薄殼山核桃葉表面微形態結構與滯塵能力分析

沙存龍，焦 云，黃宗興，嚴春風，舒巧云，袁冬明

（1.寧波市鄞州區林業技術管理服務站，浙江 寧波 315100；2.寧波市農業科學研究院林業研究所，浙江 寧波 315040）

薄殼山核桃葉表面微形態結構與滯塵能力分析

沙存龍1，焦 云2，黃宗興2，嚴春風1，舒巧云1，袁冬明1

（1.寧波市鄞州區林業技術管理服務站，浙江 寧波 315100；2.寧波市農業科學研究院林業研究所，浙江 寧波 315040）

以薄殼山核桃葉片為試驗材料，應用掃描電鏡法觀察葉片表面及滯塵顆粒物微形態結構，同時采用濾紙恒重法測定其葉片滯塵量，并與5種綠化樹種（桂花、女貞、紫薇、夾竹桃和樟樹）的滯塵能力進行比較。結果表明：薄殼山核桃葉片上、下表面結構粗糙呈溝脊狀并且有纖毛分布；其中，上表面放大8 000×可見顆粒狀組織，而下表面較為光滑并具有氣孔；薄殼山核桃葉片表面滯塵主要為粒徑小于10 μm的顆粒物，經過簡單清洗后，可將葉片表面大部分顆粒物去除。另外，薄殼山核桃葉片單位面積滯塵量為0.055 4 mg/cm2，僅次于夾竹桃。因此，薄殼山核桃具有固定懸浮顆粒物并緩解城市大氣污染的能力。

薄殼山核桃；葉片；表面微形態結構；滯塵能力；顆粒物形態

薄殼山核桃[Carya illinoinensis （Wangenh.） K. Koch]樹干端直，可作庭蔭樹，行道樹，亦適于河流沿岸及平原地區綠化造林，為很好的城鄉綠化樹種和果材兼用樹種[1]。現代城市綠化對樹種的選擇不僅要求能美化環境，還要在提高植物造景的同時兼顧生態效益即樹木防污滯塵的功效。植被葉片因其表面特性，通常具有固定大氣顆粒物與消減大氣環境污染的作用[2]。因此，對薄殼山核桃的葉表面微形態結構進行研究，進而分析其滯塵能力具有重要的現實意義。試驗利用掃描電鏡技術，對薄殼山核桃的葉片表面構造及顆粒物形態進行觀察研究，測定其滯塵能力，并與5種常見綠化樹種進行對比分析，以期為正確選用城市綠化樹種提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試材及取樣

試驗于2016年6～7 月進行，試材均取自寧波市橫街鎮綠化種植的9 a生薄殼山核桃，采集樹冠外圍同一高度枝條上成熟的、發育時期一致的葉片（均為枝條上從頂端第1片往下數第5～7片成熟葉）。

1.2 試驗方法

1.2.1樣品采集用于葉片滯塵能力測定的樣品選擇在雨后晴天持續7 d左右采集。選擇待測植物樹冠外圍同一高度的葉片，每種植物重復3次，每個重復包含25 片成熟健康葉片，同時隨機采集10片薄殼山核桃葉片以備后續滯塵顆粒物形態觀察，所有葉片樣品用塑封袋裝好帶回實驗室進行處理。

1.2.2葉片形態特征觀察在薄殼山核桃新鮮葉片葉脈兩側切取邊長約0.5 cm的小塊，置于4%戊二醛溶液中固定1 d，然后用0.2 mol/L磷酸緩沖液清洗3次，經乙醇梯度脫水，將材料轉入純叔丁醇溶液中保持30 min，再將其轉入4℃條件下靜置20 min，最后置真空干燥器中干燥，干燥后取出粘臺，在JFC-1600型離子鍍膜儀中濺射鍍金膜，置于JSM-6390A掃描電子顯微鏡下觀察拍照。

1.2.3葉片滯塵能力測定將采集的部分樣品葉片用蒸餾水沖洗浸泡3 h 后，使用軟毛刷充分刷洗葉片上下表面的灰塵附著物，再用已烘干稱重的濾紙（m1）來過濾浸洗液，然后將濾紙置于60℃電熱恒溫鼓風干燥箱中烘干24 h，使用萬分之一電子天平稱濾紙重量（m2），兩次重量差值（m2-m1）即為采集樣品上所附著的降塵顆粒物的重量。同時，將葉片通過掃描儀掃描后導入AutoCAD 2010軟件中描邊并對植物材料的輪廓進行定位，參照相關文獻中方法計算葉面積[3]。植物的滯塵能力（mg/cm2）=（m2-m1）/葉面積。同時，挑選10片薄殼山核桃葉片，用去離子水簡單淋洗30次，模擬自然降水過程，然后用干凈的濾紙吸干水分，經真空干燥及噴金后直接進行電鏡觀察，并與淋洗前作對比分析。

