宿遷市8種常綠樹種滯塵能力研究

秦鑫 劉宇 周春妍 鈕英子 趙夢(mèng)

摘 要：以蘇北地區(qū)常見的8種常綠樹種（香樟、廣玉蘭、大葉女貞、雪松、龍柏、枇杷、竹子、石楠）為研究對(duì)象，降水后每隔4d連續(xù)6次監(jiān)測(cè)葉表面滯塵量，對(duì)比分析常綠樹種單位葉面積滯塵量（DPLA）、單葉滯塵量（DPL）以及單株滯塵量（DPP）。結(jié)果表明：8種常綠樹種單位葉面積滯塵量、單葉滯塵量、單株葉片滯塵量分別在0.00041～0.00273g·cm-2、0.0250～0.2783g·leaf-1、0.47～23.21g·plant-1區(qū)間。對(duì)8種常綠樹種進(jìn)行k類均值聚類分析，得到龍柏的綜合滯塵能力最強(qiáng)，廣玉蘭、枇杷、雪松，女貞和香樟的滯塵能力相對(duì)一般，石楠和剛竹的綜合滯塵能力最低。說明葉表面粗糙、褶皺較深、背覆絨多毛、能分泌油脂的樹種滯塵能力要優(yōu)于樹冠結(jié)構(gòu)疏松、體量較小的樹種。

關(guān)鍵詞：常綠樹種;滯塵;顆粒物

中圖分類號(hào) S731.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2022）11-0057-03

隨著城市化進(jìn)程的高速發(fā)展，揚(yáng)塵、汽車尾氣、化工廠排放的有害氣體等儼然已成為我國主要的環(huán)境污染源之一[1-2]，并隨之產(chǎn)生一系列大氣問題[3]。大氣顆粒物能影響大氣能見度，產(chǎn)生光化學(xué)污染，并引起肺病、心臟病和哮喘等多種疾病，從而影響人類的健康[4]。城市綠化樹種是城市綠地的主體，是改善城市環(huán)境的重要載體，不僅有調(diào)節(jié)氣候、遮陰等方面的作用，還能阻滯、吸收和粘滯粉塵[5]。其中，常綠樹種樹體高大，樹冠開展，且一年四季皆可滯塵，相對(duì)于其他植物具有更好的滯塵效益。目前，國內(nèi)外許多城市對(duì)植物滯塵已開展相關(guān)研究，主要集中在來源分析[6-7]、時(shí)空變化[8-9]、樹種差異[10-11]等方面，但對(duì)不同常綠樹種滯塵能力差異的相關(guān)研究甚少，在蘇北地區(qū)幾乎沒有。因此，本研究以蘇北地區(qū)常見的8種常綠樹種為研究對(duì)象，探究不同常綠樹種對(duì)大氣顆粒物的吸滯作用，依據(jù)滯留能力差異合理選擇蘇北地區(qū)綠化樹種，為提高植物配置品質(zhì)，降低蘇北地區(qū)大氣顆粒物污染和改善空氣質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 宿遷市位于江蘇省北部，屬于溫帶季風(fēng)氣候區(qū)向暖溫帶季風(fēng)氣候的過渡區(qū)，年均氣溫14.2℃，年均降水量910mm，年均日照總時(shí)數(shù)為2291h，光熱資源比較優(yōu)越，四季分明，氣候溫和。由于受季風(fēng)影響，年際間變化不大，但降水分布不均，易形成春旱、夏澇、秋冬干天氣。

1.2 樣品采集 于2020年12月—2021年2月，選擇宿遷地區(qū)常見的8種常綠樹種為研究對(duì)象，分別為香樟、廣玉蘭、大葉女貞、雪松、龍柏、枇杷、竹子、石楠（詳情見表1）。8種常綠樹木皆在宿遷學(xué)院老東門附近。

