠喬木樹種次之，灌木樹種的滯塵能力最強。一般情況下，植被叢生面積大的植物對于粉塵的滯留吸附能力較強，如灌木樹種對顆粒物的滯留能力就強于喬木樹種。其中常綠喬木樹種對粉塵顆粒物的滯留時間久，由于其多為硬葉樹種，受風力的影響較小，而且其葉片表面粗糙程度深且分泌物的黏稠度高，更利于顆粒污染物的滯留，比起落葉喬木滯塵吸塵效果更好。

表2 不同綠化樹種滯塵能力比較

表3 同一樹種在不同功能區(qū)滯塵量比較 單位：g/m2

目前PM2.5 是大氣污染中較為嚴重的問題，汽車尾氣排放是PM2.5 產(chǎn)生的主要流動源，在街道兩旁種植滯塵吸塵能力強的植被或植物群落可以在污染物產(chǎn)生之初就對其進行有效的吸附和降解，緩解城市汽車尾氣排放給生態(tài)環(huán)境帶來的壓力。PM2.5 由于顆粒直徑較小，因此可以長時間的存留在大氣環(huán)境中，不易下沉，而且活性強，易附帶有毒、有害物質(zhì)，對人體健康和生態(tài)環(huán)境都有較為嚴重的影響[10]。在相同單位面積下，不同植被間進行混合搭配對PM2.5 的滯塵吸塵效應更加顯著，遠遠強于單一植被結構。其中喬草型植物群落的滯塵效果強于灌草型植物群落，喬草型植物群落又強于草坪型、喬灌型、喬灌草型植物群落，灌草型植物群落的滯塵效果最弱[11]。同樣，在相同的外部條件以及同一單位時間和植物單位面積環(huán)境下，不同的樹種對于PM2.5 的滯塵能力強弱也不同，其中闊葉喬灌草樹種對PM2.5的滯塵吸塵能力最強，其次是針葉喬灌草樹種，順位第三是闊葉喬草樹種，草坪對PM2.5 的滯塵吸塵能力最弱，灌木草坪略強于普通草坪[12]。根據(jù)以上結論，在與當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境相契合的條件下，在街道綠化建設中，盡量選取滯塵能力較強的植被，或植被間搭配效果顯著的植物群落，在最大程度上緩解城市空氣污染情況，降解大氣中PM2.5 的含量，為建設生態(tài)宜居環(huán)境提供保障。

3 綠色植物滯塵和吸塵能力的影響因素

3.1 植物葉片表面特性

3.1.1 葉片表面的粗糙程度

根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，葉片表面的粗糙程度越大的植物對于顆粒污染物的吸附能力越強。如主要分布在北方地區(qū)的針葉林，作為在北方寒冷冬季依舊可以保持綠色的植被，是北方冬季滯塵降塵的過濾主體。針葉樹種的滯塵能力主要是由于其自身葉片表面有瘤狀突起，且分布毫無規(guī)律，使其葉片表面粗糙。因此與葉片表面光滑的植物相比，植被葉片表面凹槽越多，絨毛分布越多，植物表面粗糙程度越大的植物粉塵顆粒物的吸附能力越強。因此在一些緯度較高，氣溫寒冷的城市，街道綠化建設可以優(yōu)先選擇針葉林樹種，如側柏就是常見的集綠化、水土保護和美化環(huán)境的于一體的樹種。

3.1.2 葉片表面的濕潤性

葉片表面的濕潤性也是影響植物滯塵能力的關鍵因素。葉片表面的濕潤性體現(xiàn)是植物葉片的接觸角，接觸角的大小與植物葉片表面的粗糙程度間相互關聯(lián)。葉片表面的濕潤度沒有固定的界限值，一般在90°～100°上下波動的范圍中，接觸角小于100°為濕潤，大于100°則為不濕潤。由于不同植物葉片表面的濕潤性不同，因此植物自身的“自我清潔”能力也存在差異。親水性強的植物，滯塵作用效果明顯，如山毛櫸葉片由于其葉片表面無蠟質(zhì)含量，葉片表面濕潤度高，使其滯塵能力較強。植物接觸角較小的葉片表面濕潤性更強，親水性明顯，其葉片表面大多凹凸不平，溝痕明顯，褶皺較多，加大顆粒物與植物的接觸面，對于污染物的滯留和吸附能力更顯著。增加植被葉片表面濕潤度有利于綠色植物發(fā)揮自身吸塵滯塵功能，因此在干燥少雨的季節(jié)可以通過定期向街道兩旁的綠色植物灑水來保持其濕潤性，使街道兩旁的綠色植被更好的滯留和吸附大氣中的顆粒污染物，發(fā)揮街道綠化的生態(tài)價值。

