李艷芹++李艷梅++陳奇伯++鄧志華

摘要：以清潔區(qū)為對照，分析了昆明市工業(yè)區(qū)和主城區(qū)使用頻率較高的典型樹種滯塵效果，對不同功能區(qū)植物的滯塵量做差異性分析。結果表明，植物葉片的滯塵量高低排序是工業(yè)區(qū)、主城區(qū)、清潔區(qū)。通過對植株不同高度的滯塵量比較，發(fā)現(xiàn)低位置的植物葉片滯塵效果較好；在闊葉樹種中，天竺桂（Cinnamomum pedunculatum Nees）的滯塵效果最好，可達到19.660 9 g/m2，而梧桐[Firmiana platanifolia（L. f.）Marsili]是對SO2吸收能力最強的植物；在針葉樹種中，龍柏[Sabina chinensis（L.） Ant. var. chinensis cv. Kaizuca]和圓柏[S. chinensis（L.） Ant. Cupress. Gatt.]的滯塵效果較好，柳杉（Cryptomeria fortunei Hooibrenk ex Otto et Dietr.）對SO2和NOx的吸收凈化能力較強。因此，綜合考慮大氣污染因素后，在不同功能區(qū)除應種植常綠闊葉樹種以及落葉闊葉樹種以外，還應考慮搭配以龍柏為首選的針葉樹種，形成一個針葉樹種和闊葉樹種混交的合理群落結構。

關鍵詞：植物；滯塵；SO2；NOx；昆明市

中圖分類號：Q948.116：X511（741） 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）18-4740-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.18.028

大氣顆粒物是指分散在空氣中的固態(tài)或液態(tài)物質，其空氣動力學當量直徑在10 μm；這種顆粒物容易通過鼻腔和咽喉進入人體呼吸道內，其中直徑小于或等于2.5 μm的顆粒物也稱為可入肺顆粒物，是形成灰霾天氣的最大元兇[1]。來源于人類活動、尾氣排放、化石燃燒等的SO2和NOx是大氣污染物的重要組成成分，它們不僅會刺激人們的呼吸道，減弱呼吸功能，危害人體健康；還可能導致酸雨，給生態(tài)系統(tǒng)帶來嚴重危害?，F(xiàn)在，植物生長代謝作為一種經濟、有效、持久的大氣環(huán)境污染修復方式，已經成為社會普眾和政府部門公認的有潛力的環(huán)境污染修復工程組成部分。近年來，許多學者對植物凈化空氣的機理展開了研究，但由于沙塵暴天氣和霧霾天氣主要在北方頻發(fā)，所以植物凈化空氣研究主要集中在北方地區(qū)[2-5]，這些研究得出了不同城市綠地類型、主要樹種的滯塵能力、改善城市中空氣負離子的效應、減少噪音、吸收甲醛等研究結果；但對南方地區(qū)及綠化樹種吸收空氣中的主要污染物如SO2、氮氧化物的研究很少。昆明市作為著名的旅游城市，是有名的“春城”；隨著昆明市工業(yè)化、城市化和現(xiàn)代化的快速發(fā)展，人為因素造成的大氣污染問題也逐漸凸顯出來，不僅影響當?shù)丨h(huán)境質量和居民的身體健康，也將會影響旅游業(yè)和社會經濟的持續(xù)發(fā)展。為此，客觀評價昆明市不同功能區(qū)常用綠化樹種的滯塵作用以及對SO2、NOx的凈化效應成為現(xiàn)實中急需解決的問題，所以課題組開展了這方面的探索，希望以此完善昆明市園林植物的選擇、優(yōu)化園林植被群落的建設。

1 材料與方法

1.1 樣地設置

選擇昆明市主城區(qū)（交通流量較大的區(qū)域）及工業(yè)區(qū)為研究對象，以遠離主城區(qū)及工業(yè)區(qū)的西南林業(yè)大學綠化區(qū)作為清潔對照區(qū)。在各采樣區(qū)布設30個采樣點，其中工業(yè)區(qū)10個采樣點、主城區(qū)10個采樣點、清潔對照區(qū)10個采樣點。