一般認(rèn)為，15mm以上的降雨可以將植物葉表面的顆粒物洗凈[12]，進(jìn)而開始重新滯塵。本試驗(yàn)于降水后每隔4d進(jìn)行采樣，共計(jì)6次。采樣時(shí)，選擇生長(zhǎng)健壯的樹種，為了保證樣品采集盡量一致，將樹冠按上、中、下3部分和東西南北4個(gè)方向分層隨機(jī)取樣，葉片較大的廣玉蘭、枇杷采取3～5片葉子，葉片較小剛竹、女貞、石楠和香樟采取15～20片，針葉樹種雪松和龍柏適量。采集的葉片放于密封袋中帶回實(shí)驗(yàn)室，避免震動(dòng)，以免葉片上的顆粒物落下。

1.3 葉片處理 采集的樣品先用1/10000天平進(jìn)行第1次稱量，得到初始含塵葉片質(zhì)量W1。將采集的葉片樣品逐片放入燒杯中清洗，用軟毛刷輕輕刷去灰塵，再用蒸餾水淋洗，用鑷子輕輕拿出，自然風(fēng)干并裝入袋中，得到測(cè)得不含粉塵的葉片質(zhì)量W2，兩次相減即W1-W2得塵重。植物葉面積采用C1-203手持式激光葉面積儀，重復(fù)3次取平均值。

1.4 單株葉面積計(jì)算 一般闊葉樹種的葉片總面積會(huì)計(jì)算采用如下經(jīng)驗(yàn)公式[13]：

y=Exp[0.631+0.238h+0.631d-0.012×3d（d+h）/2]+0.182

式中：y為葉面積總量（m2），h為樹冠高度（m），d為樹冠直徑（m）;Exp即指數(shù)函數(shù)，約等于2.71828。

1.5 樹種滯塵能力計(jì)算 樹木單位葉面積滯塵量（DPLA：g·cm-1）單葉滯塵量（DPL：g·leaf-1）及單株滯塵量（DPP：g·plant-1）。

具體計(jì)算公式如下：

DPLA=（W1-W2）/N0S

DPL=（W1-W2）S0/N0S

DPP=N（W1-W2）/N0

其中，DPLA：樹木單位葉面積滯塵量（g·cm-1），DPL：?jiǎn)稳~滯塵量（g·leaf-1），DPP：?jiǎn)沃耆~片滯塵量g·plant-1），W1：樣品袋和葉片滯塵的重量;W2：樣品袋和洗去粉塵后的葉片質(zhì)量;S：采集的葉片平均葉面積;S0：實(shí)驗(yàn)樹種全部葉片的平均葉面積;N0：采集的葉片數(shù);N：實(shí)驗(yàn)樹種整株葉片數(shù)。

1.6 數(shù)據(jù)處理 本研究數(shù)據(jù)采用在SPSS21.0軟件分析，并用最小顯著差數(shù)法（LSD）檢測(cè)數(shù)據(jù)之間的差異性，圖表采用EXCEL2010軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 8種常綠樹種單位葉面積滯塵量 如圖1所示，8種常綠樹種間單位葉面積滯塵量存在較大差異，滯塵量按大小排序?yàn)辇埌?gt;枇杷>石楠>女貞>廣玉蘭>香樟>雪松>剛竹。其中，龍柏的單位葉面積滯塵量最大，達(dá)到0.00273g·cm-2。龍柏葉表面凹槽較深，比表面積大，顆粒物滯留能力較強(qiáng)。葉面光滑的剛竹單位葉面積滯塵量最小，僅為0.00041g·cm-2。枇杷、石楠、女貞、廣玉蘭、香樟和雪松單位葉面積滯塵能力中等，平均滯塵量分別為0.00210、0.00158、0.00128、0.00107、0.00095和0.00084g·cm-2。

2.2 8種常綠樹種不同時(shí)段單位葉面積滯塵量 由表2可知，整體上，8種常綠樹種單位葉面積滯塵量隨監(jiān)測(cè)時(shí)間變化而逐步增加。其中，龍柏和剛竹單位葉面積滯塵量隨時(shí)間推移而逐步上升，分別從最低值的0.00080和0.00029g·cm-2上升到0.00288和0.00056g·cm-2。枇杷、廣玉蘭和雪松在20d時(shí)滯塵量達(dá)到最高值，分別為0.00279、0.00109和0.00114g·cm-2，到第24d時(shí)略有下降，這可能是在20d時(shí)滯塵量已達(dá)到飽和，隨著周邊環(huán)境的影響，葉面滯塵量會(huì)發(fā)生微弱變化。

