北方6種闊葉樹種葉片滯納顆粒物能力比較

摘要為改善霧霾天氣，探究闊葉樹種滯納顆粒物能力，選擇張家口市常見的6種闊葉樹種，分析其生長季葉片滯納PM10和PM2.5的差異。結(jié)果顯示：（1）PM10滯納量為1.31～1.58μg.cm-2，PM2.5滯納量為0.35～0.54μg.cm-2，五角楓PM10滯納量最大，垂柳PM2.5滯納量最大，銀杏均為最小，不同樹種之間差異不明顯。（2）不同月份相比，PM10滯納量9月最大（2.45μg.cm-2），8月最?。?.54μg.cm-2），9月滯納量顯著大于4-8月；PM2.5滯納量10月最大（0.73μg.cm-2），4月最?。?.20μg.cm-2），10月滯納量顯著大于其他月份。（3）每公頃每年PM10總滯納量排序為五角楓＞白蠟＞垂柳＞國槐＞新疆楊＞銀杏；PM2.5滯納量排序為垂柳＞五角楓＞白蠟＞國槐＞新疆楊＞銀杏。（4）樹種滯納能力與葉片粗糙度有關，銀杏葉片較光滑，毛孔及溝槽較少，其滯納顆粒物能力最弱。

關鍵詞闊葉樹種；滯納量；PM10；PM2.5；葉片形態(tài)

中圖分類號：S718.56;S725.1文獻標識碼：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2023.03.018

ComparisonoftheAbilityofAbsorbingParticulateMatterinLeavesofSixBroad-leavedTreeSpeciesintheNorth

ZhangHe

（HebeiMulanPaddockState-ownedForestFarm，Chengde068450，China）

AbstractToimprovethehazeweather，theabilityofbroad-leavedtreespeciestoretainparticulatematterwasexploredinthisstudy.Sixcommonbroad-leavedtreespeciesinZhangjiakouCitywereselectedtoanalyzethedifferenceofPM10andPM2.5retentioninleavesduringgrowingseason.Theresultsshowedasthefollowingfouraspects.（1）ThePM10retentionofbroad-leavedtreespeciesrangedfrom1.31to1.58μg·cm-2，andthePM2.5retentionrangedfrom0.35to0.54μg·cm-2，thePM10retentionofAcermonowasthelargest，thePM2.5retentionofSalixbabylonicawasthelargest，andthePM10andPM2.5retentionofGinkgobilobawasthesmallest.Thedifferencesbetweendifferenttreespecieswerenotobvious.（2）Comparedwithdifferentmonths，thePM10retentionwasthelargestinSeptember（2.45μg·cm-2）andthesmallestinAugust（0.54μg·cm-2），whichshowedtheretentioninSeptemberobviouslylargerthanthatfromApriltoAugust.PM2.5retentionwasthehighestinOctober（0.73μg·cm-2）andthelowestinApril（0.20μg·cm-2），whichshowedtheretentioninOctoberwassignificantlyhigherthanthatinothermonths.（3）TheorderofPM10retentionamountperhectareperyearwasAcermono>Fraxinuschinensis>Salixbabylonica>Sophorajaponica>Populusalbavar.pyramidalis>Ginkgobiloba;PM2.5retainedorderwasSalixbabylonica>Acermono>Fraxinuschinensis>Sophorajaponica>Populusalbavar.pyramidalis>Ginkgobiloba.（4）Theretentioncapacityoftreespeciesisrelatedtoroughnessoftheleaves.Ginkgobilobaleavesaresmoothwithfewerporesandgrooves，anditsabilitytoretainparticulatematteristheweakest.

Keywordsbroad-leavedtreespecies;theamountofretention;PM10;PM2.5;leafmorphology

隨著工業(yè)化進程加速，能源生產(chǎn)、運輸、消費等行業(yè)產(chǎn)生的大量空氣污染物，導致霧霾天氣增加，嚴重威脅人類健康安全[1]。研究表明，植被區(qū)大氣顆粒物質(zhì)量濃度低于非植被區(qū)，植被具有凈化大氣顆粒物的作用[2]；林木葉片表面微觀結(jié)構有利于顆粒物的沉積[3]，葉片粗糙程度與樹種單位面積顆粒物滯納量呈正相關關系[4]。余新曉等認為，森林對調(diào)控PM2.5等顆粒物具有阻滯、吸附、沉降和吸入等4種作用[5]。不同樹種滯塵量也存在一定的差異，吳翠蓉等[6]研究發(fā)現(xiàn)，杭州地區(qū)5月常見綠化樹種單位葉面積滯納PM10范圍為0.11～0.54μg.cm-2。由于不同城市的大氣污染特征不同，植物生長狀況有差異，本研究選取河北省張家口市常見的銀杏（Ginkgobiloba）、垂柳（Salixbabylonica）、新疆楊（Populusalbavar.pyramidalis）、白蠟（Fraxinuschinensis）、國槐（Sophorajaponica）、五角楓（Acermono）6種闊葉綠化樹種，采集樹木生長季4-10月的葉片，利用氣溶膠再發(fā)生器測定其PM10和PM2.5滯納量，分析葉片形態(tài)，揭示樹種滯納顆粒物能力差異，為抗霾減塵綠化樹種選擇提供科學依據(jù)。

