北京市九種常見綠化樹種滯塵量及影響因子

宋英石

（中環國投（北京）環境信息科技股份有限公司，北京 100089）

綠地在城市中具有多種生態服務功能，植物在改善空氣質量方面發揮著重要作用［1］，對空氣顆粒物有很好的吸附和凈化作用［2-6］。有些細小的顆粒物可以通過葉片氣孔進入葉片內部［7，8］，但大部分顆粒物會在植物葉片表面聚積，被植物葉片固定下來。本研究對不同樹種對各個徑級顆粒物的滯塵量進行分析，并確定影響葉片滯塵的主要因素。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

用于分析植物滯塵樹種間差異的樣品采自生態監測站周圍，距生態監測站1 km 范圍內，采樣時間為2013 年6 月、9 月和11 月，2014 年5 月、8 月和10月。研究樹種包括白皮松（Pinus Bungeana）、刺柏（Juniperus Formosana）、側柏（Platycladus orientalis）和油松（Pinus tabulaeformis）4 種針葉樹以及國槐（Sophora japonica）、銀杏（Ginkgo biloba）、欒樹（Koelreuteria paniculata）、大葉黃楊（Euonymus japonicus）和懸鈴木（Platanus acerifolia）5 種闊葉樹種。每種選擇4 棵生長狀況良好、無病蟲害的樹，采樣高度為1.5 m，分別在每棵樹的4 個方向用剪刀植物葉片剪下，每棵樹采集樣品10～20 g，將葉片用牛皮紙袋封裝，貼好標簽，在實驗室常溫情況下風干備用。

1.2 葉表顆粒物質量測定方法（沖洗-抽濾法）

將濾膜放在空氣相對濕度30%～40%（±5%）和溫度20～23 ℃（±2 ℃）環境下，靜置24 h，用電子天平（saturious，BT25S）稱量濾膜重量。

將每個植物樣品放入1 000 mL 燒杯中，加入500 mL 蒸餾水，用超聲波清洗器，清洗4 min，用鑷子將葉片夾出，并用250 mL 蒸餾水沖洗，將沖洗干凈的葉片烘干至恒重，稱重并記錄。將浸洗液過150目金屬篩（孔徑106 μm），濾掉直徑較大的顆粒物。用過濾器連接真空泵，對浸洗液過濾，首先，通過孔徑10 μm 的濾膜（PTFE，Millipore），過濾后的濾液通過孔徑2.5 μm 的濾膜（PTFE，Millipore），最后通過孔徑0.2 μm 的濾膜（PTFE，Millipore）。通過以上過濾可以將葉面上的顆粒物按粒徑分離，3 種濾膜上的顆粒物分別是①大顆粒物，直徑為10.0～100.0 μm；②粗顆粒物，直徑為2.5～10.0 μm；③細顆粒物，直徑為0.2～2.5 μm。

濾膜在80 ℃下，烘干12 h。在空氣相對濕度25%～45%，溫度18～25 ℃的環境下，靜置24 h 后用天平稱重，2 次差值即為顆粒物的重量。

1.3 樹脂內顆粒物的質量測定

樹脂內顆粒物質量測定與葉表顆粒物質量測定方法相同。葉片經過蒸餾水沖洗后，用氯仿沖洗1次，氯仿可將葉片表面的樹脂溶解，將固定在樹脂內的顆粒物析出。用沖洗-抽濾方法，將樹脂內的顆粒物按照徑級分別測定，過濾完成后，待燒杯中氯仿蒸干，用稱重法計算樹脂重量。

1.4 葉面積計算

選擇部分針葉（10 g 左右），用GXY-A 型根系表面積分析儀掃描（浙江托普儀器有限公司），計算出葉片的表面積Δs，闊葉樹可直接利用掃描結果，得出葉面積Δs，將葉片烘干至恒重，用天平精確稱重計為Δm。計算單位質量的葉面積A（cm2∕g）；假設每一樣品的質量為M，計算每個樣品的總葉面積S。

用不同植物樣品上不同粒徑范圍的顆粒物質量除以樣品總面積，即可得出不同植物單位葉面積上不同粒徑的顆粒物質量。

1.5 葉面積指數測定

植物的葉面積指數用LAI-2000 型（Li-cor，USA）葉面積指數儀測定。

1.6 葉片粗糙度測定

葉片粗糙度對植物滯塵有重要影響，葉片表面下凹處、褶皺區和氣孔周圍均是顆粒物聚積的理想位置。表面粗糙度起源于機械加工，是指加工表面具有的較小間距和微小峰谷不平度。本研究用粗糙度表征葉片表面的起伏程度，植物葉片的粗糙度通過原子力顯微鏡（AFM）（德國Bruker公司）測定。