2.3 8種常綠樹種單葉滯塵量 對(duì)8種常綠樹種單葉滯塵量進(jìn)行分析（圖2），單葉滯塵量由高到低依次為枇杷>廣玉蘭>石楠>女貞>香樟>龍柏>雪松>剛竹。其中，枇杷和廣玉蘭因單葉面積較大，單葉滯塵量分別達(dá)到0.2782和0.1723g·leaf-1;雪松為針葉樹種，單葉滯塵量相對(duì)較弱，僅為0.0277g·leaf-1，剛竹因單位葉面積滯塵量較小緣故，單葉滯塵量最小，為0.0250g·leaf-1。石楠，女貞，香樟為中型葉，其單葉滯塵能力相對(duì)一般，分別為0.0737、0.0649和0.0529g·leaf-1。

2.4 8種常綠樹種單株葉片滯塵量 從圖3可以看出，8種常綠樹種單株葉片滯塵量在0.0047～0.2321g·plant-1區(qū)間，與前者相同，樹種間的單株滯塵量也有顯著差異，按大小排序?yàn)椋糊埌?gt;廣玉蘭>香樟>雪松>枇杷>女貞>石楠>剛竹，龍柏的單株滯塵量最高，為0.2321g·plant-1，滯塵能力非常強(qiáng)，這與其優(yōu)秀的單葉滯塵量有關(guān)，其次為廣玉蘭，也達(dá)到0.1853g·plant-1，香樟、雪松、枇杷、女貞與石楠相對(duì)前者表現(xiàn)一般，分別是0.1787、0.1644、0.1121、0.1105g·plant-1，剛竹的單株葉片滯塵能力最低，僅為0.0047g·plant-1，與龍柏相差49.38倍。

2.5 8常綠樹種綜合滯塵能力 采用SPSS21.0對(duì)8種常綠樹種進(jìn)行k類均值聚類分析，可將8個(gè)樹種分成四類，得到龍柏的綜合滯塵能力最強(qiáng)，廣玉蘭、枇杷、雪松，女貞和香樟的滯塵能力相對(duì)一般，石楠和剛竹的綜合滯塵能力最低。

3 結(jié)論與討論

本研究對(duì)蘇北地區(qū)常見的8種常綠樹種滯塵能力進(jìn)行分析，整體上，8種常綠樹種單位葉面積滯塵量隨時(shí)間變化而逐步增加，枇杷、廣玉蘭和雪松在20d時(shí)滯塵量達(dá)到飽和。單位葉面積滯塵量區(qū)間為0.00041～0.00273g·cm-2，表現(xiàn)為龍柏>枇杷>石楠>女貞>廣玉蘭>香樟>雪松>剛竹;單葉滯塵量在0.0250～0.2783g·leaf-1之間，按大小排序?yàn)殍凌?gt;廣玉蘭>石楠>女貞>香樟>龍柏>雪松>剛竹;單株葉片滯塵量在0.47～23.21g·plant-1區(qū)間，按大小排序?yàn)辇埌?gt;廣玉蘭>香樟>雪松>枇杷>女貞>石楠>剛竹，這與李艷梅等人研究結(jié)果基本一致[14]。

通過對(duì)8種常綠樹種滯塵能力進(jìn)行k類均值聚類分析，得到龍柏的綜合滯塵能力最強(qiáng)，廣玉蘭、枇杷、雪松，女貞和香樟的滯塵能力相對(duì)一般，石楠和剛竹的綜合滯塵能力最低。樹木的綜合滯塵能力受多方面因素的影響[17]，從葉面微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)上，葉表面粗糙、褶皺較深、背覆絨多毛、能分泌油脂的樹種滯塵能力較強(qiáng)，針葉樹種受尖端放電，可以有效滯留附近的顆粒物，而溝槽較深的葉面顆粒物停滯更加穩(wěn)定。

