哈爾濱市12種常見樹木的滯塵能力比較

黃靖懿++黃澤++劉慧婧++車代弟

摘要：選取糖槭、色木槭等12種哈爾濱市常見樹木，對其單位面積滯塵量、單葉滯塵量和葉片質膜透性、可溶性糖含量、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸（Pro）含量進行測定。結果表明，不同樹木間的滯塵量存在較大差異，選擇不同滯塵量計量單位，樹木滯塵量排序會相應發生變化；不同樹木在自然界中蒙塵后，葉片質膜透性、可溶性糖含量、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸（Pro）含量均出現不同程度的上升，上升幅度因樹木種類不同而存在較大差異，其中葉片質膜透性增長率與丙二醛（MDA）含量增長率之間存在顯著的線性相關關系，通過隸屬函數法綜合4個生理指標，得到抗性排序為毛櫻桃>榆葉梅>水曲柳>色木槭>暴馬丁香>花楸>丁香>山荊子>糖槭>水蠟>榆樹>核桃楸；毛櫻桃、花楸、丁香單位葉面積滯塵量、單葉滯塵量相對較大，抗性較強，可作為哈爾濱市抗塵的優良樹木。

關鍵詞：樹木；滯塵量；生理指標；滯塵能力；哈爾濱；毛櫻桃；質膜透性

中圖分類號： X173文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2017）08-0117-04

近年來，隨著我國城市交通和城市化建設的高速發展，揚塵、土壤塵、機動車尾氣等儼然成為21世紀城市的主要污染來源，產生一系列大氣污染問題。顆粒物是當今城市大氣污染的主要污染物[1]，由于影響大氣能見度、產生光化學煙霧、加劇溫室效應，且含有重金屬、細菌、病毒、PAHs等致癌物質，已引起政府、公眾、學者前所未有的關注。

園林樹木作為城市綠地的主體，對一定范圍內的粉塵有明顯過濾、吸附作用[2]，而園林樹木葉片滯留大氣顆粒物的能力成為城市綠化樹種選擇的一個重要指標。近年來，國內外許多學者開展了關于城市樹木滯塵能力的研究[3-7]，但大部分研究僅從滯塵量大小來單一評價樹木的滯塵能力，認為滯塵能力與滯塵量相關。也有很多學者建議，在研究樹木滯塵量的同時，應關注樹木本身的抗逆性，只有樹木本身滯塵量大且受塵污染影響小，才是真正滯塵能力強的樹木，才適合作為城市滯塵的樹木[8-9]，而目前蒙塵對樹木抗性影響的研究鮮見報道。本試驗選取黑龍江省哈爾濱市糖槭、色木槭等12種常用樹木為研究對象，對其滯塵量和抗性進行分析，為哈爾濱市滯塵樹木的選擇提供參考。

1材料與方法

1.1試驗樹木的選擇

哈爾濱市自然植被屬溫帶針闊混交林，依據城區常用樹木的資料統計[10]，本試驗選取哈爾濱市12種常用樹木進行滯塵能力和抗性指標測定，其中落葉闊葉喬木8種、落葉闊葉灌木4種（表1）。

1.2樣品采集及處理

樣品采集地點設在樹木種類豐富、交通相對繁忙的哈爾濱市珠江路，分別于雨后若干天進行采樣，具體采集日期為2016年6月11日（塵積累7 d）、6月23日（塵積累9 d）、7月9日（塵累計9 d）、7月22日（塵累計11 d）。選擇樹齡及生長狀況基本相同的12種樹木，定株、定時（09：00）采集樹冠中下部向陽面光照強度一致的同齡葉片，將采集好的20～40張葉片裝入已編好號碼的密封袋中，置于4 ℃冰箱中帶回實驗室，運輸途中應盡量避免振蕩。為減少試驗誤差，對照組和試驗組樣品的采集應遵循同株、同向原則，試驗期間每天對對照組樣品進行沖洗，并掛牌標記。測量時，假設試驗組初始葉片滯塵量為0。

