綠化植物葉面特征對滯塵效應(yīng)的影響

劉穎 李冬杰 李朝煒 朱昀 魏景芳

摘要：選取河北省石家莊市18種常見綠化植物為對象，研究綠化植物葉片表面特征對滯塵效應(yīng)的影響。結(jié)果表明，在同一塵源條件下，不同綠化植物的滯塵能力存在極顯著差異，迎春花的滯塵能力相對最強(qiáng)，平均累積滯塵量為4.572 g/m2，色木槭滯塵能力相對最弱，平均累積滯塵量為0.515 g/m2，兩者平均累積滯塵量相差9倍；相同植物不同垂直部位的葉片滯塵能力也存在顯著差異，18種植物不同部位的葉片累積滯塵量均表現(xiàn)為：下部>中部>上部；利用顯微鏡觀察葉片表面發(fā)現(xiàn)，葉片表面具被毛、葉面粗糙度大、氣孔密度大且開度、大的植物產(chǎn)生的滯塵效果較好，葉表平滑無毛、氣孔密度小的植物產(chǎn)生的滯塵效果較差。

關(guān)鍵詞：綠化植物；滯塵能力；葉面特征；氣孔密度；迎春花

中圖分類號(hào)： Q948.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號(hào)：1002-1302（2016）08-0454-04

近年來，隨著城市工業(yè)的迅猛發(fā)展，由顆粒物而導(dǎo)致的灰霾污染已成為嚴(yán)重的城市環(huán)境問題。植物因其葉片表面性能如茸毛、蠟質(zhì)表皮等可以滯留和黏附較多的大氣顆粒物[1]，對可吸入顆粒物的阻滯與過濾、空氣凈化等發(fā)揮著不可替代的作用[2]。目前，國內(nèi)外學(xué)者們重點(diǎn)圍繞不同城市、不同功能區(qū)的綠化植物滯塵效應(yīng)開展研究，探討綠化植物的滯塵規(guī)律[3-7]，而對顆粒物阻滯機(jī)理方面的研究較少。本試驗(yàn)以河北省石家莊市常見的綠化植物為對象，在相同滯塵環(huán)境下測定植物的滯塵量，分析植物的滯塵規(guī)律，研究不同植物葉片表面特征對植物滯塵能力的影響，進(jìn)一步探討植物葉片的滯塵機(jī)理，篩選出滯塵能力強(qiáng)的植物種，對城市大氣顆粒物污染的降低和空氣質(zhì)量的提高具有重要意義，為優(yōu)化城市植物群落配置和綠地生態(tài)建設(shè)提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

根據(jù)石家莊市的氣候特點(diǎn)，對全市綠化植物的種類和生長狀況進(jìn)行調(diào)查，篩選出常見的、具有代表性的18種綠化植物為研究對象，其中喬木有7種：櫻花（Prunus annesiana）、長葉女貞（Ligustrum lucidum Ait.）、二球懸鈴木（Platanus acerifolia Willd.）、色木槭（Acer mono Maxim.）、垂柳（Salix babylonica L.）、龍爪槐（Sophora japonica L. var. japonica form. pendula Hort.）、絲棉木（Euonymus maackii Rupr）；灌木有8種：平枝栒子（Cotoneaster horizontalis Decne.）、紫葉李（Prunus cerasifera Ehrh.）、月季（Rosa chinensis Jacq.）、西府海棠（Malus micromalus Makino）、迎春花（Jasminum nudiflorum Lindl.）、紫葉小檗（Berberis thunbergii cv.atropurpurea）、大葉黃楊（Buxus megistophylla）、牡丹（Paeonia suffruticosa Andr.）；草本有3種：車軸草（Trifolium repens L.）、紫花地?。╒iola philippica Cav.）、馬藺（Iris lacteal Pall.var chinensis）。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1樣本植物葉片的采集針對同一植物種，選擇長勢良好、生長情況一致的3株植株進(jìn)行標(biāo)記；由于時(shí)間和降水量限制，人為采用去離子水對植物葉片進(jìn)行清洗[8]；同一植株分上、中、下3個(gè)部位各采集葉片樣本5張，為減少葉片上顆粒物的脫落，盡量避免抖動(dòng)，并將所采集的葉片樣品封存于貼有植株名稱的自封袋中；每5 d采樣1次，連續(xù)采樣7次，確保植物葉片累積滯塵時(shí)間達(dá)到30 d[8]。

