校園常綠植物滯塵效果研究

羅天相，蘇瀟，彭亮，劉斌，王勇

（1.宜春學院，江西 宜春 336000；2.袁州區(qū)林業(yè)局，江西 宜春 336000；3.岳陽市林業(yè)科學研究所，湖南 岳陽 414021）

園林植物通過過濾、滯留和吸收大氣中的灰塵等顆粒物，具有凈化空氣、吸滯粉塵的生態(tài)功能[1-5]。目前，對園林植物滯塵能力的研究主要集中在植物葉片的表面[6]。每種植物葉片自身的生物學特征如粗糙程度、是否被毛，是否有黏液、軟硬程度等并不相同，故植物葉片的滯塵能力有一定差異[7]。由于設置的差異性，同一樹種的滯塵能力往往亦有不同的實驗結果。唐文莉[8]研究認為，香樟單葉滯塵能力在8種行道樹中最強；而孫應都[9]通過電鏡觀察植物葉片的表面結構后，認為香樟葉片的滯塵能力較弱。此外，影響植物滯塵能力的機理仍有待明確。本文選取宜春市常見的10種常綠闊葉樹種進行研究，采用綜合指數(shù)評價的方法，挑選并綜合多個與植物滯塵能力相關的指標，對其進行等級分類，使用聚類分析法，明確植物的滯塵能力強弱及其可能的機理，希望為校園綠化及城市園林綠化植物的配置提供參考及理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

宜春學院位于江西省宜春市袁州區(qū)，為中亞熱帶季風氣候，氣候溫和，雨水豐富。宜春學院校園面積約為83.33 hm2，綠化覆蓋率較高。校園內(nèi)綠化植物主要為喬木和灌木，且常綠植物明顯多于落葉植物。采樣區(qū)域設置在電教樓和圖書館周圍，依據(jù)葉片采集需求，以這兩個地點為中心，按照半徑300 m的圓形范圍向周圍擴展。

1.2 供試樹種選擇

通過對宜春市主要綠化植物進行調(diào)查，最后在宜春學院校園內(nèi)挑選出了10種比較常見、種植區(qū)域較廣的常綠闊葉樹種作為試驗對象，詳見表1。

表1 試驗樹種選擇

1.3 研究方法

1.3.1 葉片采集

研究發(fā)現(xiàn)，只有當降水量達到15 mm或者以上，才能徹底將植株葉表面的灰塵洗滌干凈[10]。本次試驗在天氣持續(xù)放晴一個星期之后進行葉片的采集，采集時間為12月10日。此次試驗共選擇了兩個塵源相近的采樣點，每次采樣同種植株設置3個重復，樣本樹種要求具有大致相同的生長狀況，在植物的各個方位均勻采集葉片，以葉片的長×寬劃分大小葉片，長×寬大于或等于40 cm2的葉片認為是大葉片，采集10~20片；小于此數(shù)字的是小葉片，采集30片。葉片采集工作完成后，用塑料自封袋將所采葉片密封好后迅速帶回實驗室進行下一步處理。

1.3.2 葉片處理

采用擦拭法對葉片含塵量進行測定。使用萬分之一天平，對剛采集到的植物葉片首次稱重（帶包裝袋），所稱得的帶袋植物葉片含塵質量減去塑料自封袋的質量進而可得包含灰塵的植物葉片質量為W1。將酒精棉用蒸餾水充分淋濕后，擦洗含塵植物葉片至葉面完全潔凈，再次稱重，可以得到不包含灰塵的植物葉片質量W2。每組植物葉片的稱量操作重復進行3次，取得3次稱量的平均值作為最終結果。

1.3.3 葉面積測定及滯塵量計算

利用萬深葉面積儀對葉片進行葉面積測定，測得各組葉片總面積S。

單位葉面積滯塵量DPLA=（W2－W1）/S，單位為g/m2。

1.3.4 觀察葉片顯微結構

使用小刀將葉片均勻地切割劃分成長和寬各為5 mm的小正方塊，將切割完成的葉片分別放進裝有氫氧化鈉（NaOH）水溶液（50 g/L）的燒杯中，貼好標簽后放入溫度為60°的恒溫箱，處理24 h。恒溫處理結束后，使用蒸餾水浸泡沖洗，待葉片上的NaOH溶液完全洗凈后使用30%濃度的雙氧水（H2O2）水溶液浸泡葉片5 min進行漂白，隨后用鑷子夾出，用蒸餾水沖洗，操作完成后做成臨時裝片。使用奧林巴斯生物顯微鏡在40×10倍視野下觀察葉片細胞，觀測5個該視野下的植物葉面氣孔的大小、形狀和數(shù)量等特征，最后結果取平均值。

