不同天氣下植物葉面滯塵量的動(dòng)態(tài)變化*

查 燕 馮 馳 張銀龍# 王 月

(1.南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037；2.南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210037)

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，能源消耗量日益增大。大氣顆粒物成為全球多數(shù)國(guó)家特別是發(fā)展中國(guó)家的首要污染物[1-2]，被廣泛認(rèn)定是對(duì)人體健康有害的污染物之一[3-4]。2013年，世界衛(wèi)生組織(WHO)把大氣顆粒物升級(jí)為致癌物。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，全球每年向大氣中排放3 000～5 000 t大氣顆粒物，可加劇極地臭氧耗損、全球變暖等極端氣候，并導(dǎo)致能見度下降，空氣質(zhì)量惡化，是形成霧霾天氣的主要因素[5-6]。盡管各國(guó)在控制大氣顆粒物排放上做了大量工作，但是單一措施仍不足以有效削減大氣顆粒物[7]。因此，如何采取有效途徑減少大氣顆粒物污染成為當(dāng)今人類面臨的重大課題。

樹木可以有效減輕大氣污染，對(duì)大氣顆粒物起到過濾作用[8-10]。利用城市森林效果模型可估算出英國(guó)倫敦的樹木每年可去除PM10達(dá)852～2 121 t[11]。廣州市18種行道樹的葉面滯塵量為0.066～1.831 g/m2[12]。植物長(zhǎng)期暴露在外界環(huán)境中，對(duì)大氣顆粒物的滯留效應(yīng)受到降雨、風(fēng)、空氣濕度等因素影響[13-14]，應(yīng)結(jié)合氣象因子對(duì)植物的葉面滯塵量進(jìn)行研究。目前，對(duì)南京市不同天氣狀況下的植物葉面滯塵量研究仍未見報(bào)道。因此，本研究在南京市選擇4種城市典型植物——海桐(Pittosporumtobira)、桂花(Osmanthusfragrans)、紅葉石楠(Photiniaxfraseri)和大葉黃楊(BuxusmegistophyllaLevl.)，分析其在不同天氣狀況下葉面滯塵量的動(dòng)態(tài)變化。本研究不僅有助于更好地揭示和理解植物對(duì)大氣顆粒物的滯留過程和機(jī)制，還能為準(zhǔn)確評(píng)估葉面滯塵量提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

南京市位于北緯31°14′～32°36′，東經(jīng)118°22′～119°14′，地處我國(guó)長(zhǎng)江下游。快速城市化造成南京市復(fù)合型污染特征突出。南京市主城區(qū)三面環(huán)山，一面臨水，向西北開口，呈簸箕型，不利于大氣污染物擴(kuò)散。2014年南京市空氣質(zhì)量良好以上為190 d，達(dá)標(biāo)率為52%，在全國(guó)空氣質(zhì)量排名靠后，首要污染物為PM2.5。桂花、紅葉石楠、海桐和大葉黃楊是南京市的常見綠色植物，對(duì)削減大氣顆粒物有重要作用。在天氣變化頻繁的冬季，選擇降雨和連續(xù)晴朗的天氣狀況下，對(duì)4種植物葉面滯塵量的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行觀測(cè)，探討天氣狀況對(duì)不同植物葉面滯塵量的影響。

2 研究方法

2.1 樣品采集

考慮到不同天氣狀況對(duì)葉面滯塵量的影響，選擇的采樣日期分別為2015年12月23日(12月19—22日連續(xù)4 d晴天)、12月25日(12月24日發(fā)生1.4 mm降雨)和2016年1月1日(12月26—31日連續(xù)6 d晴天)、1月4日(2015年12月26至2016年1月3日連續(xù)9 d晴天)、1月9日(1月5日發(fā)生0.9 mm降雨)、1月11日(1月10日發(fā)生12.4 mm降雨)、1月15日(1月12—14日連續(xù)3 d晴天)、1月19日(1月16日發(fā)生0.3 mm降雨)。采樣點(diǎn)位于緊臨龍?bào)绰返哪暇┝謽I(yè)大學(xué)校園內(nèi)，在林學(xué)院、主教學(xué)樓、逸夫樓、圖書館附近選擇每種植物4～6株，植物的樹齡、胸徑、樹高等生長(zhǎng)情況相對(duì)一致。采樣部位為樹冠外圍部分東、西、南、北4個(gè)方向的葉片，并進(jìn)行樹冠上、中、下部位多點(diǎn)采樣。每株植物根據(jù)葉片大小采集40～60枚葉片，小心裝入自封袋，帶回會(huì)實(shí)驗(yàn)室處理。

