劉辰明,張志強(qiáng),陳立欣,鄒 瑞,張 璐,高 源,李冬梅

北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院, 教育部水土保持與荒漠化防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083

隨著快速城市化及工業(yè)化的發(fā)展,近些年我國城市空氣質(zhì)量問題日益突出[1]。研究表明,大氣細(xì)顆粒(PM2.5,Fine Particulate Matter)污染顯著增加了公眾患病概率,成為危害城市居民健康的最大風(fēng)險因素之一[2]。據(jù)估計(jì),2013年我國京津冀地區(qū)大氣PM2.5污染導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失和居民健康危害損失總量達(dá)到1342.9(1068.5—1598.2)億元,占該地區(qū)當(dāng)年國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的2.16%(1.72%—2.58%)[3]。國內(nèi)外研究表明,植物對大氣環(huán)境中的細(xì)顆粒物滯留明顯[4- 6],可以有效地去除空氣中的細(xì)顆粒物,從而改善大氣環(huán)境,對人體健康及經(jīng)濟(jì)效益有顯著影響[7- 10],據(jù)研究,美國城市樹木每年可以去除71100噸大氣中的顆粒物,帶來經(jīng)濟(jì)效益高達(dá)38億美元[7]。通過檢測葉片表面滯塵狀況,可以快速了解區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量水平[11]。

樹木滯塵能力受多種因素的影響,其中既包括生活型、個體大小、葉片表面形態(tài)、枝葉密度、樹冠結(jié)構(gòu)等植物形態(tài)特征[11- 16],也包括大氣環(huán)境條件如污染物濃度、化學(xué)組成、天氣狀況(如風(fēng)、溫度、濕度、光照)等非生物學(xué)因素[17- 20],同時植物揮發(fā)性物質(zhì)釋放或液體分泌物釋放等生物化學(xué)過程也可能影響植被對大氣顆粒污染物吸附與滯留功能[11,21]。植物葉片表面具有一定的粗糙度及濕潤度,可以吸附一部分大氣顆粒物至其表面[22];此外,植物也可以通過分泌物吸附并固定顆粒物至葉片和枝干,隨著樹木的生長發(fā)育,可持續(xù)捕獲大氣中的細(xì)顆粒物[11]。不同植物滯塵能力有差異,陳立欣等人[23]研究表明,針葉樹(>20μg/cm2)更具有滯塵優(yōu)勢。王贊紅等人[24]研究表明,晴朗微風(fēng)條件下,15日后大葉黃楊達(dá)到單葉最大飽和滯塵量為11.6197g/m2,王會霞等人[17]研究表明,不同種類植物葉面滯塵量差異較大,同樣天氣條件下,油松葉面滯塵變化量范圍為4.57—5.45g/m2,而三葉草僅為0.12—0.38g/m2。

在影響樹木滯塵的眾多氣象因素中,降水可有效去除植物表面顆粒物(PM,Particulate Matter),進(jìn)而為植物表面再滯留和吸附大氣顆粒物提供容納空間。研究表明,不同降雨量對顆粒物去除效果不同[19],且因樹種而異。王會霞等人[17]研究表明,小于12mm降水不能有效去除葉面滯留顆粒物,而當(dāng)降水量達(dá)到31.9mm,可去除女貞和珊瑚樹表面滯塵的50%和62%。Przybysz等人[18]模擬實(shí)驗(yàn)表明,20mm降雨可以洗去歐洲赤松表面累積大氣顆粒物的30%—41%。柴一新等人[12]認(rèn)為,降水量達(dá)到15mm就可以洗掉植物葉片降塵從而重新滯塵[25]。從較長時間尺度上看,不同降水量、降水強(qiáng)度以及降水持續(xù)時間對樹木葉片累積顆粒物動態(tài)變化會產(chǎn)生重要的影響,然而,受取樣時間選擇、葉片滯塵量測定、前期大氣顆粒物污染程度等的綜合影響,開展降水對樹木葉片滯留大氣顆粒污染物影響的研究相當(dāng)困難,相關(guān)研究較少。因此,本研究選擇北方城市典型的5種綠化樹種,定量研究不同降水事件洗刷葉片滯塵量,比較不同降水條件和不同樹種之間的差異,分析造成這些差異的主要原因,以期篩選出反復(fù)滯塵能力較強(qiáng)的樹種,為旨在改善大氣質(zhì)量的城市林業(yè)建設(shè)提供理論指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況

