廖莉團(tuán)，蘇 欣，李小龍，馬 娜，王夢迪，周蘊(yùn)薇

(東北林業(yè)大學(xué) 園林學(xué)院，哈爾濱 150040)

隨著城市化進(jìn)程的不斷深化，城市大氣環(huán)境問題日益突出。由固體顆粒物形成的粉塵污染成為城市大氣污染最嚴(yán)峻的問題。這些粉塵含有重金屬，同時攜帶細(xì)菌、病毒和致癌物質(zhì)等，對人的身心健康造成很大的影響[1]。城市綠地是城市生態(tài)環(huán)境的重要構(gòu)成部分，主要由一定覆蓋率的喬灌木及一些地被植物構(gòu)成。園林植物作為改善城市環(huán)境的主體，在阻滯粉塵、改善空氣質(zhì)量中起著不可替代的作用[2]。選擇滯塵量大、對粉塵抗性強(qiáng)的樹種作為城市綠化植物是緩解城市大氣粉塵污染、提高城市空氣質(zhì)量的重要手段。植物滯塵能力應(yīng)該作為選擇城市綠地植物的重要指標(biāo)。

自從20世紀(jì)30年代認(rèn)識到樹木存在一定的滯塵作用以來，國內(nèi)外學(xué)者通過大量的研究證實(shí)了樹木滯塵的有效性及樹種間滯塵效果存在顯著差異[3]，同時對樹木滯塵量與制約因子[4-6]、粉塵對植物的影響[3]以及葉面塵分布特征[7]等方面進(jìn)行了大量研究，認(rèn)為植物滯塵是一種復(fù)雜的動態(tài)過程，葉片特性、樹冠枝葉結(jié)構(gòu)密度、葉面傾角以及氣象條件等因素能夠影響植物滯塵效益。這些研究為篩選優(yōu)良滯塵樹種提供了科學(xué)依據(jù)。從研究方法上看，多采用稱重法測定植物的滯塵量，也有一些學(xué)者借助鼓風(fēng)機(jī)、顯微鏡、TSP采樣器等儀器直接或間接測定園林植被的滯塵能力[8]。本文從城市植物滯塵量、植物滯塵時空變化規(guī)律以及植物滯塵影響因素3個方面綜述城市植物滯塵研究進(jìn)展，分析了目前研究的重點(diǎn)難點(diǎn)，為以后進(jìn)一步研究提供參考依據(jù)。

1 植物滯塵量的研究

1.1 不同植物種類滯塵量的研究

不同植物種類的滯塵量差異非常顯著，無論是喬木、灌木還是藤本、地被，其滯塵能力相差甚遠(yuǎn)。胡舒對徐州市主要落葉綠化樹種的滯塵能力做了研究，結(jié)果表明，在所調(diào)查的綠化樹種中，滯塵能力最強(qiáng)的樹種與最弱的樹種間相差達(dá)2～4倍以上[9]。李海梅[10]，江勝利[11]，柴一新[3]等的實(shí)驗也得出了相似的結(jié)論。劉璐的研究結(jié)果中滯塵量最大的芒果與最小的桃花心木的滯塵量相差高達(dá)27倍[6]，這可能與樹種差異、實(shí)驗所處季節(jié)及樹木生長環(huán)境差異有關(guān)，具體原因有待進(jìn)一步研究。

