不同季節(jié)路側(cè)紫丁香綠帶滯塵機(jī)制研究

郭亞男,王愛(ài)霞*,邢建勛,呂楊超

(1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 建筑學(xué)院,綠色建筑自治區(qū)高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051;2.內(nèi)蒙古自治區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站 呼和浩特分站,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

隨著中國(guó)城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,空氣顆粒物污染問(wèn)題已成為困擾城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境建設(shè)的重要因素之一。街谷內(nèi)高濃度的顆粒物污染不僅會(huì)破壞城市生態(tài)系統(tǒng),還會(huì)對(duì)周圍居民的健康產(chǎn)生不利影響[1]。城市高密度的交通及迅速增長(zhǎng)的車輛是空氣顆粒物污染的主要來(lái)源,而越來(lái)越多的證據(jù)顯示,城市道路綠色屏障可緩解空氣顆粒物污染帶來(lái)的危害[2]。路側(cè)綠帶在城市道路綠地中占地面積最大,綠地構(gòu)成形式多樣,形成了不同層級(jí)的污染物綠地消減體,其主要通過(guò)增強(qiáng)擴(kuò)散、利用植物表面吸附顆粒物來(lái)減緩污染[3-4]。道路綠帶消減顆粒物的能力與綠帶內(nèi)的空氣溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速等自然條件[5]及綠帶密度、厚度及植物葉表面特征等有關(guān)[6]。相關(guān)研究表明,路側(cè)綠帶可有效降低空氣顆粒物濃度[7],其降減顆粒物的能力呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化、周變化及日變化等時(shí)間規(guī)律[8-10]。而植物種類不同,消減顆粒物的效應(yīng)也不同[11]。目前研究多集中于綠帶消減顆粒物的實(shí)測(cè)分析[12]、模型模擬[13],研究結(jié)果傾向于了解其沉積效率,而較少考慮植物微觀吸滯機(jī)理;或使用掃描電子顯微鏡(SEM)分析葉表面特征及顆粒物的大小[14],其表面吸收污染物的情況如何尚待明確。有必要將實(shí)測(cè)和電子掃描方法結(jié)合起來(lái),并增加新的定量測(cè)定方法,來(lái)確定綠帶樹種清除空氣顆粒物的內(nèi)外機(jī)制,同時(shí),考慮掃描電子顯微鏡定性分析的不確定性。本研究的主要目標(biāo)是量化近道路環(huán)境中綠帶對(duì)空氣顆粒物的沉積效率,將重度污染與輕度污染綠帶的環(huán)境濃度、微氣候要素進(jìn)行比較,估計(jì)同一綠帶的消減率。

以內(nèi)蒙古呼和浩特市賽罕區(qū)的5條路側(cè)紫丁香(Syringaoblata)綠帶為研究對(duì)象,測(cè)試了綠帶內(nèi)的6種粒徑顆粒物質(zhì),收集了紫丁香綠帶不同高度、內(nèi)中外側(cè)的代表性葉片,通過(guò)掃描電鏡和圖像分析估算葉表面重金屬的沉積量,并通過(guò)電感耦合等離子質(zhì)譜儀測(cè)試葉對(duì)污染物質(zhì)的總沉積量,揭示路側(cè)綠帶從環(huán)境空氣中去除的顆粒物質(zhì)和重金屬元素。將樹葉微形態(tài)觀察、葉表金屬離子能譜分析及葉內(nèi)重金屬元素定量分析和環(huán)境空氣實(shí)測(cè)方法相結(jié)合,以量化路側(cè)綠帶去除環(huán)境顆粒物的效果和機(jī)制,研究結(jié)果為道路綠帶減少污染并改善人類生存環(huán)境提供了新的見(jiàn)解。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)(圖1)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市(110°46′-112°10′E,40°51′-41°8′N),全市總面積17 224 km2,屬典型蒙古高原大陸性半干旱區(qū)氣候,四季氣候變化明顯,年溫差、日溫差均較大,盛行西北風(fēng),氣候干燥,年平均降水量335.2～534.6 mm,且主要集中在7-8月。5條受試道路均位于賽罕區(qū),道路之間距離較近,道路紅線寬度分別為60、80、60、40、60 m,所選測(cè)試路段兩側(cè)均有由紫丁香組成且大于20 m×20 m的污染物阻隔帶。各道路受污染程度不同,周圍環(huán)境單一(遠(yuǎn)離住宅)。