1.3測定內容和方法

1.3.1滯塵量葉片的滯塵量采用質量差法進行測定[11]。將采集的葉片置于盛有去離子水的燒杯中浸泡2 h；用毛刷刷下葉片表面的顆粒物，并用小毛刷輕輕刷洗裝葉片的保鮮袋；將葉片取出，清洗液用烘干已稱質量（m1）的濾紙過濾；將濾紙放入烘干箱內80 ℃烘干24 h，用萬分之一天平稱質量（m2），m1與m2的差值即為采集葉片所附著的降塵顆粒物質量。清洗過的葉片用濾紙吸干，用LAI-2000葉面積儀測量面積S[12]，計算闊葉樹木單位葉面積滯塵量、單葉滯塵量，公式為：

單位葉面積滯塵量（g/m2）=（m2-m1）/N0S；單葉滯塵量（g/葉）=（m2-m1）S0/N0S。

式中：S為供試葉樣的平均葉面積；S0為供試樹木平均葉面積；N0為供試葉樣數。

1.3.2生理指標將7月9日、7月22日采集的葉樣用去離子水清洗干凈，分別采用電導儀法、蒽酮比色法、茚三酮比色法、硫代巴比妥酸法測定葉片質膜透性、可溶性糖（SS）含量、游離脯氨酸（Pro）含量、丙二醛（MDA）含量這4個生理指標。由于2次采集的葉片塵累計時間相差較小，所以4個生理指標的數值為2次測得數據的平均值。每個供試葉片測定重復3次。

1.4數據處理

采用隸屬函數法對樹木在自然界蒙塵后塵抗性數據進行統計[13]。如果某一生理指標與塵抗性呈正相關關系，計算公式為：Xμ=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）；如果某一指標與塵抗性呈負相關關系，則計算公式為：Xμ=1-（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）。式中，X表示某一指標的測定值；Xmax表示某一指標測定值中的最大值；Xmin表示某一指標測定值中的最小值。本試驗中質膜透性、MDA含量采用負相關計算公式，其他指標均采用正相關計算公式。試驗數據采用Excel、SPSS19.0軟件進行統計分析。

2結果與分析

2.1單位葉面積滯塵量

樹木單位葉面積滯塵量是指在一定時間段里葉片單位面積粉塵的滯留量，其大小一定程度上反映樹木的滯塵能力[14]。由表2可見，哈爾濱市12種樹木的平均單位葉面積滯塵量為1.36～2.96 g/m2，經方差分析，不同樹木間單位葉面積滯塵量存在差異；花楸單位葉面積滯塵量相對最大，為2.96 g/m2，毛櫻桃次之，為2.89 g/m2，丁香第三，為 2.54 g/m2，糖槭單位葉面積滯塵量相對最小，僅為 1.36 g/m2，與最大的花楸相差約2倍，這與柴一新等研究結論[15]類似；落葉闊葉喬木與灌木的單位葉面積滯塵量整體排序分布較為均勻，并未因樹木類型不同出現明顯的排序分化現象，這與范舒欣等研究結論[16]類似。

2.2單葉滯塵量

單葉滯塵量為一個獨立葉片在一定時間內滯留的粉塵量[17]。由表3可見，哈爾濱市12種樹木的單葉滯塵量為 0.002 0～0.015 9 g/張，不同樹木間單葉滯塵量差異較大，其中核桃楸單葉滯塵量相對最大，為0.015 9 g/張，花楸次之，為0.013 7 g/張，丁香第三，為0.012 4 g/張，水曲柳的單葉滯塵量相對最小，僅為0.002 0 g/張，與核桃楸相差約7倍；落葉闊葉喬木與灌木的單葉滯塵量排序分布仍較為均勻，因植物類型不同可能帶來的排序分化現象不明顯。

