北方城市不同植物滯塵效應季節變化

周旭丹 安佰儀 王薇 陳麗飛 孫曉剛

摘要：以北方城市（吉林省長春市）不同街道的喬木（槐樹和榆樹）、灌木（杜鵑和黃楊）、草本（黑麥草和三葉草）3種植物為試材，研究不同植物滯塵效應季節變化及蒙塵后的生理響應。結果表明，3種植物平均單位面積滯塵量依次為喬木>灌木>草本；夏季3種植物葉面滯塵量達到飽和約需12 d，秋季達到飽和約需9 d，3種植物秋季葉片平均滯塵量大于夏季葉片滯塵量；對葉面塵粒徑分析表明，葉面塵中滯留的顆粒物大多數是TSP（懸浮顆粒物），同時對PM10和PM2.5均有一定量的吸收，降塵物中PM2.5、PM10、TSP相對含量均以喬木最高，灌木和草本較低，3種植物的PM2.5和PM10差異顯著（P<0.05），而TSP差異并不顯著（P>0.05）；隨著葉片蒙塵時間延長，相對含水量出現先下降后上升的趨勢，比葉重和脯氨酸含量則呈現先增加后降低趨勢，并且3種植物葉片秋季相對含水量、比葉重和脯氨酸含量均高于夏季。相關性分析表明，3種植物滯塵能力與車流量呈極顯著正相關（P<0.01）。

關鍵詞：北方城市；綠化植物；滯塵效應；季節變化

中圖分類號： S812.5文獻標志碼：

文章編號：1002-1302（2016）08-0489-05

隨著城市化和工業化的推進，大氣粉塵污染給人類帶來了新的生存危機，我國大量城市大氣粉塵超標現象嚴重，已經對人類的健康造成了嚴重影響，也對城市本身的生存與發展提出嚴峻的挑戰[1-3]。園林植物改善生態環境的功能越來越受到人們的重視，園林植物對大氣中的粉塵、顆粒物有過濾、阻擋和吸附作用，可以有效降低大氣TSP（懸浮顆粒物）的含量，從而對大氣起到凈化作用[4-6]，不同樹種因其本身的生物學特性的差異，滯塵能力也有較大差異，選擇適合城市發展的滯塵能力強的綠化樹種，是城市綠地設計的基礎，也是改善城市環境質量的重要保障[4-6]。目前我國已經廣泛開展了對綠化樹種滯塵能力的研究，而大量研究主要集中在南方一些城市，對于北方城市大范圍綠化樹種滯塵能力的研究還比較少[7-9]。因此，筆者以北方城市主要綠化樹種為研究對象，對城市道路中3種植物滯塵量差異及植物蒙塵后的生理響應等進行研究，為不同植物在園林生態景觀功能性植物的配置方面提供科學依據，為選擇適合吉林省長春市環境的綠化樹種及城市綠地規劃提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

2013年6月初和10月初雨后，分別在長春市不同街道采集3種植物葉片，每3 d同一時間采集1次樣本，采樣時帶〖LM〗上聚乙烯塑料手套，分別從東、西、南、北4個方向均勻采集成熟葉片12張，樣品選擇能夠充分接受粉塵的植物葉片，將葉片小心封存于錐形瓶內，帶回實驗室處理，連續調查5次，比較不同植物滯塵差異，并記錄采樣所在街道的車流量（輛/min）。

1.2各指標的測定

1.2.1葉片滯塵量及粒徑測定葉片滯塵量采用“干洗法”稱量，將成熟葉片封存于裝有蒸餾水的錐形瓶中，浸洗掉葉片上的附著物，浸泡過程中注意要不斷地攪拌，以保證塵粒充分融入水中，浸泡3 h后，用毛刷沖洗葉片，再次保證塵粒融入到水中。用鑷子將葉片小心夾出，用濾紙將浸洗液過濾，將濾紙置于60 ℃下烘干12 h，萬分之一天平稱質量，2次稱質量之差（m），即采集樣品上所附著的降塵顆粒物的質量，夾出的葉片晾干后，用葉面積測定儀測葉面積（A），即可得出葉面積滯塵量（g/m2）為m/A。

1.2.2葉面塵粒徑測定將樣品置于70 ℃烘箱中烘干至恒質量，稱2 g降塵樣過40目篩，取降塵樣1.0 g溶解于300 mL蒸餾水中，并使其充分擴散，用粒度分析儀進行粒徑分析，PM10和PM2.5濃度測定用微電腦激光粉塵儀。

1.2.3葉片生理指標的測定選取植物葉片樣品進行各項生理指標的測定，每項試驗重復測定3次，葉片相對含水量及比葉重的測定采用加熱烘干法，脯氨酸含量測定采用酸性茚三酮法[10]。

1.3數據處理

使用Excel 2003和SPSS 18.0進行數據統計和檢驗，作單因素方差分析（One-way ANOVA），顯著性采用LSD法檢驗，用Origin 8.0作圖。