圖1 測(cè)點(diǎn)區(qū)位Fig.1 Map of measuring point area

1.2 測(cè)試方法

PM濃度測(cè)定方法:按照道路寬度、交通流量、污染程度和城市道路等級(jí)選取5條測(cè)試道路,分別是重度污染帶東二環(huán),中度污染帶騰飛路、丁香路,相對(duì)清潔帶濱河北路和萬(wàn)通路,道路與盛行風(fēng)向垂直(或有較小偏角),在道路兩側(cè)距道路邊緣相同距離選擇5 m×10 m純紫丁香灌木林作為研究對(duì)象。測(cè)試時(shí)間分別為春季(2020年4-5月)夏季(2020年7-8月)、秋季(2019年9-10月)和冬季(2019年12月、2020年1月)的中旬,每月連續(xù)監(jiān)測(cè)3 d。日測(cè)試時(shí)間為8:00-18:00,此時(shí)間段車流量較大,居民活動(dòng)較頻繁,每隔1 h監(jiān)測(cè)1次,每次5個(gè)重復(fù)。測(cè)試天氣選擇晴朗、相對(duì)濕度較小(相對(duì)濕度<60%)、無(wú)風(fēng)或者微風(fēng)(風(fēng)力<3級(jí))的天氣,測(cè)量高度選擇在成年人呼吸位置,距離地面約1.5 m,在綠帶外中內(nèi)部分別選擇3個(gè)測(cè)試點(diǎn),測(cè)試數(shù)據(jù)重復(fù)3次。PM測(cè)定指標(biāo)有PM0.3、PM0.5、PM1.0、PM2.5、PM5.0及PM10,微氣候測(cè)試指標(biāo)有相對(duì)濕度、空氣溫度、濕球溫度和露點(diǎn)溫度、瞬時(shí)風(fēng)速等。

表1 試驗(yàn)所用儀器參數(shù)Table 1 Parameters of instruments used in the experiment

重金屬含量測(cè)定方法:不同季節(jié)在測(cè)試樣地內(nèi)隨機(jī)選取紫丁香樹5～10株,在每株?yáng)|、南、西、北4個(gè)方向選擇4～5枝樣枝,剪下樣枝,帶回實(shí)驗(yàn)室,采集同齡枝的葉片,每枝選取第3～5片老葉作為測(cè)量的樣品,采集葉片約為400 g。紫丁香葉片采集時(shí)間與PM濃度測(cè)試時(shí)間相同,樣品選擇時(shí)應(yīng)保持樹齡、生長(zhǎng)發(fā)育情況及樹葉的生長(zhǎng)部位盡量一致。同時(shí)將采集的紫丁香葉片用蒸餾水洗凈,在40 ℃恒溫箱中烘干12 h至恒重,研磨成粉末,裝入清潔、干燥、密封的塑料袋中。植物葉片中重金屬全量消解采用“濃HNO3-HClO4”法,利用電感耦合等離子質(zhì)譜儀測(cè)定重金屬元素鐵(Fe)、鋁(Al)、鋅(Zn)、銅(Cu)、錳(Mn)、鎳(Ni)、鉛(Pb)、鋇(Ba)、鉻(Cr)及鈷(Co)的濃度,各元素采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GNM-M33198-2013)33種元素混標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)定。