城市綠化樹種按園林樹木的生長類型可以分為針葉樹類、闊葉喬木(大喬 中喬 小喬)、闊葉灌木、藤本、匍匐等。江勝利的研究結(jié)果顯示喬木的平均單位葉面積滯塵量為0.4 289 g/m2，灌木、草本的依次為1.5 099 g/m2，0.5 337 g/m2，即灌木最大，草本植物次之，喬木最小[11]。王慧在實(shí)驗中得出灌木的單位面積滯塵量最大，其次為闊葉喬木、草本植物的結(jié)論[12]。史曉麗[13]，楊瑞卿[14]等都得出類似的結(jié)論。而康博文等人對陜西常見園林樹木進(jìn)行滯塵量研究，結(jié)果顯示喬木滯塵能力一般較灌木強(qiáng)，落葉喬木滯塵能力比針葉樹強(qiáng)[15]。馮朝陽等通過實(shí)驗卻得出不同的結(jié)果：落葉闊葉喬木林的滯塵能力略高于灌木林，常綠喬木林的滯塵能力高于草地[16]。喬木葉片主要滯留的塵埃為揚(yáng)塵，而灌木則以滯留降塵為主，常綠喬木的滯塵時間是綠化植物中最長的，綠量也高于落葉喬木，所以滯塵總量上也要高于其他樹種[17]。由于灌木的高度比喬木矮，所以可以更好地阻擋來自地面揚(yáng)起的塵埃。針葉樹木與闊葉樹木相比，由于葉形不同滯塵效益也會形成很大的差異，闊葉樹木的葉片葉面積大，葉片平展，更易于阻滯塵埃，針葉樹木的葉片葉面積小，不利于阻滯塵埃。柴一新的研究結(jié)果表明，常綠針葉樹種中的杜松、紅皮云杉以及落葉闊葉樹種中的銀中楊、金銀忍冬、山桃稠李是優(yōu)良的滯塵樹種[3]。針葉樹種的葉片中針葉與鱗片葉的滯塵量也有顯著差異。楊士軍的研究中，側(cè)柏的滯塵量遠(yuǎn)大于雪松，原因可能是鱗片葉間有縫隙，易聚積灰塵[16]。

1.2 植物群落滯塵量的研究

植物群落是構(gòu)成城市綠地的基本單位，是城市綠地生態(tài)功能的基礎(chǔ)。王建輝等人在比較研究植物群落滯塵能力差異時選擇經(jīng)典的常綠闊葉林、落葉闊葉林、混交林以及針葉林4種群落類型作為研究對象，結(jié)果顯示滯塵量最大的是常綠葉林、其次是混交林、最小的是落葉闊葉林和針葉林，其中針葉林和落葉闊葉林滯塵量相當(dāng)接近。在綠量的比較中落葉闊葉林、混交林之間沒有多大的差異，而常綠闊葉林、針葉林與前兩者差別很明顯，其中常綠闊葉林最高，針葉林最低，常綠闊葉林的綠量和滯塵效益在四者當(dāng)中是較好的[17]。

群落的結(jié)構(gòu)組成對群落的生態(tài)效益影響很大。研究表明，喬灌草搭配的植物群落結(jié)構(gòu)滯塵量最大，喬草型其次，最差為灌草型。張新獻(xiàn)等在北京方莊小區(qū)的研究中，針對3種不同結(jié)構(gòu)綠地的滯塵效益做了研究比較，結(jié)果表明，喬灌草型滯塵率最高，灌草型次之，草坪較差[18]。不僅如此，劉學(xué)全等在宜昌市城區(qū)的研究也表明，具有喬灌草立體結(jié)構(gòu)的綠地類型滯塵效果最佳，結(jié)構(gòu)單一、立體綠量較少的草坪類型滯塵率較低[19]。同時，群落結(jié)構(gòu)中的樹種組成是群落滯塵效益大小的關(guān)鍵，選擇滯塵能力強(qiáng)的優(yōu)勢種是提高群落滯塵效益的基礎(chǔ)。

總的來說，在進(jìn)行城市綠地建設(shè)時可以選用滯塵量大的植物、采用喬灌草結(jié)合的模式構(gòu)成多層次的群落結(jié)構(gòu)，構(gòu)建一個觀賞性高、滯塵能力強(qiáng)的植物群落。