2結果與分析

2.1不同植物滯塵能力比較

不同植物在不同時間的滯塵效應差異較為明顯，由圖1可知，夏季前18 d內，隨著時間的累積，不同綠化植物單位面積滯塵量不斷增加，到12 d時滯塵量變化不大。即在室外情況下，不同綠化植物夏季葉面滯塵量達到飽和約需 12 d；而秋季不同綠化植物葉面滯塵量達到飽和約需 9 d；3種植物的平均單位面積滯塵量從大到小依次為喬木（槐樹、榆樹）>灌木（杜鵑、黃楊）>草本（黑麥草、三葉草），喬木所在街道粉塵含量較高，車輛較多且綠化稍差，導致葉片單位面積滯塵量較高，灌木和草本所在街道綠化相對較好，葉片滯塵量較低，其中草本葉片滯塵量最低，主要是由于草本植物覆蓋率較高，且環境中粉塵含量較少。3種植物秋季葉片平均滯塵量大于夏季葉片平均單位面積滯塵量，可能是由于秋季氣候干燥，空氣中懸浮顆粒較多，而夏季空氣濕度較大，影響了滯塵量。夏季雨水充沛，即使是晴天，空氣濕度也較大，不利于葉片對粉塵的滯留，同時葉片對粉塵的滯留能力也有限，加之風力等外界因素的干擾，導致出現滯塵量下降的趨勢。

2.2不同植物葉片滯塵顆粒物

從表1可知，不同植物降塵的粒徑主要分布在2.5～100 μm 之間，葉面降塵中顆粒物粒徑集中分布在100 μm以下，占99%以上，說明降塵物主要為已在大氣中經一定距離漂移的TSP。一般認為，PM10（粒徑<10 μm）是危害人類健康的最主要顆粒物，而PM2.5（粒徑<2.5 μm）則是能直接進入人體肺部導致肺泡發炎的顆粒物。降塵物中PM2.5、PM10、TSP（懸浮顆粒物）相對含量均以喬木最高，灌木和草本較低，其中PM2.5和PM10在喬木、灌木、草本植物中均差異顯著（P<0.05），而3種植物TSP差異并不顯著（P>0.05）。降塵物的平均粒依次表現為草本>灌木>喬木，這說明對于空氣污染較高的喬木，其降塵顆粒也較細。

2.3蒙塵對不同植物相對含水量的影響

植物組織相對含水量是反映植物水分生理狀況的重要指

2.4蒙塵對不同植物比葉重的影響

比葉重（LMA）是指單位面積葉片的干質量，能夠明顯反映出植物光和碳同化能力和不同生育期光合作用制造有機物質及其分配趨勢，是衡量葉片質量的一個穩定指標[11-12]。由表3可知，不同植物比葉重呈現出動態的變化，3種植物比葉重夏季和秋季呈現出先上升后下降的變化趨勢?；睒?、榆樹、杜鵑、黃楊、黑麥草、三葉草夏季比葉重的變化范圍分別為 79～95、76～92、74～82、76～84、69～79、69～77 g/m2，秋季比葉重的變化范圍分別為112～140、105～139、102～124、108～124、101～113、97～117 g/m2。綜合比較來看，喬木的比葉重較灌木和草本植物大，主要是由于喬木受到粉塵的影響較小，其生長狀況較好，秋季的比葉重普遍比夏季大，這可能是由于老葉的比葉重大于新葉。

2.5蒙塵對不同植物脯氨酸含量的影響

脯氨酸是植物蛋白質的組成成分之一，在逆境條件下，許多植物體內的脯氨酸大量積累，脯氨酸含量的增加是植物對逆境脅迫的一種生理生化反應[11-12]。由表4可知，蒙塵對不同植物脯氨酸具有不同程度的影響，不同植物脯氨酸含量差異較大。3種植物脯氨酸含量在夏季和秋季均呈現出先上升后下降的變化趨勢?；睒?、榆樹、杜鵑、黃楊、黑麥草、三葉草夏季脯氨酸含量的變化范圍分別為23.82～39.45、24.78～42.07、17.23～31.54、15.74～29.74、13.56～19.05、14.19～21.51 μg/g，秋季脯氨酸含量的變化范圍分別為25.45～4129、27.21～43.23、19.26～35.78、16.23～31.52、14.18～21.38、15.06～23.79 μg/g。綜合比較來看，脯氨酸含量從大到小依次為喬木>灌木>草本，由于喬木受粉塵的影響較大，因此喬木植物體內脯氨酸含量較多，同時本試驗得出3種植物脯氨酸含量秋季大于夏季。

