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        不同林齡橡膠林的滯塵能力研究

        2022-01-18 14:30:52張勇波陳國云周會平
        熱帶農(nóng)業(yè)科技 2022年1期
        關(guān)鍵詞:塵量橡膠林中齡林

        謝 江,張勇波,陳國云,周會平

        (云南省熱帶作物科學(xué)研究所,云南景洪666100)

        大氣粉塵顆粒物已成為影響全球各國環(huán)境的主要污染物,不僅嚴(yán)重危害人體健康,而且也是霧霾天氣的主要成因[1]。隨著環(huán)境問題日趨嚴(yán)重,大氣顆粒物所帶來的污染問題廣受各界關(guān)注。植物可以有效阻滯粉塵,對改善空氣質(zhì)量有積極作用[2-5]。植物滯塵的方法主要是滯留、附著和粘附[4,6-8]。多項(xiàng)研究表明,影響植物滯塵能力的主要因素有:植物的種類不同,植物葉片大小、形狀、葉面質(zhì)地的差異,樹冠的結(jié)構(gòu)、枝葉密度和葉面傾角差異,植物所處的外界環(huán)境和氣象因素,等等[3-5]。橡膠樹作為喬木樹種枝冠結(jié)構(gòu)茂密,葉量繁多,多表現(xiàn)出較強(qiáng)的植株滯塵能力,同時高大喬木層的樹冠可降低環(huán)境風(fēng)速,利于粉塵沉降。因此,就植株滯塵能力而言,橡膠樹具有較強(qiáng)的滯塵能力。林齡越大的橡膠林,樹冠大、葉片多、葉面積大,因而截留大氣顆粒物的能力越強(qiáng)。

        橡膠林是西雙版納地區(qū)主要的森林植被類型之一,也是該區(qū)域最大的人工林類型,其不僅對區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著巨大影響,而且對于該地區(qū)的環(huán)境調(diào)控也起著重要作用[9-10]。本研究以西雙版納景洪市郊不同林齡的橡膠林為主要研究對象,測定分析林齡、季節(jié)及累積天數(shù)等因素對其滯塵能力的影響,以明確橡膠林在空氣環(huán)境調(diào)節(jié)方面的作用,為綜合評價橡膠林的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能提供基礎(chǔ)依據(jù)。

        1 材料和方法

        1.1 試驗(yàn)地概況

        本研究試驗(yàn)地位于景洪市江北云南省熱帶作物科學(xué)研究所橡膠試驗(yàn)地,選取了老林、中齡林和幼林共3個不同樹齡階段的橡膠林為監(jiān)測對象(表1)。該區(qū)域?qū)俦睙釒Ш湍蟻啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候,長夏無冬,干濕季分明,基本無霜。年均溫在18.6~21.9℃,年均降水量在1 200~1 700 mm,年均相對濕度在80%~86%。

        表1 研究樣地信息

        1.2 葉片采集及處理

        分別在旱季(2—4月)、雨季(5—10月)、霧涼季(11月至翌年1月)三個季節(jié)進(jìn)行葉片采集。

        葉片采集:每個樣地分別選取3株橡膠樹,在每株樹樹冠的冠層中部內(nèi)外上下多點(diǎn)選擇無病蟲害、大小適中的50~60片健康成熟葉片作為標(biāo)記葉樣,用去離子水反復(fù)沖洗至表面清潔,用紙巾吸干水分,掛上標(biāo)簽作為截取降塵顆粒葉片的初始狀態(tài)。旱季和霧涼季時,分別在5 d、10 d、15 d后各采集葉樣1次;雨季時,在雨后的連續(xù)5個、10個、15個晴天后各采集葉樣1次。每株樹每次采集15片左右已標(biāo)記葉片,分別將其放入保鮮袋封存,帶回實(shí)驗(yàn)室處理和測定。采樣時始終保持動作輕緩,盡量避免震動造成的葉面顆粒物脫落。

        1.3 滯塵量測定

        將采回的葉樣放入盛有蒸餾水的燒杯中浸泡10 min,然后用蒸餾水和小毛刷反復(fù)刷洗葉片及保鮮袋,將葉樣截取的粉塵全部洗脫入燒杯的蒸餾水中。取干凈濾紙,測量記錄濾紙重量,用濾紙將清洗液過濾。再將附著粉塵的濾紙烘干,于萬分之一天平上稱重,稱得的總重量減去濾紙重量,即得到單株樹所采集葉樣上的滯塵量(W)。

