閆 倩，徐立帥，段永紅

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷 030801）

近些年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，粉塵污染對(duì)人類(lèi)生存的環(huán)境造成了很大的威脅，也給人類(lèi)健康帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?？諝庵械姆蹓m顆粒物、細(xì)菌和病毒等會(huì)提高呼吸道感染、心血管疾病等的發(fā)病率［1］，尤其是在人口密集、交通繁忙的城市區(qū)域，汽車(chē)尾氣或工業(yè)排放的顆粒物會(huì)使心肺疾病發(fā)病率和死亡率上升［2］，所以，如何更加合理有效地降低粉塵污染已經(jīng)成為當(dāng)今的一大難題。研究表明，植物葉片對(duì)顆粒物的吸滯能力與葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)、粗糙度、濕潤(rùn)性、蠟質(zhì)、被毛、氣孔等特征有關(guān)［3］。因此，植物不僅可以作為監(jiān)測(cè)環(huán)境的載體，還可以通過(guò)對(duì)粉塵的滯留緩解大氣污染、改善環(huán)境。

植物葉片表面微結(jié)構(gòu)形態(tài)對(duì)滯塵的影響是研究熱點(diǎn)。研究表明，具有溝狀組織、溝槽、纖毛、氣孔的樹(shù)種滯塵能力比葉表光滑無(wú)毛的強(qiáng)，但如果葉表的溝狀組織較細(xì)、溝槽較寬且較淺或絨毛數(shù)量較少時(shí)，樹(shù)種滯塵能力差［4］；而葉片表面的蠟質(zhì)含量越多，滯塵量越大［5］；還有研究發(fā)現(xiàn)，植物葉片越易潤(rùn)濕，滯塵量越大［6］；此外，基于對(duì)不同時(shí)段葉片滯塵的研究發(fā)現(xiàn)，不同生長(zhǎng)季葉片滯塵量有所差異。王琴等［7］認(rèn)為夏季樹(shù)木生長(zhǎng)茂盛，能有效減緩氣流，滯留粉塵顆粒物，因此樹(shù)種的滯塵能力在夏季效果最好，但是王月菡［8］的研究結(jié)果與之相反，Prajapati等［9］則認(rèn)為冬季植物滯塵能力最強(qiáng)。

可見(jiàn)，上述相關(guān)研究從不同角度闡明了影響植物葉片滯塵能力的因素，但由于研究樹(shù)種、地理位置和大氣污染程度等的差異，產(chǎn)生了不同的研究結(jié)果。本研究以晉中市太谷區(qū)山西農(nóng)業(yè)大學(xué)校園內(nèi)的20種常見(jiàn)綠化樹(shù)種為研究對(duì)象，對(duì)比分析在同一時(shí)段、相同環(huán)境狀態(tài)下，不同樹(shù)種葉片滯塵能力的差異，探討葉片形態(tài)、葉片表面微結(jié)構(gòu)對(duì)樹(shù)種葉片滯塵能力的影響，以期深入認(rèn)識(shí)植物葉片滯塵能力的影響因素，指導(dǎo)園林綠化樹(shù)種篩選。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗(yàn)在晉中地區(qū)的山西農(nóng)業(yè)大學(xué)取樣，晉中地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬冷夏熱，年平均氣溫10.4℃，最熱月出現(xiàn)在7月，平均氣溫為24.2℃，最冷月出現(xiàn)在1月，平均氣溫為-5.1℃；晉中市年總降水量為422.2 mm，降水量主要集中在夏季，為248.1 mm，占全年降水量的59%，冬季降水量為10.0 mm，占全年降水量的2.4%；晉中春季風(fēng)沙大，冬季嚴(yán)寒［10］。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)占地面積149.3 hm2，是全國(guó)綠化模范單位，校園綠化面積達(dá)6×105m2，主校區(qū)綠化覆蓋率達(dá)85%以上，共有50科、233種及種下單位樹(shù)種。