2.2 研究方法

2.2.1 葉面滯塵量測(cè)定

葉面滯塵量測(cè)定采用重量法。每種植物測(cè)定3株，每株植物各選取20枚葉片。葉片放入盛有蒸餾水的燒杯中浸泡2 h，用小毛刷清洗葉片上的附著物，然后用鑷子將葉片小心夾出。浸洗液用已烘干稱量的微孔濾膜(0.22 μm)過濾，將濾膜置于60 ℃下烘干至恒重，再用萬分之一分析天平稱量，濾膜過濾前后質(zhì)量之差即為葉片所附著的大氣顆粒物的質(zhì)量。

2.2.2 葉面積測(cè)定

用打孔法測(cè)定葉面積。將燒杯中的20枚葉片取出晾干，晾干后對(duì)20枚葉片進(jìn)行稱重，再用打孔器打孔后將20個(gè)小圓片進(jìn)行稱重，根據(jù)小圓片的質(zhì)量、面積與全部葉片的質(zhì)量、面積的比例關(guān)系，計(jì)算出葉面積。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采樣SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。采用單因素方差分析比較每種植物葉面滯塵量的差異。

3 氣象數(shù)據(jù)來源

逐日降雨量、風(fēng)速、相對(duì)濕度由南京市氣象局提供，PM10和PM2.5濃度由南京市環(huán)境監(jiān)測(cè)站提供。采樣期間的天氣狀況見圖1。

圖1 采樣期間的氣象因子和大氣顆粒物濃度Fig.1 Meteorological factors and particulate matter during sampling

注：圖中的字母標(biāo)記為單因素方差分析多重比較結(jié)果，同組字母標(biāo)記完全不同者表示具有顯著差異(P<0.05)，標(biāo)有相同字母者表示差異不顯著。圖2 采樣期間不同植物的葉面滯塵量變化Fig.2 Foliar dust amount of different plants during sampling

4 結(jié) 果

由圖2可知，4種植物的葉面滯塵量具有差異性。海桐的葉面滯塵量最大(3.47～5.46 g/m2)，其次是桂花(2.37～4.16 g/m2)，再次是大葉黃楊(1.95～3.88 g/m2)，紅葉石楠的葉面滯塵量最小(1.08～2.35 g/m2)。

2016年1月1日和1月4日，已分別經(jīng)歷了連續(xù)6、9 d的晴天，海桐、桂花、大葉黃楊和紅葉石楠的葉面滯塵量分別從5.12、3.77、3.53、2.11 g/m2增加到5.46、4.16、3.88、2.35 g/m2，增加不顯著，因此2016年1月1日各植物的葉面滯塵量可代表其滯塵飽和量。但葉面滯塵量都受到不同程度降雨的影響。發(fā)生1.4 mm降雨沖刷后，大葉黃楊和紅葉石楠的葉面滯塵量變化較大，相比2015年12月23日分別減少16%、17%；在12.4 mm降雨沖刷下，葉面滯塵量相比2016年1月9日(降雨前)分別減少42%、49%。海桐和桂花受到1.4 mm降雨沖刷后，葉面滯塵量相比2015年12月23日分別僅減少12%、7%；在12.4mm降雨沖刷下，葉面滯塵量相比2016年1月9日分別減少32%、24%。在0.9 mm降雨后4 d，大葉黃楊和紅葉石楠的葉面滯塵量相比2016年1月4日變化幅度較小。

