羅天相，蘇瀟，彭亮，劉斌，王勇

（1.宜春學(xué)院，江西 宜春 336000；2.袁州區(qū)林業(yè)局，江西 宜春 336000；3.岳陽(yáng)市林業(yè)科學(xué)研究所，湖南 岳陽(yáng) 414021）

園林植物通過過濾、滯留和吸收大氣中的灰塵等顆粒物，具有凈化空氣、吸滯粉塵的生態(tài)功能[1-5]。目前，對(duì)園林植物滯塵能力的研究主要集中在植物葉片的表面[6]。每種植物葉片自身的生物學(xué)特征如粗糙程度、是否被毛，是否有黏液、軟硬程度等并不相同，故植物葉片的滯塵能力有一定差異[7]。由于設(shè)置的差異性，同一樹種的滯塵能力往往亦有不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。唐文莉[8]研究認(rèn)為，香樟單葉滯塵能力在8種行道樹中最強(qiáng)；而孫應(yīng)都[9]通過電鏡觀察植物葉片的表面結(jié)構(gòu)后，認(rèn)為香樟葉片的滯塵能力較弱。此外，影響植物滯塵能力的機(jī)理仍有待明確。本文選取宜春市常見的10種常綠闊葉樹種進(jìn)行研究，采用綜合指數(shù)評(píng)價(jià)的方法，挑選并綜合多個(gè)與植物滯塵能力相關(guān)的指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行等級(jí)分類，使用聚類分析法，明確植物的滯塵能力強(qiáng)弱及其可能的機(jī)理，希望為校園綠化及城市園林綠化植物的配置提供參考及理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

宜春學(xué)院位于江西省宜春市袁州區(qū)，為中亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，雨水豐富。宜春學(xué)院校園面積約為83.33 hm2，綠化覆蓋率較高。校園內(nèi)綠化植物主要為喬木和灌木，且常綠植物明顯多于落葉植物。采樣區(qū)域設(shè)置在電教樓和圖書館周圍，依據(jù)葉片采集需求，以這兩個(gè)地點(diǎn)為中心，按照半徑300 m的圓形范圍向周圍擴(kuò)展。

1.2 供試樹種選擇

通過對(duì)宜春市主要綠化植物進(jìn)行調(diào)查，最后在宜春學(xué)院校園內(nèi)挑選出了10種比較常見、種植區(qū)域較廣的常綠闊葉樹種作為試驗(yàn)對(duì)象，詳見表1。

表1 試驗(yàn)樹種選擇

1.3 研究方法

1.3.1 葉片采集

研究發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)降水量達(dá)到15 mm或者以上，才能徹底將植株葉表面的灰塵洗滌干凈[10]。本次試驗(yàn)在天氣持續(xù)放晴一個(gè)星期之后進(jìn)行葉片的采集，采集時(shí)間為12月10日。此次試驗(yàn)共選擇了兩個(gè)塵源相近的采樣點(diǎn)，每次采樣同種植株設(shè)置3個(gè)重復(fù)，樣本樹種要求具有大致相同的生長(zhǎng)狀況，在植物的各個(gè)方位均勻采集葉片，以葉片的長(zhǎng)×寬劃分大小葉片，長(zhǎng)×寬大于或等于40 cm2的葉片認(rèn)為是大葉片，采集10~20片；小于此數(shù)字的是小葉片，采集30片。葉片采集工作完成后，用塑料自封袋將所采葉片密封好后迅速帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行下一步處理。

1.3.2 葉片處理

采用擦拭法對(duì)葉片含塵量進(jìn)行測(cè)定。使用萬(wàn)分之一天平，對(duì)剛采集到的植物葉片首次稱重（帶包裝袋），所稱得的帶袋植物葉片含塵質(zhì)量減去塑料自封袋的質(zhì)量進(jìn)而可得包含灰塵的植物葉片質(zhì)量為W1。將酒精棉用蒸餾水充分淋濕后，擦洗含塵植物葉片至葉面完全潔凈，再次稱重，可以得到不包含灰塵的植物葉片質(zhì)量W2。每組植物葉片的稱量操作重復(fù)進(jìn)行3次，取得3次稱量的平均值作為最終結(jié)果。

1.3.3 葉面積測(cè)定及滯塵量計(jì)算

利用萬(wàn)深葉面積儀對(duì)葉片進(jìn)行葉面積測(cè)定，測(cè)得各組葉片總面積S。

單位葉面積滯塵量DPLA=（W2－W1）/S，單位為g/m2。

1.3.4 觀察葉片顯微結(jié)構(gòu)

使用小刀將葉片均勻地切割劃分成長(zhǎng)和寬各為5 mm的小正方塊，將切割完成的葉片分別放進(jìn)裝有氫氧化鈉（NaOH）水溶液（50 g/L）的燒杯中，貼好標(biāo)簽后放入溫度為60°的恒溫箱，處理24 h。恒溫處理結(jié)束后，使用蒸餾水浸泡沖洗，待葉片上的NaOH溶液完全洗凈后使用30%濃度的雙氧水（H2O2）水溶液浸泡葉片5 min進(jìn)行漂白，隨后用鑷子夾出，用蒸餾水沖洗，操作完成后做成臨時(shí)裝片。使用奧林巴斯生物顯微鏡在40×10倍視野下觀察葉片細(xì)胞，觀測(cè)5個(gè)該視野下的植物葉面氣孔的大小、形狀和數(shù)量等特征，最后結(jié)果取平均值。