1.2 供試樹種的選擇

在昆明市主城區(qū)、工業(yè)區(qū)及清潔對照區(qū)都選擇發(fā)生污染頻率較高的區(qū)域，根據(jù)文獻[6]及現(xiàn)場調查情況，在各個區(qū)域都選擇十年生以上的綠化樹種進行采樣測定，其中常綠闊葉喬木有4種，分別是天竺桂（Cinnamomum pedunculatum Nees）、大葉女貞[Ligustrum compactum（Wall. ex G.Don） Hook.f. & Thomson ex Decne]、桂花（Osmanthus fragrans Lour.）、廣玉蘭（Magnolia grandiflora L.）；落葉闊葉喬木有2種，分別是梧桐[Firmiana platanifolia（L. f.）Marsili]、滇樸（Celtis kunmingensis Cheng et Hong）；針葉樹種有4種，分別是龍柏[Sabina chinensis（L.）Ant. var. chinensis cv. Kaizuca]、圓柏[Sabina chinensis（L.）Ant. Cupress. Gatt.]、柳杉（Cryptomeria fortunei Hooibrenk ex Otto et Dietr.）、雪松[Cedrus deodara（Roxb. ex Lamb.） G. Don]。

1.3 樣品采集與研究方法

選擇與道路橫向距離相同位置的樹種進行采樣，從樹冠外緣東、西、南、北方位按照株高2～3 m及4～6 m的位置進行重復采樣。闊葉樹種采集 20～30片葉（大葉10片左右），針葉樹種采標準小枝250～300 g，在盡量不抖動的情況下密封帶回觀測站實驗室。

滯塵量的測定方法參考柴一新等[7]的方法，先用蒸餾水將葉片浸泡2 h以上，再用小毛刷清洗葉片上的粉塵，然后小心用鑷子將葉片夾出。浸洗液用已烘干稱量（W1）的濾紙過濾，將濾紙于60 ℃下烘干24 h，再以1/1 000天平稱量（W2），質量之差（W1-W2）即為葉片上所附著的降塵顆粒物質量。夾出的葉片晾干后，采用LI-3000A植物葉面積儀掃描測定植物葉片面積（S），（W1-W2）/S即為闊葉樹種的單位葉面積滯塵量。由于針葉樹種的葉面積測定困難，因此針葉樹種的滯塵量表述用單位重量的滯塵量來表示，即把清洗出滯塵以后的針葉樹再次放入烘箱里，于60 ℃烘干，稱出恒重（W3），（W1-W2）/ W3即得。

植物葉片（小枝）用清水洗凈烘干，用粉碎機打磨后，用于樣品的含硫量和含氮量測定，植物含硫量用HNO3-HClO4消煮法處理后，采用電感耦合等離子儀測定；植物含氮量用HSO4-HClO4消煮法處理后，采用恒溫培養(yǎng)法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗所得數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2003軟件處理，并用其制表和繪圖；運用SPSS 17.0軟件單因素方差分析法檢測差異顯著性，應用LSD法對同一植物葉片的滯塵量進行多重比較，并作相關性分析。