1.2.2單位面積滯塵量的測定將采集的植物葉片樣本分別放入250 mL燒杯中，蒸餾水浸泡30 min；用鑷子小心夾住葉片，用洗瓶反復(fù)沖洗每個(gè)葉片上、下表面的附著物，直至干凈；用鑷子將葉片小心夾出，將含有大氣顆粒物的混合液用已稱質(zhì)量（m1）的濾紙過濾；將濾紙放入烘箱70 ℃烘干，冷卻，用萬分之一天平稱質(zhì)量（m2），2次質(zhì)量之差即為葉片樣本上所附著的空氣顆粒物質(zhì)量。利用打孔稱質(zhì)量法，推導(dǎo)計(jì)算每一樣本植株全部葉片的面積（S）。單位面積滯塵量（S）計(jì)算公式為：

1.3數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 20.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1綠化植物的滯塵能力

由表1可知，石家莊市18種常見綠化植物累積滯塵 30 d，平均累積滯塵量在0.515～4.572 g/m2之間，迎春花的滯塵能力相對最強(qiáng)，平均累積滯塵量為4.572 g/m2，色木槭滯塵能力相對最弱，平均累積滯塵量為0.515 g/m2，兩者的平均累積滯塵量相差9倍；累積滯塵量平均值由大至小依次為迎春花>龍爪槐>紫葉小檗>櫻花>二球懸鈴木>紫花地丁>大葉黃楊>長葉女貞>平枝栒子>月季>車軸草>絲棉木>垂柳>西府海棠>馬藺>牡丹>紫葉李>色木槭；相同植物不同垂直部位的葉片滯塵能力存在顯著差異（P<005），18種植物不同部位葉片的累積滯塵量均表現(xiàn)為下部>中部>上部，這主要是由于植物葉片受到外界環(huán)境的干擾，導(dǎo)致葉片單位面積累積滯塵量的變異系數(shù)相對越大[10]，且在開放式的環(huán)境條件下，車輛及行人較多，造成路面較大程度的二次揚(yáng)塵，致使葉片垂直位置越低， 受地面揚(yáng)塵和機(jī)動(dòng)車排放量影響越大，累積滯塵量也相應(yīng)越大。由表2可知，同一塵源條件下，不同綠化植物的滯塵能力存在極顯著差異。

2.2綠化植物葉面特征對滯塵能力的影響

2之間，表示植物滯塵能力中等；滯塵量介于1～3 g/m2之間，表示滯塵能力相對較弱；滯塵量<1 g/m2，表示滯塵能力弱。由表3可知，滯塵能力較強(qiáng)的4種植物中，除紫葉小檗外，迎春花、龍爪槐、櫻花這3種植物的葉片表面均有柔毛覆蓋；滯塵能力中等的5種植物中，長葉女貞的葉面被極密絹狀微柔毛，二球懸鈴木葉片上、下表面均著厚而密的被毛，平枝栒子、大葉黃楊的葉片表面也分布著微細(xì)毛；滯塵能力偏弱的9種植物中，除車軸草葉片兩面被稀薄的剛毛外，其他8種植物葉片表面光滑、均無被毛。植物葉片被毛，增大了葉片表面的粗糙度，當(dāng)大氣顆粒物與葉片表面接觸，便會(huì)進(jìn)入柔毛之間，被柔毛阻滯，難以脫落，而無毛葉片則對顆粒物的阻滯效果不佳，葉面累積滯塵量較少。因此，具備柔毛特征的植物葉面更有利于顆粒物的沉積，且附著的顆粒物不易再次揚(yáng)起，從而使顆粒物較多地滯留在植物葉片表面