1.2 試驗(yàn)材料

選取20個(gè)常見(jiàn)綠化樹(shù)種進(jìn)行采樣，樹(shù)種類(lèi)型如表1所示。

1.3 試驗(yàn)方法

研究表明，降雨量15.0 mm以上或風(fēng)速達(dá)17 m/s的降雨，植物葉片滯留的粉塵會(huì)被沖刷掉并重新開(kāi)始滯塵［11］。本研究于2019年10月3日取樣，在此之前連續(xù)13 d沒(méi)有降雨和大風(fēng)擾動(dòng)，采樣的植物遠(yuǎn)離交通主干道，不受車(chē)輛、密集人群等的影響。采樣高度為離地表1.5 m左右，每個(gè)樹(shù)種選擇生長(zhǎng)狀況較一致的樹(shù)木，在同一高度環(huán)繞一周采集葉片，單葉較小者采集90～130片，單葉較大者采集60～80片，每個(gè)樹(shù)種設(shè)置3組重復(fù)。采樣時(shí)用剪刀剪下樹(shù)種葉片并保證采樣過(guò)程不擾動(dòng)葉片，采集的葉片放入保鮮袋中做好標(biāo)記帶回實(shí)驗(yàn)室。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)將每組葉片放入5 L的塑料燒杯中用去離子水浸泡約2 h，之后將葉片清洗干凈并用掃描儀進(jìn)行掃描，用于計(jì)算葉面積。清洗液靜置48 h后移除上層清液，將下層懸濁液轉(zhuǎn)移至100 mL離心管并烘干稱(chēng)重。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Photoshop軟件進(jìn)行葉片形態(tài)和面積統(tǒng)計(jì)分析，最終獲取長(zhǎng)軸、短軸、長(zhǎng)短軸比、總?cè)~面積和平均單葉面積，通過(guò)滯塵量和葉片掃描結(jié)果分別計(jì)算單位面積滯塵量和單葉面積滯塵量，所有數(shù)據(jù)利用Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，之后利用SPSS 17和Origin軟件進(jìn)行分析并繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樹(shù)種葉面形態(tài)特征

從圖1可以看出，各綠化樹(shù)種單葉面積變化為3.17～42.85 cm2，其中水栒子的單葉面積最小，為3.17 cm2；華北珍珠梅、龍爪棗、粉花重瓣麥李、皺皮木瓜、白杜、國(guó)槐、毛櫻桃、龍爪槐、金葉連翹、冬青衛(wèi)矛、太平花、木槿、金銀忍冬、忍冬、火炬樹(shù)、丁香和日本晚櫻均為單葉面積中等的樹(shù)種，達(dá)5.54～25.10 cm2；而雞樹(shù)條和望春玉蘭的單葉面積最大，分別為36.11、42.85 cm2。各樹(shù)種長(zhǎng)短軸比規(guī)律不明顯，其中火炬樹(shù)和粉花重瓣麥李的長(zhǎng)短軸比大，而丁香和雞樹(shù)條的長(zhǎng)短軸比均接近于1，即長(zhǎng)短軸幾乎相等，其余樹(shù)種長(zhǎng)短軸比均在2左右。各樹(shù)種葉片特征如表2所示。

表2 20種綠化樹(shù)種葉片特征

2.2 不同樹(shù)種滯塵量的差異

不同樹(shù)種單位面積滯塵量從小到大排序結(jié)果如圖2所示，各綠化樹(shù)種滯塵量的變化為0.4～1.8 g/m2，平均滯塵量為0.8 g/m2，最大者為冬青衛(wèi)矛，滯塵量為1.8 g/m2，最小者為雞樹(shù)條，滯塵量為0.4 g/m2。按單位面積滯塵量可分為3個(gè)級(jí)別，滯塵量為1.2～2.0 g/m2的樹(shù)種劃分為滯塵能力強(qiáng)的樹(shù)種，包括水栒子、國(guó)槐和冬青衛(wèi)矛3種；滯塵量為0.6～1.2 g/m2的樹(shù)種劃分為滯塵能力中等的樹(shù)種，包括金葉連翹、火炬樹(shù)、華北珍珠梅、粉花重瓣麥李、木槿、日本晚櫻、金銀忍冬、龍爪棗、忍冬、丁香、白杜和毛櫻桃12種；滯塵量低于0.6 g/m2的樹(shù)種劃分為滯塵能力弱的樹(shù)種，包括雞樹(shù)條、望春玉蘭、龍爪槐、太平花和皺皮木瓜5種。

20種綠化樹(shù)種單葉滯塵量如圖2所示，其變化在0.34～2.1 mg，平均值為1.0 mg。不同樹(shù)種間單葉滯塵量存在較大差異。其中，丁香最大（2.1 mg），望春玉蘭次之（2.0 mg）。單葉滯塵量介于1.0～2.0 mg的樹(shù)種有國(guó)槐、金銀忍冬、火炬樹(shù)、雞樹(shù)條、忍冬、日本晚櫻和冬青衛(wèi)矛7種，而滯塵量低于1.0 mg的樹(shù)種有11種，分別為皺皮木瓜、華北珍珠梅、水栒子、龍爪槐、粉花重瓣麥李、龍爪棗、太平花、金葉連翹、白杜、毛櫻桃和木槿，其中單葉滯塵量最差的樹(shù)種為皺皮木瓜（0.34 mg）。

