通州區東郊森林公園不同樹種葉片滯塵能力探究

胡 雪，喬保軍，侯 巍，肖 萌，王 浩

(1.北京林豐源生態環境規劃設計院有限公司，北京 100083；內蒙古天清水土保持技術服務有限責任公司，內蒙古 赤峰 024000)

通州區東郊森林公園不同樹種葉片滯塵能力探究

胡 雪1，喬保軍2，侯 巍1，肖 萌1，王 浩1

(1.北京林豐源生態環境規劃設計院有限公司，北京 100083；內蒙古天清水土保持技術服務有限責任公司，內蒙古 赤峰 024000)

植物葉片；滯塵能力；滯塵量；喬木；灌木

植物葉片對粉塵有明顯的阻擋、過濾和吸附作用，可使大氣含塵量降低，探討不同植物的滯塵能力具有重要的意義。以通州區東郊森林公園的3種楊樹和8種典型園林綠化樹種為研究對象，運用方格法計算葉面積、質量差減法計算其滯塵量，對不同樹種的滯塵能力進行的分析評價結果表明：同一采樣周期，3種楊樹在林緣處采集的葉片滯塵量均遠遠大于林內的葉片；3種楊樹中，新疆楊的林內葉片滯塵量和林緣葉片滯塵量總體上遠大于河北楊與小葉楊；在同一采樣點，3種楊樹葉片的滯塵量隨時間變化卻并不相同；8種園林綠化樹種的滯塵能力存在相當大的差異，灌木樹種以金葉女貞最小、玫瑰最大，喬木樹種以垂柳最小、洋白蠟最大，灌木樹種的滯塵能力總體遠高于喬木樹種，約為喬木樹種的3.1倍。

植物的滯塵作用是植物的重要生態功能之一。基于空氣中的粉塵顆粒對人類及整個自然生態系統造成的嚴重危害，人們開始著手研究解決大氣粉塵污染問題，而在現有的科學技術手段不能直接解決粉塵污染問題的情況下，只得借助自然界的自凈能力來緩解粉塵污染。科學研究發現，綠色植物不僅有吸收空氣中有害氣體的功能，而且對大氣中的顆粒懸浮物還有著明顯的阻擋、吸附、過濾作用[1]，植物葉片能通過其表面的特殊形態構成(如葉片表皮茸毛、臘質表皮、溝狀組織、分泌黏性油脂等)和其濕潤性發揮巨大的滯塵作用。葉片的滯塵量不是無限的，達到一定滯塵量后的植物葉片會暫時失去滯塵能力，但是在經過降雨沖洗以后，葉片又能夠恢復其滯塵能力，達成可持續的循環。

國外對植物滯塵的研究較早，開始于20世紀70年代，并提出了關于植被是顆粒態污染物蓄積庫的經典說法。國外的研究人員對植物滯塵能力的研究重點通常集中于樹木滯納放射性顆粒物與痕量金屬顆粒物方面，并于1976年由美國環保局率先提出并制定了利用木本植物來改善空氣質量的典型示范計劃，開始了對植物滯塵能力及滯塵效益的綜合研究。如：SCHABEL[2]研究發現植物葉片的滯塵能力并不是固定不變的，降雨過后附著在葉片上的粉塵會被雨水沖洗掉，使葉片重新恢復滯塵能力，從側面證明了植物葉片的滯塵能力是具有“可塑性”的；LOVETT et al.[3]通過研究證明，不同植物的滯塵能力并不相同，植物的滯塵能力受到不同植物種的葉面特性、葉總面積、樹冠構成和葉片傾斜角度等的影響而存在很大差異；而BECKETT et al.[4]更為精確地證明植物本身的特性會對滯塵能力帶來極大影響。通過對大量不同植物葉片的研究，確定不同植物的滯塵能力差異主要是由葉片的形態結構特征決定的，如葉片的形態、粗糙程度、葉片表面是否附著茸毛等，表面粗糙的葉片比光滑葉片具有更好的滯塵作用。

雖然國內對植物滯塵能力和滯塵效益方面的研究開展得較晚，但是近年來也已經取得了大量與世界接軌的成果。國內外諸多研究文獻均已證明，植物的滯塵能力受其自身的生理特性影響。黃慧娟[5]和陳芳等[6]同樣研究分析了植物的滯塵能力，結果表明，樹冠結構、枝條硬度、樹冠郁閉度、總葉面積覆蓋度等不同，導致不同植物種的滯塵能力存在較大差異。柴一新等[7]則是通過分析不同樹種的葉片形態結構特征來確定植物的滯塵能力，他們認為：表面密布茸毛的葉片較無毛葉片具有更好的滯塵能力；表面無毛的樹葉若具有溝狀組織，其滯塵能力也很強；相反，宏觀葉表面有輕微凹凸而細微結構為瘤狀凸起的樹種，滯塵能力可能較差。除了植物的種類、葉片自身的生理特性對植物的滯塵能力有影響，同一植物在不同的生長環境下，其滯塵能力也存在著較大的差異。高金暉等[8]通過實測具有代表性的同種綠色植物在不同環境條件下的滯塵能力，確定環境條件也是影響植物滯塵的一個重要因子，如粉塵含量的多少在一定程度上影響著植物葉片滯塵量的大小，在植物葉片滯塵能力達到極限之前，葉片的滯塵量隨著環境中粉塵含量的增多而增大。