2.3蒙塵對樹木生理指標的影響

2.3.1蒙塵對葉片質膜透性的影響質膜是選擇透過性膜，能調節和控制細胞內外物質的運輸和交換，在逆境生理學中，細胞質膜透性是反映植物抗逆性程度的良好指標[18]。由圖1可見，12種樹木在自然界中蒙塵后，質膜透性均呈一定的增強趨勢，不同樹木的增長率有所差異，其增長率范圍在 23%～108%之間；榆樹的增長率相對最大，為108%，核桃楸次之，為87%，糖槭的增長率相對最小，為23%，方差分析（表4）顯示，試驗組與對照組差異極顯著（P<0.01）。樹木葉片蒙塵之后電導率增大，表明塵對葉片的細胞質膜通透性產生影響。

2.3.2蒙塵對葉片可溶性糖含量的影響可溶性糖含量在植物體內對環境脅迫的變化非常敏感，既是指示植物遭受環

境脅迫程度的重要指標，又是植物細胞內重要的滲透調節物質與適應環境的信號物質。由圖2可知，樹木蒙塵可使12種樹木葉片的可溶性糖適量積累，與對照組相比，可溶性糖含量有小幅度增加，其增長率范圍在10%～65%之間，這可能是葉片蒙塵后，其氣孔受到不同程度的堵塞而使葉內O2濃度下降，CO2濃度相對升高，呼吸過程受到抑制[19]，可溶性糖短暫積累；毛櫻桃可溶性糖含量的增長率相對最大，為65%。

2.3.3蒙塵對葉片丙二醛（MDA）含量的影響丙二醛是植物對逆境反應的重要生理指標，也是植物細胞膜脂過氧化產物之一，其含量多少可反映植物適應環境或者受不良環境脅迫的情況，含量越高，受傷害的程度越大。由圖3可知，蒙塵后樹木葉片丙二醛含量均有不同程度的增加，其增長率范圍在26%～98%之間；不同樹木葉片的丙二醛含量存在明顯差異，其中榆樹的增長率相對最大，為98%，糖槭的增長率相對最小，為26%，說明糖槭的抗塵性強于榆樹。由圖4可知，樹木葉片蒙塵后丙二醛含量的增長率與質膜透性增長率呈正相關關系（決定系數r2≈0.88），這與鈕福祥等的結論[20-21]較為一致，說明脅迫環境下過氧化作用加強，可積累較多的丙二醛，造成膜透性增強、離子外滲。

2.3.4蒙塵對葉片脯氨酸（Pro）含量的影響脯氨酸是植物體內重要的滲透調節物質，脅迫條件下植物體內游離脯氨酸

含量與植物抗性之間存在相關性，它的積累可保護植物抵抗逆境的脅迫。有研究表明，當植物遇到干旱、冰凍、高溫、低溫等環境時，都會在體內出現脯氨酸的累積[22]。由圖5可知，蒙塵后樹木葉片的脯氨酸含量均有所增長，其增長率范圍在12%～68%之間；不同樹木葉片的脯氨酸含量增長存在差異，丁香的脯氨酸含量增長率相對最大，為68%，核桃楸次之，為53%，水曲柳第三，為29%，毛櫻桃的增長率相對最小，僅為12%。

2.4蒙塵后樹木抗性的綜合評定

植物受到逆境時，其生理變化是錯綜復雜的，并受到多種因素的影響，孤立地用一個指標評價植物抗性能力很難真實反映植物的抗性本質。因此，為綜合評價各種樹木的抗塵能力，采用隸屬函數值法，以各項指標隸屬度的平均值作為樹木抗性能力綜合鑒定標準進行比較。由于質膜透性、丙二醛含量表征植物受損程度，與植物抗性呈負相關，分析時采用反隸屬函數值；脯氨酸含量、可溶性糖含量表征植物對逆境的適應能力，分析時采用隸屬函數值[23]。由表5可見，樹木抗性大小依次為毛櫻桃>榆葉梅>水曲柳>色木槭>暴馬丁香>花楸>丁香>山荊子>糖槭>水蠟>榆樹>核桃楸；落葉闊葉喬木與灌木的抗性整體排序分布較為均勻，以丁香為界，抗性排名前6位中喬木占66%，灌木占33%。

