宜州城區(qū)5種行道樹葉表面特征及滯塵效果比較

陸錫東，李萍嬌，賀慶梅，牟光福，蘇盛

(1.河池學(xué)院 化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西 宜州 546300;2.南丹縣城關(guān)第二中學(xué)，廣西 南丹 547202)

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，使本已十分脆弱的生態(tài)環(huán)境遭受更加嚴(yán)重的破壞，人們不斷提高的生活水平，對環(huán)境質(zhì)量又提出了更高的要求，因此，生態(tài)園林城市(城鎮(zhèn))建設(shè)受到了相關(guān)部門的重視以及人們越來越多的關(guān)注［1］。大氣顆粒物是影響空氣環(huán)境質(zhì)量的重要因素［2］，植物葉片通過其表面特性和濕潤性發(fā)揮著巨大的滯塵作用。當(dāng)含塵氣流經(jīng)過植物冠層時，一部分顆粒較大的灰塵被枝葉阻擋而降落，另一部分滯留在枝葉表面。因此，滯塵能力較強的植物對空氣環(huán)境的凈化作用效果顯著［3－4］。

利用道路綠化植物(行道樹、綠籬、草本花卉或其他地被物)作為清除大氣顆粒物的重要途徑已得到人們的普遍認(rèn)可［5］。行道樹是城鎮(zhèn)村屯及機關(guān)單位綠化的重要組成部分，也是人們生存空間的重要組成部分，在調(diào)節(jié)小氣候、吸收有毒有害氣體、吸附塵埃以及凈化空氣等方面的作用已廣為人知。配植優(yōu)良的城鎮(zhèn)中心區(qū)主干道和街區(qū)行道樹種，使之既具有綠化、美化環(huán)境的功能，又具有降噪、遮蔭、吸收大氣污染物、降塵等多種生態(tài)作用，合理構(gòu)建防治空氣污染的一道重要防線，這是城鎮(zhèn)宜居環(huán)境建設(shè)必須認(rèn)真考慮的問題。近年來，關(guān)于植物滯塵作用的研究常見諸于有關(guān)媒體的報道［3，6－7］。但是，由于氣候的差異以及植物具有較強的地域性，并且不同主干道綠化帶的功能要求不同，從而導(dǎo)致植物的配置不同。如何兼顧園林綠化和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，充分發(fā)揮植物的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益，是和諧街道(社區(qū))構(gòu)建和未來人居環(huán)境建設(shè)應(yīng)當(dāng)考慮的重要課題［8］。

雖然人們對城市園林植物的滯塵能力進(jìn)行了一些研究［9－10］，但關(guān)于桂西北行道樹的相關(guān)研究未見報道。筆者對地處桂西北的宜州市城區(qū)常見行道樹滯塵能力進(jìn)行調(diào)查，選取與滯塵效益密切相關(guān)的植株高度、葉面積指數(shù)、單位葉面積滯塵量、生長期和葉表面特性(包括粗糙度、黏液、硬度)等7個指標(biāo)，對所選植物的滯塵能力進(jìn)行綜合評價，以期為宜州城區(qū)行道樹的選擇和配置提供參考。

1 研究區(qū)域自然概況

宜州市地處東經(jīng)108°4'11″～109°2'44″，北緯24°0'10″～24°5'25″，東西寬101.5 km，南北長95.64 km，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)和典型的喀斯特地貌，最高峰海拔873 m;冬夏氣候交替明顯，年平均溫度20.4℃，最熱月為7月，平均溫度為28.8℃，極端最高溫度為39.2℃，最冷月為1月，平均溫度為12.6℃，極端最低溫度－3.8℃;年均日照1 696.9 h，＞10℃有效積溫為6 579.8℃，無霜期327 d;年降雨1 480 mm，4～8月為主要降雨季節(jié);年平均蒸發(fā)量為1 115 mm，年平均相對濕度82%。隨著城市化進(jìn)程的加快和石漠化的加劇，宜州市城區(qū)的空氣環(huán)境質(zhì)量也在不斷的發(fā)生變化，空氣中的可吸入顆粒物含量明顯增加。

