廈門市常見園林樹種滯塵效應及生態特性研究

王亞軍，郁珊珊

(1. 福州大學建筑學院，福建 福州 350116；2.廈門大學建筑與土木工程學院，福建 廈門 361000)

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廈門市常見園林樹種滯塵效應及生態特性研究

王亞軍1，郁珊珊2*

(1. 福州大學建筑學院，福建 福州 350116；2.廈門大學建筑與土木工程學院，福建 廈門 361000)

連續2年以廈門市區臘腸樹、樟樹和菩提樹3種園林樹種為試材，研究比較了滯塵量的差異及其生態特性。結果表明：不同園林樹種滯塵能力差異顯著(P<0.05)，滯塵量基本表現為臘腸樹>樟樹>菩提樹，臘腸樹的滯塵量是菩提樹的2倍左右；對葉面塵粒徑分析表明，葉面塵中滯留的顆粒物中大多數是TSP(懸浮顆粒物)，同時不同園林樹種對PM10和PM2.5均有一定量的吸收，降塵物中PM2.5、PM10和TSP相對含量均以臘腸樹最高，樟樹和菩提樹較低，其中3種植物TSP差異并不顯著(P>0.05)；不同樹種降塵粒徑主要分布在2.5～100 μm，葉面降塵中顆粒物粒徑集中分布在100 μm以下(占99 %以上)，降塵物主要為在大氣中經一定距離漂移的TSP；葉綠素a和葉綠素b趕含量呈現出一致的變化規律，依次表現臘腸樹>樟樹>菩提樹，可溶性蛋白依次表現臘腸樹>樟樹>菩提樹，可溶性糖表現為臘腸樹>菩提樹>樟樹，且三者之間差異均顯著(P<0.05)；不同園林樹種比葉重(x)與葉片滯塵能力(y)之間的冪函數關系最佳(P<0.001)，即比葉重較大的植物滯塵能力則較大。相關性分析表明：廈門市不同園林樹種滯塵量與葉片生態特性具有較強的相關性，其中葉綠素的影響較大。

廈門市；園林樹種；滯塵效應；生態特性

環境污染關系到人類長期的生存和發展，受到了當今世界各國的普遍關注和重視[1]。隨著城市化和工業化的迅速發展，大氣污染中的粉塵污染給人類帶來了生存危機[2]。我國大量城市大氣粉塵超標現象嚴重，對人類的健康造成了嚴重影響，也對城市本身的生存與發展提出嚴峻的挑戰[3]。園林樹種改善生態環境的功能越來越受到人們的重視，園林樹種對大氣中的粉塵、顆粒物有過濾、阻擋和吸附的作用，可以有效降低大氣TSP(懸浮顆粒物)的含量，通過粗糙濕潤的葉面和氣孔及毛被等微觀結構有效地滯留大氣顆粒物，經過葉表面的生理作用，產生復雜的生理生態響應，被稱為城市粉塵過濾器[4-6]。不同植物因其本身的生物學特性的差異，滯塵能力也有較大的差異，選擇適合城市發展的滯塵能力強的綠化樹種，是城市綠地設計的基礎，也是改善城市環境質量的重要保障[4-6]。目前我國已經廣泛開展了對綠化樹種滯塵能力的研究，而大量研究主要集中在南方一些城市，對于北方城市綠化樹種滯塵能力的研究尚且較少。廈門作為我國沿海交通樞紐中心城市，近年來經濟迅猛發展，隨著機動車輛的快速增長，大氣污染已經成為城市污染的主要問題，可吸入顆粒物中細顆粒的含量不斷增加，嚴重威脅著城市居民的身體健康和城市生態環境。而園林綠化植物在滯塵過程中起著重要作用，當前仍缺乏園林綠化植物滯塵效應及其生態特性等研究。鑒于此，筆者以廈門市區主要綠化樹種為研究對象，對城市道路中3種綠化樹種滯塵量差異及生態特性等進行研究，為其在園林生態景觀功能配置和城市綠地規劃等方面提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