1.2.4數據分析利用DPS（Data Processing System）v 14.10軟件對所有數據進行統計分析，并采用鄧肯新復極差檢驗法進行多重比較，在α=0.05和α=0.01水平進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 薄殼山核桃葉片表面形態特征

由圖1可知，薄殼山核桃葉片上、下葉表面凹凸不平，表面均呈溝脊狀皺褶并分布有纖毛，這是葉片滯留大氣污染顆粒物的關鍵。同時，薄殼山核桃葉片的上、下葉表面在表皮粗糙程度、氣孔等微形態結構上存在一定差異。例如，在放大8 000×時，上表面可以觀察到顆粒狀組織分布（圖1C），而下表面則較為光滑（圖1F）；下表皮分布有氣孔，氣孔口微突起，由兩個隆起的“新月形”保衛細胞組成（圖1E）。薄殼山核桃葉片的葉脈由支脈縱橫相連形成一個網格狀結構（圖2A），值得注意的是，下表面葉脈依稀可辨維管束狀結構，同時其上也分布大量纖毛與部分瘤狀物（圖2C），這種瘤狀物是如何形成以及有何作用需進一步探索。

2.2 薄殼山核桃葉片滯塵能力分析

由表1可知，6種植物平均葉面積由大到小排列依次為薄殼山核桃＞女貞＞桂花＞樟樹＞夾竹桃＞紫薇；夾竹桃的葉片單位面積滯塵量最高，達0.056 8 mg/cm2，女貞的最低，僅為0.028 0 mg/cm2，兩者間差異極顯著；薄殼山核桃平均葉面積約為紫薇的3倍，然而其葉片單位面積滯塵量與紫薇差異并不顯著，在0.05 mg/cm2左右；另外，雖然女貞的平均葉面積大于紫薇，然而其單位面積滯塵量卻遠低于紫薇。由此可見，植物葉片的表面積與滯塵能力不一定呈正比。

圖1 薄殼山核桃葉表面微形態結構

圖2 薄殼山核桃葉片下表面微形態結構

表1 不同植物葉片滯塵能力的比較

2.3 薄殼山核桃葉片上表面顆粒物的形態

圖3是薄殼山核桃葉片上表面滯留顆粒物形態的電鏡掃描圖像，其中A和B為連續晴天一周后的葉片上表面，其上密布大量顆粒物，為棒狀、橢圓形、圓形及其他各種不規則體，大部分顆粒物的粒度小于10 μm，其中有些顆粒物帶有銳利的棱角，可能會對葉片造成傷害。而簡單清洗后的葉片上表面（圖3C和D），大部分顆粒物被洗脫，但仍有部分顆粒物殘留，與圖3A和B中情況一致，其中仍然有大于10 μm的顆粒物。因此，清洗對于消減帶有銳利棱角的顆粒物數量并沒有明顯作用。

圖3 薄殼山核桃葉片上表面滯塵顆粒物的掃描電鏡圖

3 討 論

植物葉片的形態特征是決定滯塵量的關鍵之一。其中，葉片表面絨毛的分布密度、形態、質地和類型都直接影響著顆粒物在葉片表面的滯留能力。相關研究表明，葉片表面的微觀結構凹凸不平、具有溝脊狀皺褶等，使得粉塵等污染物與葉片表面的接觸面積較大且粉塵不易脫落，葉片滯留顆粒物的能力相對較強[4-5]。反之葉片表面光滑則不利于葉片對粉塵的截留，則滯塵能力較差。

該研究首次報道了薄殼山核桃葉片的微形態結構特征，其表面密布溝脊狀皺褶給滯塵效果帶來積極影響，因此今后應在兼顧其林材效益的同時，深入探討其滯塵能力與綠化效果。事實上，植物的滯塵能力可能受各種因素的影響，例如葉片質地、葉片面積、樹冠高度、葉面傾角、葉幕厚度等[6-7]，如何準確考量植物的滯塵能力也是今后應深入探討的課題之一。值得注意的是，薄殼山核桃葉片上、下表面分布有纖毛，當大氣污染顆粒物與葉片表面接觸時，纖毛能夠卡住顆粒物使其固定在葉片上，有利于顆粒物的滯留。相關研究也表明纖毛密度對顆粒物的滯留能力有較大影響[8-9]。同時，纖毛結構可能會減少水分蒸發，從而增強植物的抗寒能力，使其可以栽植在較為寒冷的地區。