本研究天然降水實(shí)驗(yàn)取樣地位于北京市海淀區(qū)的北京林業(yè)大學(xué)校園內(nèi)(中心位于40.0°N,116.3°E),人工模擬降水實(shí)驗(yàn)取樣地為位于北京西山的首都圈森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站人工降雨大廳周邊。北京市氣候?yàn)榈湫偷臏貛О霛駶櫞箨懶约撅L(fēng)氣候,四季分明,春季多風(fēng)和沙塵,夏季炎熱多雨,秋季晴朗干燥,冬季寒冷且大風(fēng)猛烈,春秋較短,夏冬時間較長,全年降水的80%集中在夏季6、7、8三個月[26]。2014年7月PM10均值為96.56μg/m3,最小值為42.62μg/m3,最大值為194.25μg/m3,PM2.5均值為91.874μg/m3,最小值為12.78μg/m3,最大值為199.83μg/m3[27]。

2 研究方法

選取銀杏(Ginkgobiloba)、五角楓(AcermonoMaxim)、大葉黃楊(Euonymusjaponicus)、欒樹(Koelreuteriapaniculata)、杜仲(Eucommiaulmoides)5種北方常用典型城市綠化樹種為對象,其基本特征見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)樹種基本特征

不同小寫字母表示差異顯著

2.1 樣品采集方法

天然降水沖刷植物表面顆粒物吸附取樣采集日期為2014年7月14日、19日及31日,位于北京林業(yè)大學(xué)校園內(nèi)。將每棵樣樹樹冠分為上、中、下3層,每層按照東、南、西、北4個方向從內(nèi)到外用枝剪整枝均勻采集成熟葉片,采樣后迅速裝至自封袋中,同時標(biāo)注采樣地點(diǎn)、樹高、枝條生長狀況等。每種樹木采集3組平行樣本,帶回實(shí)驗(yàn)室備用。

7月14日采樣前超過10天沒有降雨,故將此次采樣獲得的葉片表面顆粒物滯留量作為夏季植物表面顆粒物的累積滯留量;7月19日采樣前有雷雨、陣雨,7月15、16、19日累積降雨量14mm,將此次取樣測定的葉片滯塵量定義為小雨后滯塵量;7月31日采樣前有中雨,7月29、30日累積降雨量達(dá)到29mm,此次測得的數(shù)據(jù)定義為中雨后滯塵量[28]。2014年7月北京市空氣質(zhì)量狀況見圖1[27,29]。

圖1 北京市2014年7月AQI、PM10、PM2.5含量[27,29]Fig.1 AQI/PM10/PM2.5 content, Beijing, July 2014[27,29]

用于室內(nèi)人工模擬降雨供試植物材料均為降雨后超過10d野外采集,每種樹種隨機(jī)選擇靠近路邊(污染源)方向同一高度大小相近的3個枝條,分別置于相同的3個塑料箱中,塑料箱規(guī)格為1m×1m×1m,并設(shè)置相同規(guī)格的空白實(shí)驗(yàn)箱同時進(jìn)行人工模擬降雨實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)雨強(qiáng)為恒定強(qiáng)度30mm/h,降雨歷時為30min,每個實(shí)驗(yàn)箱中共計(jì)降雨15000mL。降雨完成后,搖勻箱體中沖刷植物的液體,并抽取300mL左右裝入塑料盒中備用。枝條取出記錄總重,剪取部分葉片備用并記錄剪取葉片重量。