2 結果與分析

2.1 植物的滯塵能力比較

2.1.1 不同功能區(qū)闊葉樹種的滯塵效應 在實施滯塵量測定的6種闊葉樹種中，單葉面積超過110 cm2的有廣玉蘭和梧桐，大葉女貞的單葉面積在27～35 cm2，單葉面積在20 cm2以下的有滇樸、桂花及天竺桂。選擇近40 d無雨、天氣晴好的秋季進行采樣測定，測定結果見表1。從表1可見，在3個功能區(qū)內6種闊葉樹種的植物滯塵量大致呈現(xiàn)出一個規(guī)律，即闊葉樹種的植物滯塵量高低排序是工業(yè)區(qū)>主城區(qū)>清潔區(qū)；其中工業(yè)區(qū)闊葉樹種的最高滯塵量可達到19.660 9 g/m2，是清潔區(qū)同樹種的10倍，主城區(qū)闊葉樹種的滯塵量最高也可達到清潔區(qū)的7.2倍之多。對3個功能區(qū)相互間植物的葉片滯塵量進行多重比較，結果見表2。從表2可見，工業(yè)區(qū)與清潔區(qū)的植物葉片滯塵量差異顯著，主城區(qū)與清潔區(qū)的植物葉片滯塵量差異顯著，表明不同功能區(qū)的植物葉片對大氣懸浮顆粒物具有不同程度的滯塵效應。有研究表明，植物樹冠通過降低風速將懸浮物滯留在植物葉片表面，同時吸滯粉塵，達到減少空氣灰塵量的效果[8]。從污染源頭分析可知，工業(yè)區(qū)以鋼鐵生產為主，大量煤炭及加工材料產生的固體廢棄懸浮物從生產車間往大氣中排放，加之出入工廠的絕大部分是工程車輛，揚起大量的塵土，使空氣中的大氣懸浮顆粒物明顯增多，外加大氣中上下氣流的作用，致使植物葉片表面的滯塵效果增強。對于主城區(qū)而言，交通流量較大是主城區(qū)的主要特點，空氣中顆粒物主要來源是交通工具尾氣排放及汽車與地面接觸產生的粉塵，從而使得該區(qū)域內的植物葉片滯塵量較高于清潔區(qū)，但其滯塵量未高于工業(yè)區(qū)，表明工業(yè)區(qū)的大氣懸浮顆粒物污染程度大于交通運輸所造成的污染程度。進一步對表1中闊葉樹種在不同高度的植物葉片滯塵量進行比較，發(fā)現(xiàn)低位置的植物葉片滯塵效果比高位置的植物葉片滯塵效果好，在2～3 m的最大滯塵量為19.660 9 g/m2，在4～6 m的最大滯塵量為10.744 6 g/m2。從采樣情況及文獻資料參考看，植物下層枝葉的延伸范圍較大，與大氣懸浮顆粒物的接觸面積大，加之枝葉茂密發(fā)達，通過密集的枝葉可降低風速，阻止滯塵隨氣流擴散，使粉塵更好地富集在植物葉片上。相對來說植物下層的葉片離地面較近，不僅可以吸附工廠向大氣排放的懸浮顆粒物，還能直接吸附機動車排放和地面的揚塵。除此之外，開敞式環(huán)境條件下車輛行人繁多，造成路面產生較大程度的二次揚塵也是下層植物灰塵滯留量增多的有利因素[9]。而上層植物的枝葉稀疏度較大，降水和大風等天氣因素可以減少植物葉片灰塵的存量，同時受大氣中上下氣流的影響，會將滯塵重新沉降到下層樹冠枝葉上，而加強下層植物葉片的滯塵效果[10]。另外，6種闊葉樹種的滯塵效果以常綠闊葉樹種的天竺桂最好，滯塵量平均可高達15.202 8 g/m2，這是因為天竺桂枝葉濃密茂盛，加之葉片腹凹背凸，是阻止風速且促使滯塵沉降和滯留的重要因素；從采樣來看，天竺桂葉片有油脂性分泌物，可使黏附性大大增強，所以滯塵效果最好。其次是大葉女貞，大葉女貞葉片挺直，平展、寬大，這對于滯留粉塵大有幫助，因此大葉女貞也表現(xiàn)出較好的滯塵效果。落葉闊葉樹種中是梧桐的滯塵效果較好，其比常綠闊葉樹種大葉女貞、廣玉蘭、桂花還好，個中原因與梧桐的葉面結構有關，梧桐的單葉面積絕大部分在100 cm2以上，且葉片邊緣呈鋸齒狀，并往葉面彎曲。廣玉蘭和滇樸的滯塵效果相對較差，這是由于廣玉蘭葉片正面光滑，滇樸的枝葉稀疏度較大且葉片相對單薄，對風的阻力系數(shù)較小，使得已經滯留在葉片上的粉塵再次被吹起，最終保留在葉片上的粉塵量減少。因此，造成植物個體間滯塵效果差異的原因主要與葉面粗糙、凹凸不平和密附細毛的表面結構有關，也受到樹冠結構、枝葉密集程度、葉面傾角、表面分泌物等的影響[11]。

