鄭瑤瑤， 李曉燕， 張 翠， 龍翠玲

（1.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng)550025； 2.鄲城縣第一高級(jí)中學(xué)，河南 周口477150）

0 引言

城市化進(jìn)程加快，經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，但生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，大氣污染加劇，灰塵產(chǎn)生逐漸增多.城市灰塵中的Pb可能是影響人體血液中毒和貧血的誘因，Cd導(dǎo)致致畸現(xiàn)象，Zn可能提高人體心臟病、高血壓等的患病概率［1-4］.眾多研究結(jié)果顯示，許多樹(shù)種葉片不僅能滯留大氣降塵，而且能有效吸滯灰塵中的重金屬，樹(shù)種葉片的吸附、滯留作用，逐漸成為緩解城市大氣污染壓力、提高城市空氣質(zhì)量的有效途徑［5］.目前，已有學(xué)者對(duì)不同樹(shù)種葉片滯塵與吸滯重金屬能力、吸滯顆粒物粒徑分布、季節(jié)分布、空間分布、葉片表面結(jié)構(gòu)特征與滯塵的關(guān)系等進(jìn)行了一系列的研究［4，6-9］，但大多數(shù)研究只是局限于某一個(gè)小環(huán)境或單個(gè)城市，對(duì)某一樹(shù)種葉片在不同城市滯塵及吸滯重金屬含量的比較研究還有所欠缺.為了從總體上評(píng)估常見(jiàn)樹(shù)種葉片滯塵及吸滯重金屬的能力，通過(guò)文獻(xiàn)研究，收集5種常見(jiàn)綠化樹(shù)種在不同城市滯塵數(shù)據(jù)及6種常見(jiàn)綠化樹(shù)種吸滯重金屬的數(shù)據(jù)，分析其滯塵及吸滯重金屬的能力.

1 文獻(xiàn)選擇與數(shù)據(jù)處理

主要選用2004—2018年的研究文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)主要通過(guò)在全年或夏秋季采集樹(shù)葉樣本獲得灰塵樣品，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES）、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）或原子吸收分光光度計(jì)（AAS）測(cè)定重金屬含量.為提高數(shù)據(jù)的可比性，本著選用相近的采樣年限和時(shí)段、相同或相似采樣和測(cè)試方法的原則，對(duì)多份文獻(xiàn)采樣樣本的城市進(jìn)行文獻(xiàn)篩選.研究的樣本城市列于表1和表2.

表1 5種樹(shù)種葉片滯塵選擇的樣本城市Tab.1 Sample cities selected for leaf dust retention in five tree species

表2 6種樹(shù)種葉片吸滯重金屬選擇的樣本城市Tab.2 Sample cities selected for leaf stagnation heavy metals in six tree species

利用Excel和SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理和單因素方差分析.

計(jì)算樹(shù)種葉片對(duì)單個(gè)重金屬元素的累積系數(shù)

其中，Ri為樹(shù)種葉片吸滯重金屬相對(duì)于當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸档睦鄯e系數(shù)，i代表Pb、Cd、Cu、Zn等4種元素，Ci背景值是城市土壤重金屬背景值.

2 結(jié)果

2.1 不同樹(shù)種葉片滯塵能力

2.1.1 不同樹(shù)種葉片滯塵量 結(jié)合圖1和計(jì)算結(jié)果知，從幾何均值來(lái)看，5種樹(shù)種葉片的滯塵能力由大到小順序?yàn)榇笕~黃楊＞紫葉李＞銀杏＞香樟＞垂柳.經(jīng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，大葉黃楊的滯塵量顯著高于香樟（P＝0.048），垂柳的滯塵量顯著低于紫葉李（P＝0.012）和大葉黃楊（P＝0.010）.比較樹(shù)種滯塵量最大值發(fā)現(xiàn)，紫葉李滯塵量最大值遠(yuǎn)高于其他4個(gè)樹(shù)種.不同樹(shù)種葉片在不同城市滯塵量變異度的大小順序?yàn)橄阏粒?.26）＞銀杏（1.07）＞紫葉李（0.98）＞垂柳（0.62）＞ 大葉黃楊（0.51），香樟葉片滯塵量的變異度遠(yuǎn)高于其他4個(gè)樹(shù)種，這表明香樟作為常用綠化樹(shù)種之一，總體滯塵量不穩(wěn)定，可能是由于香樟種植城市的空中飄塵存在質(zhì)量濃度差異所導(dǎo)致.