2.2 單位葉面積滯塵量測量方法

滯塵量采用重量法測得[10,23]。剪取植株葉片樣品(不含葉柄)稱重并編號(樣品重5g左右),每個樹種設(shè)置3個重復(fù)。用軟毛刷在蒸餾水中刷洗葉片正反面,收集洗液,重復(fù)3次洗滌再沖洗洗滌工具3次,收集全部洗液待用。洗凈的全部樣品葉片貼于塑料板上,通過掃描用Photoshop計(jì)算葉面積。

實(shí)驗(yàn)前對所用微孔濾膜進(jìn)行預(yù)處理,去除可溶物質(zhì),以保證實(shí)驗(yàn)精度[30]。預(yù)處理方法為：實(shí)驗(yàn)中使用的微孔濾膜,均用蒸餾水充分浸泡24h,再經(jīng)真空抽濾泵抽洗后放入烘箱于105℃下烘干至恒重,用十萬分之一天平稱重待用;耐高溫pp塑料袋(5cm×7cm)稱重待用。

用千分之一天平按質(zhì)量百分比抽取10%洗液置于pp塑料袋中,放入烘箱于105℃烘干24h至恒重,經(jīng)換算可以獲得總顆粒物(TSP,Total Suspended Particulates)重量。剩余90%濾液使用真空抽濾裝置,過10μm微孔濾膜,濾液再過2.5μm微孔濾膜,抽濾完成后10、2.5μm微孔濾膜于105℃溫度下烘干稱重,換算可得直徑10μm以上顆粒物重量(PM>10以上),直徑10—2.5μm之間顆粒物重量(PM10—2.5)。抽取經(jīng)過兩次抽濾濾液的20%于pp塑料袋中,連袋烘干稱重,換算可獲得粒徑2.5μm以下顆粒物重量(PM2.5)。

室內(nèi)降雨實(shí)驗(yàn)抽取部分溶液通過同樣方法求得抽取溶液內(nèi)各粒徑顆粒物含量,根據(jù)抽取溶液與降雨量比例換算,減去空白,求出5種植物葉片全部沖刷滯塵量。結(jié)合葉面積得出5種植物單位葉面積降雨沖刷量。降雨之后剪取備用部分葉片,同上方法刷洗測量殘余滯塵量。

不同粒徑顆粒物質(zhì)量理論上應(yīng)該符合公式：

TSP=PM10+(PM>10—2.5)+PM2.5

(1)

可采用式1計(jì)算得到的TSP值與實(shí)測值TSP進(jìn)行比較驗(yàn)證其測定精度。本次實(shí)驗(yàn)中通過兩種方法測得TSP數(shù)據(jù)相對誤差均值為4.537%。將無前期降水條件測得的葉片滯塵量作為累積滯塵量(Ds),在本文中,為了衡量降雨對沖刷滯塵效果的影響,我們計(jì)算了每個樹種對應(yīng)降水的沖刷率[17- 18]：

沖刷率=(累積滯塵量-降水后滯塵量)/累積滯塵量

雨后取樣測定的葉片滯塵量記為Dr,則降水沖刷量W和沖刷率Rw可由以下公式計(jì)算：

即

W=Ds-Dr,Rw=(Ds-Dr)/Ds

(2)

沖刷率反映了降水洗去的滯塵量所占的比率,較高的沖刷率意味著降水帶走了更多的顆粒物。

2.3 統(tǒng)計(jì)分析

用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,用單因素方差分析法(ANOVA)分析各采樣點(diǎn)不同樹種、不同時間單位葉面積滯塵量的差異。用同樣方法分析室內(nèi)模擬降雨沖刷滯塵量種間差異,差異顯著水平設(shè)為0.05。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同樹種累積滯塵量的比較

在相同天氣條件下,5種植物單位葉面積不同粒徑大氣顆粒污染物TSP、PM>10、PM>10—2.5、PM2.5滯留量存在差異,部分樹種之間差異極顯著,PM>10及PM2.5占葉片滯留顆粒物的主體部分,PM>10—2.5僅占葉片顆粒物滯留總量的5%以下(圖2)。