        洗凈的葉片用干凈紗布擦干,采用手持式激光葉面積儀(CI-203,CID,USA)對各供試葉樣逐片測定葉面積,每片單葉重復(fù)測定3次,取平均值代表平均葉面積(S)。

        樹木葉片滯塵量計(jì)算目前尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)方法,常采用質(zhì)量差值法進(jìn)行分析測定[11]。橡膠樹全株葉量(N)和橡膠樹平均葉面積(S0)由前期對3個樣地的橡膠樹生物量調(diào)查數(shù)據(jù)獲得。經(jīng)過相應(yīng)的公式換算,可得到樹種單位葉面積滯塵量、單葉滯塵量與單株滯塵量。其中,單位葉面積滯塵量為單位葉面積在單位時間內(nèi)滯留的粉塵量,單位為g/m2;單葉滯塵量為一個獨(dú)立葉片在單位時間內(nèi)滯留的粉塵量,單位為g/葉;而單株滯塵量指一個獨(dú)立植株在單位時間內(nèi)滯留的粉塵總量,單位為kg/株。具體計(jì)算方法如下:

        單葉滯塵量(g/葉)=W·S0/N0·S

        單位葉面積滯塵量(g/m2)=W/N·S

        單株滯塵量(kg/株)=N0·W/N

        單位面積林分滯塵量(kg/hm2)=A·N0·W/N

        式中:W為單株葉供試葉片的滯塵量,S為供試葉樣平均葉面積,S0為橡膠樹平均葉面積,N為供試葉樣數(shù),N0為樹全株葉片總數(shù),A為每公頃標(biāo)準(zhǔn)林地種植橡膠樹株數(shù)。

        1.4 數(shù)據(jù)分析

        將所有測量數(shù)據(jù)輸入Microsoft Excel進(jìn)行基礎(chǔ)運(yùn)算統(tǒng)計(jì)。采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)和相關(guān)性(Spearman相關(guān)系數(shù))分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單葉滯塵量

        對橡膠樹老林、中齡林、幼林在不同季節(jié)、不同累積天數(shù)的單葉滯塵量和單位葉面積滯塵量進(jìn)行觀測發(fā)現(xiàn),橡膠樹平均單葉滯塵量變化范圍在0.00019~0.00519 g/葉(表2),橡膠樹平均單位葉面積滯塵量變化范圍在0.0534~0.9285 g/m2(表3)。橡膠樹單葉滯塵量和單位葉面積滯塵量的最大值均出現(xiàn)于旱季累積5 d的幼林,最小值均出現(xiàn)于旱季累積10 d的老林。但是,橡膠樹的單葉滯塵量和單位葉面積滯塵量均未隨林齡、季節(jié)或累積天數(shù)的變化出現(xiàn)明顯規(guī)律性變化。

        表2 單葉滯塵量 mg·葉-1

        表3 單位葉面積滯塵量 g·m-2

        2.2 單株滯塵量

        對橡膠樹老林、中齡林、幼林在不同季節(jié)、不同累積天數(shù)的單株橡膠樹的滯塵量進(jìn)行比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn)橡膠樹平均單株滯塵量變化范圍在0.0025~0.1171 kg/株。如圖1所示,在旱季,取樣間隔5 d時,橡膠樹單株滯塵量有顯著差異(P<0.05),表現(xiàn)為老林>幼林>中齡林;取樣間隔10 d時,各林齡橡膠林的單株滯塵量無明顯差異;取樣間隔15 d時,老林單株滯塵量要顯著高于中齡林和幼林。在雨季,不同林齡橡膠林的單株滯塵量有顯著差異(P<0.05),表現(xiàn)為老林>中齡林>幼林;在霧涼季,老林的單株滯塵量顯著(P<0.05)高于中齡林和幼林,而中齡林和幼林之間沒有顯著差異(P>0.05)。從取樣間隔天數(shù)看,橡膠樹單株滯塵量最大值出現(xiàn)于霧涼季累積5 d的老林;最小值出現(xiàn)于雨季累積15 d的幼林,橡膠樹單株滯塵量不隨時間的累積呈規(guī)律性變化。

        2.3 單位面積林分滯塵量

        對不同季節(jié)單位面積的橡膠樹老林、中齡林、幼林的滯塵量進(jìn)行比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn)橡膠林平均單位面積林分滯塵量變化范圍在1.1394~39.7919 kg/hm2。在不同季節(jié),不同林齡橡膠林的滯塵量存在差異,老林的單位面積滯塵量要顯著高于中齡林和幼林(圖2)。在旱季和霧涼季,中齡林和幼林的單位面積滯塵量沒有顯著差異(P>0.05);而在雨季時,中齡林和幼林的單位面積滯塵量有顯著差異(P<0.05)。