圖1 5種樹(shù)種葉片滯塵分布圖Fig.1 Leaves dust distribution map of five tree species

2.1.2 樹(shù)種葉片滯塵量與生長(zhǎng)高度的關(guān)系 根據(jù)表1采樣樹(shù)種的基本信息，統(tǒng)計(jì)5種樹(shù)種葉片滯塵量和生長(zhǎng)高度的幾何均值（見(jiàn)圖2）.由圖2知，大葉黃楊的生長(zhǎng)高度最低，滯塵量卻高于其他4樹(shù)種，兩者變化的總體趨勢(shì)顯示，樹(shù)種生長(zhǎng)高度越低，其滯塵量越高，可能樹(shù)種葉片的滯塵主要來(lái)自地表細(xì)粒級(jí)灰塵的揚(yáng)起.王丹丹等［55］研究結(jié)果也表明圓柏滯塵與采樣高度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與本文研究結(jié)果一致.

圖2 5種樹(shù)種葉片滯塵與生長(zhǎng)高度關(guān)系圖Fig.2 Relationship between leaves dust retention and growth height of five tree species

2.1.3 不同樹(shù)種葉片每周滯塵能力比例 葉片在不同時(shí)間段滯塵量有些許差異，為了研究在不同時(shí)間樹(shù)種葉片滯塵量差異情況，收集表1中部分樣本城市樹(shù)種葉片在雨后第一周和第二周分別采樣獲取的滯塵量數(shù)據(jù)，用第二次采樣的滯塵量減去第一次采樣的滯塵量，得到葉片雨后第二周的滯塵量數(shù)據(jù)，2次滯塵量數(shù)據(jù)分別除以總滯塵量（第二次采樣的滯塵量數(shù)據(jù)），得出2次滯塵量分別占總滯塵量的比例情況（見(jiàn)圖3）.探討分析原因，由于大葉黃楊在雨后兩周滯塵的研究樣本不足，故在此對(duì)大葉黃楊每周滯塵能力不做比較.

圖3顯示，在4種樹(shù)種葉片滯塵中，第一周滯塵量占總滯塵量的比例較大.有15個(gè)城市第一周葉片滯塵量占總滯塵量的60%以上，5個(gè)城市在50%～60%之間，僅有6個(gè)城市第一周葉片滯塵量占總滯塵量的50%以下，相比第一周而言，除少部分城市外，大部分城市樹(shù)種葉片在第二周的滯塵能力增加幅度降低，而阜新和撫順的銀杏、阜新的垂柳在第二周滯塵量不增反降.

圖3 每周滯塵量占總滯塵量的比例Fig.3 proportion of weekly dust retention in total dust retention

總體上，銀杏、垂柳、紫葉李、香樟4樹(shù)種葉片滯塵量均表現(xiàn)出第一周大于第二周的特點(diǎn).

可能受外力作用的影響，阜新和撫順的銀杏、阜新的垂柳葉片累積的灰塵在第二周減少，其他城市的樹(shù)種葉片滯塵量則一直平穩(wěn)增加，由于樹(shù)種葉片表面積有限，樹(shù)種葉片有限的表面積上不斷積累增加灰塵，導(dǎo)致葉片滯塵量逐漸趨向于飽和，當(dāng)滯塵達(dá)到飽和時(shí)，滯塵量便不再增加或增加幅度較小，直到下次大雨過(guò)后樹(shù)種葉片再重新滯塵.

2.2 不同樹(shù)種葉片對(duì)重金屬吸滯能力差異結(jié)合圖4可知，從幾何均值來(lái)看，6種樹(shù)種葉片對(duì)Pb的吸滯能力由大到小順序?yàn)殂y杏＞欒樹(shù)＞圓柏＞國(guó)槐＞紫葉李＞臭椿，統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)無(wú)顯著性差異；但國(guó)槐吸滯Pb的最大值遠(yuǎn)高于其他5種樹(shù)種，國(guó)槐對(duì)Pb的最大吸滯量分別是銀杏、欒樹(shù)、圓柏、臭椿和紫葉李的1.53、1.40、2.20、3.68和5.32倍.