2 材料與方法

2.1 材料采集

本研究的實驗材料為宜州城區(qū)主要行道樹的正常葉片，材料采自宜州城區(qū)車流量最大路段之一的龍江路。龍江路是宜州通往羅城的交通要道，是宜州和羅城來往車輛的必經(jīng)之路。由于龍江路車流量大，路面揚塵及車輛尾氣排放量大，所以選取龍江路兩側(cè)行道樹作為研究對象具有一定的代表性。

2013年2月25日至3月3日，在龍江路兩側(cè)選取當(dāng)?shù)刈畛Ｒ姷男械罉洌糠N行道樹隨機選擇4棵大小和高度相當(dāng)?shù)闹仓?，測定其單位葉面積滯塵能力，并觀察其葉表面形態(tài)特征。選擇的行道樹種分別為:桂花(Osmanthus fragrans)、蝴蝶果(Cleidiocarpon cavaleriei)、高山榕(Ficus altissima)、小葉榕(F.microcarpa var.pusillifolia)、海南蒲桃(Syzygium hainanense)。

樣品采集選擇在晴朗天氣的下午4點至6點進(jìn)行［11］。每一樹種設(shè)置4個重復(fù)，分別在每個植株靠馬路一側(cè)的上、中、下3個部位隨機采集成熟葉片15張(共45張)，將采集的葉片小心封存于塑料封口袋中，帶回實驗室進(jìn)行測定［12］。

2.2 主要儀器

ECA－MY02葉面積儀(北京益康農(nóng)科技發(fā)展有限公司)，OLYMPUS SZX2－ILLT數(shù)字立體顯微鏡(奧林巴斯光學(xué)工業(yè)株式會社)，AL204電子天平(上海梅特勒——托利多儀器有限公司)，KQ5200DA數(shù)控超聲波清洗儀(江蘇昆山市超聲波儀器有限公司)。

2.3 實驗方法

2.3.1 單位葉面積滯塵量的測定

目前尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)方法測定植物葉片的滯塵量，常用質(zhì)量差減法進(jìn)行分析測定［13］。用精確度為萬分之一的電子天平稱量采集回來的植物葉片，記錄重量m1。用超聲波清洗儀清洗葉片，用80 W功率清洗35 min，然后將葉片拿出，再用清水清洗兩遍。把葉片放在干凈的報紙(或其他吸水材料)上晾干，稱量清洗干凈后的葉片，記錄重量m2。(m1－m2)/s即為植物葉片的單位面積滯塵量［14－15］。

2.3.2 葉面積測量

用葉面積儀測量以上清洗并晾干后的葉片，測量出不同樹種單片葉面積(s)。每張葉片重復(fù)測量3次，取其平均值作為該葉片的表面積［16］。

2.3.3 全株葉量計算

葉量調(diào)查采用分層取樣法，先用目測法將所調(diào)查的植株進(jìn)行分區(qū)分層，其中可先按枝劃分，也可把幾個大枝歸為幾等分，接著再對各主枝或一等分進(jìn)行繼續(xù)等分分級，一直到可以容易計數(shù)葉片的標(biāo)準(zhǔn)小枝為止，當(dāng)記數(shù)出標(biāo)準(zhǔn)小枝的葉片數(shù)量后，再計算全株葉量［17］。

2.3.4 葉面積指數(shù)的計算

葉面積指數(shù)=植物葉片總面積/樹冠垂直投影面積

2.3.5 葉表面細(xì)微結(jié)構(gòu)的觀察及攝影

把采集回來的新鮮葉片剪成沿中脈兩側(cè)各1 cm，長2 cm的小塊，放到數(shù)字立體顯微鏡下觀察并拍照。

2.3.6 評價方法

選取與植物滯塵效益密切相關(guān)的7個因子作為評價指標(biāo)，這些指標(biāo)包括植物的高度(X1)、葉面積指數(shù)(X2)、單位葉面積滯塵量(X3)、生長期(X4)和葉表面特性，其中，葉表面特性包括葉片的粗糙度(X5)、黏液(X6)、硬度(X7)。通過野外觀測和專家咨詢，將植物高度和葉面特性劃分為3個等級［18］。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同行道樹種的滯塵能力差異