3結論與討論

作為空氣質量監測的重要手段之一，綠化樹種的葉片滯塵量測定可在一定程度上反映小環境中空氣顆粒物含量[7-9，13-15]。近年來關于植物滯塵效應的研究報道較多，植物葉片滯塵過程是一個復雜的動態過程，葉片滯塵與粉塵脫落同時進行，此過程中植物葉片滯塵作用始終處于主導地位，說明植物滯塵能力的絕對性[16-18]。本研究結果顯示，喬木葉片滯塵量明顯大于灌木和草本，是滯塵能力優良的城市綠化樹種，因受植物單葉面積大小、葉片組織結構以及樹冠密集度、整株葉量多少等因子制約，各滯塵量指標間不盡一致，在城市綠化樹種的滯塵能力選擇中應綜合考慮。同時，植物葉片滯塵作用與所在植物街道、人為干擾情況及植物本身屬性有關[16-18]，本研究3種植物的滯塵能力與其所處的環境有很大關系，在葉片的滯塵能力未達到飽和之前，植物的滯塵量隨著環境中的粉塵增多而增多，在植物葉片滯塵量達到飽和之后，滯塵量變化不大。此外，還與植物的株型、葉片特性、分枝方式有關，在外界環境下，降雨和大風是影響植物葉片滯塵的主要外界因素。喬木葉片生長速度較快，葉寬大而繁密，且其葉片較厚，有利于阻擋風力的干擾，因此滯塵量較高；灌木和草本植物不利于接受地面的揚塵，且葉片條形較為柔軟，易受風力等外界環境因素的影響，不利于粉塵的滯留，因此滯塵量較低。由圖1可知，3種植物秋季葉片平均滯塵量大于夏季葉片滯塵量，可能是由于秋季氣候干燥，空氣中懸浮顆粒較多，而夏季空氣濕度較大，影響了滯塵量[16，19]，夏季雨水充沛，即使是晴天，空氣濕度也較大，不利于葉片對粉塵的滯留，同時葉片對粉塵的滯留能力有限，加之風力等外界因素的干擾，導致出現滯塵量下降的趨勢。植物葉片飽和滯塵量在不同地區和不同環境下有所不同，在室外環境下，不同綠化植物夏季葉面滯塵量達到飽和約需12 d，而秋季不同綠化植物葉面滯塵量達到飽和約需9 d，較夏季有所提前。植物所處環境中粉塵總量是影響葉片滯塵能力的一個因素，也是影響葉片滯塵量達到飽和時間長短的一個因素[16-18]，本研究雖然分析了滯塵的試驗數據，但對影響植物葉片滯塵效應的因素尚未建立全面的數學模擬模型，在以后的研究工作中，需要將更多可能的影響因素進行綜合分析研究。

大氣顆粒物主要通過干、濕沉降到達植物葉表面，而地面揚塵等其他塵源也在其上積累形成葉面塵[20-21]。葉片表面細微結構對顆粒物產生的吸附作用在大多數樹種中均存在，由于細微結構的差異性，不同細微結構對顆粒物的支持固定作用效果也不同[13-15，22]。本研究中喬木滯塵量最大，粒徑偏小，一定程度上反映了喬木所處街道的粉塵污染狀況較為嚴重，并且喬木PM2.5與PM10的比例均高于灌木和草本，說明葉面降塵與所處地區的環境狀況有一定的關系，不同功能區滯塵量與葉面塵可吸入顆粒物的比例變化不一致，可能是因為各樣點大氣環境中顆粒物組分不同。污染物為可吸入顆粒物，3種植物葉片所吸收的灰塵中，PM10在不同地區均占了一定比例，說明3種植物均能夠滯留可吸入顆粒物，改善環境質量。

植物葉片蒙塵后對生理會造成影響，植物通過生理變化來抵御或減輕脅迫的損傷，葉片相對含水量是生理狀態的一個重要指標，葉片能夠維持較高含水量是其適應性的一種重要生理表現[11-12]。本試驗結果顯示，3種植物在蒙塵后相對含水量均有一定的下降，隨著蒙塵時間的延長，植物相對含水量處于一定的穩定狀態，且夏季的變化量大于秋季。比葉重是衡量葉片光合作用性能的一個參數，大量研究結果表明，葉片的比葉重與葉片光合能力呈正相關[11-12]，植物在蒙塵后比葉重呈現出動態變化趨勢，3種植物秋季比葉重大于夏季，這可能與葉片的生長有一定的關系。葉片蒙塵后脯氨酸含量均有升高，說明污染物脅迫下脯氨酸的積累是對逆境的一種生理適應，與楊志剛研究大氣污染會導致脯氨酸含量增加的結果[23]相一致。植物在不同地點蒙塵后，產生大量自由基，體內抗氧化酶活性與抗氧化物質含量提高，脯氨酸大量積累，以阻止和減輕細胞膜質過氧化程度，這是植物抵御大氣污染脅迫的適應和表現[11-12]。以葉片滯塵能力為因變量，車流量為自變量，運用一元線性回歸分析，可以得到不同樹種的滯塵能力與車流量之間的線性關系。綜上可知，同一樹種的滯塵能力與車流量呈明顯的正相關性，由此可以推斷空氣中顆粒物濃度越高，對同一樹種來說，滯塵能力也越大。

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