2 城市植物滯塵效益時空變化規(guī)律

2.1 植物滯塵時間變化規(guī)律

植物滯塵量隨著時間和空間的改變而改變。一天中植物滯塵量會發(fā)生變化。高金輝的研究得出，在一天中白皮松的滯塵量不是在一天中持續(xù)增加的，而是在一定的時間內(nèi)發(fā)生著動態(tài)變化，8：00和12：00左右滯塵量最大，在10：00和16：00滯塵量相對較小。主要是因為春天北京風(fēng)較大，導(dǎo)致滯塵量沒有隨著時間的延續(xù)而積累[20]。江勝利在研究杭州樹種時，也得到相同的結(jié)論，但是香樟在一天中滯塵量變化很小，這與實(shí)驗中香樟處于一個相對穩(wěn)定的外界環(huán)境有關(guān)[11]。史曉麗在測定北京行道樹種國槐的滯塵量的實(shí)驗中顯示，在3周的時間內(nèi)(未降雨)滯塵量隨著時間的遞增不斷增加[13]，但每周滯塵的增加量逐漸減少，當(dāng)國槐滯塵量趨于飽和時，滯塵量便不再增加或增加幅度很小，粉塵保留一段時間將會被雨水沖刷掉，使植物重新恢復(fù)吸附粉塵的能力。以上實(shí)驗研究表明環(huán)境因素的改變會破壞植物最大滯塵平衡，植物滯塵量不是線性增加，而是隨著時間的增加增幅逐漸減小，達(dá)到飽和滯塵量后變化很小，直到大雨過后植物葉片再重新滯塵，這說明植物滯塵日動態(tài)變化過程是一個復(fù)雜的動態(tài)平衡的過程。

不同季節(jié)植物滯塵量也存在一定的變化規(guī)律。李玉琛的研究表明，植物不同季節(jié)滯塵量存在差異，冬季和秋季含量相對較高，春季和夏季相對較低[21]。江勝利在研究季節(jié)與植物滯塵的關(guān)系后，經(jīng)比較得出香樟四季的滯塵量順序為：冬>秋>夏>春，黃山欒樹、銀杏、懸鈴木、無患子、楓香和鵝掌楸的四季滯塵量順序均為冬季>秋季>夏季，均反映出冬季的滯塵量最大[11]。劉慧民等對哈爾濱地區(qū)植物滯塵效益的研究也得出了這樣的結(jié)論[22]。由此可見，大部分植物的滯塵量季節(jié)動態(tài)規(guī)律是秋冬季較高，夏季較低，這與大氣污染的季節(jié)動態(tài)存在明顯的相關(guān)性。這種相關(guān)性主要由冬季供暖，大量煤炭燃燒導(dǎo)致煙塵的大量增加導(dǎo)致。植物秋冬季節(jié)滯塵量的增加并不意味著植物秋冬滯塵能力的增強(qiáng)。一般來說夏季植物的滯塵能力是最強(qiáng)的[22]，因為此時的植物葉片伸展，水分充足，分泌的粘液也多，滯塵能力也就相對較強(qiáng)。由此，可以推斷，植物的滯塵是一個處于動態(tài)平衡的狀態(tài)，而打破這種平衡的因素主要為空氣流動和降雨等。總之，植物葉片滯塵是一個復(fù)雜的動態(tài)過程。

2.2 植物滯塵空間變化規(guī)律

在空間變化上，不同高度的葉片，不同地理位置(工廠，企業(yè)，家屬區(qū)等)的植物滯塵量不同。植物的高度和所在環(huán)境在一定程度上決定滯塵量的多少，多數(shù)植物在距離污染源近以及在植物下段滯塵量最大。對于植物本身，在距離地面較近的中下部能夠接觸到較多的粉塵和汽車尾氣，所以植株中下部的滯塵量會多于上部。高金暉分別對開敞式和封閉式兩種道路環(huán)境做了植物滯塵量的研究，開敞式環(huán)境條件下同一株植物在距地面60 cm處的滯塵量大于在110 cm和175 cm處的滯塵量，而距地面110 cm和175 cm處的滯塵量則差別不大[20]。俞學(xué)如通過研究灌木和喬木滯塵量與植物高度的關(guān)系得出：植物越低矮處的滯塵量越大且變化越大。他的研究表明8種喬木在高度上反應(yīng)出0～3 m處滯塵量大而且變化量也大，在3～7 m處滯塵量變小且變化量也較小。灌木也表現(xiàn)出同樣的特征[23]。這主要是由車輛行人造成路面二次揚(yáng)塵導(dǎo)致的。另外大顆粒的粉塵在沒有外界條件(大風(fēng)等)的作用下也很難遷移到植物的“高”位。