1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于張家口市，113°50′—116°30′E，39°30′—42°10′N。地勢西北高、東南低，陰山山脈橫貫中部，境內(nèi)洋河、桑干河橫貫。屬于溫帶大陸性季風氣候，四季分明，年平均降水量461.2mm，平均氣溫為6.9℃；土壤類型以褐土、潮土、草甸土三類為主。主要樹種有油松（Pinustabuliformis）、銀杏、國槐、白蠟、新疆楊、垂柳、五角楓、金葉榆（Ulmuspumila）、金葉女貞（Ligustrumvicaryi）、紫葉小檗（Berberisthunbergii）等。

2研究方法

2.1采樣與顆粒物滯納量測定

試驗選取北方綠化常用的銀杏、垂柳、新疆楊、白蠟、國槐、五角楓等6種闊葉樹種。樣樹的基本信息見表1。

在闊葉樹的生長季4—10月，每個樹種選擇3株樣樹（遇見雨天，后延3天采樣），分別在樹冠的上、中、下3個部位，以及東、南、西、北4個方向各采集3片葉片，采樣后帶回實驗室利用氣溶膠再發(fā)生器（QRJZFSQ—Ⅱ）對PM10和PM2.5滯納量進行測定，每月3次重復。

葉片顆粒物滯納量計算公式如下：

Q=M×LAI×0.1×KM=m/A

式中：Q為林地顆粒物滯納量（kg.hm-2.a-1）；M為單位葉面積顆粒物滯納量（μg.cm-2）；LAI為葉面積指數(shù)；0.1為單位轉(zhuǎn)化系數(shù)；K為年洗脫次數(shù)；m為放入氣溶膠再發(fā)生器中葉片顆粒物滯納量（μg）；A為放入氣溶膠再發(fā)生器料盒中所測葉片的葉面積（cm2）。

2.2葉表面微形態(tài)結(jié)構測定

試驗選取PM2.5滯納量最大（垂柳）和最?。ㄣy杏）的2個樹種，利用環(huán)境掃描電鏡觀察。以4月和10月兩個時間為代表，觀察葉表面特征差異。摘取試驗樹種的部分葉片，將葉片包裹，防止擠壓，作為待測樣品。將樣品經(jīng)過噴金處理后，采用環(huán)境掃描電鏡觀察不同樹種的葉表面結(jié)構和形態(tài)。

3結(jié)果與分析

3.1不同樹種葉片滯納PM10比較

不同樹種滯納PM10能力存在差異，由表2可知，4—10月單位面積平均每月PM10滯納量為1.31±0.68～1.58±0.55μg.cm-2，其中，五角楓滯納量最大，其次為白蠟和垂柳，銀杏最小。五角楓月平均PM10滯納量是銀杏的1.21倍。6種闊葉樹種月平均PM10滯納量之間差異不明顯。

從不同月份看，各月份平均PM10滯納量為1.12±0.56～4.43±0.66μg.cm-2，6種闊葉樹種滯納量為9月＞10月＞7月＞5月＞6月＞4月＞8月。9月和10月平均PM10滯納量顯著大于其他月份，9月是8月的4.54倍，10月是8月的4.30倍；5—7月PM10滯納量顯著大于8月，與4月差異不顯著；4月和8月之間無明顯差異。4月、5月、10月垂柳滯納量最大，6月、7月五角楓滯納量最大，8月白蠟滯納量最大，9月份新疆楊滯納量最大。

不同樹種每公頃每年PM10滯納量存在差異，由圖1可知，各樹種PM10滯納量為5.66±0.60～7.12±0.51kg.hm-2.a-1。其中，五角楓PM10滯納量最大，其次為白蠟，銀杏最小，五角楓是銀杏的1.28倍。

3.2不同樹種葉片滯納PM2.5比較

不同樹種PM2.5滯納量也存有一定的差異，由表3可知，單位面積平均每月PM2.5滯納量為0.35±0.21～0.54±0.21μg.cm-2，6種闊葉樹種PM2.5滯納量為垂柳＞五角楓＞白蠟＞國槐＞新疆楊＞銀杏，垂柳是銀杏的1.53倍，6種闊葉樹種之間差異不明顯。

從不同月份看，各月份平均PM2.5滯納量為0.20±0.08～0.73±0.07μg.cm-2，6種闊葉樹種滯納量為10月＞9月＞6月＞7月＞8月＞5月＞4月。其中10月PM2.5滯納量顯著大于4—9月，是最小的4月的3.65倍；9月顯著大于4-8月，是4月的2.90倍；6月、7月滯納量顯著大于4月、5月，與8月滯納量差異不顯著；4月、5月、8月之間無明顯差異。4月、5月、9月、10月PM2.5滯納量垂柳最大，6月五角楓滯納量最大，7月白蠟最大，8月白蠟與五角楓滯納量相同且最大，垂柳與新疆楊相同且最小。