葉表面微形態(tài)觀察及能譜分析方法:紫丁香葉片采集時(shí)間與PM濃度測(cè)試時(shí)間相同,在采集樹葉之前先清洗葉片,并對(duì)清洗過(guò)的葉片進(jìn)行標(biāo)記,在清洗完7 d后進(jìn)行采集。在樣地中選取樣樹3～5棵,在樣樹樹冠的上、中、下部位及東、西、南、北4個(gè)方向?qū)?biāo)記過(guò)的功能樹葉分別進(jìn)行采集,共計(jì)采集樣葉15～20片,將采集好的樹葉封存于紙質(zhì)采集袋(無(wú)靜電)中帶回實(shí)驗(yàn)室處理。將樣品放入干燥箱(60 ℃)中至葉片完全干燥。對(duì)每個(gè)葉片選取干燥葉片較平坦處,沿葉脈兩側(cè)剪下2小塊(5 mm×5 mm)葉片。隨機(jī)選擇1片觀察上表面,另一片觀察下表面。用導(dǎo)電膠將葉片粘到樣品臺(tái)上,樣品表面用離子濺射鍍膜機(jī)(E-1045,HitachiCo.,Ltd.,Tokyo,Japan)噴金處理后,在真空條件下,利用掃描電子顯微鏡(SU8000,Hitachi Co.,Ltd.,Tokyo,Japan)觀察葉表面的微觀結(jié)構(gòu)及顆粒物狀態(tài),調(diào)整至合適倍數(shù)并拍照保存,同時(shí)利用能譜分析葉表面的17種金屬元素的相對(duì)含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2003軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,采用SigmaPlot14.0軟件對(duì)PM消減率與氣象因子、重金屬元素含量進(jìn)行皮爾遜(Pearson)相關(guān)性分析,P<0.05為顯著相關(guān);采用消減率表示路側(cè)綠帶對(duì)大氣顆粒物的消減能力(式1),DR值越大,綠帶對(duì)PM的消減效應(yīng)越強(qiáng)。

(1)

式中:Dc表示無(wú)植被區(qū)對(duì)照點(diǎn)PM的質(zhì)量濃度;Dm表示植被區(qū)測(cè)試點(diǎn)PM的質(zhì)量濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同季節(jié)路側(cè)紫丁香綠帶對(duì)PM的消減效應(yīng)分析

2.1.1 紫丁香綠帶內(nèi)PM濃度變化分析 連續(xù)監(jiān)測(cè)并統(tǒng)計(jì)了2019-2021年測(cè)試樣地內(nèi)PM0.3、PM0.5、PM1.0、PM2.5、PM5.0和PM10的月均濃度值(圖1)。受試紫丁香帶內(nèi)PM2.5和PM10的月均濃度分別為147.20 μg·m-3和91.00 μg·m-3,月均值均超過(guò)了城市大氣顆粒物二級(jí)濃度限值(35 μg·m-3和70 μg·m-3)[15],超出濃度限值的76.22%和23.08%,可見(jiàn)污染程度較為較重。此外,通過(guò)計(jì)算4個(gè)不同季節(jié)綠帶內(nèi)PM濃度,結(jié)果發(fā)現(xiàn),PM0.3的濃度值最高,PM10的濃度值最低,粒徑越大,顆粒物濃度越低;夏季綠帶內(nèi)各粒徑的平均PM濃度值最低,其次為秋季、春季及冬季。

2.2.2 紫丁香綠帶對(duì)PM消減變化分析 將5條受試道路所監(jiān)測(cè)的PM濃度數(shù)據(jù)采用式1進(jìn)行處理,分別計(jì)算不同季節(jié)綠帶對(duì)PM消減率的平均值,結(jié)果發(fā)現(xiàn),不同季節(jié)路側(cè)紫丁香綠帶對(duì)PM0.3、PM0.5、PM1.0、PM2.5、PM5.0、PM106種粒徑顆粒物的消減效應(yīng)不同(表2)。夏季紫丁香綠帶對(duì)6種粒徑PM均有明顯消減作用,平均消減率為4.57%,冬季僅對(duì)PM5.0和PM10等大粒徑的顆粒物有消減作用。其次為秋季、春季,最弱的為冬季,平均消減率為-1.18%。同時(shí)路側(cè)紫丁香綠帶對(duì)不同粒徑PM的消減能力表現(xiàn)為:PM10>PM5.0>PM2.5>PM1.0>PM0.5>PM0.3,平均消減率為:4.82%>3.53%>1.95%>-0.30%>-1.26%>-2.53%。即PM粒徑越大,綠帶對(duì)其消減效應(yīng)越強(qiáng),消減率越高。

表2 不同季節(jié)路側(cè)紫丁香林對(duì)PM的消減變化Table 2 Reduction of PM by roadside clove green belt on the roadside in different seasons (%)