從單位葉面積總顆粒物(TSP)累積滯留量看,按照大葉黃楊、杜仲、五角楓、銀杏和欒樹的順序遞減,其中,大葉黃楊TSP滯留量(1959.38±83.57)mg/m2顯著高于五角楓、銀杏和欒樹(P<0.05),但與杜仲無顯著差異;杜仲、五角楓無顯著差異,但均顯著高于欒樹(P<0.05),銀杏顯著低于大葉黃楊,且與其他3種植物無顯著差異(P>0.05);大葉黃楊、杜仲、五角楓PM>10粒徑滯塵量無顯著差異(P>0.05),但均顯著高于欒樹與銀杏,銀杏與欒樹之間也有顯著差異(P>0.05);大葉黃楊和銀杏PM2.5滯留量沒有顯著差異(P>0.05),但二者均顯著高于欒樹、杜仲、五角楓,而后三者之間無顯著差異(P>0.05)。

從單位葉面積小雨殘留滯塵量看,杜仲TSP粒級殘留量(1549.7±101.39)mg/m2顯著高于大葉黃楊、五角楓、欒樹、銀杏(P<0.05),后4種植物之間差異不顯著;杜仲PM>10粒徑殘留量(744.42±126.96)mg/m2顯著高于銀杏(552.45±33.2)mg/m2,但與大葉黃楊、五角楓、欒樹差異不顯著(P>0.05);杜仲PM2.5殘留量(676.55±76.42)mg/m2顯著大于其余4種植物(P<0.05),銀杏顯著大于五角楓和欒樹,但與大葉黃楊無顯著差異(P>0.05),大葉黃楊顯著大于五角楓,但與欒樹差異不顯著,欒樹與五角楓差異不顯著(P>0.05)。

圖2 不同降雨條件下5種植物葉片單位面積大氣顆粒物滯留量Fig.2 Amount of particulates accumulated particulates under different rain condition on unit leaf surface area for 5 treesTSP,總顆粒物 total suspended particulates. 圖中數(shù)據(jù)為均值±標(biāo)準(zhǔn)差(n=3),不同小寫字母表示結(jié)果在0.05水平上差異顯著

從單位葉面積中雨殘留滯塵量看,其中大葉黃楊中雨殘余滯塵量,除PM>10—2.5粒級以外,其他粒級均顯著大于其他4種樹種(P<0.05)。五角楓、銀杏、欒樹中雨殘余滯塵量,除PM>10—2.5粒級,其他粒徑差異均不顯著(P>0.05)。杜仲TSP粒級殘留量顯著大于五角楓、銀杏、欒樹(P<0.05),后三者之間無顯著差異(P>0.05);PM10粒級殘留量杜仲、五角楓、銀杏、欒樹無顯著差異(P>0.05);杜仲PM2.5粒級殘留量顯著大于欒樹(P<0.05),與五角楓、銀杏無顯著差異,五角楓、銀杏、欒樹之間無顯著差異(P>0.05)。

3.2 降水對不同粒徑大氣顆粒污染物沖刷量的樹種差異

在相同降水條件下,5種樹種單位葉面積各粒徑大氣顆粒物PMTSP、PM>10、PM>10—2.5、PM2.5沖刷存在差異,部分樹種之間差異極顯著(圖3)。同滯塵量一致,沖刷量主體依然為PM>10及PM2.5。

圖3 5種植物不同降雨條件沖刷量Fig.3 Amount of particulates washed particulates under different rain condition on unit leaf surface area for 5 treesTSP,總顆粒物 total suspended particulates. 圖中數(shù)據(jù)為均值±標(biāo)準(zhǔn)差(n=3),不同小寫字母表示結(jié)果在0.05水平上差異顯著

從單位葉面積小雨沖刷量來看大葉黃楊TSP粒級(775.06±33.99)mg/m2顯著高于五角楓(383.48±115.61)mg/m2、杜仲、銀杏、欒樹(P<0.05),五角楓顯著高于杜仲、銀杏、欒樹,杜仲顯著高于欒樹(P<0.05),但與銀杏無顯著差異(P>0.05),銀杏與欒樹無顯著差異(P>0.05);大葉黃楊、杜仲、五角楓PM>10粒徑無顯著差異(P>0.05),但均顯著高于銀杏與欒樹(P<0.05),銀杏與欒樹間無顯著差異(P>0.05);大葉黃楊小雨沖刷量PM2.5粒級(246.24±31.06)mg/m2顯著大于其余4種植物(P<0.05),銀杏(115.16±38.65)mg/m2顯著大于杜仲、五角楓、欒樹(P<0.05),五角楓顯著大于欒樹、杜仲(P<0.05),杜仲與欒樹之間無顯著差異(P>0.05)。