不同樹種每公頃每年PM2.5滯納量也存在差異，由圖2可知，每公頃每年的PM2.5滯納量1.03±0.42～1.35±0.45kg.hm-2.a-1。其中，垂柳的PM2.5滯納量最大，銀杏最小，垂柳是銀杏的1.31倍。

3.3葉片滯納顆粒物與葉表形態(tài)特征的關系

葉片的微觀結(jié)構包括氣孔密度、絨毛長短、溝槽深淺等，這些因素能夠直接影響葉片表面滯納顆粒物能力[7]。試驗選取PM2.5滯納量最大（垂柳）和最?。ㄣy杏）的兩個樹種，利用環(huán)境掃描電鏡觀察。由圖3可知，4月垂柳和銀杏的葉片表面有氣孔和溝槽分布，溝槽內(nèi)有顆粒物附著，銀杏葉片相比于垂柳更加光滑，氣孔分布較少；10月相比于4月，垂柳和銀杏葉片溝槽內(nèi)附著顆粒物數(shù)量均有所增加。垂柳相比于銀杏，葉片表面的氣孔密度較大，溝槽更多，粗糙程度更大，并且對比兩個月份及平均大氣顆粒物滯納量，垂柳滯納大氣顆粒物能力明顯優(yōu)于銀杏。

4討論

植物能夠有效滯納空氣中的顆粒物，凈化空氣，提高大氣質(zhì)量，但植物本身滯納大氣顆粒物的能力存在差異。本研究通過測定張家口4—10月6種常見闊葉樹種單位面積平均每月PM10滯納量為1.31±0.68～1.58±0.55μg.cm-2，平均每月PM2.5滯納量0.35±0.21～0.54±0.21μg.cm-2，其中PM10滯納量最大的是五角楓，PM2.5滯納量最大的是垂柳，滯納PM10能力最強的樹種和滯納PM2.5能力最強樹種并不完全一致，這與趙云閣等[8]研究北京常見綠化樹種滯納顆粒物能力所得出的樹種對不同粒級的顆粒物滯納能力存有差異這一結(jié)論相吻合，但是與趙云閣等[8]研究中相同闊葉樹種滯納顆粒物能力排序規(guī)律有所不同，這可能是因為采集區(qū)域的海拔、顆粒物質(zhì)量濃度、樹種生長狀況不同造成的差異。

葉片表面微結(jié)構形態(tài)與大氣顆粒物附著程度有著對應關系[9]。本研究通過掃描電鏡觀察植物葉片發(fā)現(xiàn)，銀杏葉片相比于其他闊葉樹種較為光滑，表面毛孔較少，溝槽起伏程度較小，其大氣顆粒物滯納量也為最小；垂柳葉片粗糙程度較大，其大氣顆粒物滯納量較大，因此得出植物葉片粗糙程度越大，其滯納大氣顆粒物能力越強的結(jié)論，這與魯紹偉等[3]、魏文俊等[10]觀點一致。

不同時間的樹木生長狀況、天氣條件也會影響植物的顆粒物滯納量。本研究表明，闊葉樹種不同月份PM10滯納量為9月＞10月＞5月＞7月＞6月＞4月＞8月，PM2.5滯納量為10月＞9月＞6月＞7月＞8月＞5月＞4月。可以看出，4月、8月大氣顆粒物滯納量較小，9月、10月納量較大，這是因為4月時樹木處于展葉期，多為幼嫩枝葉，滯納顆粒物能力有限；8月是雨季，降雨頻繁，

沖刷掉葉片上滯納的顆粒物，故8月滯納量較少；9月、10月進入秋季，大氣中PM10和PM2.5質(zhì)量濃度上升，故滯納量較大。這與孔令偉[11]研究發(fā)現(xiàn)秋季大氣顆粒物滯納量要大于春夏兩季的結(jié)論一致。

5結(jié)論

北方闊葉樹種4—10月單位面積平均每月PM10滯納量為1.31±0.68～1.58±0.55μg.cm-2，6種闊葉樹種PM10滯納量為五角楓＞白蠟＞垂柳＞國槐＞新疆楊＞銀杏，差異不顯著；PM2.5滯納量為0.35±0.21～0.54±0.21μg.cm-2，排序為垂柳＞五角楓＞白蠟＞國槐＞新疆楊＞銀杏，差異不顯著。闊葉樹對大氣顆粒物滯納量9月、10月最大，4月、8月較小。每公頃不同樹種每年PM10滯納量以五角楓最大，PM2.5滯納量以垂柳最大，銀杏均為最小。從植物凈化大氣顆粒物角度出發(fā)，園林綠化闊葉樹種應優(yōu)先選擇五角楓和垂柳。

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收稿日期：2023-01-10

基金項目：國家林業(yè)和草原局“退耕還林工程生態(tài)效益監(jiān)測與評估”專項

作者簡介：張鶴（1989-），男，河北圍場人，大學，工程師，從事森林經(jīng)營與管理研究，E-mail：196704796@qq.com