2.2 紫丁香葉表面吸附顆粒物情況及重金屬濃度變化分析

2.2.1 紫丁香葉表面吸附顆粒物情況分析 由圖3a-1、圖3b-1、圖3c-1可知,不同季節(jié)紫丁香葉表面滯留的顆粒物特征具有明顯差異。在電鏡掃描下,不同季節(jié)紫丁香葉片的形態(tài)特征不同,春季為新生葉,表皮附屬物較多,夏季葉表面皺縮,秋季葉表面平滑。圖3中葉片滯留的顆粒物多為不規(guī)則塊狀,粒徑越大,顆粒物形貌特征越清楚。春、夏、秋3季中,春季葉表面顆粒物較少,夏季的葉表面可觀察到大粒徑顆粒物,秋季葉片滯留顆粒物的粒徑較小,且數(shù)量最多。

圖3 不同季節(jié)路側(cè)紫丁香葉表面重金屬濃度變化Fig.3 Variations of heavy metal concentrations on the surface of clove leaves in different seasons

2.2.2 紫丁香葉表面重金屬濃度變化分析 對(duì)紫丁香葉表面進(jìn)行電子掃描電鏡-能譜分析發(fā)現(xiàn),葉表面對(duì)17種元素的吸收能力因季節(jié)的不同而不同。由圖3可見(jiàn),Zn元素在春夏秋3個(gè)季節(jié)相對(duì)百分含量最高,占47.23%;春季葉表面含量較高的元素為Ti、Pt、Hg、Cr、Pb,夏季較高的有Al、Pb、Sb、Hg、Sn、Fe、Cd,秋季較高的有Pt、Al、Pb、Sn、As、Fe,Pb元素在3個(gè)季節(jié)累積均較高。此外,在葉表面也檢測(cè)出了Cd、Ba等元素,但其濃度較低。

2.3 紫丁香綠帶葉內(nèi)重金屬含量變化分析

通過(guò)對(duì)紫丁香葉表面重金屬吸收量的分析,計(jì)算不同季節(jié)路側(cè)紫丁香葉片內(nèi)10種重金屬元素的濃度,結(jié)果見(jiàn)表3,紫丁香葉內(nèi)10種重金屬元素的含量因季節(jié)的不同而不同,秋季最高,夏季次之,春季含量最少。紫丁香葉內(nèi)重金屬含量夏季較高的有Fe、Ba、Al、Mn,10種元素含量大小分別為(單位:μg·g-1)Fe(861.59)>Ba(323.28)>Al(317.55)>Mn(259.25)>Zn(79.38)>Cu(17.78)>Cr(7.05)>Pb(6.54))>Ni(2.83)>Co(0.40);秋季較高的有Fe、Ba、Mn、Al,10種元素含量大小分別為Fe(1 152.67)>Ba(609.78)>Mn(577.51)>Al(411.90)>Zn(146.40)>Cu(33.47)>Cr(18.31)>Ni(1.22)>Co(0.54)>Pb(0.17);春季較高的有Fe、Ba、Mn、Al、Zn,10種元素含量大小分別為Fe(425.00)>Ba(125.76)>Mn(110.20)>Al(105.11)>Zn(32.15)>Cu(7.65)>Cr(2.06)>Pb(0.98)>Co(0.15)>Ni(0.12)。

表3 不同季節(jié)路側(cè)紫丁香葉內(nèi)重金屬含量Table 3 Contents of heavy metals in clove leaves of roadside in different seasons

2.4 對(duì)PM消減差異影響因素分析

2.4.1 路側(cè)紫丁香綠帶PM消減率與PM濃度和微氣候指數(shù)相關(guān)性分析 選取監(jiān)測(cè)點(diǎn)各粒徑顆粒物每小時(shí)質(zhì)量濃度平均值,分析觀測(cè)期間內(nèi)各粒徑顆粒物的質(zhì)量濃度與綠地對(duì)其消減率之間的相關(guān)性。運(yùn)用皮爾遜(Pearson)相關(guān)性分析法計(jì)算PM消減率與各粒徑顆粒物濃度,PM消減率與氣象因子,PM消減率與重金屬含量之間的相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為各季節(jié)相關(guān)系數(shù)的平均值,結(jié)果見(jiàn)圖4和表4。