從單位葉面積中雨沖刷量來看,大葉黃楊TSP粒級顯著高于其余4種植物(P<0.05),杜仲、五角楓無顯著差異(P>0.05),但均顯著高于銀杏、欒樹(P<0.05),銀杏顯著高于欒樹(P<0.05);五角楓、杜仲PM>10粒級滯塵量無顯著差異(P>0.05),但均顯著高于大葉黃楊、銀杏、欒樹(P<0.05),大葉黃楊顯著高于銀杏、欒樹(P<0.05),銀杏顯著小于其他各樹種(P<0.05);PM10—2.5粒級各植物小雨與中雨沖刷量差異不顯著;大葉黃楊PM2.5粒級與銀杏差異不顯著(P>0.05),但均顯著高于杜仲、五角楓、欒樹(P<0.05),杜仲與五角楓差異不顯著(P>0.05),但均顯著高于欒樹(P<0.05)。

從室內(nèi)模擬降雨5種植物單位面積沖刷量來看,TSP粒級按照銀杏、大葉黃楊、五角楓、杜仲和欒樹的順序遞減,銀杏顯著高于其他4種植物(P<0.05),大葉黃楊顯著高于五角楓、杜仲、欒樹(P<0.05),五角楓、杜仲之間沒有顯著差異(P>0.05),欒樹顯著小于其他4種植物(P<0.05);大葉黃楊PM>10粒級顯著高于其他4種植物(P<0.05),銀杏顯著高于杜仲、五角楓、欒樹(P<0.05),杜仲與五角楓差異不顯著,但均顯著高于欒樹(P<0.05);PM10—2.5單位面積沖刷量為銀杏顯著高于其他4種植物;銀杏PM2.5粒級沖刷量顯著大于其余4種植物(P<0.05),大葉黃楊顯著大于欒樹、五角楓、杜仲(P<0.05),其余3種植物差異不顯著(P>0.05)。

3.3 不同降雨條件對樹種相同粒徑?jīng)_刷率的影響

表2為不同降雨條件下5個樹種滯塵量的沖刷率,即沖刷量/總滯塵量。中雨對5種植物均有沖刷效果,5種植物TSP沖刷率為50.86%—66.03%,比較接近;當(dāng)樹種PM>10沖刷率較大時,其PM2.5沖刷率較小。對比天然降雨沖刷率,室內(nèi)降雨各個粒徑?jīng)_刷率削減顯著增加。30mm雨強(qiáng)室內(nèi)降雨對5種植物沖刷效果顯著,除欒樹PM10粒級(65.74%)、五角楓PM>10—2.5粒級(88.57%),其他樹種不同粒徑?jīng)_刷率,均不小于91.35%。

TSP,總顆粒物 total suspended particulates. PM,顆粒物 particulate matter. 表中數(shù)據(jù)為均值±標(biāo)準(zhǔn)差(n=3),不同小寫字母表示結(jié)果在0.05水平上差異顯著

小雨對植物PM>10—2.5有去除效果,各植物小雨與中雨沖刷率差異不顯著為37.06%—81.34%,雨強(qiáng)增至30mm/h,大葉黃楊、杜仲、銀杏沖刷率顯著增多,五角楓、欒樹沒有顯著變化。