2.3 葉片形態(tài)對(duì)滯塵量的影響

為分析樹(shù)種葉片形態(tài)與滯塵量的關(guān)系，分別計(jì)算不同樹(shù)種長(zhǎng)軸、短軸、長(zhǎng)短軸比、單葉面積與單葉滯塵量和單位面積滯塵量的相關(guān)系數(shù)（表3）。結(jié)果表明，葉片形態(tài)（長(zhǎng)軸、短軸、長(zhǎng)短軸比、單葉面積）與單位面積滯塵量均未達(dá)到顯著相關(guān)，但葉片形態(tài)與單葉滯塵量密切相關(guān)，即樹(shù)種長(zhǎng)軸越長(zhǎng)、短軸越長(zhǎng)、單葉面積越大，其單葉滯塵量就越多。

表3 各綠化樹(shù)種葉片形態(tài)與單葉滯塵量、單位面積滯塵量的相關(guān)性（n=20）

3 討論與結(jié)論

3.1 葉片形態(tài)與滯塵量的關(guān)系

上述相關(guān)分析表明，單葉面積與單葉滯塵量顯著相關(guān)，這與張家洋等［12］的研究結(jié)果一致。張家洋等［12］認(rèn)為懸鈴木、構(gòu)樹(shù)較其他供試樹(shù)種（國(guó)槐、紫葉李等）的單葉面積大，可能是導(dǎo)致其單葉滯塵量多的重要原因之一。本研究中望春玉蘭和日本晚櫻的單葉面積分別位居第一和第三，它們的單葉滯塵量也很高，分別位居第二和第四。黃靖懿［13］對(duì)哈爾濱市道路綠化樹(shù)種滯塵能力的研究發(fā)現(xiàn)，毛櫻桃單位面積滯塵量大于丁香，而兩者單葉滯塵量關(guān)系卻相反。本研究結(jié)果也是相同，因此可以推斷，植物單葉面積滯塵量主要受葉片形態(tài)，尤其是葉片大小的影響。

范舒欣等［14］研究表明，單位面積滯塵量與單葉面積共同計(jì)算得到單葉滯塵能力，單葉滯塵能力偏向于反映葉片形態(tài)與大小對(duì)植物滯塵的影響，這就造成了單位面積滯塵能力一般的樹(shù)種有可能因?yàn)閷挻T的葉片而有較強(qiáng)的單葉滯塵能力；反之，單位面積滯塵能力強(qiáng)的樹(shù)種，也有可能因葉面積狹小而表現(xiàn)出較弱的單葉滯塵能力，所以樹(shù)種單位面積滯塵量與單葉滯塵量的排序情況大不相同。因此，應(yīng)根據(jù)多個(gè)指標(biāo)對(duì)樹(shù)種滯塵能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。本研究也有相同的發(fā)現(xiàn)，不同樹(shù)種其葉片滯塵能力（單位葉面積滯塵能力與單葉滯塵能力）有很大不同，例如望春玉蘭單位面積滯塵量為0.495 g/m2，僅比雞樹(shù)條多，但其單葉滯塵量卻僅次于丁香，原因可能是望春玉蘭葉片大，有較強(qiáng)的單葉滯塵能力。

3.2 葉表皮微結(jié)構(gòu)與滯塵量的關(guān)系

葉表皮微結(jié)構(gòu)主要特征有：表皮絨毛、氣孔密度和大小、溝槽寬度和深度、蠟質(zhì)層、晶狀體等。研究發(fā)現(xiàn)，葉表面粗糙、褶皺較多，或被有蠟質(zhì)層的植物有利于粉塵顆粒物的附著［15］。其中，植物葉片的表皮絨毛可增加葉表的粗糙度，從而增加滯塵量［16］，進(jìn)一步的研究表明，長(zhǎng)而稀疏的絨毛不利于滯塵，短而稠密的絨毛可增加植物葉片滯塵量［6］，但也有不同的觀點(diǎn)，長(zhǎng)而細(xì)的絨毛比較容易卡住粉塵顆粒物，使顆粒物滯留于植物葉表，從而加強(qiáng)滯塵量［17］。本研究認(rèn)為密集且長(zhǎng)短適中的絨毛有利于滯塵，毛櫻桃葉的上表皮布有短而密集的表皮毛，且上表皮有較密集的溝槽［18］，在本研究中其單位面積滯塵量中等偏上，但由于單個(gè)葉片較小，其單葉滯塵量呈中等。另外，國(guó)槐葉片表面著生細(xì)密絨毛，其單位面積滯塵量居第二。

