6種灌木滯塵能力與葉片表面結構研究

張明曉，劉玥含，孟凡濤，紀 藝，李學云*

（1.萊西市自然資源局，山東 青島 266600；2.青島農業大學園林與林學院，山東 青島 266109；3.青島東方伊甸園文化旅游開發有限公司，山東 青島 266000）

城市的大氣顆粒物污染問題已成為城市生態環境的最主要問題之一[1]。青島作為一直保持良好空氣質量狀況的城市之一，也開始面臨著環境問題，尤其以冬、春2 季的霧霾污染較為嚴重。園林植物可以滯留粉塵，還具有較高的美學功能，因此，對于植物滯塵能力的研究，其重要性日益凸顯。

國內外諸多研究已經證實植物在城市生態環境保護中具有顯著的生態價值和環保效能。其中，在影響植物滯留粉塵因素的研究中，不同植物類型葉片滯塵能力存在較大差異，同一植物類型由于其所處地區不同也同樣存在差異[2]，除受采樣地點、時間、植物種類、數據量等因素的影響外，其單位葉面積滯塵量受其他因素影響變化也非常大[3-6]。多重原因的相互交錯、單個研究數據量的不足為準確評價滯塵能力帶來困難。但近些年以來學者們已證實了葉表面結構特性是影響植物滯塵的重要因素。吳桂香[7]等人在城市道路植物葉面滯塵的微觀效應研究中證實影響葉面滯留顆粒物的微觀因素有: 葉片的尺寸、葉柄的長度、葉面的粗糙度、零平面位移、表面官能團、分泌物、帶電性、接觸角、凹槽，顆粒物帶電性、粒徑大小、密度、化學性質等。但對于葉表面結構中影響滯塵能力的重要因素不同學者間尚存在爭議。如賈彥[8]在研究綠化植物滯塵微觀測定的結果表明滯塵能力較高的植物葉片具有較多溝狀組織、氣孔等結構；閆倩[9]等人的研究表明葉片形態與滯塵關系密切，其中長軸、短軸和單葉面積影響單葉滯塵量，但葉片形態參數與單位面積滯塵量不存在相關性；俞學如[10]的研究表明氣孔數量越多的植物滯塵量越大，且滯塵量大的植物毛被數量多，相對而言毛被短而多的滯塵能力強；而Liu[11,12]等認為植物單位葉面積滯塵能力不僅與滯塵方式有關，葉片結構特征、被毛情況等也與植物滯塵能力相關；Saeboe[11,13]實驗結論得出葉表面的蠟質結構是影響葉片滯塵量大小的重要因素，如葉面雖然平滑但具蠟質層的植物滯塵量會較大；Kretinin[14-16]等認為樹木的整體結構、葉表面微觀形態及濕潤程度會影響樹木對大氣顆粒物的阻滯和吸附作用。以往的研究多采用單一方法對綠化植物的滯塵能力進行研究，缺乏其合理性，尚不能全面的反映灌木樹種滯塵能力的差異。

青島市近年來顆粒物污染也逐漸嚴重，對城市居民的生活和健康造成了嚴重的負面影響。本文選取園林綠化中常見的6 種灌木為試驗材料進行滯塵能力的測定和葉片表面結構的觀測，探究葉表面的氣孔形態、氣孔密度等葉片表面結構特征與葉片滯塵量之間的關系，以期為園林綠化中灌木樹種治理顆粒物污染和植物優化配置提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試樹種的選擇

取樣地點的選擇是在充分調研分析和評估的基礎上確定的，主要考慮因素包括人為活動和自然環境條件，要確保人為活動對滯塵量影響程度相同，取樣地點要和周圍物理環境相近，地形平坦、陽光充足等，此外，各樣地之間至少要有300 m 的直線距離，以避免相互干擾，基于以上原則和要求，本試驗在青島農業大學內選取樹齡相近、冠型均勻、生長健康的具有代表性的6 種灌木作為供試植物，包括3 種常綠灌木：潤興商場西綠地中的日本女貞（Ligustrum japonicum）、知音廣場中的火棘（Pyracantha fortuneana）和馨苑路的紅葉石楠（Photinia × frasery），3 種落葉灌木：牡丹園中的榆葉梅（Prunus triloba）、毓秀北路的金葉女貞（Ligustrum× vicaryi）、書苑西路的貼梗海棠（Chaenomeles speciosa）。