對植物滯塵能力和滯塵效應的研究大多數圍繞葉片滯塵量展開，因此對不同地區植物滯塵能力的研究都要基于植物葉片的滯塵量。基于此，本研究以通州區東郊森林公園3種楊樹——新疆楊(PopulusalbaL. var.pyramidalisBunge)、小葉楊(PopulussimoniiCarr.)、河北楊(Populus×hopeiensisHu & Chow)和8種典型園林綠化樹種——國槐(SophorajaponicaLinn.)、香花槐(Robiniapseudoacaciacv. idaho)、玫瑰(RosarugosaThunb.)、榆葉梅〔Amygdalustriloba(Lindl.) Ricker〕、黃刺玫(RosaxanthinaLindl.)、垂柳(SalixbabylonicaL.)、洋白蠟(FraxinuspennsylvanicaMarsh.)、金葉女貞(Ligustrum×vicaryiHort.)為研究對象，通過實地調查、測定，在前人研究成果的基礎上分析研究植物的滯塵能力和通州區東郊森林公園生態系統現狀，以期為今后該地區的生態建設提供基礎數據和科學方法。

1 研究區自然概況

東郊森林公園位于通州、順義、朝陽三區交界地帶，南部緊鄰通州新城，北部與首都機場、空港產業基地和順義現代制造業基地相接，規劃面積5 933 hm2，研究區域選取通州段東郊森林公園。通州區地處永定河、潮白河沖積洪積平原，地勢西高東低、北高南低，較為平坦，略有起伏。區域內河流主要有小中河、溫榆河兩條河流。森林公園屬暖溫帶大陸性半濕潤季風氣候，年平均氣溫11.5 ℃，其中7月份氣溫最高、1月份氣溫最低；年均日照時數2 730 h，無霜期208 d，≥10 ℃年積溫4 200 ℃；多年平均降水量525 mm，85%集中在6—9月份；凍土深度54 cm，最深積雪23 cm；年平均風速3.2 m/s，年均大風日數26.7 d，主要風向為西北風、北風；土壤類型以潮土為主。

公園以人工植被為主，植物種類有600多種，其中喬木有260多種，主要有新疆楊、白皮松、北京楊、小葉楊、河北楊、毛白楊、河南檜、油松、華山松、北京檜、云杉、側柏、青杄、白杄、樟子松、杜松、銀杏、欒樹、白蠟、旱柳、垂柳、國槐、香花槐、刺槐、元寶楓、三球懸鈴木、楓樹、臭椿、千頭椿、皂莢、杜梨、核桃、黃檗、北枳椇、美國榆、金葉榆等，灌木有丁香、玫瑰、女貞、榆葉梅、迎春、太平花、棣棠、碧桃、黃刺玫、連翹、紫穗槐、平枝荀子、黃櫨、紅瑞木、金銀木、各色木槿、枸杞、沙地柏等。該公園為北京最大的郊野樹木園。

2 試驗設計與方法

本研究主要通過分析比較通州區東郊森林公園3種楊樹(新疆楊、小葉楊、河北楊)和8種園林綠化樹種(國槐、香花槐、垂柳、洋白蠟4種喬木和玫瑰、榆葉梅、黃刺玫、金葉女貞4種灌木)的單位葉面積滯塵量，評價確定通州區東郊森林公園地區典型植物滯塵能力的大小，為森林公園后期建設樹種選擇奠定基礎。

葉片的滯塵能力是指植物單位葉面在單位時間中截留的粉塵量，試驗中采用質量差減法進行測定。

2.1 野外采樣

新疆楊、小葉楊、河北楊葉片均采集于通州區東郊森林公園一期園區外圍，8種園林綠化樹種葉片均采集于通州區東郊森林公園一期園區。通過實地調查，每種樹各選擇3株作為標準株，于雨后7 d和21 d在所選標準株上的不同位置隨機均勻采集葉片15片，并在采集后立即小心置于密封袋中，做好編號，重復3次，同時盡量避免葉片上滯留的粉塵脫落。