粉塵顆粒物容易滯留于具有溝槽結(jié)構(gòu)的植物葉片，從而增加其滯塵能力［15］。溝槽越密集，越有利于粉塵顆粒物的滯留［19］，反之，則滯塵能力弱［20］：國(guó)槐葉片表面布滿密集溝槽，其單位面積滯塵量位居第二。孫曉丹等［21］得出相反的結(jié)論，植物葉片的溝槽比例與滯塵量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。此外，溝槽寬度也會(huì)對(duì)粉塵顆粒物的滯留產(chǎn)生影響，溝槽寬度適中的葉表更容易滯留粉塵顆粒物［22］：日本晚櫻葉片上表面溝槽較淺或較平整，不利于粉塵的穩(wěn)定固著［15］，同其他樹(shù)種相比，日本晚櫻的單位面積滯塵量屬于中等偏下；由于望春玉蘭表面溝槽縫隙間距大，粉塵不易附著，其單位面積滯塵量居于末尾。但目前學(xué)術(shù)界對(duì)有利于滯塵的溝槽寬度閾值還沒(méi)有明確界定，賈彥等［23］在對(duì)7種綠化樹(shù)種測(cè)定后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)葉表溝槽寬度小于或等于粉塵顆粒物時(shí)，葉片的滯塵能力不僅不會(huì)增加，甚至還會(huì)減弱。

此外，葉表面具有突起結(jié)構(gòu)及氣孔等有利于滯留粉塵，提高樹(shù)種的滯塵能力。丁香上表皮細(xì)胞有一種單個(gè)乳突結(jié)構(gòu)，并且氣孔內(nèi)陷［24］，在本研究中其單位面積滯塵量屬中等偏上，且由于其葉片適中，單葉滯塵量位居第一；國(guó)槐的葉片上表面有一定寬度且高度較低的條狀突起，條狀突起間相互交錯(cuò)［19］，其單位面積滯塵量?jī)H次于冬青衛(wèi)矛；水栒子角質(zhì)膜具有乳突［25］，其單位面積滯塵量位居第三；白杜葉片上表皮表面無(wú)紋飾，有氣孔分布［26］，其單位面積滯塵量屬于中等；忍冬葉片表面光滑、平坦，金銀忍冬葉片上表面有乳狀顆粒分布［27］，在本研究中忍冬和金銀忍冬單位面積滯塵量和單葉滯塵量均因其葉表不太粗糙的微結(jié)構(gòu)特征處于中等水平。

3.3 結(jié)論

本研究對(duì)晉中山西農(nóng)業(yè)大學(xué)20種常見(jiàn)綠化樹(shù)種滯塵能力與葉片形態(tài)、葉表微結(jié)構(gòu)的關(guān)系進(jìn)行研究，研究結(jié)果如下。

1）不同樹(shù)種滯塵能力差異明顯。冬青衛(wèi)矛、國(guó)槐、水栒子滯塵能力最強(qiáng)，平均滯塵量為1.49 g/m2；金葉連翹、火炬樹(shù)、白杜、毛櫻桃等12個(gè)樹(shù)種滯塵能力次之，平均滯塵量為0.81 g/m2；雞樹(shù)條、龍爪槐等5個(gè)樹(shù)種平均滯塵量為0.50 g/m2。

2）葉片形態(tài)與滯塵關(guān)系密切，其中長(zhǎng)軸、短軸和單葉面積影響單葉滯塵量，但葉片形態(tài)參數(shù)與單位面積滯塵量不存在相關(guān)性。

3）葉片表面結(jié)構(gòu)是影響單位面積滯塵量的重要因素，葉表面粗糙、褶皺多、具有大量的溝槽和突起結(jié)構(gòu)及氣孔或被有蠟質(zhì)層促進(jìn)滯塵，相反，葉表面光滑、褶皺少、溝槽和突起結(jié)構(gòu)少及無(wú)蠟質(zhì)層不利于滯塵。