潤興商場西綠地、知音廣場、馨苑路、牡丹園、毓秀北路、書苑西路皆位于校園中心位置，地形平坦且較為空曠，上層無大喬木覆蓋，視線、空間通透，樣地內植物郁閉度和種植密度均適中，景觀效益較高。

1.2 研究方法

1.2.1 葉片采集

雨量在15 mm 以上，可以沖刷掉植物葉片上的粉塵，然后重新滯塵[3]。本試驗分別于2021年5月21日、6月25日和9月10日雨后3d 采集1 次葉片，取健康、具有代表性的測試植物，在其東、西、南、北4 個方向，上、中、下各部位均勻采集葉片，每株約12～15 片葉，每次采集3 次重復，并將葉片放入已編號的自封袋中，防止劇烈震動，然后立即將樣本帶回試驗室進行試驗處理。

1.2.2 總滯塵量、干重滯塵量和單位葉面積滯塵量的測定

樣本放入已編號的400 mL 燒杯中用蒸餾水浸泡2 h，然后用刷子輕輕搽洗下葉片上的附著物，用鑷子將葉片夾出放在報紙上晾干，做好編號。

將已編號的各灌木的洗滌液均用400 mL 的燒杯定容至250 mL，記為V1，用玻璃棒攪拌洗滌液至顆粒物分散均勻，移取15 mL 洗滌液于已稱重（M1）的培養皿中，記為V2，放有洗滌液的培養皿放入80°C 電熱恒溫鼓風干燥箱（DHG-9070A 型，上海一恒科學儀器有限公司）中烘干至恒重，用0.0001 g 天平（CP114，奧豪斯儀器（上海）有限公司）稱量獲得顆粒物質量（M2）；將晾干的葉片在60°C 電熱恒溫鼓風干燥箱中烘干至恒重，稱重得M3[17]。溶液顆粒物總量、干重滯塵量按照式（1）、（2）進行計算。

V1：洗滌液定容體積；V2：移液管移取的體積；M1：培養皿質量（烘干至恒重）；M2：盛有15 mL 移取液的培養皿質量（烘干至恒重）；M3：在烘箱中烘干后的葉片重量。

供試植物葉片的葉面積A 用Yaxin-1241 葉面積儀（北京雅欣理儀科技有限公司）測量，則單位葉面積滯塵量（g/m2）＝M總/A。

1.2.3 葉片表面結構觀測

（1）葉表結構特征的觀察。用放大鏡觀察葉片的粗糙程度以及絨毛的有無等。

（2）葉片氣孔器觀察。用無色透明的指甲油輕輕地均勻涂抹于植物葉片下表皮，待指甲油涂抹層自然晾干后，用鑷子將晾干的指甲油涂抹層撕下，放于滴加蒸餾水的載玻片上，用濾紙吸去多余的蒸餾水，然后進行BK-FL2 熒光顯微鏡（重慶奧特光學儀器有限公司，目鏡視場數（FN）為20）的觀察[18]。供試材料葉片采用40X 物鏡下觀察，其40X 物鏡下實際視場面積為0.20 mm2。

1.3 數據統計分析

利用Excel 2010 整理數據，利用IBM SPSS Statistics 23 進行單因素方差分析比較植物之間單位葉面積滯塵量、干重滯塵量和總滯塵量的差異，并使用Origin Pro8.0 軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 灌木總滯塵量的研究

圖1為青島農業大學6 種灌木總滯塵量的比較，從圖中可以看出，3 種常綠灌木總體上大于3 種落葉灌木，總滯塵量最大的是紅葉石楠，平均達到2.10±0.55 mg，其滯塵量與其它5 種植物均存在顯著性差異（p＜0.05）。落葉灌木中，總滯塵量較高的為金葉女貞，滯塵量為1.68±0.15 mg，總滯塵量較低的為貼梗海棠和榆葉梅，在1.44 mg 左右。因此，6 種灌木總滯塵量大小為紅葉石楠＞日本女貞＞金葉女貞＞火棘＞貼梗海棠＞榆葉梅，其中火棘、金葉女貞和日本女貞之間的滯塵量差異不顯著。