天然降雨中,除銀杏外,PM>10沖刷率(34.49%—27.46%、72.97%—57.09%)均大于PM2.5沖刷率(29.86%—1.76%、53.26%—32.43%)。隨著雨量增大,沖刷掉的顆粒物中PM2.5的比例上升,但PM>10沖刷量始終高于PM2.5,銀杏反之。室內(nèi)模擬降雨中,5種植物PM2.5(99.3%—97.21%)沖刷率均大于PM>10(98.16%—65.74%),這可能是強(qiáng)降雨破壞了PM>10顆粒物,使之分解成更小的顆粒物。5種植物TSP滯留能力杜仲相對較強(qiáng),欒樹較弱,大葉黃楊的TSP滯留量更容易受到降雨影響。PM>10顆粒物大葉黃楊滯留能力較強(qiáng),銀杏較弱,PM>10—2.5粒徑顆粒物各樹種差異不顯著,大葉黃楊滯留能力相對較強(qiáng),PM2.5顆粒物的欒樹及大葉黃楊滯留能力較強(qiáng)。

除了銀杏之外,其余4種樹木隨著降雨,殘余在葉表PM>10顆粒物所占比重降低,PM2.5顆粒物所占比重升高,說明降水對大顆粒物的去除更有效率。其中大葉黃楊變化幅度最小,說明降雨對大葉黃楊不同粒級的顆粒物影響更為均等。銀杏的3種粒級顆粒物滯塵百分比變化規(guī)律隨著降雨和其他4種植物正好相反,殘余在葉表PM2.5顆粒物比重降低,PM>10顆粒物比重升高,說明降水對銀杏細(xì)顆粒物的去除更有效率。

4 討論

4.1 樹種間葉表吸附大氣顆粒物的差異

樹種間葉表吸附大氣顆粒物的能力差異是由葉表結(jié)構(gòu)特征等決定的,樹種對大氣顆粒物滯留作用主要是集中在PM>10和PM2.5顆粒,PM2.5占總滯塵量50%左右(圖2),這和賈彥等[25]用掃描電鏡觀測杜鵑花、紫葉李等7種植物的結(jié)果基本一致。不同類型葉片表面植物滯塵能力差異較大[13,21],大葉黃楊在累積滯塵條件及中雨之后,各個粒徑級別滯留能力均比較強(qiáng)(圖2),這與楊佳等[31]研究相一致,同為革質(zhì)葉片的杜仲在滯留除PM2.5之外其他粒徑的污染物也較高(圖2),顯然光滑的革質(zhì)葉片有利用顆粒物的滯留。欒樹葉表生有絨毛,王會霞等人[32]的研究中絨毛類型結(jié)構(gòu)對滯塵量影響較大,整體各個粒徑尺度滯留量在雨前雨后相對較小,但是在人工降雨之后,PM>10殘余顆粒物的滯留量卻處于前列,絨毛結(jié)構(gòu)可能不容易附著顆粒物,同時不容易洗脫,這與賈彥等[25]文章中提到的有毛的紅桎木、紫葉李滯塵能力較低一致。房瑤瑤等人[33]研究表明,具有規(guī)則形態(tài)蠟質(zhì)層無葉毛葉表(如銀杏)洗脫率更高和本研究一致。不同植物雨后滯留量差異小于典型天氣后日常時植物的滯塵量,這可能與不同植物飽和滯塵能力上限差異有關(guān)。

4.2 降雨對去除植物葉表不同粒徑能力的差異

14mm天然降雨條件下,大葉黃楊顆粒物沖刷率最多,TSP接近40%,PM2.5較少也接近30%,銀杏PM2.5沖刷率有16.32%;欒樹、杜仲PM2.5粒徑顆粒物不僅沒有沖掉,反而增長了30%以上(圖3,表2)。29mm天然降雨條件下,各樹種TSP沖刷率均在50%以上,大葉黃楊、杜仲、五角楓,在大顆粒物去除上顯著高于其他兩種植物;除銀杏外,降雨更容易去除PM>10顆粒物(圖3,表2),這可能和銀杏葉表?xiàng)l狀結(jié)構(gòu)有關(guān)。陳立欣等人[23]研究表明,表面特征蠟層、毛狀物等突起可使水滴與不同葉表的接觸角不同,這些因素形成了不同的防水性能。查燕等[19]提到降雨對粗顆粒的影響更大,不同的降雨對不同的植物去除能力也不同,Przybysz等[18]研究同樣提到,降雨對樟子松粗顆粒物影響較大,不同樹種之間受降雨影響也有差異,和本研究是一致的。本研究表明葉片表面的形態(tài)結(jié)構(gòu)對顆粒物的飽和滯塵量及顆粒物洗脫難易程度具有不同程度的影響,葉表光滑更易洗脫顆粒物,大顆粒物更容易去除。