不同地理區(qū)域的植物滯塵也有一定的規(guī)律。王建輝在對同種植物在4種環(huán)境(街道綠地，居住區(qū)，新興區(qū)，凈化對照區(qū))的滯塵能力分析，得出隨著環(huán)境開放程度的提高，植物的滯塵量隨之上升，但并不成特定的規(guī)律性，原因是植物外部特征、葉表結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致其滯塵能力不同。于志會等對吉林省不同環(huán)境下植物的滯塵能力的研究得出，同種植物在水泥廠環(huán)境下的滯塵量遠(yuǎn)高于在江南公園的滯塵量[24]。戴斯迪等的研究結(jié)果顯示不同類型道路下行道樹國槐滯塵量存在差異，葉面滯塵量快速路>主干路>次干路>支路[7]。史曉麗研究道路旁的國槐3周的滯塵總量為11.54g/m，而在對照校園內(nèi)的國槐滯塵總量僅為6.7g/m，也得出植物滯塵量隨著環(huán)境中粉塵含量的增多而增大的結(jié)論[13]。俞學(xué)如[23]，程政紅[25]，李海梅[10]等也得出了類似的結(jié)果。

3 植物滯塵影響因素

3.1 植物葉片特性差異與滯塵量關(guān)系的研究

不同樹種的滯塵能力存在顯著差異與植物的滯塵方式及其作用機(jī)理有關(guān)。余海龍、黃菊瑩和高君亮等的研究得出，城市綠地植物個體間滯塵效果差異較大，引起植物個體滯塵效果差異顯著的原因是植物葉片特性的差異，如葉片大小、葉片形狀、葉面質(zhì)地等，其中葉面質(zhì)地所起的作用最為明顯[26]。葉片狹小、較光滑柔軟的樹種，如柳樹、白蠟、刺槐、銀杏等的滯塵能力比葉片寬大、較平展且硬挺的樹種，如臭椿、衛(wèi)茅、紅葉李、毛白楊、核桃等的滯塵能力弱[27]。植物葉片的葉表結(jié)構(gòu)具有表面多皺、表面粗糙、葉面多絨毛、分泌黏性的油脂和汁液等特點(diǎn)的樹種滯塵能力較強(qiáng)。大葉黃楊是目前城市常用綠籬樹種，其葉片表面平滑、具厚層臘質(zhì)、氣孔凹陷，具備抵抗機(jī)動車排放污染的植被特征[28]。紅葉葉面粗糙，銀杏葉面具有溝狀結(jié)構(gòu)，因此滯塵能力強(qiáng)；香樟葉面光滑，相應(yīng)其滯塵能力弱[29]。同時植物滯塵量差異還與滯塵方式有關(guān)。葉片的滯塵方式有停著、附著和黏著[6]。停著的粉塵易被風(fēng)吹走，附著的粉塵經(jīng)較大的風(fēng)或雨淋亦可被帶走，粘著的粉塵要在大雨沖擊下才被部分清洗[30]。

3.2 樹冠大小、結(jié)構(gòu)、枝葉密度和葉面傾角差異

植物樹冠大小、結(jié)構(gòu)、枝葉密度和葉面傾角的差異能夠影響植物對大氣顆粒物的滯留能力。高君亮和張景波的研究結(jié)果認(rèn)為，樹冠結(jié)構(gòu)、枝條密度、葉面傾角及葉片的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征等決定了植物滯塵能力的差異[22]。洋白蠟小枝開張度大，樹冠大，因此其滯塵量最大。國槐與香花槐葉面平滑，比較柔軟，但是枝冠層結(jié)構(gòu)緊密且枝條與羽狀復(fù)葉比較密集，也能滯留一定量的粉塵。樹冠較大枝葉茂密的植株總體上比樹冠較小的植株滯塵能力高。俞學(xué)如通過對法國冬青4個葉片著生角度范圍的研究發(fā)現(xiàn)，60℃到90℃最大，30℃到60℃范圍內(nèi)的滯塵量最小[23]。