2.2 灌木單位葉面積滯塵量的研究

對青島農業大學中6 種灌木的單位葉面積滯塵量進行分析，結果表明，6 種灌木平均單位葉面積滯塵量差異較大（圖2）。日本女貞的單位葉面積滯塵量最大，平均達到2.95±0.47 g/m2，其單位葉面積滯塵量與其它植物存在顯著性差異（p＜0.05）。落葉灌木中，單位葉面積滯塵量最高的是貼梗海棠，達到1.92±0.21 g/m2，也與其它植物差異顯著。榆葉梅、紅葉石楠和火棘的單位葉面積滯塵量差異不顯著。因此，6 種灌木單位葉面積滯塵量大小為日本女貞＞貼梗海棠＞榆葉梅＞紅葉石楠＞火棘＞金葉女貞。其中，單位葉面積滯塵量最大的日本女貞達到最低的金葉女貞滯塵量的2 倍左右。結合圖1可得出總滯塵量與葉片面積之間存在一定的正相關關系。值得注意的是，紅葉石楠的總滯塵量最大，而單位葉面積滯塵量相對于其它5 種灌木較小，這可能是因為相對于其它5 種灌木來說，紅葉石楠的單位葉面積較大，所以其單位葉面積滯塵量相對較小。

圖1 6 種灌木總滯塵量

圖2 6 種灌木單位葉面積滯塵量

2.3 灌木干重滯塵量的研究

由圖3可知，貼梗海棠的干重滯塵量最大，平均達到1.39±0.35 mg/g，其干重滯塵量與其它5 種植物存在顯著性差異（p＜0.05），干重滯塵量最低的為紅葉石楠，平均為0.81±0.47 mg/g。其它灌木的干重滯塵量差異不顯著。因此，6 種灌木單位葉面積滯塵量大小為貼梗海棠＞金葉女貞＞榆葉梅＞火棘＞日本女貞＞紅葉石楠。結合圖1可知，紅葉石楠的總滯塵量最大，而干重滯塵量相對于其它5 種灌木較小，這可能是因為相對于其它5 種灌木來說，紅葉石楠的葉片革質，含水量低，干重大，因而它干重滯塵量較其它5種灌木小，其它5 種灌木的干重滯塵量與葉片質量也呈現出相同關系。由此可得出結論，干重滯塵量與葉片重量之間成負相關關系。

圖3 6 種灌木干重滯塵量

結合圖1—3 對比分析可知，在6 種灌木中，紅葉石楠的總滯塵量雖然最大，但其單位葉面積滯塵量和干重滯塵量卻較小；日本女貞的單位葉面積滯塵量最大，且其總滯塵量和干重滯塵量處于中等水平，并與其它滯塵量較高的植物的差異不顯著；在干重滯塵量的分析中貼梗海棠最大，且其單位葉面積滯塵量也較高。綜上所述，日本女貞和貼梗海棠的滯塵量較高，學校可增加對這些植物的栽植，改善空氣質量。

2.4 葉片表面特征及其附屬結構

6 種灌木葉表結構特征見表1，單位葉面積滯塵量最大的日本女貞葉片革質，貼梗海棠葉表面具有一層蠟質結構，其滯塵量也較大；而榆葉梅的表面粗糙且具有毛，其單位葉面積滯塵量較低。金葉女貞、火棘和紅葉石楠表面全體無毛，其單位葉面積滯塵量和干重滯塵量都較低，結果表明，具蠟質層或葉片革質的植物滯留顆粒物能力較強。