廈門市(118°04′04″E、24°26′46″N)地處我國東南沿海-福建省東南部，是一個國際性海港風景城市，與臺灣寶島和澎湖列島隔海相望。廈門陸地面積1565.09多平方公里，海域面積300多平方公里。廈門屬亞熱帶氣候，溫和多雨，年平均氣溫在21 ℃左右，夏無酷暑，冬無嚴寒。年平均降雨量在1200 mm左右，每年5至8月份雨量最多，風力一般3～4級，常向主導風力為東北風，每年平均受4～5次臺風的影響，且多集中在7-9月份。植被組成具有明顯的沿海色彩，具有多植物區系和廣泛引種成功的可能性。據不完全統計，全市常用的樹種有90余種，占本地能夠生長良好品種的31.6 %，其中闊葉喬木應用36種，常綠喬木10種，常綠灌木6種，落葉灌木41種，藤本5種，能夠在廈門市區露地栽植的樹木品種(包括變種)可達到500余種，其中生長良好的品種就有281種。2014年廈門人均公園綠地面積(不含暫住人口)20.35 m2，建成區綠化覆蓋面積12 604 hm2，綠化覆蓋率為41.87 %；而近年來政府通過積極推行園林綠化，綠地覆蓋率不斷提高，基本形成了形式多樣、物種豐富、布局合理、與自然環境協調一致的園林綠化格局。

2013-2014年7月，對廈門市主要的公園綠地、道路綠地、以及各高校校園綠地等城市綠地進行實地調查，分別在不同街道雨后采集3種植物葉片(臘腸樹、樟樹和菩提樹)，每3 d同一時間采集1次樣本，采樣時帶上聚乙烯塑料手套，分別從東、西、南、北均勻采集成熟葉片12片，樣品選擇能充分接受粉塵的植物葉片，將葉片小心封存于錐形瓶內，帶回實驗室處理，連續調查5次(連續15 d的平均值)，比較不同植物滯塵差異及生理特性。

1.2 試驗方法

1.2.1 葉片滯塵量的測定 植物葉片滯塵量的分析目前尚無統一的標準方法，葉片滯塵量采用“干洗法”稱量，將成熟葉片封存于裝有蒸餾水的錐形瓶中，浸洗下葉片上的附著物，浸泡過程中注意要不斷的攪拌，以保證塵粒充分融入水中，浸泡3 h后，用毛刷沖洗葉片，再次保證塵粒融入到水中。用鑷子將葉片小心夾出，用濾紙將浸洗液過濾，將濾紙置于60 ℃下烘干12 h，萬分之一天平稱重，2次稱重之差(W)，即采集樣品上所附著的降塵顆粒物的重量，夾出的葉片晾干后，葉面積測定儀測葉面積(A)，即可得出葉面積滯塵量為W/A(g·m-2)[7]。

1.2.2 葉面塵粒徑測定 將樣品置于70 ℃烘箱中烘干至恒重(48 h)，然后稱2 g樣品過2 mm篩，取降塵樣1.0 g溶解于300 mL蒸餾水，使其充分擴散，用粒度分析儀進行粒徑分析，微電腦激光粉塵儀測定PM10和PM2.5的濃度[7]。

1.2.3 葉片生理指標的測定 選取一部分植物葉片樣品進行各項生理指標的測定，每項試驗重復測定3次，比葉重的測定采用加熱烘干法。另選取一部分植物葉片洗凈65 ℃烘箱烘干，粉碎后過1.5 mm篩，除去葉脈剪成細絲除去葉脈研磨混合，混合液浸提法以80 %丙酮溶液浸提比色分析測定葉綠素a、b值；考馬斯亮藍-G250染色法測定可溶性蛋白；蒽酮比色法測定可溶性糖[8]。

1.3 數據處理

統計分析：Microsoft Excel 2007進行數據的統計和整理，Spss 18.0進行方差分析和統計學檢驗，LSD多重比較(顯著水平設置P<0.05)，單因素方差分析(One-way ANOVA)比較其差異顯著性，Pearson相關系數檢驗滯塵量與生理特性之間的相關性，比葉重與葉片滯塵量用Spss 18.0進行曲線擬合，篩選出最佳擬合曲線(R2最大)。

相同小寫字母表示在0.05水平差異不顯著，下同The same small letter showed no significant difference at 0.05 level, the same as below圖1 不同樹種滯塵能力比較Fig.1 Dust retention capacity of different green plants in Xiamen

2 結果與分析

2.1 不同樹種滯塵能力

2.1.1 不同樹種滯塵量 滯塵量指單位葉面積單位時間中滯留粉塵量，對廈門市不同樹種進行滯塵量的測定，比較不同園林樹種滯塵能力大小，由圖1可知，3種園林樹種滯塵量差異顯著(P<0.05)，滯塵量基本表現為臘腸樹>樟樹>菩提樹，滯塵量最大的是臘腸樹，其滯塵量達1.85 g·m-2，樟樹次之，其滯塵量達1.62 g·m-2，菩提樹滯塵量僅為0.73 g·m-2。臘腸樹的滯塵量是菩提樹的2倍左右，由此表明不同樹種滯塵量的差異較大。