3.1.3 葉片表面的分泌物

葉片表面的分泌物是影響植物滯塵吸塵的重要因素，是粘附機理形成的主要原因。由于部分植物的葉片表面會分泌大量具有黏著特性的分泌物，會對大氣中漂浮的粉塵顆粒物進行有效的粘附，而且不容易受到外力的作用而導致粉塵顆粒物再次漂浮到空中，葉片表面的分泌物為植物的滯塵能力提供了強有力的支持，是固定和消除空氣中顆粒污染物的有效形式。大部分的松科類型樹種具有分泌粘性物質(zhì)的特性，分泌物包括樹脂、揮發(fā)油以及一些膠狀的黏稠性液體等，這些分泌物對于空氣中的粉塵顆粒物有極強的粘附效果，可以有效對其進行降解，加速顆粒污染物在大氣中的消除進程。除卻松科植物外，小葉黃楊、黃金榕、夾竹桃等樹種由于葉片表面蠟質(zhì)含量較高，因此也可以將污染物牢牢地黏著在植物葉片表面。在灌木樹種中，山茶也具有分泌粘性物質(zhì)的特性，對粉塵的滯留和吸附效果更強。基于此、小葉黃楊，黃金榕等具有分泌特性的灌木和喬木樹種成為部分城市街道綠化的主要植被。

3.2 植物結構特征

首先，植物的滯塵吸塵能力會受到葉片面積的影響。葉片單位面積越大的植物對于粉塵的吸附能力越強，滯塵作用越明顯，在外部條件相同時，植物的葉片面積越大，在滯留和吸附顆粒物過程中就更占優(yōu)勢。其次，植物的葉片傾角也會對滯塵能力產(chǎn)生影響。葉片傾角不僅會促進植物的光合作用，還在一定程度上對其滯塵吸塵能力產(chǎn)生影響。如野迎春的枝葉雖然比較密集，但是由于其葉片傾角較為單一，與爬山虎枝葉稀疏，葉片傾角多向化不同，野迎春對于污染物的滯留和吸附能力就遠遠弱于爬山虎。再次，影響植物滯塵能力的還有植物葉片的高度。相同的植被在外部條件也相同的情況下，葉片高度與滯塵量成反相關。產(chǎn)生此現(xiàn)象的主要影響因素有兩點：①懸浮的顆粒物會受自身重力的影響，加速下沉過程。②葉片高度越高，受到風力的影響越大，使植物對污染物的吸附具有不穩(wěn)定性。最后，植物的樹冠結構也會對其滯塵能力產(chǎn)生影響，植物樹冠的大小和植株整體生長狀態(tài)與植物的滯塵吸塵能力成正比。以白蠟、國槐以及香花槐樹種為例，植物的樹冠層次結構越緊密，枝葉越繁茂，其對粉塵顆粒物的吸附和穩(wěn)定效果越明顯。因此在街道墻體綠化工程中，生命力頑強易成活的爬山虎是首要選擇，在綠化和美化環(huán)境的同時，作為屏障還發(fā)揮著增氧、降溫、減塵、降噪等作用，是街道垂直綠化的優(yōu)良植被類型。

4 結語

街道的綠化建設不僅起到美化城市的效果，還應該從城市生態(tài)環(huán)境建設的角度出發(fā)，與當?shù)貙嶋H情況相結合，選取滯塵和吸收粉塵能力強的植被，如在吸附粉塵過程中具有優(yōu)勢的水蠟、忍冬、連翹、紫丁香等。在街道綠化建設中，優(yōu)先選擇植物葉片可以產(chǎn)生分泌物、具有親水特性、葉片表面粗糙程度明顯以及植物葉片面積大、葉片的高度低、植株生長態(tài)勢茂密、葉片呈分散形狀發(fā)展的植物，更有助于發(fā)揮綠色植物的生態(tài)價值。在選擇樹種栽種時，除卻考慮植物的滯塵及吸收粉塵能力，也可以同時考慮植物凈化環(huán)境的其他功能，如吸收其他有毒有害的物質(zhì)和氣體的特性，使街道綠化生態(tài)效益達到最大化。