3.3 氣象因素的影響

氣象因素也會影響植物滯塵量，降水、大風(fēng)和污染程度等天氣因素是影響植物葉片滯塵量的主要外界因素。此外，有研究表明陰天顆粒物的濃度比晴天高45%。在刮風(fēng)下雨等環(huán)境中，植物葉片以葉表分泌物黏附或以葉表溝壑等滯著兩種種方式滯塵，其滯塵能力波動較小。在王蕾、哈斯等人的研究中發(fā)現(xiàn)，云杉?xì)饪字車^寬的凹槽利于滯留較大顆粒物，能夠有效捕獲沙塵，外來沙塵入侵時顆粒物附著密度迅速增加，在隨后的大風(fēng)狀況下降低較少[31-32]。

4 研究展望

通過以上綜述，目前城市綠地植物個體和群落滯塵效益、滯塵規(guī)律及滯塵影響因素等方面的研究已經(jīng)取得很大進(jìn)展，但植物滯塵試驗方法及技術(shù)、植物滯塵評價標(biāo)準(zhǔn)等方面還存在一些問題，植物滯塵機(jī)理、地被植物及垂直綠化植物等的滯塵能力方面還有待進(jìn)一步深入研究。

目前國內(nèi)多采用重量法對植物的滯塵量進(jìn)行測定，具體方法是選擇數(shù)個采樣點(diǎn)，雨后一定間隔期進(jìn)行采樣，采回葉片后洗脫葉片滯留的粉塵，將濁液于燒杯中蒸干或用濾紙過濾后蒸干，稱量蒸干前后燒杯或濾紙的重量差值、測量葉面積，重量差與葉面積比作為滯塵量。但在所引證的文獻(xiàn)中滯塵量測定在間隔時間、洗脫方式、蒸干條件以及葉面積測定等方面很少完全一致，造成實(shí)驗可比性低，因此應(yīng)盡快形成統(tǒng)一的植物滯量的測定方法。

植物在一定的滯塵條件的生長其實(shí)是受到外界不利環(huán)境影響的一個過程，當(dāng)粉塵污染影響植物正常的生長發(fā)育時，即使植物能夠阻滯大量的粉塵也不能稱其有較強(qiáng)的滯塵能力，也就是說植物的滯塵量并不能完全代表植物的滯塵能力。目前已經(jīng)有學(xué)者對粉塵條件下植物生理指標(biāo)及葉表形態(tài)做了一定的研究，今后可以從生長指標(biāo)、生理指標(biāo)、解剖學(xué)指標(biāo)等多個方面對植物粉塵抗性進(jìn)行研究，從植物的滯塵能力及植物對粉塵的響應(yīng)兩個方面綜合評價植物的滯塵能力，形成統(tǒng)一的植物滯塵能力評價標(biāo)準(zhǔn)。

喬灌木是城市綠地發(fā)揮生態(tài)效益的主體，喬木葉片主要滯留的塵埃為揚(yáng)塵，灌木則以滯留降塵為主，現(xiàn)階段植物滯塵的研究多集中于喬灌木，對地被植物及垂直綠化植物滯塵的研究還比較少。事實(shí)上，地被植物不僅能夠固定地表塵土，而且可以防止出現(xiàn)二次揚(yáng)塵。因此，未來可以對地被植物、垂直綠化植物及模紋花壇的滯塵效益等方面進(jìn)行研究。

植物滯塵的時空變化差異較大，滯塵過程復(fù)雜，因此可以通過長期監(jiān)測城市綠化植物滯塵量變化及大氣顆粒物粒徑和化學(xué)組成來研究城市大氣顆粒物遷移動態(tài)和植物滯塵機(jī)理，為研究城市大氣污染機(jī)制及治理措施提供理論依據(jù)。

總之，在植物滯塵效益方面開展更加系統(tǒng)全面的研究對改善城市大氣環(huán)境具有重要意義。植物滯塵試驗方法及技術(shù)的改進(jìn)、植物滯塵準(zhǔn)確統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)的建立、滯塵效益研究對象的擴(kuò)展及植物滯塵機(jī)理的研究將成為今后城市植物滯塵的主要研究方向。同時，在城市綠地規(guī)劃建設(shè)中應(yīng)選擇滯塵能力強(qiáng)的樹種和植物配置，為改善城市生態(tài)環(huán)境服務(wù)。

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