2 結果與分析

圖1 10種常綠闊葉樹種單位葉面積滯塵量

2.1 滯塵能力分析

2.1.1 單位葉面積滯塵能力

如圖1所示，10種常綠樹種單位葉面積滯塵量在0.42~2.78 g/m2，平均滯塵量為1.560 g/m2。滯塵能力表現(xiàn)為：紅葉石楠（Ps）＞小葉女貞（Lq）＞海桐（Pt）＞廣玉蘭（Mg）＞金邊黃楊（Ej）＞木犀（Of）＞紅花檵木（Lc）＞山茶（Cj）＞杜英（Es）＞香樟（Cc）。在參試的所有植物種類中紅葉石楠滯塵量最高（2.78 g/m2），小葉女貞次之（2.23 g/m2），海桐平均滯塵量也比較高（2.048 g/m2），只有這3種植物大于2 g/m2；廣玉蘭和金邊黃楊滯塵量中等（1.70~1.80 g/m2）；紅花檵木，木犀，山茶滯塵量較低（1.20~1.40 g/m2），杜英滯塵量低（0.48 g/m2）；香樟滯塵量最低（0.42 g/m2）。10種植物中，最高滯塵量和最低滯塵量相差6.6倍，常綠灌木單位葉面積滯塵量總體高于常綠喬木。單因素方差分析表明，不同植物間單位葉面積滯塵量的差異顯著。

2.1.2 植物滯塵能力綜合評價

為了對參試植物的滯塵能力進行更科學的分類，采用綜合指數(shù)評價法[11]對校園綠化植物的綜合滯塵能力進行分析。挑選出幾個與園林樹木滯塵能力有緊密聯(lián)系的指標，除了滯塵量X2，其他指標均為定性指標（X1，X3-X6）[12-13]，把定性指標按照對植物滯塵能力的影響分成3個層次進行量化，結果見表2。

參考相關文獻確定權重向量[11-13]：Wi={X1（0.2），X2（0.2），X3（0.15），X4（0.15），X5（0.15），X6（0.15）}。用Xij/X(max)對實驗數(shù)據(jù)標準化，在該計算式中i是特征、j是品種；最后用經(jīng)過標準化的數(shù)據(jù)，按照Wi計算出綜合滯塵能力Y，結果見表3。

2.1.3 植物滯塵能力的聚類分析

將參試植物滯塵能力的綜合指數(shù)結果Y作為評價因子，運用聚類分析法對其進行分類[14]。Y值越大，表明所對應的植物綜合滯塵性能越好。分析結果聚成4類，結果如圖2所示。

通過對10種園林植物的綜合滯塵能力進行聚類分析，發(fā)現(xiàn)香樟和杜英滯塵能力比較接近，同處一類，滯塵能力較差；山茶和木樨滯塵能力相近，處在同一類，滯塵能力排在中下；金邊黃楊和海桐綜合滯塵能力基本一致，與它們相近的還有廣玉蘭、小葉女貞和紅花檵木，這些植物分在一類，滯塵能力較強；紅葉石楠自成一類，綜合滯塵能力最強。

