王 琴,馮晶紅,黃 奕,王鵬程,謝夢(mèng)婷,萬(wàn) 好,蘇澤琳,王仁鵬,王征洋,余劉思

湖北工業(yè)大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院, 武漢 430068

近年來(lái),隨著我國(guó)高速的城市化進(jìn)程,工業(yè)燃料的燃燒、交通揚(yáng)塵、建筑施工揚(yáng)塵和生活廢氣排放量的驟增,導(dǎo)致嚴(yán)重的空氣污染問(wèn)題,已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類的健康和生活[1]?？諝庵械目倯腋☆w粒物(Total Suspended Particulate,簡(jiǎn)稱TSP,粒徑d≤100 μm)是國(guó)內(nèi)外大多數(shù)城市的首要污染物,聚集大量有害重金屬、酸性氧化物、有機(jī)物、細(xì)菌和病菌等[2]。越細(xì)小的顆粒物(Particulate Metter,PM)對(duì)人體的危害越大,PM10(d≤10 μm的顆粒物)會(huì)引起慢性鼻炎或支氣管炎等疾?。籔M2.5(d≤2.5 μm的顆粒物)則會(huì)誘發(fā)一系列呼吸系統(tǒng)、心腦血管疾病,嚴(yán)重的可危及生命[3]。此外,大氣中的懸浮顆粒物由于沉降困難,容易引發(fā)霧霾天氣,還會(huì)加劇城市溫室效應(yīng)[4]。

園林植物可以阻擋、過(guò)濾及吸滯大氣中的粉塵顆粒物,改善城市大氣污染狀況[5-6]。由于不同城市的大氣污染特征不同,園林植物分布也存在差異,利用園林植物進(jìn)行大氣污染治理的措施也就不同。而在同一城市,不同植物具有各自獨(dú)特的葉表面微形態(tài)結(jié)構(gòu),植物的滯塵能力和機(jī)制也存在明顯差異[7]。因此,在城市大氣污染治理中,針對(duì)地域特性和植物分布特點(diǎn),篩選具有較強(qiáng)滯塵能力的綠化樹種,并進(jìn)一步開展綠化樹種滯塵機(jī)制研究,可以為城市綠化樹種的合理配置提供理論依據(jù)。

目前,我國(guó)學(xué)者在城市園林植物滯塵能力與機(jī)制等方面的研究,主要集中在北京[8-12]、西安[13]、南京[14-15]、青島[16-17]、廣州[18]、昆明[19-20]等城市,武漢作為我國(guó)中部地區(qū)的核心城市,關(guān)于綠化樹種滯塵機(jī)制的研究還不夠深入。周志翔[21]、陳芳[22]、余曼[23]、謝子瑞[24]等對(duì)武漢市廠區(qū)、城區(qū)主干道、園林綠地內(nèi)的不同植物種類的滯塵能力進(jìn)行了比較,宏觀上分析了不同植物的葉表面特性、樹冠結(jié)構(gòu)、枝葉密集程度等與滯塵能力的關(guān)系。但這些研究主要集中于綠化樹種對(duì)總懸浮顆粒物(TSP)的滯留能力,缺乏對(duì)細(xì)微顆粒物(PM10和PM2.5)滯留能力的定量研究；對(duì)葉面微結(jié)構(gòu)的研究也僅停留在電鏡掃描觀察與分析上,缺乏對(duì)葉表面微結(jié)構(gòu)的量化數(shù)據(jù)與植物滯塵能力的相關(guān)性分析。

研究表明,與灌木和草本相比,喬木憑借其碩大的林冠、復(fù)雜的枝葉結(jié)構(gòu)和較多的葉片數(shù)量,更有利于截留、阻擋與吸附大氣中的粉塵[8,25]。為了研究武漢市不同樹種對(duì)各粒徑顆粒物的滯留能力以及葉表面特征對(duì)滯塵能力的影響,本文選取武漢城區(qū)15種常見的園林闊葉喬木,測(cè)定各喬木單位葉面積對(duì)TSP、PM>10、PM10和PM2.5的吸滯量,對(duì)比和分析不同樹種滯留各粒徑顆粒物的能力；并通過(guò)掃描電鏡觀察葉表面微結(jié)構(gòu)特征,準(zhǔn)確量化各項(xiàng)微結(jié)構(gòu)參數(shù),分析這些微結(jié)構(gòu)特征與植物滯塵量之間的關(guān)系,從微觀上解釋各樹種滯塵能力差異的原因,為武漢市大氣污染治理過(guò)程中合理選擇綠化樹種提供理論依據(jù)。