圖4 6種樹(shù)種葉片吸滯重金屬分布圖Fig.4 Heavy metals distribution map of leaves of six tree species

樹(shù)種葉片對(duì)Cd的吸滯能力由大到小順序?yàn)槌舸唬緢A柏＞國(guó)槐＞銀杏＞紫葉李＞欒樹(shù)，統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)無(wú)顯著性差異；圓柏吸滯Cd的最大值遠(yuǎn)高于其他5種樹(shù)種，圓柏對(duì)Cd的最大吸滯量分別是國(guó)槐、銀杏、欒樹(shù)、臭椿和紫葉李的2.97、5.87、13.2、1.16和1.55倍，說(shuō)明圓柏對(duì)Cd具有較大的吸滯潛能.

樹(shù)種葉片對(duì)Cu的吸滯能力由大到小順序?yàn)閲?guó)槐＞欒樹(shù)＞圓柏＞臭椿＞紫葉李＞銀杏，統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)顯示，國(guó)槐的Cu吸滯量顯著高于銀杏 （P＝0.011）；且國(guó)槐吸滯Cu的最大值遠(yuǎn)高于其他5種樹(shù)種，分別是銀杏、欒樹(shù)、圓柏、臭椿和紫葉李最大吸滯量的4.11、2.52、1.13、1.34和2.28倍，說(shuō)明國(guó)槐對(duì)Cu具有較大的吸滯能力.

樹(shù)種葉片對(duì)Zn的吸滯能力由大到小順序?yàn)樽先~李＞國(guó)槐＞欒樹(shù)＞圓柏＞銀杏＞臭椿，統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)無(wú)顯著性差異；國(guó)槐吸滯Zn的最大值遠(yuǎn)高于其他5種樹(shù)種，分別是銀杏、欒樹(shù)、圓柏、臭椿和紫葉李最大吸滯量的3.10、1.79、1.53、3.42和2.01倍，說(shuō)明紫葉李和國(guó)槐，對(duì)Zn的吸滯能力大于其他樹(shù)種.

總之，就幾何均值而言，對(duì)Pb、Cd、Cu、Zn吸滯量最大的樹(shù)種依次為銀杏、臭椿、國(guó)槐和紫葉李；從最大值來(lái)看，國(guó)槐對(duì)Pb、Cu、Zn吸附潛能最大，圓柏對(duì)Cd吸附潛能最大.

3 討論

3.1 樹(shù)種生長(zhǎng)特性是影響葉片滯塵及吸滯重金屬能力的主要因素鄭蕾［63］研究認(rèn)為紫葉李之所以具有較強(qiáng)的滯塵能力，與其葉片表面粗糙有皺褶覆蓋，又有利于顆粒物的滯留這一特點(diǎn)是分不開(kāi)的.姜紅衛(wèi)等［21］則認(rèn)為垂柳的滯塵能力較弱，與垂柳的葉片懸垂向下，葉片輕軟，葉表平滑，枝條易隨風(fēng)擺動(dòng)有關(guān).本文的研究結(jié)果也表明紫葉李葉片滯塵潛能最大，垂柳葉片的滯塵能力低于其他樹(shù)種，與以上研究結(jié)果一致.大葉黃楊的生長(zhǎng)高度使得其葉片除了能吸滯空中灰塵外，還能夠承接道路二次揚(yáng)塵及機(jī)動(dòng)車(chē)行駛過(guò)程中的排放物［13］，因此，大葉黃楊滯塵能力大于其他樹(shù)種，研究結(jié)果與張家洋等［29］一致.魏麗婧［37］對(duì)延安綠化樹(shù)種吸滯重金屬研究結(jié)果表明，國(guó)槐對(duì)Pb、Cu、Zn具有較高吸滯能力，與本文研究結(jié)論一致，國(guó)槐葉片表面的細(xì)微絨毛，背面略微下陷的氣孔以及氣孔周?chē)募範(fàn)盥∑鸬忍卣鳎?6］，使得國(guó)槐對(duì)重金屬具有較大的吸滯能力.程玉良等［54］對(duì)道路綠化樹(shù)木葉片重金屬含量比較結(jié)果顯示，圓柏對(duì)Cd的吸滯能力較低，與本文結(jié)果有差異，原因可能在于采樣時(shí)間與種植地點(diǎn)周邊環(huán)境差異所導(dǎo)致.