3結論與討論

樹木滯塵是一種極為有效的生物滯塵方式，不同樹木的單位葉面積滯塵量主要取決于樹木葉片結構特征、葉表面粗糙程度、被毛情況及滯塵方式等[24]；而單葉滯塵量是基于單位葉面積滯塵量與樹木平均單葉面積共同計算得到的，側重于反映葉片形狀與大小對樹木滯塵的影響，所以樹木單位葉面積滯塵量與單葉滯塵量的排序情況會有所不同，不應以某一個單一的計量結果來評價樹木的滯塵量。本研究發現，不同樹木單位葉面積滯塵量與單葉滯塵量之間差異顯著；丁香上表皮雖無柔毛，但葉表氣孔周圍具脊狀突起，其滯塵方式以附著為主，加之葉片面積較大且尖端易蜷曲向上，所以其單位葉面積滯塵量和單葉滯塵量均較大；而水蠟單位葉面積滯塵量為 2.24 g/m2，排序在中等偏上，滯塵方式以滯留為主，但由于其葉片面積較小，致使單葉滯塵量偏小。不過，有研究表明，水蠟的單位葉面積滯塵量較小[25]，與本研究結論相反，這說明以滯留為主的滯塵方式更易受外界環境的影響，其滯塵量不僅與自身形態有關，也與其生長的外界環境污染程度有關。

質膜透性、丙二醛含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量是植物對逆境反應的4個重要生理指標。丙二醛是植物細胞膜脂過氧化產物之一，能夠與細胞內各種成分發生反應，從而引起酶和膜的嚴重損傷[26]；可溶性糖和脯氨酸含量在細胞質中的增加，可以提高植物細胞的滲透調節能力，降低質膜受傷害的程度，對植物抵抗逆境具有重要作用[27]。試驗結果表明，蒙塵后12種樹木葉片的膜脂過氧化產物MDA含量和細胞膜透性都逐漸增加；抗性強的毛櫻桃蒙塵后，細胞膜透性、MDA含量增長率相對較小，而抗性弱的榆樹細胞膜透性、MDA含量增長率相對較大，這2項指標與12種樹木的抗性排序基本一致，說明質膜透性、MDA含量可作為樹木抗塵的重要鑒定指標。脯氨酸、可溶性糖都是植物細胞重要的滲透調節物質，在逆境環境下適當積累，可使自身適應不良環境而產生一定的忍耐力[28]。不同的樹木對蒙塵的反應不同，在細胞內積累的滲透調節物質也不同，毛櫻桃可溶性糖含量的增長率相對最大，脯氨酸含量的增長率相對較小，而丁香可溶性糖含量的增長率較小，脯氨酸含量的增長率相對較大，這說明蒙塵后毛櫻桃細胞內積累的主要滲透調節物質是可溶性糖，而丁香是脯氨酸。

在對樹木滯塵量研究的同時，也應關注樹木本身的抗逆性，只有本身的滯塵量大且受塵污染影響小的樹木，才是真正滯塵能力強的樹木，才適合作城市滯塵的樹木。毛櫻桃、花楸、丁香等單位葉面積滯塵量和單葉滯塵量相對較大，抗性也較強，可作為哈爾濱市抗塵的優良綠化樹木；榆樹單位面積滯塵量和單葉滯塵量相對較小，抗性較差，在塵污染較嚴重的地區不適宜種植該樹種；核桃楸單位面積滯塵量和單葉滯塵量相對較大，但其抗性較弱，可以作為大氣塵污染的監測植物。需指出的是，本試驗大多數樹木都能夠感知蒙塵，并調節自身生理指標變化來響應蒙塵，但不同樹木存在著各個生理指標變化的不協同性和復雜性，有待進一步探討。另外，在樹木葉片單位面積滯塵量、單葉滯塵量抗性排序中，不同樹木類型間未出現明顯的排序分化現象，喬、灌木的排序分布較為均勻，不同生活型的樹木可在自然界中截留不同高度、不同來源、不同類型的粉塵顆粒，這就須要合理配置不同類型的喬、灌、草植物，形成不同群落配置模式，在增加景觀效果的同時，又可有效提升綠地滯塵效應，緩解空氣污染，改善城市的環境質量。

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