施工設計是關乎整個施工大局的環節，在施工設計中防滲漏設計尤為重要，如果設計不合理，施工材料質量再好，也無法避免滲水漏水問題，在施工設計中，有很多施工單位沒有聘用專業的設計師或者設計師沒有接受過專業性的技術指導，專業素質不過關，所以在進行設計時考慮不周到，導致防水設計在圖紙上體現不周到，施工人員在施工時按照圖紙上的粗略設計也進行粗略的施工，例如對窗戶接縫處的防水設計經常會被設計師們忽略。或者是設計師在進行設計時，只注重美觀而無法顧及防水設計，導致的結果都是防水施工不到位。

1.7 葉片絨毛觀測

用顯微鏡觀察葉片表面的絨毛狀況并拍照，根據絨毛的多少和聚集程度分5 個等級，1 表示極少，5表示很多。

2 結果與分析

2.1 不同樹種總滯塵量

不同樹種總滯塵量不同。植物葉片表面吸附的顆粒物分為2 部分，葉表顆粒物（surface PM，SPM）和樹脂內顆粒物（PM in wax，WPM），每個部分又分為細顆粒物、粗顆粒物和大顆粒物。總滯塵量是指葉表和樹脂內所有小于100 μm 的顆粒物質量總和。不同樹種葉片表面總滯塵量見圖1。由圖1 可知，欒樹2013 年、2014 年總滯塵量均為最高，分別為371、353 μg∕cm2；針葉樹種中總滯塵量最高的為刺柏，2013 年、2014 年分別為321、263 μg∕cm2。2013 年懸鈴木總滯塵量最低，為84 μg∕cm2；2014 年油松總滯塵量最低，為102 μg∕cm2。欒樹2013 年的總滯塵量是懸鈴木的4.4 倍，2014 年是油松的3.4 倍。2013 年所有樹種單位面積總滯塵量為194 μg∕cm2，2014 年所有樹種單位面積總滯塵量為183 μg∕cm2，這可能與降水、空氣顆粒物濃度、風等因素有關。

圖1 不同樹種葉片表面總滯塵量

2.2 葉表不同徑級顆粒物滯塵量的差異分析

不同樹種對不同徑級顆粒物滯塵量結果見表1。由表1 可知，不同樹種對不同徑級的滯塵量不同。2013 年和2014 年欒樹對細顆粒物滯塵量分別為8.44、8.24 μg∕cm2；在2014 年，欒樹對細顆粒物的滯塵量要顯著高于其他樹種。2年間，對細顆粒物滯塵量最低的均為懸鈴木，分別為1.21、1.09 μg∕cm2。均顯著低于欒樹，懸鈴木對細顆粒物的滯塵量僅為欒樹的13.2%～14.3%。欒樹在2 年間對粗顆粒物的滯塵量均顯著高于其他樹種，分別為91.87、65.43 μg∕cm2；2013 年對粗顆粒物滯塵量最低的樹種是懸鈴木，為12.11 μg∕cm2；2014年最低的為大葉黃楊，為6.25 μg∕cm2。2013 年和2014 年對大顆粒物滯塵量最高均為欒樹，分別為246.40、255.38 μg∕cm2；2014 年欒樹對大顆粒物的滯塵量要顯著高于其他樹種；2013、2014 年對大顆粒物的滯塵量最低為懸鈴木和白皮松，分別為41.05、45.49 μg∕cm2。闊葉樹的單位葉面積滯塵量高于針葉樹，這可能與葉片的粗糙度和葉片平展程度有關。

表1 2013 年和2014 年不同樹種對不同徑級顆粒物滯塵量

2.3 不同樹種樹脂顆粒物滯塵量的差異分析

不同樹種樹脂顆粒物滯塵量結果見圖2。由圖2可知，樹脂內總滯塵量刺柏最高，為54.7 μg∕cm2，欒樹最低，為23.8 μg∕cm2。葉片樹脂內細顆粒物和粗顆粒物含量最高的均為刺柏，分別為3.3、25.6 μg∕cm2。樹脂中細顆粒物滯塵量最低的為銀杏（0.91 μg∕cm2）；粗顆粒物滯塵量最低的為欒樹（7.8 μg∕cm2）。樹脂大顆粒物滯塵量最高的為白皮松（34.8 μg∕cm2），最低的為銀杏（15.0 μg∕cm2）。針葉樹的滯塵量高于闊葉樹，這可能與針葉樹的樹脂含量有關。

圖2 不同樹種樹脂顆粒物滯塵量

2.4 葉表顆粒物與樹脂顆粒物比較

不同樹種葉表顆粒物與樹脂顆粒物占比結果見表2。由表2 可知，在總滯塵量上，葉表大顆粒物占總滯塵量的79%，蠟質中大顆粒物占總量的21%。Popek 等［9］研究發現，葉表顆粒物占總滯塵量的60%；Dzierz?anowski 等［10］在測定5 種喬灌植物的滯塵效應中發現葉表顆粒物和樹脂中顆粒物占比分別為61%和39%。本研究中葉表顆粒物所占比例較高，可能與當地空氣顆粒物濃度和滯塵時間有關。