1 研究地概況

1.1 采樣點(diǎn)概況

采樣地點(diǎn)為武漢市洪山區(qū)巡司河風(fēng)情公園綠化帶,該綠化帶長(zhǎng)2.3 km,寬為56 m,距離南李路主干道約2 m,附近車流量大,且有地鐵施工,汽車尾氣及揚(yáng)塵污染嚴(yán)重。

1.2 供試植物種類

本研究選取了武漢市區(qū)常見的15種園林闊葉喬木進(jìn)行滯塵能力比較,包括8種常綠喬木：香樟、桂花、石楠、廣玉蘭、女貞、山杜英、構(gòu)樹和樂(lè)昌含笑,7種落葉喬木：二球懸鈴木、欒樹、銀杏、加楊、玉蘭、日本晚櫻、烏桕。經(jīng)調(diào)查和統(tǒng)計(jì),15 種喬木在巡司河風(fēng)情公園均有分布,且每種數(shù)量在10株以上,因此,所有的采樣均在此區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。

2 研究方法

2.1 樣品采集與處理

研究發(fā)現(xiàn),降雨量在15 mm以上,降雨強(qiáng)度達(dá)到30 mm/h的降水,可以沖刷掉葉片上90%的粉塵,然后重新開始粉塵積累[26]。本研究于2017年9—11月份降雨后第7天進(jìn)行3次采樣。為了保證采樣環(huán)境的一致性,各樹種的采樣時(shí)段均為每天9:00—11:00,采樣喬木均在距離道路邊界10 m范圍內(nèi),采樣高度為離地面2 m左右,每個(gè)樹種選擇3株生長(zhǎng)狀況較一致的喬木,在樹冠外圍的東、南、西、北4個(gè)方位,分為上、中、下3個(gè)層次隨機(jī)采集健康完整的葉片,單葉較大者采集20—30片,較小者采集50—60片,每個(gè)樹種重復(fù)采樣3次,并將葉片小心裝入封口帶,立即帶回實(shí)驗(yàn)室處理。

2.2 葉面滯塵量的測(cè)定

本試驗(yàn)采用3級(jí)濾膜過(guò)濾法測(cè)定各喬木單位葉面積附著不同粒徑顆粒物的情況[27]。將每種植物采集的葉片放入蒸餾水中浸泡2小時(shí),并用軟毛刷小心清洗葉片正、反面的粉塵,隨后小心夾出葉片,將清洗液依次用10 μm、2.5 μm、0.2 μm孔徑的濾膜(美國(guó)Whatman,聚碳酸酯膜)過(guò)濾,過(guò)濾后的濾膜放入恒溫干燥箱(溫度設(shè)定60℃)烘干,再用萬(wàn)分之一天平(賽多利斯)稱質(zhì)量,與3種干凈濾膜的質(zhì)量差即為不同顆粒物的滯留量,孔徑為10.0 μm、2.5 μm和0.2 μm的濾膜上的顆粒物分別視為PM>10、PM2.5—10、PM2.5,粉塵顆粒物的總質(zhì)量TSP為三者質(zhì)量之和,PM10的質(zhì)量為PM2.5—10與PM2.5的質(zhì)量之和。清洗晾干后的葉片采用活體葉面積儀(YMJ-B,浙江托普)測(cè)量單面面積,每種植物葉片單面面積之和為樣品葉片總面積。

計(jì)算各植物TSP、PM>10、PM10、PM2.5滯留量與葉片總面積的比值,得到單位葉面積上各粒徑顆粒物的滯留量。

2.3 葉表面微觀結(jié)構(gòu)觀測(cè)