3.2 氣象因素對(duì)葉片滯塵及吸滯重金屬能力的影響王會(huì)霞等［64］研究認(rèn)為2天的持續(xù)性降雨，當(dāng)降雨量分別達(dá)到14.8和17.1 mm時(shí)，女貞和珊瑚樹(shù)葉面滯塵量分別降低50%、62%；劉辰明等［65］的研究結(jié)果也表明，隨著降雨增大，葉片對(duì)各粒徑顆粒物去除能力也隨之增強(qiáng)；江勝利［66］研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)空氣濕度較大時(shí)，為葉面顆粒物累積創(chuàng)造了有利條件，因此空氣濕度會(huì)對(duì)樹(shù)種葉表滯留顆粒物能力產(chǎn)生重要影響；馬遠(yuǎn)等［67］研究認(rèn)為，較低的風(fēng)速有利于葉片滯塵，風(fēng)速較低時(shí)，樹(shù)種葉片滯塵量隨著風(fēng)速增大不斷增加，但當(dāng)風(fēng)速繼續(xù)增大時(shí)，各樹(shù)種葉片滯塵量則會(huì)出現(xiàn)不同程度的減少.在本文中，阜新和撫順的銀杏、阜新的垂柳在第二周葉片滯塵量減少，可能與測(cè)試期間發(fā)生大風(fēng)天氣有關(guān)，從而導(dǎo)致葉片滯塵量在外力作用下減少；杭州的銀杏、香樟，吉林的垂柳葉片在第二周滯塵量增幅較大，說(shuō)明葉片還有充足的滯塵空間，隨著時(shí)間推移，滯塵量也不斷增加，直至下次降雨來(lái)臨，在降雨的沖刷下，還未達(dá)到最大滯塵量的葉片將重新開(kāi)啟新一輪滯塵周期.王蕾等［68］研究表明針葉樹(shù)種在風(fēng)力達(dá)到5～6級(jí)時(shí)，葉面顆粒物并沒(méi)有出現(xiàn)減少的情況，并且當(dāng)外來(lái)沙塵入侵時(shí)，葉面顆粒物附著密度大幅度增加.陳錦旋［69］的研究結(jié)果顯示，風(fēng)向是導(dǎo)致不同方位樹(shù)葉滯塵量差異的重要原因；王晴晴等［70］研究發(fā)現(xiàn)來(lái)自不同方向的大氣氣團(tuán)攜帶的Cd、Cu不斷地積累，成為影響廣州PM2.5中重金屬濃度的重要因素.總的來(lái)說(shuō)，葉片滯塵及吸滯重金屬過(guò)程中受氣象因素影響頗大.

3.3 土壤背景值對(duì)葉片吸滯重金屬能力的影響6種樹(shù)種葉片對(duì)重金屬的吸滯相對(duì)于當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸档睦鄯e系數(shù)的幾何均值及最大值（表4）.從表4可知，國(guó)槐對(duì)Pb的累積系數(shù)的平均值處于次高水平，最大值在6種樹(shù)種中居于最高；圓柏對(duì)Cd的平均累積系數(shù)處于次高水平，但累積系數(shù)最高值高于其他5種樹(shù)種；Cu的累積系數(shù)差異也顯示圓柏對(duì)Cu的累積系數(shù)與當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境有關(guān)；國(guó)槐對(duì)Cu的吸滯量最大值高于其他5種樹(shù)種，說(shuō)明國(guó)槐對(duì)Cu有較大的累積潛能；對(duì)Zn而言，國(guó)槐表現(xiàn)出最大的累積能力，其累積系數(shù)平均值和最大值都為最高.因此，在扣除了不同城市土壤背景值對(duì)樹(shù)種葉面重金屬濃度影響的前提下，分析結(jié)果顯示，對(duì)于Pb、Cd、Cu和Zn等4種元素來(lái)說(shuō)，吸滯能力最強(qiáng)的樹(shù)種分別為國(guó)槐、圓柏、國(guó)槐和國(guó)槐，與上述結(jié)果一致.6種樹(shù)種葉片重金屬含量絕對(duì)差異和與土壤背景值歸一化后的差異基本一致，說(shuō)明此6種樹(shù)種在所研究的城市范圍內(nèi)，土壤重金屬背景值對(duì)其葉片吸滯重金屬的影響較小.