2.1.2 不同園林樹種葉面降塵粒徑 由圖2可知，廈門市不同園林樹種降塵粒徑主要分布在2.5～100 μm，葉面降塵中顆粒物粒徑集中分布在100 μm以下(占99 %以上)，說明廈門市降塵物主要為在大氣中經一定距離漂移的TSP。一般認為，PM10(<10 μm)是危害人類健康的最主要顆粒物，而PM2.5(<2.5 μm)則是能直接進入人體肺部導致肺泡發炎的顆粒物。本研究表明，不同園林樹種降塵物中PM2.5、PM10和TSP相對含量均以臘腸樹最高，其中植物降塵物中PM2.5含量依次表現臘腸樹>樟樹>菩提樹，樟樹和菩提樹PM2.5含量差異并不顯著(P>0.05)；降塵物中PM10含量依次表現臘腸樹>菩提樹>樟樹，三者之間差異均顯著(P<0.05)；降塵物中TSP含量依次表現菩提樹>臘腸樹>樟樹，不同植物TSP含量差異均不顯著(P>0.05)；降塵物粒徑依次表現臘腸樹>菩提樹>樟樹，樟樹和菩提樹降塵物粒徑差異并不顯著(P>0.05)；不同園林樹種降塵物PM2.5范圍在1.41～1.93 μm，PM10范圍在53.8～86.2 μm，TSP范圍在85～91 μm，粒徑范圍在7.5～10.3 μm。

2.2 不同園林樹種生態特性

2.2.1 不同園林樹種生長特性 由圖1可知，不同園林樹種株高表現為菩提樹>臘腸樹>樟樹，且三者之間差異均顯著(P<0.05)；莖粗表現為樟樹>菩提樹>臘腸樹，菩提樹和臘腸樹莖粗差異不顯著(P<0.05)；冠幅表現為樟樹>臘腸樹>菩提樹，且三者之間差異均顯著(P<0.05)；葉面積指數表現為臘腸樹>樟樹>菩提樹，且三者之間差異均顯著(P<0.05)；比葉重表現為臘腸樹>樟樹>菩提樹，其中樟樹和菩提樹比葉重差異不顯著(P<0.05)，二者顯著低于臘腸樹(P<0.05)。

圖2 不同園林樹種葉面降塵的粒徑分布Fig.2 Size distribution of different green plants foliar dust particle

項目Item株高(m)Height莖粗(cm)Stemdiameter冠幅(m)Crown葉面積指數Leafareaindex比葉重(mg·cm-2)Specificleafweight樟樹Camphoraofficinarum9．6±1．7c39．7±6．7a6．2±1．8a11．8±1．8b5．2±0．8b臘腸樹Cassiafistula11．5±2．1b28．3±5．8b4．7±1．3b13．6±2．7a6．8±1．3a菩提樹Ficusreligiosaauche16．8±2．7a33．6±9．8ab2．8±0．5c9．7±1．5c4．9±0．7b

注：相同小寫字母表示在0.05水平差異不顯著，下同。

Note：The same small letter showed no significant difference at 0.05 level. The same as below.

圖3 不同園林樹種葉片生理指標Fig.3 Leaf physiological indexes of different green plants

2.2.2 不同園林樹種葉片生理特性 由圖3可知，分析不同園林樹種葉片生理指標的差異變化，不同園林樹種可溶性蛋白變化范圍在126.3～143.8 μg·g-1，可溶性糖變化范圍在0.23 %～0.39 %，葉綠素a變化范圍在3.25～3.86 mg·g-1，葉綠素b變化范圍在1.09～1.46 mg·g-1；其中，可溶性蛋白、可溶性糖、葉綠素a和葉綠素b均以臘腸樹最高，并且均顯著高于其他園林樹種(P<0.05)；可溶性蛋白依次表現臘腸樹>樟樹>菩提樹，樟樹和菩提樹可溶性蛋白差異不顯著(P<0.05)，二者顯著低于臘腸樹(P<0.05)；可溶性糖表現為臘腸樹>菩提樹>樟樹，且三者之間差異均顯著(P<0.05)；葉綠素a和葉綠素b趕含量呈現出一致的變化規律，依次表現臘腸樹>樟樹>菩提樹，樟樹和菩提樹葉綠素a和葉綠素b趕含量差異不顯著(P<0.05)，二者顯著低于臘腸樹(P<0.05)。