為了觀察葉表面的微觀結(jié)構(gòu)(表皮毛、氣孔密度和大小、溝槽寬度和深度、蠟質(zhì)層、晶狀體等)和粉塵附著情況,每種植物隨機(jī)選擇3片新采摘的、健康無(wú)破損的葉片,避開主葉脈隨機(jī)切取5 mm×5 mm的正方形樣品若干,每個(gè)樣品經(jīng)過(guò)固定后用場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡(Hitachi SU- 8010)在低真空模式(10.0 kV)下觀察并拍照。分別選擇5張放大倍數(shù)為200倍、500倍和1000倍的掃描電鏡圖統(tǒng)計(jì)葉片表皮毛數(shù)量、氣孔密度、氣孔長(zhǎng)度和寬度、溝槽寬度。

2.4 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 22. 0(IBM,USA)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和聚類分析。不同樹種單位葉面積滯留的TSP、PM>10、PM10和PM2.5用單因素方差分析法(one-way ANOVA)進(jìn)行差異分析,若差異顯著則用LSD法(least-significant difference)進(jìn)行多重比較。采用偏相關(guān)法分析樹種葉片微形態(tài)參數(shù)與滯塵能力之間的關(guān)系。

3 結(jié)果分析

3.1 不同樹種單位葉面積滯塵能力比較

由圖1可以看出,各樹種單位葉面積TSP、PM>10、PM10和PM2.5的滯留量變化范圍分別為0.235—1.893,0.171—1.487,0.023—0.358 g/m2和0.006—0.058 g/m2,樹種之間滯塵量存在顯著性差異(P<0.05)。各樹種單位葉面積滯留PM10和PM2.5的質(zhì)量分別占總粉塵量(TSP)的比例為3.6%—33.9%和0.7%—8.9%。

根據(jù)圖1和圖2可知,15種喬木單位葉面積滯塵能力可劃分為3或4個(gè)等級(jí)。各樹種TSP和PM>10滯留能力的等級(jí)劃分一致,最強(qiáng)的是二球懸鈴木、石楠和桂花,三者之間差異顯著,單葉面積TSP和PM>10滯留量分別為1.287—1.893 g/m2和1.060—1.487 g/m2；中等的是女貞、玉蘭、日本晚櫻、欒樹和山杜英,兩兩之間差異不顯著,單葉面積TSP和PM>10滯留量分別為0.632—0.834 g/m2和0.563—0.781 g/m2；最弱的是廣玉蘭、樂(lè)昌含笑、香樟、烏桕、銀杏、構(gòu)樹和加楊,兩兩之間差異亦不顯著,單葉面積TSP和PM>10滯留量分別為0.235—0.528 g/m2和0.171—0.430 g/m2；單位葉面積TSP和PM>10滯留量最大的是二球懸鈴木,最小的是加楊,兩種滯塵量前者是后者的7.8倍和8.7倍。PM10滯留能力最強(qiáng)的是二球懸鈴木(0.358 g/m2),較強(qiáng)的是女貞、石楠、桂花(0.178—0.211 g/m2),中等的是日本晚櫻、樂(lè)昌含笑、香樟和烏桕(0.113—0.155 g/m2),最弱的是欒樹、構(gòu)樹、廣玉蘭、山杜英、加楊、銀杏和玉蘭(0.023—0.057 g/m2)；單位葉面積PM10滯留量最大的二球懸鈴木是滯留量最小的玉蘭的18倍。PM2.5滯留能力最強(qiáng)的是石楠、桂花、二球懸鈴木和廣玉蘭(0.047—0.058 g/m2),較強(qiáng)的是樂(lè)昌含笑、欒樹、日本晚櫻和女貞(0.038—0.043 g/m2),中等的是的是香樟、烏桕、銀杏、構(gòu)樹、山杜英、加楊(0.016—0.027 g/m2),最弱的是玉蘭(0.006 g/m2)；單位葉面積PM2.5滯留量最大的石楠是滯留量最小的玉蘭的9.7倍。

通過(guò)比較可以看出,綜合滯塵能力最強(qiáng)的植物是二球懸鈴木、桂花和石楠,除以上3者外,女貞和廣玉蘭分別有較強(qiáng)的滯留PM10和PM2.5的能力,加楊滯留TSP和PM>10的能力最弱,玉蘭滯留PM10和PM2.5的能力最弱。