通過對宜州城區(qū)主要交通要道的實地調(diào)查，在同一環(huán)境下選取5種代表性的行道樹種進(jìn)行采樣，并對其葉表面結(jié)構(gòu)和滯塵效果進(jìn)行比較分析，用差量法測得的宜州城區(qū)5種行道樹的單位滯塵量見表1。

表1 宜州城區(qū)5種行道樹的單位葉面積滯塵量

結(jié)果表明，不同樹種的單位葉面積滯塵能力差異較大，其大小排序為:海南蒲桃＞蝴蝶果＞桂花樹＞小葉榕＞高山榕。海南蒲的桃單位葉面積滯塵量平均值最大(70.61±24.46 g/m2)，高山榕的單位葉面積滯塵量平均值最小(13.50±2.92 g/m2)，兩者相差5.23倍。

3.2 不同行道樹種的葉面積指數(shù)比較

葉面積指數(shù)是植物綜合滯塵能力的一個重要指標(biāo)，不同樹種的葉面積指數(shù)與其綜合滯塵能力關(guān)系密切［9］。表2為本研究的宜州城區(qū)5種行道樹葉面積指數(shù)測定結(jié)果，由此可見，不同樹種的葉面積指數(shù)有一定差異，其中蝴蝶果的葉面積指數(shù)最大，與其余四種行道樹的葉面積指數(shù)差異明顯;桂花樹、高山榕和海南蒲桃的葉面積指數(shù)大致相當(dāng)介于2.03～2.10之間;小葉榕的葉面積指數(shù)最小(＜1.30)。

表2 宜州城區(qū)5種行道樹葉面積指數(shù)比較

3.3 不同行道樹種的葉表面結(jié)構(gòu)

圖1為宜州城區(qū)5種不同行道樹葉片正表面顯微照片。由此可見，宜州城區(qū)不同行道樹種葉片表面粗糙度主要由在主脈和一級、二級側(cè)脈處形成的溝或脊，葉片表面附屬物(如表皮毛、腺毛等)，以及葉片不同部位不在同一水平面造成。所以，葉脈間的距離在一定程度上反映了溝或脊的多少及其疏密度，即在一定程度上可以表征葉表面的粗糙程度。宜州城區(qū)5種不同行道樹葉脈的平均距離和葉片翻卷的特點見表3。

表3 宜州城區(qū)5種行道樹葉片表面特點

圖1 宜州城區(qū)5種行道樹葉片正表面特征比較

結(jié)果表明:在本研究的5種行道樹中，海南蒲桃葉表面的粗糙度主要是由主脈處形成溝，而側(cè)脈處形成脊和突起顆粒共同造成，葉片向上翻卷，側(cè)脈間平均距離為3.5±0.26 mm，比桂花樹、蝴蝶果、高山榕二級側(cè)脈間的平均距離還小，是側(cè)脈平均距離最小的;高山榕葉表面的粗糙度主要由主脈和側(cè)脈的凸起造成，主脈和一級側(cè)脈都形成脊，其余的葉表面相對光滑，葉片向上翻卷，一級側(cè)脈間距離為28.00±2.72 mm，是一級側(cè)脈間平均距離最大的，比海南蒲桃的大8.0陪;桂花樹和蝴蝶果葉表面的粗糙度則是由主脈，一級側(cè)脈，二級側(cè)脈都形成溝所造成的，葉片都向下翻卷;而小葉榕的主脈和側(cè)脈形成溝，但溝比較淺也比較窄小，整張葉片基本在同一水平面，葉片翻卷度也不明顯。海南蒲桃葉表面滯留的空氣顆粒物主要是比較均勻地分布在整張葉片中;桂花樹和蝴蝶果葉表面滯留的空氣顆粒物主要分布于葉脈所形成的溝中;而高山榕的葉表面滯留的空氣顆粒物則主要分布于葉脈所形成的脊旁;小葉榕葉表面滯留的空氣顆粒物主要分布于主脈附近。