2.3 不同樹種滯塵量與葉片生態特性相關性

由表2可知，廈門市不同園林樹種滯塵量與葉片生態特性具有較強的相關性。樟樹滯塵量與葉面積指數呈極顯著正相關(P<0.01)，與可溶性糖、葉綠素a和b含量呈顯著正相關(P<0.05)；臘腸樹滯塵量與葉面積指數和葉綠素a含量呈極顯著正相關(P<0.01)，與比葉重、可溶性糖和葉綠素b含量呈顯著正相關(P<0.05)；菩提樹滯塵量與葉面積指數、葉綠素a和b含量呈極顯著正相關(P<0.01)。

2.4 不同樹種比葉重與滯塵量之間的相關關系

對廈門市典型園林植物葉面特征的分析(表3)表明，葉面特征明顯影響葉片滯塵能力，為進一步探討其影響因素，對比葉重與滯塵能力的關系進行研究。比葉重是單位面積的葉片干重，反映葉片質地的厚薄與輕重，也是表征葉片特性的一種指標，對3種園林樹種比葉重與滯塵能力進行相關性分析，擬合多種常用曲線中，比葉重(x)與葉片滯塵能力(y)之間的冪函數關系最佳，其中樟樹擬合方程為y=0.1523x1.2568，相關系數R2= 0.8654(P<0.001，F= 42.365)；臘腸樹擬合方程為y= 0.0037x2.8541，相關系數R2= 0.9371(P<0.001，F= 56.398)，菩提樹擬合方程為y= 0.0895x3.5674，相關系數R2= 0.8936(P<0.001，F= 48.297)。表明種園林樹種比葉重與滯塵能力存在明顯的相關關系，即比葉重較大的植物滯塵能力則較大，并且以臘腸樹的相關性較好。由此可知，比葉重的大小與滯塵能力的大小趨勢表現基本一致，這與前人的研究結果相一致。

表2 不同樹種滯塵量與葉片生理特性相關性

注：**相關性在0.01水平上顯著(雙尾)；*相關性在0.05水平上顯著(雙尾)。

Note： ** correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed)；*correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed).

表3 不同樹種比葉重與滯塵量之間的相關關系

3 討論與結論

作為空氣質量監測的重要手段之一，綠化樹種的葉片滯塵量測定可在一定程度上反映小環境中空氣顆粒物含量。近年來關于植物滯塵效應的研究報道較多，植物葉片滯塵過程是一個復雜的動態過程，葉片滯塵與粉塵脫落同時進行，此過程中，植物葉片滯塵作用始終處于主導地位，說明了植物滯塵能力的絕對性[9-10]。就本研究中不同樹種葉片平均滯塵量而言，臘腸樹>樟樹>菩提樹，臘腸樹的滯塵量是菩提樹的2倍左右，由此表明臘腸樹是滯塵能力優良的城市綠化樹種選擇，因受植物單葉面積大小、葉片組織結構以及樹冠密集度、整株葉量多少等因子制約，各滯塵量指標間不盡一致，在城市綠化樹種的滯塵能力選擇中應綜合考慮。同時，植物葉片滯塵作用與所在植物街道、人為干擾情況及植物本身屬性有關，此外，還與植物的株型、葉片特性、分枝方式有關。本研究雖然分析了滯塵的試驗數據，但對影響植物葉片滯塵效應的因素，尚未建立全面的數學模擬模型，在未來的研究工作中，需要將更多可能的影響因素進行綜合分析研究。

葉片表面細微結構對顆粒物產生的吸附作用在大多數樹種中均存在，由于細微結構的差異性，不同細微結構對顆粒物的支持固定作用效果也不同[11]。本研究中臘腸樹滯塵量最大，粒徑偏小，一定程度上反映了臘腸樹所處街道的粉塵污染狀況較為嚴重，并且喬木MP2.5與MP10的比例均高于灌木和草本，說明葉面降塵與所處地區的環境狀況有一種關系，不同功能區滯塵量與葉面塵可吸入顆粒物百分比變化不一致，可能是因為各樣點大氣環境中顆粒物組分不同。污染物為可吸入顆粒物，3種植物葉片所吸收的灰塵中，PM1.0在不同地區均占了一定比例，說明3種植物均能夠滯留可吸入顆粒物，改善環境質量。

本研究表明，不同園林樹種株高、莖粗、葉面積指數和比葉重存在顯著差異，臘腸樹葉面積和莖粗較大，而不同園林樹種的生理代謝和形態建成的變化，導致葉面積指數和比葉重呈現出不同的變化規律。植物生長發育受葉片光合特性、生理代謝和光合產物代謝的共同影響，葉面積指數是植物冠層生長狀況的指標，葉面積指數較大有利于捕獲更多的光能，綜合比較可知，臘腸樹通過增加葉面積指數和光合作用進而影響其自身的生長[12]。