圖1 15種喬木單位葉面積TSP、PM>10、PM10和PM2.5 滯留量Fig.1 The amount of TSP, PM>10, PM10 and PM2.5 on unit leaf area of 15 tree speciesTSP：總懸浮顆粒物；PM>10：直徑大于10μm的細(xì)微顆粒物；PM10：直徑在2.5—10μm范圍的細(xì)微顆粒物；PM2.5：直徑在0.2—2.5μm范圍的細(xì)微顆粒物；不同小寫字母表示各物種TSP、PM>10、PM10和PM2.5滯留量的Duncan多重比較結(jié)果在0.05水平上差異顯著

圖2 15種喬木滯塵能力的聚類分析Fig.2 Clustering analysis on dust detention ability of 15 tree species

3.2 不同植物葉表微結(jié)構(gòu)分析

利用電鏡掃描對(duì)15種喬木葉片的表皮毛、氣孔分布、褶皺結(jié)構(gòu),以及粉塵附著情況等進(jìn)行顯微觀察,結(jié)果如圖3所示：(1)滯塵能力最強(qiáng)的二球懸鈴木葉片上、下表面均有密集的分枝毛結(jié)構(gòu),且葉表面粗糙,具明顯的溝槽和氣孔結(jié)構(gòu),可見顆粒物附著于分枝毛及溝槽間隙；(2)桂花和石楠的葉表面較平整,但二者表面均有明顯的鱗片狀蠟質(zhì)結(jié)構(gòu),附著有較多的顆粒物；(3)女貞和日本晚櫻葉片下表面氣孔周圍有較窄的褶皺和深溝槽,這些結(jié)構(gòu)有利于粉塵的滯留,但二者上表面溝槽較淺或較平整,不利于粉塵的穩(wěn)定固著；(4)玉蘭葉片上表面被有表皮毛,下表面分布有起伏的氣孔,可見部分顆粒物滯留于表皮毛和氣孔周圍下陷的溝槽處,但葉片上、下表面的溝槽均較淺,也不利于粉塵的穩(wěn)定固著。(5)欒樹上、下表面有密集的條紋溝槽和凸起結(jié)構(gòu),可以滯留部分粉塵,但上、下表面的溝槽間距均小于2μm,不利于大顆粒物的附著。(6)山杜英上、下表面較平整,紋理不顯著,下表面分布少量毛狀結(jié)構(gòu),滯留顆粒物較少。(7)廣玉蘭葉片上表面比較光滑平整,不利于顆粒物滯留,下表面分布有密集的絨毛,有利于細(xì)小顆粒物的滯留。(8)樂(lè)昌含笑上、下表面相對(duì)平整,沒(méi)有明顯的突起和下陷,這些結(jié)構(gòu)都不利于顆粒物附著。(9)香樟葉片上表面平展光滑,粉塵不易附著,下表面被有密集白粉,遮蓋氣孔結(jié)構(gòu),表面顆粒物分布較少。(10)烏桕葉片上、下表面均有不規(guī)則的凸起和溝槽,同時(shí)被有密集的片狀晶體結(jié)構(gòu),具有一定疏水性,不利于粉塵的附著。(11)銀杏葉片上表面細(xì)胞為長(zhǎng)條形,沿葉脈方向形成條紋狀淺溝槽,下表面細(xì)胞凸起,氣孔下陷,溝槽及細(xì)胞縫隙可見滯留的粉塵顆粒。(12)構(gòu)樹葉片上表面粗糙,密被直徑70—80 μm的錐形毛,周圍形成密集條紋突起,溝槽間距小,下表面密被氣孔和白色棉毛,這些結(jié)構(gòu)都有利于粉塵顆粒物的附著。(13)加楊葉片上、下表面平整,均有氣孔分布,細(xì)胞之間有較淺的溝槽,分布少量細(xì)小顆粒物。

圖3 15種喬木葉表面微形態(tài)掃描電鏡圖像Fig.3 The SEM images of particulate matter morphology on leaf surface of 15 tree species