3.4 不同行道樹種綜合滯塵能力分析

為了對常見園林綠化植物的滯塵能力進(jìn)行更加客觀的比較，必須利用數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行綜合評價分析［4］。因此，筆者參照王蓉麗的金華市綠化植物的評判、分類指標(biāo)，選取與植物滯塵效益密切相關(guān)的7個因子作為評價指標(biāo)，這些指標(biāo)包括植株的高度(X1)、葉面積指數(shù)(X2)、單位葉面積滯塵量(X3)、生長期(X4)和葉表面特性。其中，葉表面特性包括粗糙度(X5)、黏液(X6)、硬度(X7)。葉面積指數(shù)和單位葉面積滯塵量可用測得的具體數(shù)據(jù)值代入進(jìn)行計算，而其余指標(biāo)為定性指標(biāo)，分析前需將其分級進(jìn)行數(shù)量化，數(shù)量化指標(biāo)見表4。

表4 綠化植物定性指標(biāo)數(shù)量化標(biāo)準(zhǔn)

本文采用綜合指數(shù)的方法分析植物的綜合滯塵能力，具體通過數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、確定權(quán)重和計算綜合指數(shù)3個步驟求得綜合指數(shù)。綜合指數(shù)越高，說明該植物的綜合滯塵能力越強。具體包括:①對原始數(shù)據(jù)采用下式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，X'ij=Xij/X(max)，式i中為統(tǒng)計指標(biāo)，j為植物種類。②通過項目組成員的討論及征詢專家意見，由此得到評價權(quán)重向量Wi={0.2，0.2，0.2，0.1，0.1，0.1，0.1}。③根據(jù)權(quán)重向量和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)按下式確定綜合評價指標(biāo)Yj，Yj= ∑X'ij·Wi。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化評價和綜合指數(shù)Y的計算結(jié)果如表5。

表5 宜州城區(qū)5種行道樹環(huán)境效應(yīng)數(shù)量化分析

4 討論和結(jié)論

蝴蝶果的綜合評級指標(biāo)之所以排在第一位，可能是由于其葉面積指數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其余4個樹種，單位葉面積滯塵量也相對較大(僅次于海南蒲桃)的緣故;海南蒲桃和桂花樹依次排名第二和第三，主要是由于這兩個樹種的葉面積指數(shù)和單位葉面積滯塵量都相對較大，桂花樹葉片的粗糙度和硬度也較大的緣故;高山榕排名比較靠后，可能是其單位葉面積滯塵量小，葉面積指數(shù)和葉面粗糙度也不大的緣故;小葉榕的綜合評價指標(biāo)排在末位，可能是由于其葉面積指數(shù)最小，單位葉面積滯塵量偏小(倒數(shù)第二)，其他評價指標(biāo)也最小的緣故。

道路綠化樹種的選擇不僅要考慮景觀效果，其滯塵和凈化空氣的能力也非常重要［19］。相關(guān)研究表明:葉表面特性、葉片著生角度、樹冠高度、枝葉密度及顆粒狀污染物濃度等因素均對植物滯塵能力產(chǎn)生影響［20－22］。筆者在對宜州城區(qū)5種行道樹的單位葉面積滯塵量進(jìn)行計算的同時，也對其葉片表面由葉脈所形成的溝或脊進(jìn)行了數(shù)量化計算，更深入了解葉表面特征與植物滯塵能力的關(guān)系。通過對桂花樹、蝴蝶果、高山榕、小葉榕及海南蒲桃葉表面特征與滯塵效果的比較研究可知，如果僅從滯塵能力考慮的話，蝴蝶果是本研究的5種行道樹中最好的，其余依次為海南蒲桃、桂花樹、高山榕、小葉榕。

當(dāng)然，行道樹的選擇不僅要考慮其滯塵能力，還要考慮其景觀效果、生長環(huán)境及經(jīng)濟(jì)效益等因素。不同氣候地理背景的城市，對行道樹生物學(xué)特性的要求往往有較大差異。比如，在炎熱的地區(qū)，行道樹不僅要有較強的滯塵能力，還要有較強的遮蔭擋陽能力;風(fēng)沙較大的地區(qū)，行道樹不僅要有較強的滯塵能力，還應(yīng)有較強的防風(fēng)能力和抗倒伏能力。要從眾多的道路綠化植物中挑選出既適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂虻乩項l件，又有較好的景觀效果和較強生態(tài)服務(wù)功能的行道樹種，諸多問題尚待進(jìn)一步研究。

［1］賀勇，李磊，李俊毅，等.北方30種景觀樹種凈化空氣效益分析［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，38(5):37－39.