葉綠素作為植物光合作用的物質基礎和光敏化劑，在光合作用過程中起著接受和轉換能量的作用[13]?？扇苄缘鞍缀涂扇苄蕴前恍┐x的酶，其含量的多少與植株體內的代謝強度有關[14-15]。本研究表明不同園林樹種葉片光合生理特性與葉綠素含量保持一致，均表現為臘腸樹>菩提樹>樟樹，說明臘腸樹葉片的葉綠素合成高于菩提樹和樟樹，能夠更多的利用光能合成葉綠素，主要是由于臘腸樹植物的葉面積指數和比葉重均顯著高于菩提樹和樟樹，它能夠增加捕光色素復合體中天線色素的比例，促進對光能的吸收和轉化，同時也增強了植物對弱光的利用率，而對于菩提樹和樟樹，體內葉綠素、可溶性蛋白和可溶性糖均較低，具有偏低的光能利用效率，然而這種特性對于增大后期的物質合成與積累量奠定了一定的基礎[14-15]。當然，這還可能與植物自身的生理生化特性和抗逆性有關。比葉重反映葉片質地的厚薄與輕重，比葉重小，則葉片較輕且質薄，容易隨風抖動，影響葉面滯塵的穩定性，致使植物滯塵受外界環境(車輛行駛、氣流和風)影響增大，滯塵能力弱，可將比葉重作為比較選取滯塵植物的指標之一。本研究中，不同園林樹種比葉重(x)與葉片滯塵能力(y)之間的冪函數關系最佳(P<0.001)，表明其兩者間存在明顯的相關關系，即比葉重較大的植物滯塵能力則較大，由此可知，比葉重的大小與滯塵能力的大小趨勢表現基本一致，這與前人的研究結果相一致。相關性分析表明，廈門市不同園林樹種滯塵量與葉片生態特性具有較強的相關性，其中葉綠素的影響較大。

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(責任編輯 李山云)

Study on Dust Retention Capacity and Ecological Characteristics of Different Green Plants in Xiamen City

WANG Ya-jun1,YU Shan-shan2*

(1. School of Architecture, Fuzhou University ,Fujian Fuzhou 350116，Chian；2. School of Architecture and Civil Engineering, Xiamen University,Fujian Xiamen 361000，China)

Taken three green plants (Cassiafistula,CamphoraofficinarumandFicusreligiosaauche) as tested materials in two years, the effect of different environmental conditions on their dust catching quantity difference and ecological characteristics were studied. The results showed that the dust retention capacity of these green plants had significant difference (P<0.05), and the average unit area dust catching quantity was in order ofCassiafistula>Camphoraofficinarum>Ficusreligiosaauche, andCassiafistulawas two times ofFicusreligiosaauche. The analysis on the surface of dust particle size indicated that foliar dust retention of particles in most was TSP, while PM10and PM2.5had a certain amount of adsorption. The dust relative content of PM2.5, PM10and TSP inCassiafistulawas top,CamphoraofficinarumandFicusreligiosaauchewere lower, and their TSP had no significant difference(P>0.05). The dust particle size of different green plants in Xiamen mainly distributed from 2.5 to 100 μm, which concentrated under 100 μm (more than 99 %). Chlorophyll a and b had the same change trend which showedCassiafistula>Camphoraofficinarum>Ficusreligiosaauche, soluble protein showedCassiafistula>Camphoraofficinarum>Ficusreligiosaaucheand soluble sugar showedCassiafistula>Ficusreligiosaauche>Camphoraofficinarum, which had significant difference (P<0.05). The power function relationship between specific leaf weight (x) and dust detentions (y) was the best (P< 0.001), and the larger specific leaf weight was, the larger dust detention. Correlation analysis indicated that the ecological characteristics had a strong difference with dust detentions of different green plants in Xiamen city, of which chlorophyll had a stronger effect.

Xiamen city; Green plants; Dust retention capacity; Ecological characteristics

1001-4829(2016)08-1987-06

10.16213/j.cnki.scjas.2016.08.043

2015-09-20

福建省自然科學基金面上項目“基于廊道優先理論的福廈城市綠地系統功能評價及其優化研究”(2016J01732)

王亞軍(1977-)，男，安徽阜陽人，博士，副教授，研究方向：風景園林規劃與設計、城市生態化與城市景觀生態規劃,*為通訊作者：郁珊珊(1981-)，女，福建廈門人，博士生，助教，研究方向：風景園林規劃與設計、城市綠地系統規劃。

S812

A