聊城市常见园林树木滞尘能力与叶片微形态解析

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摘要：摘要 以聊城市內常见的12种木本植物为研究对象，分析叶片单位面积与单株滞尘能力，通过显微镜观察叶表形态结构，研究植物滞尘能力与叶表微形态的关系。结果表明：单位叶面积滞尘量(TSP)从大到小为白皮松紫叶李雪松紫叶桃悬铃木白蜡榆树国槐油松银杏胡桃七叶

　　摘要 以聊城市內常见的12种木本植物为研究对象，分析叶片单位面积与单株滞尘能力，通过显微镜观察叶表形态结构，研究植物滞尘能力与叶表微形态的关系。结果表明：单位叶面积滞尘量(TSP)从大到小为白皮松>紫叶李>雪松>紫叶桃>悬铃木>白蜡>榆树>国槐>油松>银杏>胡桃>七叶树。单株植物滞尘能力(TSP)大小顺序为国槐>紫叶李>胡桃>紫叶桃>悬铃木>七叶树>雪松>白蜡>白皮松>油松>榆树>银杏。植物滞尘能力与叶面结构、冠层结构及树体高度有关。雪松吸附PM10的能力最强，白皮松吸附PM2.5和PM0.1的能力最强。叶片越粗糙、绒毛和褶皱越多、气孔多且开口较大的植物滞尘能力越强;树冠覆盖面积大的植株滞尘能力较强，叶片小而疏的植株滞尘能力相对较弱，高度为2～6 m的植株滞尘效果最佳。

　　关键词 滞尘能力;叶表微结构;冠层分析;单位面积滞尘量

　　城市大气中颗粒物主要来源于工业污染和汽车尾气等二次气溶胶[1]。PM2.5是雾霾天气形成最主要的因素[2-3]，其导致大气能见度降低;诱发心肺疾病、侵害人体呼吸系统等[4]。2016—2017年全国各地频繁发出雾霾警报，引起社会各界广泛关注[5]，虽然通过控制颗粒污染物排放和削减空气颗粒污染物等措施[6]，但削减大气颗粒物的效果不显著。

　　净化城市大气污染的重要途径之一是利用植物吸滞能力，植物的滞尘能力取决于冠层类型、叶片和分枝密度、叶片微形态(粗糙度、绒毛、褶皱)[3，7-9]。植物叶片滞尘能力的主要影响因素为叶面蜡质含量、气孔密度及其叶片接触角的大小[10-11]。目前研究多集中于植物滞留总颗粒物的能力[12-13]，对于植物叶片微形态与颗粒物滞留能力相关性研究较少。选择聊城市12种常用绿化树种，分析其单位叶面积与单株滞尘能力，研究株高、树冠特征以及叶表面微结构对滞尘能力的影响，以便科学合理选择城市绿化树种，提高城市绿地的滞尘效率。

　　1 材料与方法

　　1.1 研究区概况

　　聊城市(35°47′～37°03′N、115°16′～116°30′E)地处山东省西部，全市为黄河冲积平原，地势平坦，海拔27.5～49.0 m，年均气温为13.5 ℃，年均降水量540.4 mm，属于温带季风气候区，具有显著的季节变化和季风气候特征，属半干旱大陆性气候。

　　1.2 供试树种

　　聊城市城区木本植物共214种，其中道路绿化树种46种[14]。遵循普通、常见、量多的原则，选取聊城市聊城大学内道路两侧落叶乔木9种：国槐(Sophora japonica Linn.)、胡桃(Juglans regia L.)、七叶树(Aesculus chinensis Bunge)、榆树(Ulmus pumila L.)、紫叶李[Prunus cerasifera Ehrhar f. atropurpurea (Jacq.)]、紫叶桃(Prunus persica ‘Atropurpurea’)、白蜡(Fraxinus chinensis Roxb.)、悬铃木(Platanus acerifolia)、银杏(Ginkgo biloba L.);常绿乔木3种：雪松[Cedrus deodara (Roxb.) G. Don]、油松(Pinus tabulaeformis Carr.)、白皮松(Pinus bungeana Zucc. ex Endl.)。共12种，其生物学特征见表1。

　　1.3 采样

　　研究表明，植物叶片累积颗粒物在15 d 左右达到饱和(即最大滞尘量)[15]。选择采集时间2018年5月10日08：00—10：00(连续18 d未降雨)。每种选3株样树，分别在东、南、西、北 4个方向采集健康成熟叶片150～200 g，将样品合并放入牛皮纸样本袋中并编号，每种植物采集 3 组重复样。300～400 cm2 的叶片量是过滤叶片颗粒物的最佳选择。采样均在1 d内完成，采集后放入 0 ℃恒温箱中直至分析。

　　1.4 颗粒物测定

　　依据高国军等[16]的方法，测定叶表面不同粒径颗粒物和总悬浮颗粒物质量。用不掉毛的毛刷仔细清洗叶片，用去离子水洗上下叶表面后收集带有颗粒物的悬浊液。利用真空抽滤装置对洗后悬浊液进行分级(10、2.5、0.1 μm 孔径的亲水性滤膜)抽滤。60 ℃ 烘箱中烘干载尘滤膜24 h至恒重，滤膜2次烘干后的质量差为Δm。

　　1.5 植物叶面积测定 采用WinRHIZO根系分析仪测量叶面积，将清洗后的样品叶片(通常为2～6片，叶片之间不互相重叠)平整置于扫描盒上，打开图像处理软件测定植物叶面积A。

　　1.6 叶表面微观结构观察

　　清洗后的叶片避开主叶脉，随机割取0.5 cm×0.5 cm的樣品3份，用日立S-3400N 扫描电子显微镜拍照观察。一般在100～400 倍视野下观察叶面微形态[10]，该研究在 300 倍视野下观察叶片微结构。

　　1.7 冠层分析

　　用WinScanopy冠层分析仪(Nikon相机外加8 mm、F3.5de Stigma鱼眼镜头)对样地内植物冠层进行拍照，拍摄高度设置为1.5 m。选在天气晴朗的 08：00—10：00 每个拍摄点拍摄3张照片。用皮尺测量乔木胸径，样点法测定郁闭度。使用Winscanopy PRO2016软件对成像进行分析得到单体植物的冠层数据。

　　1.8 数据处理 所有的数据统计处理均采用Microsoft Excel 2017进行差异分析。

　　2 结果与分析

　　2.1 单位叶面积不同粒径颗粒物滞留能力

　　不同树种单位叶面积滞留颗粒物能力及种类存在明显差异(P<0.05)(图1)，针叶树滞尘能力(TSP)的平均值(1.283 7 g/m2)是落叶阔叶树种(0.827 6 g/m2)的1.55倍。分析发现以下规律：①单位面积针叶树(0.824 7 g/m2)PM10滞纳量大于阔叶树种(0.489 0 g/m2)。②单位面积滞尘能力(TSP)较强的为白皮松(1.834 9 g/m2)和紫叶李(1.659 0 g/m2)，最弱的是七叶树(0.466 g/m2)。植物滞尘能力(TSP)从大到小为白皮松>紫叶李>雪松>紫叶桃>悬铃木>白蜡>榆树>国槐>油松>国槐>银杏>胡桃>七叶树。③同一树种对不同粒径颗粒物的滞纳量差异较大。植物对PM10的滞纳量均大于50%。PM2.5与PM0.1滞纳量变化规律存在差异，白皮松对这2种粒径颗粒物滞纳量最大，分别为0.583 3、0.352 4 g/m2;PM2.5与PM0.1滞纳量最小的分别为七叶树0.007 8 g/m2、油松0.014 6 g/m2。

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