2.2 室內處理

將采集的樹木葉片樣本帶回實驗室立刻用蒸餾水分別浸泡，在浸泡的過程中將葉片輕輕攪動，使得葉片上附著的粉塵落入水中，浸泡1 h后用鑷子將葉片小心夾住，用細毛刷清洗，使得殘留粉塵也落入水中，再反復清洗葉片2～4次。

清洗完畢后，將事先烘干過的濾紙放在電子天平(精度為0.001 g)上稱量，記錄測得的質量，再將浸洗完葉片的水經由濾紙過濾，將濾紙及過濾物置于60 ℃的烘箱中烘干后稱量，兩次質量之差即為樣本葉片上的粉塵質量。

將清洗晾干后的葉片置于坐標紙上(最小方格1 mm×1 mm)平鋪，用筆芯較細的鉛筆沿葉片邊緣仔細描繪出葉片形狀，統計坐標紙上所描繪的葉片所占的最小方格數。不小于最小方格面積1/2的計為1格，小于1/2的忽略不計，通過累積最小方格數量來計算葉面積。

最后，根據葉片上的粉塵質量與葉面積即可求得單位葉面積的滯塵量。

3 結果與分析

3.1 三種楊樹的滯塵能力

3.1.1 新疆楊的滯塵能力

由表1可以看出，林內與林緣的新疆楊葉片滯塵量均隨著時間的變化而變化：采樣周期為7 d時，林內新疆楊的葉片滯塵量為0.151 g/(m2·d)，林緣處為0.240 g/(m2·d)；采樣周期為21 d時，林內新疆楊的葉片滯塵量為0.278 g/(m2·d)，林緣處為0.801g/(m2·d)。即在同一采樣點，新疆楊葉片的滯塵量隨著時間的增加而增多，21 d時林內葉片的平均滯塵量約為7 d時的1.8倍，林緣葉片的平均滯塵量約為7 d時的3.3倍。

表1 楊樹葉片滯塵量

同時可以發現，采樣周期相同時，林緣的新疆楊葉片的滯塵量均遠大于林內的葉片。

3.1.2 小葉楊的滯塵能力

由表1可以看出，林內與林緣的小葉楊葉片滯塵量均隨著時間的變化而變化：采樣周期為7 d時，林內小葉楊的葉片滯塵量為0.075 g/(m2·d)，林緣處為0.406 g/(m2·d)；采樣周期為21 d時，林內小葉楊的葉片滯塵量為0.155 g/(m2·d)，林緣處為0.241 g/(m2·d)。根據數據可知，小葉楊林內葉片滯塵量隨著時間的增加而增多，21 d的葉片滯塵量約為7 d的2.1倍；而林緣處葉片的滯塵量隨著時間的增加而減少，21 d的葉片滯塵量約比7 d時減少40.6%。

同時可以發現，采樣周期相同時，林緣的小葉楊葉片的滯塵量均遠大于林內的葉片。

3.1.3 河北楊的滯塵能力

由表1數據可以看出，林內與林緣的河北楊葉片的滯塵量均隨著時間的變化而變化：采樣周期為7 d時，林內河北楊的葉片滯塵量為0.054 g/(m2·d)，林緣處為0.303 g/(m2·d)；采樣周期為21 d時，林內河北楊的葉片滯塵量為0.121 g/(m2·d)，林緣處為0.176 g/(m2·d)。即在同一采樣點，隨著采樣時間的增加，河北楊林內葉片的滯塵量增多，21 d的葉片滯塵量約為7 d的2.2倍；林緣處葉片的滯塵量減少，21 d的葉片滯塵量約比7 d時減少41.9%。

同時可以發現，采樣周期相同時，林緣河北楊葉片的滯塵量均遠大于林內葉片的滯塵量。

3.1.4 3種楊樹樹種的滯塵能力比較

對3種楊樹進行對比分析，可以發現：①在采樣周期相同時，新疆楊、河北楊和小葉楊林緣處的葉片滯塵量總是遠大于林內的葉片。②在同一采樣點，葉片的滯塵量隨著采樣周期的增加而變化，其中：新疆楊林內和林緣處7 d時的葉片滯塵量遠小于21 d的，即滯塵能力隨著采樣時間的增加而上升；而小葉楊和河北楊林內葉片滯塵量7 d的小于21 d的，林緣處的葉片滯塵量則是7 d的遠大于21 d的。造成這一現象的原因可能是：林緣處葉片吸附的粉塵量大，對進入林內的粉塵起到一個提前過濾的作用；小葉楊和河北楊的滯塵能力小于新疆楊，使得在試驗周期內，河北楊和小葉楊林緣處葉片的滯塵能力達到閾值，之后呈下降趨勢，而林內葉片由于有林緣處葉片的阻擋而吸附量少，因而依舊保持著滯塵能力。③將3種楊樹葉片滯塵量(7 d和21 d的平均值)進行比較后發現，無論是林緣還是林內，新疆楊的葉片滯塵量總體上均大于河北楊和小葉楊。