4.3 不同降雨條件對樹種滯塵沖刷能力的影響差異

不少研究[12,25]中認(rèn)為15mm降雨可以去除掉植物表面顆粒物從而再次滯塵,本實(shí)驗(yàn)中,14mm降雨對部分樹種葉表面顆粒物去除能力有限,盛后財?shù)热薣34]的研究中顯示,紅松林樹干徑流各元素濃度>穿透雨>大氣降雨,于小軍等人[35]研究,相對于林外雨,養(yǎng)分均出現(xiàn)富集化,樹干莖流養(yǎng)分富集化高于穿透雨,說明穿透雨可能將樹冠頂端顆粒物匯集至下端葉片表面,對顆粒物去除效果不顯著;29mm降雨可以沖刷掉50%以上總顆粒物,王會霞等人[17]研究中,12mm以下的降水不能有效去除葉面上滯留的顆粒物,31.9mm降水后,油松和三葉草葉面滯塵量變化不明顯,而女貞和珊瑚樹葉面上約50%和62%的顆粒物被洗除。室內(nèi)模擬降雨條件下,各樹種各粒徑?jīng)_刷率達(dá)到90%以上,細(xì)顆粒物沖刷量均大于粗顆粒物(圖3,表2),這與其他人研究[19]的室外實(shí)驗(yàn)結(jié)論相反,初步推測強(qiáng)降雨破壞粗顆粒物結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換成細(xì)顆粒物。本研究表明不同降水條件對植物滯塵沖刷能力存在差異,與葉表結(jié)構(gòu)、顆粒物粒徑、降水特性等密切相關(guān),與王會霞等人[17]研究一致。

5 結(jié)論

不同天氣條件下,植物葉表不同粒級單位面積顆粒物滯留能力存在差異,隨著暴露時間的增長,差異更加明顯。小雨(14mm)對顆粒物的沖刷能力有限,其中欒樹TSP粒級顆粒物含量呈現(xiàn)不顯著上升;中雨(29mm)可以沖刷掉50.86%—66.03%TSP顆粒物,其中欒樹PM2.5沖刷率最低為32.43%而銀杏最高為60.4%;室內(nèi)模擬強(qiáng)降雨可以沖刷掉93.94%—96.97%TSP顆粒物,隨著降雨增大,各粒徑顆粒物隨之沖刷量增加。葉表結(jié)構(gòu)對抗沖刷能力有顯著影響,革質(zhì)葉片的大葉黃楊更容易滯塵及沖刷(TSP滯塵量(1959.38±83.57)mg/m2,小雨沖刷量可達(dá)到(775.06±33.99)mg/m2);具絨毛結(jié)構(gòu)的葉表滯塵能力較低(如欒樹),同時抗沖刷能力較強(qiáng);具條狀葉表結(jié)構(gòu)的銀杏對細(xì)顆粒物(PM2.5)的抗沖刷能力最低(中雨P(guān)M2.5沖刷量(426.55±40.83.99)mg/m2)。在降雨充足的環(huán)境中,易反復(fù)滯塵且容易沖刷的樹種更具有去除空氣中顆粒物的優(yōu)勢,如大葉黃楊、杜仲、五角楓;降雨不足環(huán)境中,大葉黃楊、銀杏更具有反復(fù)滯留PM2.5的優(yōu)勢。建議北方城市森林綠化建設(shè)中栽植可反復(fù)滯塵的大葉黃楊和去除細(xì)顆粒物能力強(qiáng)的銀杏。降雨不足的時候,亦可人工沖刷去除植物表面滯留顆粒物,增大沖刷水強(qiáng),有助于去除細(xì)顆粒物,從而再次滯塵。

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