由以上觀察結(jié)果可以看出,不同植物對(duì)粉塵顆粒物的附著能力不同。(1)葉片表面粗糙有利于粉塵顆粒物的附著,如二球懸鈴木；葉表面平整光滑不利于粉塵滯留,如廣玉蘭、樂(lè)昌含笑、香樟和加楊。(2)葉片表面被蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)容易使粉塵顆粒物吸附,如桂花和石楠；而葉表被疏水性的晶體結(jié)構(gòu)不利于粉塵的附著,如烏桕。(3)葉片表面溝槽的深度和寬度對(duì)葉片滯留粉塵能力有很大影響,溝槽較深,寬度適中有利于顆粒物滯留,如二球懸鈴木、女貞和日本晚櫻；而溝槽較淺,寬度太窄或太寬都不利于粉塵顆粒物附著,如玉蘭和銀杏。

3.3 植物葉表微結(jié)構(gòu)與滯塵能力的關(guān)系

為了進(jìn)一步分析植物的葉表微結(jié)構(gòu)對(duì)滯塵能力的影響,本研究對(duì)各喬木葉表微結(jié)構(gòu)(表皮毛數(shù)量、下表皮氣孔密度、氣孔長(zhǎng)度和寬度、上下表皮的溝槽寬度)和滯塵量(單位葉面積滯留TPS和PM2.5質(zhì)量)進(jìn)行量化統(tǒng)計(jì)(表1),同時(shí)對(duì)兩者進(jìn)行偏相關(guān)分析(表2)。結(jié)果表明,葉片的表皮毛數(shù)量、氣孔密度、氣孔長(zhǎng)度及寬度與單位葉面積TSP和PM2.5滯留量均未達(dá)到顯著性相關(guān),但上、下表皮溝槽的寬度與樹種的滯塵能力密切相關(guān)。本研究中,上表皮的溝槽寬度與葉片單位面積PM2.5滯留量呈顯著負(fù)相關(guān)(R2=-0.588；P=0.027),表明葉片上表皮溝槽寬度增加,葉表面滯留的PM2.5質(zhì)量呈下降趨勢(shì)。下表皮的溝槽寬度與葉片單位面積滯留TSP呈極顯著正相關(guān)(R2=0.712；P=0.004),與葉片單位面積滯留PM2.5呈顯著負(fù)相關(guān)(R2=-0.648；P=0.012),表明葉片下表皮的溝槽寬度增加時(shí),單位面積滯留的粉塵總顆粒物(TSP)隨之增加,而滯留的PM2.5呈下降趨勢(shì)。因此,在一定范圍內(nèi),上、下表皮的溝槽寬度越小時(shí),越有利于細(xì)微顆粒物(PM2.5)的滯留,而當(dāng)下表皮的溝槽寬度增加時(shí),有利于粉塵總顆粒(TSP)的滯留。

表1 15種喬木葉片表面微結(jié)構(gòu)參數(shù)

TN,表皮毛數(shù)量Trichome number of epidermis；SD,下表皮氣孔密度Stomata density of lower epidermis；SL,氣孔長(zhǎng)度Stomata length；SW,氣孔寬度Stomata width；GWU,上表皮溝槽寬度Groove width of upper epidermis；GWL,下表皮溝槽寬度Groove width of lower epidermis；UTSP,單位葉面積TSP, Unifoliate TSP；UPM2.5,單位葉面積PM2.5,Unifoliate PM2.5