2.1.2 不同功能區(qū)針葉樹種的滯塵效應 4種針葉樹種的葉片滯塵情況見表3。從表3可見，針葉樹種在3個功能區(qū)的葉片滯塵效果與闊葉樹種葉片的滯塵規(guī)律大致相同，從高到低的排序也是工業(yè)區(qū)、主城區(qū)、清潔區(qū)。針葉樹種中同一樹種在工業(yè)區(qū)的滯塵量最高可達45.082 0 g/kg，這個水平大約是清潔區(qū)的4.5倍，因此針葉樹種對大氣污染具有一定的滯塵效果，同時也表明針葉樹種對空氣污染的響應是積極的[12]，并且工業(yè)區(qū)的大氣懸浮顆粒物的污染程度大于交通運輸所造成的污染程度。比較所調查的幾種針葉樹種的滯塵量，發(fā)現(xiàn)龍柏和圓柏的滯塵效果較好，柳杉和雪松的滯塵效果較差；這是因為龍柏和圓柏的鱗葉小枝近圓形或近四棱形，且小葉排列比雪松和柳杉的針葉排列要緊密得多，而且龍柏的枝條通常是斜上伸展，形成廣圓形的樹冠，使樹冠與空氣的接觸面比圓柏又大很多，所以龍柏的滯塵效果又比圓柏好。柳杉與雪松相比，柳杉小枝細長，常下垂，但是葉形略向內彎曲，且先端的氣孔線是柳杉滯塵的利器，雪松的小枝是針狀圓錐形，不利于粉塵附著，所以柳杉的滯塵能力比雪松強[13]。

2.2 不同功能區(qū)綠化樹種葉片對硫的吸收能力

植物在能夠忍受的污染濃度范圍內，葉肉細胞通過氣孔吸收大氣中的SO2，在溶于細胞液后而生成HSO4-及SO42-，并存在于葉內加以同化利用[14，15]。10個綠化樹種在不同功能區(qū)的葉片含硫量分析、比較情況見圖1。從圖1可見，10個綠化樹種在3個功能區(qū)的葉片吸收SO2能力從高到低的排序是工業(yè)區(qū)、主城區(qū)、清潔區(qū)。其中對SO2吸收效果最好的闊葉樹種是梧桐，并且也是10個綠化樹種中對SO2吸收效果最強的，其葉片平均含硫量在工業(yè)區(qū)、主城區(qū)、清潔區(qū)里分別達到了5.846 5、4.515 5、3.202 7 g/kg。植物的這種吸收方式與大氣中SO2的濃度有關，在較高濃度的SO2環(huán)境中，植物對SO2會產生很強的吸收作用，通過生理代謝，可將大氣中的含硫化合物轉化為自身所需的硫元素，而且通過葉片吸收、累積的硫元素量相對還比較大[16]。在針葉樹種中對SO2吸收效果最好的是柳杉，其次是圓柏，因為柳杉和圓柏的氣孔密度較大，且氣孔開口也大[17]，所以對SO2的吸收效果較好。而闊葉樹種天竺桂對SO2吸收效果不佳的原因可能是由于分泌油脂后，在滯塵的過程中容易堵塞氣孔，致使對SO2的吸收通道不暢造成的。

2.3 不同功能區(qū)綠化樹種葉片對氮的吸收能力

10個綠化樹種在不同功能區(qū)的葉片含氮量分析、比較情況見圖2。從圖2可見，10個綠化樹種在3個功能區(qū)的葉片含氮量具有較大的差異，其中在污染相對較高的工業(yè)區(qū)和主城區(qū)植物葉片含氮量明顯高于清潔區(qū)，然而10個綠化樹種在清潔區(qū)的葉片含氮量大體一致，說明10個綠化樹種葉片對NOx均有相當?shù)奈諠摿?。從不同樹種的植物葉片含氮量分析來看，針葉樹種對NOx的吸收能力比闊葉樹種強，其中柳杉對NOx的吸收能力突出，圓柏和龍柏次之，雪松的效果較差。從不同功能區(qū)植物含氮量分析看，吸收效果較好的柳杉在工業(yè)區(qū)和主城區(qū)的葉片含氮量分別是清潔區(qū)的2.3倍和1.5倍；潘文等[18]、繆宇明等[19]指出，環(huán)境里NOx的濃度增高，則植物的吸收氮能力增強，轉化成植物所需的營養(yǎng)元素就越多，且植物對于一定濃度范圍內的大氣污染物不僅具有一定的抵抗力，還具有相當程度的吸收能力，大氣中的NOx與植物葉面接觸后，植物葉片的分泌物會在吸收NOx后將其轉化并儲存在氨基酸和蛋白質成分中，這是自然界吸收氮氧化物的有效途徑；從環(huán)境治理的角度看，也是植物對不良環(huán)境的一種修復體現(xiàn)。不同樹種的植物含氮量表現(xiàn)出的差異性，可能是植物通過其植物生理代謝過程將環(huán)境污染物轉化為另一種形態(tài)來降低對自身的毒害造成的，說明不同植物的氮生理機制存在差異。