5 討 論

5.1 不同植物的葉面滯塵量差異

不同植物對(duì)大氣顆粒物的滯留能力存在顯著差異，從大到小依次為海桐、桂花、大葉黃楊、紅葉石楠。柴一新等[15]研究發(fā)現(xiàn)，不同植物的葉片本身特性是影響其滯留大氣顆粒物的重要因素。海桐的葉面氣孔密度相對(duì)較高。桂花葉面氣孔周圍有脊?fàn)钔黄?，能夠有效吸附大氣顆粒物，使其排列緊密，不易被雨水沖刷或被風(fēng)刮起。紅葉石楠葉片表面平滑，具有較厚蠟質(zhì)，氣孔凹陷。大葉黃楊葉面光滑無毛，不易吸附大氣顆粒物。通過對(duì)比分析得出，較高的氣孔密度和脊?fàn)钔黄鸬娜~面微結(jié)構(gòu)，有利于滯留大氣顆粒物。HWANG等[16]研究證明，針葉樹種對(duì)大氣顆粒物的吸附作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于闊葉樹種，美國(guó)梧桐(Platanusoccidentalis)具有細(xì)密的絨毛結(jié)構(gòu)，其對(duì)大氣顆粒物的吸附能力強(qiáng)于主脈明顯的櫸樹(Zelkovschnideriana)。TALLIS等[17]發(fā)現(xiàn)，相比光滑葉片，具有絨毛的葉片吸附大氣顆粒物的能力更強(qiáng)；此外，由于針葉細(xì)長(zhǎng)，其吸附大氣細(xì)顆粒物的作用不容忽視。

5.2 葉面滯塵量受降雨的影響

降雨相對(duì)于其他氣象因素而言，對(duì)葉面滯塵量的作用明顯。一般情況下，降雨具有一定的沖刷作用，不同降雨量對(duì)葉面顆粒物的去除效果具有差異性。王會(huì)霞等[18]發(fā)現(xiàn)連續(xù)2 d降雨(降雨量分別為17.1、14.9 mm)后，珊瑚樹(Viburnumodoratissinum)和女貞(Ligustrumlucidum)葉面滯塵量分別降低62%、50%。王蕾等[19]發(fā)現(xiàn)葉面部分顆粒物附著牢固，不能被15 mm左右的降雨沖刷。PRZYBYSZ等[20]研究發(fā)現(xiàn)，持續(xù)的20 mm降雨能夠去除樟子松葉片中30%～41%的顆粒物，其中粗顆粒物與細(xì)顆粒物相比更容易被去除。降雨對(duì)細(xì)顆粒物的去除效果可能不明顯[21]。

5.3 葉面滯塵量與PM2.5、PM10及空氣濕度的關(guān)系

2015年12月31日，PM2.5為218 μg/m3，PM10為143 μg/m3；2016年1月1日，4種植物葉面滯塵量相比2015年12月25日，都有不同程度升高。江勝利[22]研究發(fā)現(xiàn)：綠化植物群落和城市PM10濃度的變化趨勢(shì)基本相同；空氣濕度是影響葉面滯留顆粒物的重要因素，在空氣濕度較大的條件下，有利于葉面顆粒物的累積。吳志萍[23]對(duì)不同綠地類型的大氣顆粒物濃度進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)TSP、PM10、PM2.5和PM1濃度均與濕度呈正相關(guān)關(guān)系，與溫度和風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

6 結(jié) 論

(1) 海桐、桂花、大葉黃楊和紅葉石楠的葉面滯塵量具有差異性，其葉面滯塵量分別為3.47～5.46、2.37～4.16、1.95～3.88、1.08～2.35 g/m2。

(2) 海桐葉面氣孔排列緊密，桂花葉面存在脊?fàn)钔黄鹞⒔Y(jié)構(gòu)，均有利于滯留大氣顆粒物。因此，海桐和桂花可以選作滯留大氣顆粒物的優(yōu)勢(shì)植物。而大葉黃楊和紅葉石楠的葉面滯塵量較低，可能與其葉面光滑有關(guān)。

(3) 在12.4 mm降雨的作用下，大葉黃楊和紅葉石楠的滯塵量相比降雨前分別降低42%、49%。經(jīng)歷連續(xù)6、9 d的晴天后，4種植物的葉面滯塵量變化幅度極小，基本達(dá)到飽和狀態(tài)。

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