表4 PM消減率與重金屬含量相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of PM reduction rate and heavy metal contents

橘色表示呈負(fù)相關(guān),顏色越深,相關(guān)性越大;灰色表示呈正相關(guān),顏色越深,相關(guān)性越大;黃色表示無(wú)明顯相關(guān)性,顏色越深,相關(guān)性越大。橢圓半徑的大小表示相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值的大小,相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值越大,橢圓的半徑越小,兩者的相關(guān)性越強(qiáng)。圖4 路側(cè)紫丁香綠帶PM消減率與PM濃度和微氣候指數(shù)相關(guān)性分析Fig.4 Correlation analysis of PM reduction rate,PM concentration and microclimate index of clove green belt on the roadside

由圖4可知,不同粒徑顆粒物的質(zhì)量濃度之間均呈顯著正相關(guān)(P<0.05,r>0.50),相關(guān)分析可行度較高,相關(guān)性系數(shù)0.64～1.00,當(dāng)某一種粒徑顆粒物的質(zhì)量濃度升高時(shí),其余幾種顆粒物的質(zhì)量濃度和消減率也隨之升高。觀察路側(cè)綠帶對(duì)PM的消減率與微氣候因子之間的相關(guān)系數(shù)表發(fā)現(xiàn),路側(cè)紫丁香綠帶對(duì)各粒徑PM的消減率與空氣溫度(AT)、濕球溫度(WB)和露點(diǎn)溫度(DP)的相關(guān)性呈顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.85～-0.71、-0.79～-0.61和-0.79～-0.68。大氣顆粒物消減率與相對(duì)濕度呈顯著正相關(guān),不同粒徑顆粒物中相關(guān)性最強(qiáng)的是PM10和PM0.5,相關(guān)系數(shù)均為0.86,較弱的為PM0.3,相關(guān)系數(shù)為0.75。但是,PM消減率與風(fēng)速則無(wú)明顯相關(guān)性。

2.4.2 路側(cè)紫丁香綠帶PM消減率與紫丁香葉內(nèi)重金屬含量相關(guān)性分析 由表4可見(jiàn),紫丁香綠帶PM消減率與葉內(nèi)重金屬含量平均值均呈正相關(guān),其中綠帶對(duì)PM2.5、PM5.0、PM0.3的消減率與重金屬含量呈顯著相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)分別為0.741、0.620、0.526,綠帶對(duì)其余3種粒徑顆粒物的消減率與重金屬含量的相關(guān)性則不強(qiáng)。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

不同季節(jié)紫丁香林對(duì)PM的消減效應(yīng)的分析結(jié)果表明,夏季的路側(cè)紫丁香綠帶對(duì)各粒徑PM的平均消減效應(yīng)強(qiáng)于秋季、春季,冬季因葉落而消減率最低;隨著顆粒物粒徑的增大,綠帶對(duì)其消減效應(yīng)增強(qiáng)。紫丁香葉表面形態(tài)隨季節(jié)而變化,并具有吸滯顆粒物的能力,在葉表面檢測(cè)到了多種重金屬元素,且各元素的相對(duì)百分含量因季節(jié)的不同而不同。路側(cè)綠帶紫丁香葉內(nèi)10種重金屬元素的含量以秋季最高,夏季次之,春季含量最少,且以Fe、Al、Mn、Ba、Zn的含量較高,Pb、Cr、Cd、Co、Ni含量較低,但這些元素與人為排放直接相關(guān)。路側(cè)紫丁香綠帶內(nèi)不同粒徑顆粒物的質(zhì)量濃度之間均呈顯著正相關(guān),綠帶對(duì)各粒徑PM的消減率與空氣溫度(AT)、濕球溫度(WB)和露點(diǎn)溫度(DP)的相關(guān)性呈顯著負(fù)相關(guān),與相對(duì)濕度呈顯著正相關(guān),且相關(guān)性最強(qiáng)的是PM10和PM0.5,相關(guān)系數(shù)均為0.86,綠帶的PM消減率與風(fēng)速的相關(guān)性不顯著。因此,可根據(jù)研究結(jié)果制定減少PM和重金屬污染的相關(guān)措施,提升城市大氣環(huán)境。