表2 植物葉表微結(jié)構(gòu)參數(shù)與滯塵能力之間的相關(guān)性

4 討論

4.1 各樹種不同粒徑粉塵顆粒物滯留能力的比較

不同樹種對(duì)各粒徑粉塵顆粒物的滯留能力存在明顯差異。根據(jù)聚類分析的結(jié)果,二球懸鈴木、石楠和桂花單位葉面積滯留TSP、PM>10的能力均大于其他樹種,滯留PM10能力最強(qiáng)的是二球懸鈴木,但是滯留PM2.5能力最強(qiáng)的植物卻是石楠和桂花。另外,女貞滯留TSP和PM10的能力分別排第4和第2,但是滯留PM>10和PM2.5的能力僅排第6和第8；廣玉蘭滯留TSP、PM>10、PM10的能力均較弱,但是滯留PM2.5的能力卻較強(qiáng)。其他研究者也得到類似的結(jié)果,賈彥等[28]發(fā)現(xiàn)雖然紅桎木葉片滯塵量只有桂花樹的一半,但PM2.5的滯留量卻相差不大。楊佳等[9]的研究中,在同一地點(diǎn),元寶楓單位葉面積PM滯留量較強(qiáng),但是PM2.5—10滯留量卻較小。由此可知,樹種單位葉面積總粉塵顆粒物(TSP)的滯留能力不能決定各粒徑顆粒物的滯留能力。這與葉片表面的微觀結(jié)構(gòu),包括葉片的粗糙程度、表面絨毛的密度與長(zhǎng)短、溝槽的寬度與深度、氣孔數(shù)量與形狀等都有密切關(guān)系[13,18,29]。

本研究中,各供試喬木單位葉面積滯留PM10和PM2.5占總粉塵量TSP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍分別為3.6%—33.9%和0.7%—8.9%,即葉片表面滯留的粉塵以大于10 μm的粗顆粒物為主。張桐等[7]的研究也表明,北京6種供試樹種吸附的顆粒物粒徑分布主要在10—50 μm,PM10和PM2.5占總顆粒物的比分別為15.16%—23.79%和4.69%—7.66%,與本研究結(jié)果一致。謝濱澤等[30]、Sb?等[31]測(cè)定供試植物單位葉面積PM2.5滯留量占TSP平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為13.77%和12.37%,與本研究結(jié)果相差不大。但是,趙松婷等[32]的研究結(jié)果卻顯示,供試樹種葉表顆粒物主要為PM10和PM2.5,占到總顆粒物的60%—90%以上。分析研究結(jié)果存在差異的原因可能有3個(gè)方面：(1)不同城市的粉塵污染源不一樣,導(dǎo)致空氣中的TSP濃度和各粒徑顆粒物的分布比例有所不同[30]；(2)不同植物葉表面的微結(jié)構(gòu)差異較大,對(duì)不同粒徑顆粒物的滯留能力也存在明顯差別[17]。(3)不同研究者的統(tǒng)計(jì)方式不一,細(xì)顆粒物PM10和PM2.5由于體積小,數(shù)量足,易被植株葉片大量吸附,按數(shù)量比統(tǒng)計(jì)的結(jié)果會(huì)比較高,然而其單位體積和單位質(zhì)量遠(yuǎn)不及大顆粒物(d>10 μm),總重量和總體積相應(yīng)比例也較低[33]。

4.2 葉表面微形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)樹種滯塵能力的影響

不同樹種滯留粉塵顆粒物的能力主要取決于植物葉片表面的微觀結(jié)構(gòu)。葉表面較粗糙[25,32]、具有大量的溝槽和突起結(jié)構(gòu)[34]有利于增加粉塵顆粒物與葉表面之間的接觸面積和物理作用力,使得滯留的粉塵不易從葉面脫落[20]；葉表面光滑或具有平滑片狀組織的植物對(duì)粉塵顆粒物的吸附能力較差[35-36]。本研究中二球懸鈴木葉片上、下表面粗糙、褶皺分布密集,有利于粉塵顆粒物滯留在葉表面溝縫間隙中,其單位葉面積各粒徑顆粒物的滯塵能力在聚類分析中排第一；而葉片表面光滑平整、溝槽數(shù)量少的植物如香樟、樂(lè)昌含笑、楊樹的滯塵能力則比較弱。此外,植物葉表粉塵顆粒物的滯留量與溝槽的深度和寬度有關(guān),較深的溝槽可攔截較多顆粒物,較淺的溝槽使葉片表面粗糙度降低,顆粒物吸附量減少[10,36]；葉表面溝槽較窄時(shí)對(duì)PM2.5等粒徑細(xì)小的顆粒物表現(xiàn)出較強(qiáng)的滯留能力,而溝槽較寬時(shí),細(xì)小的顆粒物不易在葉表溝槽間隙中固著[28,30]。在本研究中,銀杏和玉蘭的葉表分布有大量溝槽,但溝槽深度淺,寬度大,其對(duì)PM2.5的滯留能力也相應(yīng)較弱。通過(guò)分析葉表顯微結(jié)構(gòu)參數(shù)與滯塵能力之間的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)植物葉表面溝槽寬度與植物滯塵能力顯著相關(guān),上下表面的溝壑寬度越小時(shí),越有利于細(xì)微顆粒物(PM2.5)的滯留,而當(dāng)下表面的溝壑寬度增加時(shí),有利于粉塵總顆粒(TSP)的滯留,此結(jié)論與李艷梅等[20,30]的研究一致。