2.3綠化植物葉面氣孔特征對滯塵能力的影響

由表4、圖1可知，18種綠化植物的葉片表面氣孔主要為長圓形或卵圓形，氣孔密度在視野范圍內(nèi)為5～76個(gè)；累積滯塵量較大的植物，其氣孔密度相對較大，其中迎春花滯塵能力相對最強(qiáng)，葉表面氣孔密度最大，為76個(gè)，龍爪槐滯塵能力次之，氣孔密度為60個(gè)，紫葉小檗和櫻花滯塵能力相對較強(qiáng)，氣孔密度分別為47、41個(gè)；滯塵能力中等的5種植物的氣孔密度集中在36～45個(gè)；滯塵能力較弱的5種植物的氣孔密度在22～28個(gè)范圍內(nèi)；滯塵能力弱的4種植物的氣孔密度≤15個(gè)，其中紫葉李、色木槭的滯塵效果相對最差，氣孔密度為5個(gè)。由此可知，植物葉片表面的氣孔密度與植物葉表面累積滯塵量有正相關(guān)性，決定著植物的滯塵能力，且這些氣孔在開口狀態(tài)時(shí)更容易阻滯灰塵及各種顆粒物，并使深藏其間的顆粒物很難再次被風(fēng)或雨水帶走[2]。

3結(jié)論與討論

綠化植物利用葉片阻滯空氣中的懸浮顆粒物，產(chǎn)生的滯塵效應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程，該過程受到環(huán)境因素及植物自身生理特性的影響[12-14]。本研究結(jié)果表明，相同塵源環(huán)境下，不同植物的滯塵能力存在極顯著差異，選取的18種常見綠化植物在相同滯塵時(shí)間內(nèi)，平均累積滯塵量在0.515～4572 g/m2之間， 植物葉片累積的滯塵量由大到小依次為迎

垂柳>西府海棠>馬藺>牡丹>紫葉李>色木槭。造成植物滯塵能力差異的原因主要與其自身形態(tài)特征及生理特性有關(guān)。利用顯微鏡觀察葉片表面發(fā)現(xiàn)，葉片表面具柔軟被毛、葉面粗糙度大、氣孔密度大且開度越大的植物如迎春花、龍爪槐等滯塵能力較高，而葉面平滑無毛、氣孔密度小的植物如紫葉李、色木槭等滯塵效果較差。植物葉片表面的柔毛和褶皺增大了葉片表面的粗糙度，有利于顆粒物的附著；葉面氣孔將顆粒物鎖定在葉片上，這些葉面微結(jié)構(gòu)對空氣中的懸浮顆粒物產(chǎn)生阻滯作用，使附著在葉片表面的顆粒物不易因外力振動(dòng)或滑落而重新進(jìn)入空氣中[15]，對顆粒物起支持固定的效果。另外，相同植物不同垂直部位的葉片滯塵能力差異顯著，18種植物不同部位的葉片累積滯塵量均表現(xiàn)為下部>中部>上部，這是由于植物在開放式的環(huán)境條件下，受到車輛及行人等因素的干擾，導(dǎo)致葉片單位面積累積滯塵量的變異系數(shù)較大，距離地面較近的下部更容易接觸到較多的二次揚(yáng)塵和汽車尾氣。

綠化植物作為凈化城市的重要過濾體，其滯塵能力及滯塵機(jī)理是城市綠地生態(tài)規(guī)劃設(shè)計(jì)的依據(jù)。選擇適宜本地區(qū)發(fā)展、滯塵能力強(qiáng)的植物，對喬木、灌木、草本不同生活型的植物進(jìn)行合理搭配，實(shí)現(xiàn)城市綠化的三維立體配置，既可增強(qiáng)生物多樣性和觀賞性，也可以改善環(huán)境，產(chǎn)生較好的生態(tài)效益。

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