3 小結與討論

試驗結果表明，昆明市的工業(yè)區(qū)和主城區(qū)的植物滯塵量較高，與清潔對照區(qū)相比差異明顯，反映出工業(yè)區(qū)的污染程度較為嚴重。不管是在工業(yè)區(qū)還是在主城區(qū)，處在低位置的植物葉片滯塵效果要比處在高位置的滯塵效果好。對比天竺桂、大葉女貞、桂花、廣玉蘭、梧桐、滇樸、龍柏、圓柏、柳杉、雪松10種昆明市典型綠化樹種對大氣污染的吸收凈化效應，發(fā)現(xiàn)不同植物的凈化優(yōu)勢不同，闊葉樹種中的天竺桂滯塵效果最好，因此在污染較大的區(qū)域種植天竺桂能產生良好的滯塵效應。與此同時，針葉樹種也是凈化大氣污染的優(yōu)勢樹種，比如柳杉對SO2及NOx具有較好的凈化效果，龍柏的滯塵效果比較可觀，可達到45.082 0 g/kg2。周瑞玲等[20]研究后指出，不同類型樹種的滯塵能力存在較大的差異，其高低順序為針葉喬木、灌木、闊葉喬木。因此，在全面考慮大氣污染成分時，不同的城市功能區(qū)在種植常綠闊葉樹種以及落葉闊葉樹種外，還應考慮搭配以龍柏為首選的針葉樹種，形成一個針葉樹種和闊葉樹種混交的合理群落結構。

大氣懸浮顆粒物是昆明市大氣污染的重要組分，市內不同的功能區(qū)大氣污染物的含量不同，從滯塵量研究結果來看，工業(yè)區(qū)大氣污染貢獻高于主城區(qū)汽車尾氣造成的大氣污染，程政紅等[21]、魯敏等[22]曾指出，可以用污染嚴重的工業(yè)區(qū)內綠化樹種的大氣污染物含量來反映區(qū)域大氣污染的水平以及植物對大氣污染的修復能力。因此，通過滯塵量比較來衡量區(qū)域間的污染程度是可靠的。植物滯塵借助3種方式同時進行，即滯留、附著和黏附，滯留易受到氣象因素如氣流等影響，而附著和黏附則需要一定強度的風力和雨水才能去掉[7]，各種植物滯塵的效應與植物的生理、形態(tài)結構有關，葉片表面有溝狀、密集脊狀、凸凹不平結構的比較容易附著和黏附大氣顆粒物，葉片上有纖毛或者分泌物的也容易附著或黏附灰塵[2]，試驗中的天竺桂和大葉女貞的滯塵效果較好，就與其表面結構有密切的關系，如果要進一步從形態(tài)學上揭示其滯塵的機理，后續(xù)可以借助對葉片進行電鏡掃描深入分析[23]。

植物對大氣中的NOx、SO2具有一定的抵抗能力，同時也具有一定的吸收能力，甚至有些植物可以很好地利用氮氧化物[21]，植物葉片中硫含量與氮含量與大氣中NOx及SO2有著密切的關系[17]，試驗中，在各樹種所在區(qū)域土壤中硫含量和氮含量差異較小的情況下，柳杉表現(xiàn)出了較強的對大氣SO2的吸收能力，葉片中硫含量較高，但這個數(shù)值與外地相比偏低[19，20]，可能是試驗選擇的觀測區(qū)域大氣中NOx及SO2濃度沒有外地高有關。下一步要擴大樹種分析范圍，進一步探尋對NOx及SO2具有吸收凈化能力的植物物種[24]，以壯大抗污染綠化樹種群體，為昆明市城市綠化及環(huán)境治理提供更多的備選植物。

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