3.2 討論

3.2.1 不同季節(jié)路側(cè)紫丁香綠帶對(duì)PM的消減效應(yīng) 夏季路側(cè)紫丁香綠帶對(duì)PM的消減效應(yīng)最佳,主要與研究區(qū)域氣候環(huán)境、植物生長(zhǎng)狀態(tài)和污染源等因素有關(guān)。夏季平均溫度較高,植物生長(zhǎng)處于旺季,植被的光合作用、呼吸作用以及蒸騰作用均較強(qiáng),植物可以通過(guò)吸附作用降低空氣中顆粒物的濃度[16]。此外夏季降水天氣也較多,對(duì)林帶內(nèi)的顆粒物有一定的清除作用。同時(shí)也說(shuō)明植物生長(zhǎng)越旺盛、光合作用越強(qiáng)的情況下道路林地對(duì)大氣顆粒物的消減作用越強(qiáng)。冬季由于居民取暖、供暖導(dǎo)致排顆粒物放量增加和污染加重,同時(shí)溫度較低、濕度較大和植物完全落葉,共同導(dǎo)致林內(nèi)顆粒物濃度較高,消減作用減弱,且隨著季節(jié)的變化,氣候環(huán)境逐漸變差,植物葉片逐漸枯萎直到完全落葉,樹木對(duì)PM的消減作用也隨之逐漸減弱。說(shuō)明城市路側(cè)綠帶對(duì)大氣顆粒物的消減強(qiáng)度與植被生理生態(tài)水平有關(guān)[17-18],且植物葉片對(duì)大氣顆粒物的吸附與消減作用大于枝干。

路側(cè)紫丁香綠帶對(duì)不同粒徑PM的消減能力表現(xiàn)不同,PM粒徑越大,綠帶對(duì)其消減效應(yīng)越強(qiáng),消減率越高。相關(guān)研究表明,空氣中粒徑較大的懸浮顆粒物易與水分子相互結(jié)合,聚集成重量較大的顆粒物,從而變得利于沉降和消減[19]。同時(shí)顆粒物粒徑的大小決定了其在空氣中停留時(shí)間的長(zhǎng)短和傳輸距離的遠(yuǎn)近,顆粒物粒徑越大,在大氣中停留的時(shí)間越短,傳輸距離越短,更有利于顆粒物的消減;粒徑越小的顆粒物在大氣中停留的時(shí)間越長(zhǎng),傳輸距離越長(zhǎng),更不利于沉降。

3.2.2 不同季節(jié)路側(cè)紫丁香葉表面吸附顆粒物情況及重金屬濃度變化 春季葉新生,葉尚未成熟,葉面積較小,吸附能力較弱,夏季葉趨于成熟,葉表面皺縮,可吸附各種粒徑顆粒物,尤其對(duì)大粒徑顆粒物的吸附更為明顯,秋季葉片變老,也表面平滑,有利于吸附小粒徑顆粒物。不同季節(jié)的道路紫丁香葉表面17種元素的相對(duì)百分含量,最高的是Zn,Pb在春夏秋季含量均較高,Pb和Zn的排放與交通污染有直接關(guān)系,有研究表明,Zn、Mn、Fe、Al、Ba、Zn、Cu、Cr、Pb、Cd等元素的濃度隨交通強(qiáng)度的增加而增加[20]。紫丁香葉表面Ba的含量雖然較少,而制動(dòng)器磨損已被確定為Ba的主要排放源[21]。紫丁香葉表面檢測(cè)出的多種有毒元素說(shuō)明,城市路側(cè)綠帶是交通污染的重要吸滯器,而交通污染所對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的危害應(yīng)予以重視。