另外，通過電鏡觀察，薄殼山核桃葉片表面滯塵主要固定小于10 μm的顆粒物（PM10），將其從大氣環境中清除，有利于人類呼吸。對植物本身而言，雖然葉片滯留了大量顆粒物，但并未影響植物的健康生長；而經過簡單清洗即可將葉片表面大部分顆粒物去除，促進大氣顆粒物向土壤遷移，同時葉片重新恢復滯塵能力，繼續發揮清除大氣污染物的作用。

值得注意的是，目前大多數滯塵量實驗技術體系均采用野外自然降塵法，由于受到外界環境、塵源、降塵時間等諸多條件影響，很難制定統一的技術標準，不同課題組的滯塵量測定結果可比性較差。鑒于以上原因，尚需摸索封閉環境模擬實驗技術體系，進一步研發更好的條件可控設備，借以達到統一規范的實驗技術標準體系。

總之，充分了解薄殼山核桃葉表面形態結構和滯塵能力，為正確選用城市綠化樹種提供了科學依據，進而使其在城市綠化滯塵中發揮更大的生態作用。

[1] 張日清，呂芳德，何 方. 美國山核桃及其在我國的適應性研究[J].江蘇林業科技，2001，（4）：45-47.

[2] 王贊紅，李紀標. 城市街道常綠灌木植物葉片滯塵能力及滯塵顆粒物形態[J]. 生態環境，2006，（2）：327-330.

[3] 吳 飛. 園林樹木異形葉面積CAD矢量法測量技術研究[J]. 安徽農業科學，2008，35：15441-15443.

[4] 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，（9）：1121-1126.

[5] 李海梅，劉 霞. 青島市城陽區主要園林樹種葉片表皮形態與滯塵量的關系[J]. 生態學雜志，2008，（10）：1659-1662.

[6] 王會霞，石 輝，李秧秧. 城市綠化植物葉片表面特征對滯塵能力的影響[J]. 應用生態學報，2010，（12）：3077-3082.

[7] 鄭素蘭，王兵麗，陳 凡，等. 10種園林植物的抑菌作用和滯塵能力研究[J]. 閩南師范大學學報（自然科學版），2015，（4）：77-81.

[8] 李海梅，劉 霞. 青島市城陽區主要園林樹種葉片表皮形態與滯塵量的關系[J]. 生態學雜志，2008，（10）：1659-1662.

[9] 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，（1）：34-38.

Analysis of Leaf Surface Microstructure and Dust Detaining Capacity in Pecan

SHA Cun-long1，JIAO Yun2，HUANG Zong-xing2，YAN Chun-feng1，SHU Qiao-yun1，YUAN Dong-ming1
（1. Yinzhou Forestry Technical Management Service Station, Ningbo 315100, PRC; 2. Institute of Forestry, Ningbo Academy of Agricultural Sciences, Ningbo 315040, PRC）

This study was conducted to determine the dust detaining capacity and the particle on the leaf surface of pecan by scanning electron microscopy (SEM) and filter paper constant weight method, with five green trees (Osmanthus fragrans, Ligustrum lucidum,Lagerstroemia indica, Nerium oleander and Camphora Officinarum) as the CK. The results showed that the upper and lower surfaces of the pecan leaves had gully-ridge-like coarse structures with cilia distribution. Among them, there was the granular structure on the upper surface (8 000×), and relatively smooth and stomatal structure on the lower surface. The dust detained on the leaf surface in pecan mainly was particles less than 10 μm in size, the most of which would be removed by rinsing treatment. And the amount of detained dust per unit area of pecan leaves was 0.055 4 mg/cm2, second only to Nerium oleander. So the pecan could hold suspended particles and reduce air pollution.

pecan: leaf: surface microstructure: dust detaining capacity; particle morphology

Q944.2

A

1006-060X（2017）10-0021-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.010.007

2017-06-13

寧波市科技富民項目（2015C10029）

沙存龍（1973-），男，浙江寧波市人，林業工程師，主要從事林業種苗研究。

焦 云

（責任編輯：成 平）