表4 6種樹(shù)種的葉面重金屬與土壤背景值累積系數(shù)比較Tab.4 Comparison of leaves heavy metal and soil background value concentration of six tree species

3.4 城市發(fā)展參數(shù)對(duì)樹(shù)種葉片滯塵及吸滯重金屬的影響選擇與采樣年份相同的樣本城市統(tǒng)計(jì)年鑒［71-79］，研究部分城市發(fā)展參數(shù)與樹(shù)種葉片滯塵量及吸滯重金屬含量之間的關(guān)系，并繪制成圖5與圖6.從圖5可以看出，工業(yè)總產(chǎn)值變化曲線(xiàn)與銀杏、垂柳、香樟、大葉黃楊葉片滯塵量曲線(xiàn)吻合度不高，而紫葉李葉片滯塵量與城市工業(yè)總產(chǎn)值的變化曲線(xiàn)吻合度較高，經(jīng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，二者之間顯著正相關(guān)（P＝0.001）；大葉黃楊葉片滯塵量與建成區(qū)綠化覆蓋率之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＝0.008），其他城市參數(shù)與樹(shù)種葉片滯塵量之間無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系：說(shuō)明工業(yè)總產(chǎn)值和建成區(qū)綠化覆蓋率會(huì)對(duì)樹(shù)種葉片滯塵量產(chǎn)生重要影響.

圖5 5種樹(shù)種葉片滯塵與城市發(fā)展參數(shù)的關(guān)系Fig.5 Relationship between leaves dust retention and urban development parameters of five tree species

圖6顯示，欒樹(shù)吸滯Zn含量的變化曲線(xiàn)與煤氣、石油氣使用量及機(jī)動(dòng)車(chē)保有量曲線(xiàn)吻合度較高，經(jīng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，Zn與煤氣（P＝0.006）、石油氣使用量（P＝0.006）、機(jī)動(dòng)車(chē)量（P＝0.005）呈顯著正相關(guān)，這說(shuō)明樹(shù)種葉片吸滯Zn的來(lái)源與煤氣、液化石油氣使用量及機(jī)動(dòng)車(chē)保有量有關(guān).楊梅等［80］通過(guò)對(duì)貴陽(yáng)市冬季不同時(shí)段地表灰塵重金屬的研究發(fā)現(xiàn)，家庭燃煤取暖排放的煤灰與煤塵中富集著大部分燃燒過(guò)程中所排放的Zn和排放的煙塵，成為葉片灰塵中相關(guān)重金屬的來(lái)源之一.機(jī)動(dòng)車(chē)輛行駛過(guò)程中的輪胎磨損則是Zn又一重要來(lái)源［81］.

圖6 6種樹(shù)種葉片吸滯重金屬含量與城市發(fā)展參數(shù)的關(guān)系Fig.6 Relationship between leaves heavy metal content and urban development parameters of six tree species

戴斯迪等［82］研究認(rèn)為，國(guó)槐葉片滯塵量與車(chē)流量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，在不同道路類(lèi)型國(guó)槐葉片滯塵量也有差異；劉穎等［83］則認(rèn)為葉片滯塵量除了與車(chē)流量相關(guān)以外，還與其他環(huán)境狀況有關(guān)，如通過(guò)的人流量、附近的工廠(chǎng)、建筑施工、路面整潔程度和綠化樹(shù)種數(shù)量等因素都會(huì)對(duì)綠化樹(shù)種的滯塵效果造成影響.

4 結(jié)論

大葉黃楊滯塵能力高于銀杏、垂柳、紫葉李和香樟，但紫葉李滯塵潛能最大.對(duì)4種樹(shù)種葉片每周滯塵能力比例研究發(fā)現(xiàn)，雨后第一周滯塵量占樹(shù)種葉片總滯塵量比例較大.對(duì)Pb、Cd、Cu、Zn吸滯量最大的樹(shù)種依次為銀杏、臭椿、國(guó)槐和紫葉李，對(duì)Pb、Cd、Cu、Zn具有最大吸滯潛能的樹(shù)種依次為國(guó)槐、圓柏、國(guó)槐、國(guó)槐；因此，在Pb、Cu、Zn濃度較高的城市可增加對(duì)國(guó)槐的種植，在Cd濃度較高的城市可增加對(duì)圓柏的種植.