表2 不同樹種葉表顆粒物與樹脂顆粒物占比 （單位：%）

2.5 植物特性對植物滯塵的影響

2.5.1 不同物種的葉片特征 植物本身的特性對植物滯塵至關重要，例如葉片的絨毛結構、葉片粗糙度、葉片樹脂含量以及葉面積指數等均對植物滯塵有重要影響。葉片絨毛是影響植物滯塵的重要特征，由于絨毛的阻擋作用，大量的顆粒物會在其周圍聚集。通過顯微鏡觀察葉片表面的絨毛結構，結果見圖3。其中國槐葉片表面絨毛量較多。欒樹葉背面主脈上有灰色絨毛。銀杏葉正面顏色深綠，有光澤，一般無毛，其背面呈淡綠色，有大量絨毛或纖毛，只有少數無毛。懸鈴木嫩枝有黃褐色絨毛，葉片兩面幼時有灰黃色絨毛，后變無毛，其余樹種絨毛較少。

圖3 不同樹種葉片絨毛級別

通過原子力顯微鏡對葉片粗糙度測定發現，欒樹的粗糙度最高，為6.7 μm，其次為刺柏，為4.8 μm，白皮松最低，為1.2 μm（圖4）。

圖4 不同樹種葉片粗糙度

葉片樹脂含量是影響植物滯塵的重要因子，當顆粒物進入樹脂中，會被樹脂封存在樹脂內部，是一種永久性固定顆粒物的方法。葉片表面樹脂含量結果見圖5。由圖5可知，白皮松的葉片樹脂含量最高，為0.32 mg∕cm2，懸鈴木樹脂含量最低，為0.04 mg∕cm2。

圖5 葉片表面樹脂含量

樹冠的疏密程度對植物滯塵也有重要的影響，冠層越密，越容易產生大氣湍流，增加顆粒物與葉片的接觸概率。因此能夠借用葉面積指數間接反映樹冠的疏密程度。不同樹種葉面積指數見圖6。由圖6 可知，葉面積指數最高的為大葉黃楊（3.5），最低的為白皮松（1.0）。

圖6 不同樹種葉面積指數

2.5.2 植物滯塵量與滯塵特征的關系 植物特征與滯塵量相關性分析見表3。由表3 可知，葉表細顆粒物和粗顆粒物均與葉片粗糙度極顯著正相關（P＜0.01），葉表大顆粒物與葉片粗糙度顯著正相關。研究發現，表面粗糙的葉片比光滑的葉片滯塵效率高［11-13］。

表3 植物特征與滯塵量相關性分析

葉片粗糙度與植物滯塵量回歸分析見圖7。由圖7 可知，葉表大顆粒滯塵量和粗糙度之間雖關系較弱（r=0.268 8），但也達到了顯著性水平，葉表細顆粒物和粗顆粒物均與葉片粗糙度存在線性關系。此外，發現樹脂大顆粒物與葉片樹脂量極顯著相關（圖8），而細顆粒物和粗顆粒物均與樹脂量顯著。

圖7 葉片粗糙度與植物滯塵量回歸分析

圖8 樹脂量與樹脂大顆粒物回歸分析

3 討論

Popek 等［9］研究發現，樹脂中粗顆粒物與葉片表面樹脂量顯著相關，但其他徑級與樹脂含量無關；Dzierz?anowski 等［10］研究發現，葉片樹脂量與總滯塵量、葉表滯塵量及各個粒徑的滯塵量均相關；Jouraeva 等［14］研究發現，植物滯塵量與葉片樹脂量不相關。葉片表面的樹脂在植物滯塵過程中發揮的作用可能更多依賴樹脂的化學成分和結構，而不是樹脂的厚度［15］。而葉片絨毛和葉面積指數均未發現與葉片滯塵量有相關關系。

不同粒徑在葉表和蠟質中所占比例不同。隨著粒徑增大，樹脂中顆粒物所占比例減小。樹脂中細顆粒物和粗顆粒物所占比例為43%～44%，樹脂中大顆粒比例為21%。S?b? 等［8］研究發現，大顆粒物在葉表的滯塵量高于樹脂，但對于粒徑較小的顆粒物差別不明顯。說明樹脂這一特性在葉片吸附小粒徑顆粒物過程中更為有效，而大粒徑的顆粒物受重力的影響，更容易在葉片表面沉降聚積。

4 結論

該研究發現，闊葉樹種中欒樹的滯塵量最高，針葉樹種中刺柏的滯塵量最高；葉表顆粒物中在細顆粒物、粗顆粒物和大顆粒物3 個粒徑范圍內，欒樹的滯塵量均為最高；樹脂顆粒物在細顆粒物和粗顆粒物2 個粒徑范圍，刺柏的滯塵量最高，在大顆粒物粒徑范圍內，白皮松的滯塵量最高；葉表顆粒物與樹脂中顆粒物的質量比為4∶1，在細顆粒物和粗顆粒物范圍，葉表顆粒物與樹脂內的比例接近1∶1，但在大粒徑顆粒物范圍內，兩者比例接近4∶1；植物葉表滯塵量與葉片粗糙度顯著相關，樹脂中大粒徑顆粒物與樹脂層厚度顯著相關，其他植物特征與植物滯塵量關系不顯著。