植物樹冠結(jié)構(gòu)比較疏松、體量較小的樹種單株滯塵能力較弱。這說明，在滯塵效率方面還是要葉片溝槽較多、體量較大的大喬木，特別在蘇北地區(qū)，植物群落多為落葉闊葉林，冬季常綠喬木選擇的空間小，且多長(zhǎng)勢(shì)不理想，可通過種植具有較強(qiáng)滯塵能力的針葉大喬木降低綠地內(nèi)顆粒物濃度，同時(shí)能建立良好的生態(tài)微環(huán)境[15]。本研究的時(shí)間段為12月至次年2月，并非全年時(shí)間段，對(duì)于本研究存在的局限性還是需要進(jìn)行進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

[1]唐效炎，張遠(yuǎn)航，邵敏.大氣環(huán)境化學(xué)[M].（第二版）.北京：高等教育出版社，2006.

[2]王曉磊，王成.城市森林調(diào)控空氣顆粒物功能研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，34（8）：1910-1921.

[3]Varga T，Major I，Gergely V，et al. Radiocarbon in the atmospheric gases and PM10 aerosol around the Paks Nuclear Power Plant，Hungary[J]. Journal of Environmental Radioactivity，2021，237：106670.

[4]張桂芹，焦紅云，齊鳴，等.濟(jì)南市灰霾期大氣復(fù)合污染特征分析[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，27（1）：84-87

[5]劉宇，王曉立，董蓉，等.采暖季4種結(jié)構(gòu)的城市綠地對(duì)PM2.5和PM10的調(diào)控作用[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2017，26（12）：2134-2139.

[6]呂鈴鑰，李洪遠(yuǎn)，楊佳楠.植物吸附大氣顆粒物的時(shí)空變化規(guī)律及其影響因素的研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)雜志，2016，35（2）：524-533.

[7]方穎，張金池，王玉華.南京市主要綠化樹種對(duì)大氣固體懸浮物凈化能力及規(guī)律研究[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2007，23（2）：36-40.

[8]孫曉丹，李海梅，劉霞，等.不同綠地結(jié)構(gòu)消減大氣顆粒物的能力[J].環(huán)境化學(xué)，2017，36（2）：289-295.

[9]高金輝，王冬梅，趙亮，等.植物葉片滯塵規(guī)律研究——北京市為例[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29（2）：94-99.

[10]劉延惠，丁訪軍，侯貽菊，等.貴陽市圖云關(guān)森林公園主要樹種葉面滯塵量與葉形態(tài)結(jié)構(gòu)的相關(guān)性研究[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境報(bào)，2019，35（12）：1582-1592.

[11]孫應(yīng)都，陳奇伯，李艷梅，等.昆明市6個(gè)綠化樹種葉表微結(jié)構(gòu)與滯塵能力的關(guān)系研究[J].西南林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2019，39（3）：78–85.

[12]楊佳，王會(huì)霞，謝濱澤，等.北京9個(gè)樹種葉片滯塵量及葉面微形態(tài)解釋[J].環(huán)境科學(xué)研究，2015，28（3）：384-392.

[13]陳瑋，何興元，張粵，等.東北地區(qū)城市針葉樹冬季滯塵效應(yīng)研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，14（12）：2113-2116.

[14]李艷梅，陳奇伯，王邵軍，等.昆明市主要綠化樹種葉片滯塵能力的葉表微形態(tài)學(xué)解釋[J].林業(yè)科學(xué)，2018，54（5）：19-29.

[15]劉穎，李冬杰，李朝煒，等.綠化植物葉面特征對(duì)滯塵效應(yīng)的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（8）：454?457.

基金項(xiàng)目：宿遷市科技計(jì)劃資助項(xiàng)目（S202002）;江蘇省社科應(yīng)用研究精品工程資助項(xiàng)目（21SYC-04）;宿遷市園林植物與觀賞園藝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目（M202001）;宿遷學(xué)院學(xué)科建設(shè)資助項(xiàng)目（2021ZDJS04）;宿遷市科技計(jì)劃項(xiàng)目（S202112）。

作者簡(jiǎn)介：秦鑫（2001—），女，研究方向：城市園林生態(tài)。

通訊作者：劉宇（1981—），男，碩士，副教授，研究方向：風(fēng)景園林規(guī)劃與園林生態(tài)。? 收稿日期：2021-12-17