植物葉片表面覆蓋的蠟質(zhì)層也是影響粉塵顆粒物滯留量的重要因素。葉表面滯留的粉塵中一些化學(xué)物質(zhì)可以通過(guò)親脂性通道富集在角質(zhì)層或者表皮蠟質(zhì)層[37]。一些研究者發(fā)現(xiàn),植物滯塵量與葉片表面蠟質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)[31,38]。孫曉丹等[17]、高國(guó)軍等[39]發(fā)現(xiàn)大葉黃楊的蠟質(zhì)層對(duì)不同粒徑顆粒物具有較強(qiáng)的吸附能力,能夠有效降低城市中的大氣顆粒物。林鑫濤[33]等發(fā)現(xiàn),青岡、冬青、紅花檵木的單位葉面積蠟質(zhì)滯塵量分別占其總滯塵量的70.0%、62.6%和63.1%,顆粒物主要滯留于蠟質(zhì)層中。本研究中,石楠和桂花的顯微結(jié)構(gòu)可以看出,其表面較平整,但覆蓋有較厚的蠟質(zhì)層,在15種喬木的聚類分析中,這兩種植物的綜合滯塵能力也較高,可見植物的滯塵能力與葉表面蠟質(zhì)層呈正相關(guān),與以上研究者的結(jié)論一致。有的學(xué)者則持不同觀點(diǎn),認(rèn)為葉片表面的蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)的疏水性使葉片表面與粉塵顆粒物的接觸角變小,導(dǎo)致植物的滯塵能力減弱[18,23,40]。王會(huì)霞等[13]發(fā)現(xiàn),植物表面微結(jié)構(gòu)影響植物的接觸角、潤(rùn)濕性和表面自由能,從而對(duì)植物的滯塵能力產(chǎn)生影響。因此,可以以植物葉表的蠟質(zhì)層與葉片接觸角、潤(rùn)濕性和表面自由能的關(guān)系為切入點(diǎn),進(jìn)一步探究葉片表面蠟質(zhì)含量對(duì)植物滯塵能力的影響。

5 結(jié)論

(1)武漢市15種常見的闊葉喬木對(duì)不同粒徑顆粒物的滯留能力差異顯著,根據(jù)聚類分析,15種喬木的滯塵能力可以劃分為3到4個(gè)等級(jí),其中,二球懸鈴木、桂花和石楠的綜合滯塵能力最強(qiáng)。另外,女貞和廣玉蘭分別具有較強(qiáng)的滯留PM10和PM2.5的能力。

(2)各喬木葉片表面的微形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)植物滯留不同粒徑粉塵的能力影響很大。葉表面粗糙,或被有蠟質(zhì)層的植物有利于粉塵顆粒物的附著。相關(guān)性分析表明,植物單位葉面積滯塵量與葉表面溝槽的寬度顯著相關(guān),上下表面的溝槽寬度越小時(shí),越有利于細(xì)微顆粒物(PM2.5)的滯留,而下表面的溝槽寬度增加時(shí),有利于粉塵總顆粒物(TSP)的滯留。

(3)在武漢以治理大氣粉塵污染為目標(biāo)進(jìn)行城市綠化時(shí),可考慮選擇二球懸鈴木、桂花和石楠等滯塵能力強(qiáng)的樹種,葉表面粗糙度、蠟質(zhì)含量和溝槽寬度可作為評(píng)價(jià)綠化樹種滯塵能力的主要指標(biāo)。

致謝：感謝新西蘭奧塔哥大學(xué)(University of Otago)Jennifer Smith博士對(duì)寫作的幫助。