［2］任陣海，萬本太，蘇福慶，等.當(dāng)前我國大氣環(huán)境質(zhì)量的幾個特征［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2004，17(1):1－6.

［3］余曼，汪正祥，雷耘，等.武漢市主要綠化樹種滯塵效應(yīng)研究［J］.環(huán)境工程學(xué)報，2009(7):1 134－1 139.

［4］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(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2010，21(12):3 077－3 082.

［5］齊飛燕.道路大氣顆粒物的分布特征及道路綠化帶的滯塵作用［D］.鄭州:河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

［6］柴一新，祝寧，韓煥金.城市綠化樹種的滯塵效應(yīng)——以哈爾濱市為例［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2002，13(9):1 121－1 126.

［7］高金暉，王冬梅，陳亮，等.植物葉片滯塵規(guī)律研究——以北京市為例［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007，29(2):94－99.

［8］雷耕，汪正祥，余曼.武漢市中心城區(qū)主干道旁植物滯塵能力的研究［C］.環(huán)境污染與大眾健康學(xué)術(shù)會議論文集，2010:70－73.

［9］王蓉麗，方英姿，馬玲.金華市主要城市園林植物綜合滯塵能力的研究［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009(3):574－577.

［10］江勝利，金荷仙，許小連.園林植物滯塵功能研究概述［J］.林業(yè)科技開發(fā)，2011，25(6):5－9.

［11］邱媛，管東生，宋巍巍，等.惠州城市植被的滯塵效應(yīng)［J］.生態(tài)學(xué)報，2008，28(6):2 455－2 462.

［12］劉光立，陳其兵.四種垂直綠化植物殺菌滯塵效應(yīng)的研究［J］.四川林業(yè)科技，2004，25(3):53－55.

［13］賈宗鍇，孫曉光，張曉曼.石家莊市城市綠化植物滯塵能力初探［J］.河北林業(yè)科技，2010(6):14－18.

［14］方穎，張金池，王玉華.南京市主要綠化樹種對大氣固體懸浮物凈化能力及規(guī)律研究［J］.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2007，23(2):36－40.

［15］陳瑋，何興元，張粵，等.東北地區(qū)城市針葉樹冬季滯塵效應(yīng)研究［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2003，14(12):2 113－2 116.

［16］李海梅，劉霞.青島市城陽區(qū)主要園林樹種葉片表皮形態(tài)與滯塵量的關(guān)系［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2008，27(10):1 659－1 662.

［17］江勝利，金荷仙，許小連.杭州市常見道路綠化植物滯塵能力研究［J］.浙江林業(yè)科技，2011，31(6):45－49.

［18］趙勇，李樹人，閻志平.城市綠地的滯塵效應(yīng)及評價方法［J］.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002，21(6):582－586.

［19］韓敬，陳廣艷，楊銀萍.臨沂市濱河大道主要綠化植物滯塵能力的研究［J］.湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009(6):141－142.

［20］王贊紅，李紀(jì)標(biāo).城市街道常綠灌木植物葉片滯塵能力及滯塵顆粒物形態(tài)生態(tài)環(huán)境［J］.生態(tài)環(huán)境，2006，15(2):327－330.

［21］Sabin LD，Lin JH，Venezia MT，et al.Dry deposition and resuspension of particle－ associated metals near a freeway in Los Angeles［J］.Atmospheric Environment，2006，40:7528－ 7538.

［22］王蕾，高尚玉，劉連友，等.北京市11種園林植物滯留大氣顆粒物能力研究［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2006，17(4):597－601.