表2 參試植物定性指標量化

表3 植物滯塵能力量化分析結果

圖2 植物綜合滯塵能力聚類分析

2.2 不同樹種滯塵能力差異原因分析

2.2.1 植物葉面特征對滯塵能力的影響

通過觀察，對10種園林植物的葉面特征進行比較，結果見表4。

表4 植物葉面特征比較

一般認為，葉面是否粗糙、是否被有絨毛、鋸齒、以及軟硬度如何、是否有黏液等因素會影響葉片的滯塵效果。通常情況下，葉片表面比較粗糙、有褶皺、有黏液或者被毛的相比葉面光滑、無毛、無褶皺的滯塵功能更強。由于本試驗選取的植物葉面基本不會分泌黏液，因此，將從葉片的紋路是否粗糙、有無鋸齒、是否被毛等角度進行滯塵能力比較。從葉片的紋路來分析，金邊黃楊、海桐的葉片紋路較深，滯塵能力強。從葉片表面是否粗糙或者是否被毛分析，廣玉蘭葉面背被絨毛，滯塵能力強；香樟、山茶葉面光滑無毛，滯塵能力弱。從鋸齒和褶皺角度來分析，紅葉石楠葉緣有鋸齒，海桐、廣玉蘭葉片邊緣卷曲，滯塵能力較強?？諝庵械幕覊m落在邊緣有鋸齒的葉片上時，葉緣的鋸齒對落在上面的灰塵產(chǎn)生了阻力，讓灰塵能夠較牢的吸附在葉片上[15]。同樣，植物葉片表面有絨毛，使得葉面更為粗糙，空氣中的灰塵與葉面接觸時，會被柔毛阻滯而不易脫落[16]，像山茶、木樨等葉片光滑無毛的植物，當空氣中的顆粒物落在葉片上時，很容易再次飄走，所以滯塵量低、對灰塵滯留效果不好。但是，植物的葉面特征并不是決定其滯塵量的唯一重要因素。像小葉女貞、金邊黃楊等植物，雖然葉面光滑無毛，但是滯塵量依然很高；而紅花檵木雖然葉面粗糙，且有星狀毛，但是滯塵量一般。由此可見，綠化植物的最終滯塵效益是受到多方面因素影響的。

2.2.2 葉面微結構對植物滯塵能力的影響

在顯微鏡下對參試植物葉片進行觀察比較，發(fā)現(xiàn)滯塵能力比較強的廣玉蘭等植物，其葉片表面的氣孔比較密集，密度能夠達到244個/mm2；滯塵功能最差的香樟，其葉片表面的氣孔也很密集，可以達到282個/mm2；滯塵功能很強的海桐和金邊黃楊，其葉片表面氣孔卻比較分散，這兩種植物葉片的氣孔密度分別是65個/mm2和117個/mm2。表明氣孔密度與植物葉片的滯塵能力無顯著相關性。

滯塵能力差的香樟，葉片表面氣孔明顯小于其他參試植物，并且其氣孔開度很??；滯塵能力比較強的廣玉蘭、海桐、金邊黃楊等植物，其葉片表面的氣孔都相對較大，并且氣孔開度也大。

3 結論與討論

（1）綠化植物的葉面特征是導致其滯塵功能差異的主要因素。葉片表面粗糙程度較高的植物，如被毛葉片，當大氣中的顆粒物落在葉片表面時，葉面上的絨毛能夠輕易將這些顆粒物擋住，從而增強植物葉片對顆粒物的吸附效果；光滑無毛的植物葉片，風可以輕易將落在葉面的灰塵吹落，導致滯塵效果不佳。植物葉片表面的微結構也是導致滯塵能力差異的原因之一，在電子顯微鏡觀察的時候可以清晰看出葉片的氣孔形態(tài)，植物的滯塵能力與葉片表面氣孔的大小和開度大小有關。氣孔開度越大，植物葉片的滯塵能力越強。原因可能是氣孔越大，植物葉片的蒸騰作用越強，使得葉片附近空氣增濕，對植物葉片表面附著的顆粒物有滯留作用[17]；同時，植物葉片的氣孔處于張開狀態(tài)時，阻擋和吸附大氣中的灰塵等顆粒變得更加容易，灰塵藏在氣孔中，難以被風吹落或著被雨水淋洗干凈[18]。研究表明[19-21]，綠化植物阻滯空氣中灰塵還與條狀突起、溝槽、絨毛、蠟質等葉面形態(tài)有關。

（2）植物的單株滯塵量涉及到綠量的計算。本次試驗中單位葉面積下常綠喬木滯塵能力相對較弱，原因在于喬木體積大，擁有比灌木更多的綠量，單株滯塵量不易測量。此外，校園內(nèi)環(huán)境相對整潔，空氣質量相對較好，周圍沒有大型工廠等污染源，空氣中的灰塵主要是來自地面的揚塵而非降塵，灌木自身高度較低，相比喬木離地距離更近，在有風的時候，地面上的灰塵能夠輕易被吹到離地面較近的灌木葉片上，使得灌木比喬木積累到更多灰塵[22]。植物的滯塵量受多種因素影響，校園在選擇綠化樹種時應同時，除了應該考慮美觀，還應該考慮到植物的滯塵作用，選用滯塵功能強的常綠樹種，特別是常綠闊葉灌木，有助于提高校園空氣質量。