表1 6 種灌木葉表結構特征

2.5 葉片氣孔器形態和密度

結合植物滯塵量的測定結果以及葉片氣孔器圖片（圖1）和氣孔密度及形態表格（表2）可以看出，不同樹種之間的葉片氣孔形態和密度具有一定的差異，滯塵量最大的貼梗海棠氣孔密度為430 個/mm2，氣孔呈橢圓形且分布較密集，開口程度較大；日本女貞滯塵量也較大，而日本女貞氣孔密度較低，為255 個/mm2，且氣孔開口較小。結果顯示，6 種灌木基本符合氣孔密度越多，氣孔開口較大等滯留顆粒物能力越強。

表2 6 種灌木氣孔密度及形態

3 討論與結論

3.1 結論

（1）葉片滯塵量隨著植物種類、植物類型和計量單位的不同而不同。從植物種類來看，6 種灌木的單位葉面積滯塵量大小為日本女貞＞貼梗海棠＞榆葉梅＞紅葉石楠＞火棘＞金葉女貞，而干重滯塵量大小為貼梗海棠＞金葉女貞＞榆葉梅＞火棘＞日本女貞＞紅葉石楠。總滯塵量與葉片面積之間存在一定的正相關關系，干重滯塵量與葉片重量之間成負相關關系。從植物類型來看，常綠灌木滯塵量大于落葉灌木。從計量單位來看，單位葉面積滯塵量最大的是日本女貞2.95±0.47 g/m2，干重滯塵量最大的是貼梗海棠1.39±0.35 mg/g，計量單位不同，植物間的滯塵量大小也不同。

（2）研究的6 種灌木基本符合具蠟質層，氣孔較多、開口較大的灌木滯留顆粒物能力越強。但也有特殊情況，金葉女貞的氣孔密度也較大，但其單位葉面積滯塵量卻相對較小，而日本女貞氣孔密度相對較小，其單位葉面積滯塵量卻相對較大。

3.2 討論

葉片滯塵量隨著植物種類、植物類型和計量單位的不同而不同。大多數學者采用植物葉面積滯塵量來衡量植物的滯塵能力，使用單一標準進行各個植物滯塵能力的比較較為單一，本試驗采用俞學如的衡量標準，使用總滯塵量、單位面積滯塵量和干重滯塵量3 個計量單位對供試樹種進行綜合對比[13]，增加了一定的合理性。本試驗研究了6 種灌木的滯塵量，從植物類型來看，常綠灌木滯塵量大于落葉灌木，這與孫曉丹[19]、郭暉等[20]所得出的結論相同，由此可知，常綠灌木的滯塵量相對于落葉灌木滯塵量較大[15]。但由于本試驗所取供試樹種種類較少，且所研究的地理位置具有一定的局限性，所以今后應加大對此方面的研究，增加合理的依據。葉片表面結構方面影響植物滯塵能力的因素很多，本研究結果顯示，榆葉梅的葉表結構特征及其滯塵能力與孫曉丹的結論不一致，即具蠟質層，葉表面粗糙，氣孔開口較大等植物滯留大氣顆粒物能力較強[22]，但孫曉丹也提出，葉表面的蠟質結構是影響葉片滯塵能力的重要因素，葉面平滑而具蠟質層的植物滯塵量也較大[22]，這與本試驗的結果較為一致。其中火棘滯塵量較低于其它植物，與孫曉丹[19]等研究的結論不一致，這可能是由于火棘葉片薄且光滑，除此之外，它的氣孔密度較小，而且試驗所選植物的地理位置不同，采集植物葉片時葉片的形態也可能不同。影響植物滯塵能力的葉表面因素較多，關于其主要的影響因素還需要通過對更多的植物種類試驗進行進一步探索。本研究僅分析了灌木葉表結構特征、葉片氣孔密度與葉片滯塵量之間的關系，缺乏對葉脈、小室與條狀突起等微形態特征與滯塵量之間的關系研究，此后的研究中應增加對此方面的研究。

綜上所述，灌木植物葉片之間滯塵能力并不是受葉片的單一因素決定，而是多種因素共同決定植物的滯塵能力。本試驗從葉片的多個方面分析得出6 種灌木葉片滯塵能力的差異，在選擇園林綠化植物時可以優先考慮滯塵能力強的灌木樹種以增加城市生態效益，同時提高居民生活質量。

圖4 6 種灌木葉片氣孔形態