3.2.3 不同季節(jié)路側(cè)紫丁香葉內(nèi)污染物含量變化 路側(cè)綠帶紫丁香葉內(nèi)10種重金屬元素的含量以秋季最高,夏季次之,春季含量最少,這可能與污染元素隨時(shí)間的累積有關(guān),前人研究表明,置于污染中的植物葉片對(duì)重金屬元素具有時(shí)間累積特性[22-23],Daud等[24]表明,汽車尾氣的排放會(huì)影響樹葉中的重金屬元素的含量,且重金屬含量與道路交通流量、路網(wǎng)密度、植被類型等均有密切關(guān)系。此外,紫丁香葉內(nèi)Fe、Al、Mn、Ba、Zn的含量較高,這些重金屬是土壤的天然成分,是植物發(fā)育所必需的微量元素[25-26],但同時(shí)也可能來(lái)源于機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)磨損以及推力軸承和制動(dòng)器之間的磨損[27]。此外,紫丁香葉內(nèi)也檢出了一定含量的Pb、Cd、Cr、Co、Ni元素,有研究證明,這些元素與人為排放和大氣污染物濃度有關(guān)[28]。

3.2.4 不同季節(jié)路側(cè)紫丁香綠帶對(duì)PM消減差異影響因素 路側(cè)紫丁香綠帶的各粒徑PM質(zhì)量濃度之間存在顯著相關(guān)性,這可能與顆粒物的成長(zhǎng)及傳輸有關(guān)。紫丁香綠帶的PM消減率與空氣溫度(AT)、濕球溫度(WB)和露點(diǎn)溫度(DP)的相關(guān)性呈顯著負(fù)相關(guān),與相對(duì)濕度呈顯著正相關(guān),且相關(guān)性最強(qiáng)的是PM10和PM0.5,相關(guān)系數(shù)均為0.86,而與風(fēng)速的相關(guān)性不顯著。研究表明,綠帶可以通過(guò)降溫和增濕作用影響顆粒物的濃度,綠帶對(duì)顆粒物的消減率隨著空氣溫度的增加而降低,呈負(fù)相關(guān),隨相對(duì)濕度的增加而增加,具正相關(guān)性[29]。這是因?yàn)榭諝鉁囟容^高時(shí),顆粒物中溶水性較強(qiáng)的離子如硫酸鹽等易膨脹,在空中不發(fā)生沉降作用,導(dǎo)致污染物累積,特別是冬季,溫度較低,濕度較大,PM濃度累積較為嚴(yán)重,植物對(duì)其難以消除[30]。顆粒物本身質(zhì)量較輕,當(dāng)空氣濕度較大時(shí),PM與空氣中的水分子結(jié)合,從而變得有利于沉降。綠地還可以通過(guò)控制風(fēng)速改變大氣顆粒物濃度,風(fēng)速較高時(shí),大氣對(duì)流充分,風(fēng)從地面吹回空氣,可有效減少PM的數(shù)量,促進(jìn)顆粒物的擴(kuò)散[31]。綠地也可以通過(guò)植物的阻礙降低林內(nèi)風(fēng)速,提高顆粒物的滯留[32]。周麗等[33]指出,風(fēng)在進(jìn)入林帶后會(huì)形成湍流,改變風(fēng)速和風(fēng)向,通過(guò)減弱風(fēng)攜帶顆粒物的能力,促使其發(fā)生堆積和沉降,有效防止顆粒物污染的擴(kuò)散。萬(wàn)好等[34]指出風(fēng)速對(duì)空氣顆粒物濃度影響因地域環(huán)境的不同而存在較大差異。但本研究中路側(cè)綠帶對(duì)大氣顆粒物的消減率與風(fēng)速無(wú)明顯的相關(guān)性,原因可能是紫丁香較低矮,對(duì)風(fēng)速影響較小,也可能與當(dāng)?shù)氐赜颦h(huán)境有關(guān)。

比較PM消減率與葉片重金屬含量之間皮爾遜相關(guān)系數(shù)發(fā)現(xiàn),PM消減率主要受粒徑、微氣候因子、植物生長(zhǎng)狀態(tài)及季節(jié)等因素的共同影響[35]。6種粒徑大氣顆粒物的消減率與葉片內(nèi)重金屬含量呈正相關(guān),其中PM2.5的消減率相關(guān)性最強(qiáng),原因可能與顆粒物粒徑的大小有關(guān),粒徑越小,林內(nèi)PM濃度越高,葉片對(duì)其吸附壓力越大;粒徑越大,顆粒物重量越高,越不利于葉片對(duì)重金屬的吸附[36]。