        圖2 不同季節(jié)累積15天單位面積橡膠林的滯塵量比較(P < 0.05)

        2.4 滯塵量與不同因子的相關(guān)性分析

        對橡膠樹幼林、中齡林、老林的滯塵量與林齡、葉面積、季節(jié)和取樣間隔天數(shù)的相關(guān)性分析表明,橡膠樹單株和橡膠林單位面積林分的滯塵量與葉面積、季節(jié)的相關(guān)性為極顯著(P<0.01),與林齡的相關(guān)性為顯著(P<0.05),而與累積天數(shù)之間無顯著相關(guān)關(guān)系(P>0.05)(表4)。

        表4 滯塵量相關(guān)影響因素分析結(jié)果

        3 結(jié)論與討論

        研究結(jié)果顯示,不同林齡的橡膠林對空氣中的粉塵顆粒物均具有顯著的阻擋、截留與吸滯作用,單株橡膠樹滯塵量為0.0025~0.1171 kg/株,單位面積橡膠林滯塵量為1.1394~39.7919 kg/hm2,雨季的滯塵量明顯低于旱季和霧涼季。在各個季節(jié),橡膠樹老林的滯塵量通常都高于中齡林和幼林;中齡林與幼林在雨季的滯塵量有顯著差異,而在旱季(累積5天除外)和霧涼季均沒有明顯不同。滯塵量主要與橡膠樹的林冠結(jié)構(gòu)和葉片特性密切相關(guān),且受季節(jié)性氣候因素(降雨、陣風(fēng)等)影響顯著,而非時間越長滯塵量越多。綜合分析,可能有以下原因:

        一是橡膠樹葉的葉面結(jié)構(gòu)特征不明確。已有研究表明不同植物由于葉表面結(jié)構(gòu)不同對大氣顆粒物的滯留能力存在顯著差異[1,6,12]。同種植物的葉片在不同生長階段,葉面的細(xì)微結(jié)構(gòu)和葉片分泌物情況等不同,也會對滯塵的效果有影響[13-14]。本研究未對不同年齡橡膠樹葉片的形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,不了解其葉片表面的粗糙程度和葉表面絨毛覆蓋的情況。下一步研究中可對不同年齡的橡膠樹葉片進(jìn)行電鏡解剖,了解葉片形態(tài)特征,以幫助準(zhǔn)確分析不同年齡橡膠樹葉片的滯塵能力差異。

        二是葉片取樣前用水反復(fù)沖洗不徹底。王贊紅等[8]的研究結(jié)果已指出,葉片滯塵顆粒物形態(tài)特征受清洗作用影響較大,簡單清洗并不能去除大多數(shù)葉片滯塵顆粒物,深度清洗仍不能徹底清除葉片表面顆粒物,更細(xì)小的粒子被固定在葉片表皮。沖洗作用會引起顆粒物形態(tài)的變化。本研究在取葉片前用水反復(fù)沖洗葉表面,作為葉片截取降塵顆粒的初始狀態(tài),在這一過程中無法完全沖洗掉葉表面的顆粒物,可能會對最終結(jié)果有一定影響。

        三是環(huán)境因素的影響。植物滯塵能力的大小與所處環(huán)境中大氣顆粒物的濃度亦有關(guān)系[15-16]。由于本研究所選取的3個橡膠林樣地的地勢、周圍道路、人流、建筑分布等情況有所不同,所處環(huán)境中的大氣顆粒物濃度也存在一定差異,導(dǎo)致3個橡膠林的落塵量產(chǎn)生差異。

        四是橡膠林內(nèi)的垂直空間。不同的植物群落組成結(jié)構(gòu)和垂直空間分布格局會產(chǎn)生不同的滯塵能力。蘇俊霞等[17]已通過試驗(yàn)得出不同的植物類型滯塵能力的順序?yàn)椋翰荼局参铮竟嗄局参铮締棠局参铮咎俦局参?。本研究選取的3個林齡的橡膠林,其林內(nèi)植物群落構(gòu)成是有較大差別的。老膠林內(nèi)主要是膠樹+極少的草本植物+少量藤本植物,中齡林內(nèi)主要是膠樹+少量的草本植物+少量藤本植物,幼林內(nèi)主要是膠樹+大量的草本+少量的藤本植物+極少的灌木。本研究只觀測了橡膠樹葉片的滯塵能力,而沒有考慮林內(nèi)其他植物的影響,后續(xù)可補(bǔ)充對橡膠林下的滯塵量的調(diào)查。

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