3.2 園林綠化樹種的滯塵能力

3.2.1 喬木樹種的滯塵能力

應用SAS9.0軟件對洋白蠟、國槐、香花槐、垂柳4種喬木的滯塵能力進行方差分析，結果表明不同喬木樹種之間的滯塵能力差異極顯著(F=13.91，P=0.000 4<0.01)。由表2可知，試驗所選的4種喬木按滯塵能力大小排序為：洋白蠟>國槐>香花槐>垂柳。

表2 喬木樹種滯塵能力多重檢驗結果

注：表中不同字母表示在0.01水平差異極顯著，下同。

3.2.2 灌木樹種的滯塵能力

應用SAS9.0軟件對玫瑰、黃刺玫、榆葉梅、金葉女貞4種灌木的滯塵能力進行方差分析，結果表明，不同灌木樹種之間的滯塵能力差異極顯著(F=10.25，P=0.001 5<0.01)。由表3可知，試驗所選的4種灌木按滯塵能力大小排序為：玫瑰>榆葉梅>黃刺玫>金葉女貞，其中玫瑰的滯塵能力最高、金葉女貞最低。

表3 灌木樹種滯塵能力多重檢驗結果

3.2.3 園林綠化樹種的滯塵能力比較

將測得的園林綠化樹種的滯塵能力進行綜合分析發現：①8種園林綠化樹種的滯塵能力有較大差異，灌木樹種中玫瑰的滯塵能力最高，約為滯塵能力最低的金葉女貞的2.23倍；喬木樹種中洋白蠟的滯塵能力最高，約為滯塵能力最低的垂柳的11.5倍。②在8種園林綠化樹種中，灌木的滯塵能力多大于喬木，其平均值約為喬木的3.1倍。③造成灌木的滯塵能力大于喬木的主要原因，可能是由于喬木與灌木的高度不同，高大的喬木在植被中主要起到阻滯、過濾外界粉塵的作用，而較密、低矮的灌木則能有效減少地面的揚塵。大氣中的粉塵受到較高的喬木樹干、枝葉的阻擋、摩擦，加之空氣的黏性影響，就會有較多的塵埃沉降到灌木上，因此附著在灌木葉片上的粉塵量也就較多。

4 結 論

(1)在同一采樣周期，3種楊樹(新疆楊、河北楊、小葉楊)林緣處葉片滯塵量均遠遠大于林內葉片的滯塵量。

(2)新疆楊林內葉片滯塵量和林緣葉片滯塵量總體上均分別遠大于河北楊和小葉楊。

(3)在同一采樣點，葉片滯塵量均隨著采樣時間的增加而變化，新疆楊林內和林緣的葉片滯塵量隨采樣時間的增加呈現上升趨勢，而小葉楊和河北楊林內葉片的滯塵量隨采樣時間的增加而上升，林緣葉片滯塵量則隨采樣時間的增加明顯下降。這說明，新疆楊的滯塵效率更高一些。

(4)8種園林綠化樹種的滯塵能力存在著一定的差異，灌木平均滯塵量為喬木的3.1倍。灌木樹種的滯塵能力排序為金葉女貞<黃刺玫<榆葉梅<玫瑰，玫瑰約為金葉女貞的2.4倍；喬木樹種滯塵能力排序為垂柳<香花槐<國槐<洋白蠟，洋白蠟的滯塵量約為垂柳的11.5倍。

[1] 周曉煒,亢秀萍.幾種校園綠化植物滯塵能力研究[J].安徽農業科學,2008,36(24):10431-10432.

[2] SCHABEL H G.Urban forestry in the Federal Republic of Germany[J].Journal of Arboriculture,1980,6(11):281-286.

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[5] 黃慧娟.保定常見綠化植物滯塵效應及塵污染對其光合特征的影響[D].保定:河北農業大學,2008:17-28.

[6] 陳芳,周志翔,郭爾祥,等.城市工業區園林綠地滯塵效應的研究——以武漢鋼鐵公司廠區綠地為例[J].生態學雜志,2006,25(1):34-38.

[7] 柴一新,祝寧,韓煥金.城市綠化樹種的滯塵效應——以哈爾濱市為例[J].應用生態學報,2002,13(9):1121-1126.

[8] 高金暉.北京市主要植物種滯塵影響機制及其效果研究[D].北京:北京林業大學,2007:6.

(責任編輯 徐素霞)

S727.28;X173

A

1000-0941(2017)07-0059-04

胡雪(1984—)，男，吉林雙遼市人，助理工程師，學士，主要從事水土保持方案編制、水土保持監測、小流域治理工作。

2017-05-12