2 結(jié)果與分析

圖1 10種常綠闊葉樹種單位葉面積滯塵量

2.1 滯塵能力分析

2.1.1 單位葉面積滯塵能力

如圖1所示，10種常綠樹種單位葉面積滯塵量在0.42~2.78 g/m2，平均滯塵量為1.560 g/m2。滯塵能力表現(xiàn)為：紅葉石楠（Ps）＞小葉女貞（Lq）＞海桐（Pt）＞廣玉蘭（Mg）＞金邊黃楊（Ej）＞木犀（Of）＞紅花檵木（Lc）＞山茶（Cj）＞杜英（Es）＞香樟（Cc）。在參試的所有植物種類中紅葉石楠滯塵量最高（2.78 g/m2），小葉女貞次之（2.23 g/m2），海桐平均滯塵量也比較高（2.048 g/m2），只有這3種植物大于2 g/m2；廣玉蘭和金邊黃楊滯塵量中等（1.70~1.80 g/m2）；紅花檵木，木犀，山茶滯塵量較低（1.20~1.40 g/m2），杜英滯塵量低（0.48 g/m2）；香樟滯塵量最低（0.42 g/m2）。10種植物中，最高滯塵量和最低滯塵量相差6.6倍，常綠灌木單位葉面積滯塵量總體高于常綠喬木。單因素方差分析表明，不同植物間單位葉面積滯塵量的差異顯著。

2.1.2 植物滯塵能力綜合評(píng)價(jià)

為了對(duì)參試植物的滯塵能力進(jìn)行更科學(xué)的分類，采用綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法[11]對(duì)校園綠化植物的綜合滯塵能力進(jìn)行分析。挑選出幾個(gè)與園林樹木滯塵能力有緊密聯(lián)系的指標(biāo)，除了滯塵量X2，其他指標(biāo)均為定性指標(biāo)（X1，X3-X6）[12-13]，把定性指標(biāo)按照對(duì)植物滯塵能力的影響分成3個(gè)層次進(jìn)行量化，結(jié)果見表2。

參考相關(guān)文獻(xiàn)確定權(quán)重向量[11-13]：Wi={X1（0.2），X2（0.2），X3（0.15），X4（0.15），X5（0.15），X6（0.15）}。用Xij/X(max)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，在該計(jì)算式中i是特征、j是品種；最后用經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)，按照Wi計(jì)算出綜合滯塵能力Y，結(jié)果見表3。

2.1.3 植物滯塵能力的聚類分析

將參試植物滯塵能力的綜合指數(shù)結(jié)果Y作為評(píng)價(jià)因子，運(yùn)用聚類分析法對(duì)其進(jìn)行分類[14]。Y值越大，表明所對(duì)應(yīng)的植物綜合滯塵性能越好。分析結(jié)果聚成4類，結(jié)果如圖2所示。

通過對(duì)10種園林植物的綜合滯塵能力進(jìn)行聚類分析，發(fā)現(xiàn)香樟和杜英滯塵能力比較接近，同處一類，滯塵能力較差；山茶和木樨滯塵能力相近，處在同一類，滯塵能力排在中下；金邊黃楊和海桐綜合滯塵能力基本一致，與它們相近的還有廣玉蘭、小葉女貞和紅花檵木，這些植物分在一類，滯塵能力較強(qiáng)；紅葉石楠自成一類，綜合滯塵能力最強(qiáng)。

表2 參試植物定性指標(biāo)量化

表3 植物滯塵能力量化分析結(jié)果

圖2 植物綜合滯塵能力聚類分析

2.2 不同樹種滯塵能力差異原因分析

2.2.1 植物葉面特征對(duì)滯塵能力的影響

通過觀察，對(duì)10種園林植物的葉面特征進(jìn)行比較，結(jié)果見表4。

表4 植物葉面特征比較

一般認(rèn)為，葉面是否粗糙、是否被有絨毛、鋸齒、以及軟硬度如何、是否有黏液等因素會(huì)影響葉片的滯塵效果。通常情況下，葉片表面比較粗糙、有褶皺、有黏液或者被毛的相比葉面光滑、無(wú)毛、無(wú)褶皺的滯塵功能更強(qiáng)。由于本試驗(yàn)選取的植物葉面基本不會(huì)分泌黏液，因此，將從葉片的紋路是否粗糙、有無(wú)鋸齒、是否被毛等角度進(jìn)行滯塵能力比較。從葉片的紋路來(lái)分析，金邊黃楊、海桐的葉片紋路較深，滯塵能力強(qiáng)。從葉片表面是否粗糙或者是否被毛分析，廣玉蘭葉面背被絨毛，滯塵能力強(qiáng)；香樟、山茶葉面光滑無(wú)毛，滯塵能力弱。從鋸齒和褶皺角度來(lái)分析，紅葉石楠葉緣有鋸齒，海桐、廣玉蘭葉片邊緣卷曲，滯塵能力較強(qiáng)。空氣中的灰塵落在邊緣有鋸齒的葉片上時(shí)，葉緣的鋸齒對(duì)落在上面的灰塵產(chǎn)生了阻力，讓灰塵能夠較牢的吸附在葉片上[15]。同樣，植物葉片表面有絨毛，使得葉面更為粗糙，空氣中的灰塵與葉面接觸時(shí)，會(huì)被柔毛阻滯而不易脫落[16]，像山茶、木樨等葉片光滑無(wú)毛的植物，當(dāng)空氣中的顆粒物落在葉片上時(shí)，很容易再次飄走，所以滯塵量低、對(duì)灰塵滯留效果不好。但是，植物的葉面特征并不是決定其滯塵量的唯一重要因素。像小葉女貞、金邊黃楊等植物，雖然葉面光滑無(wú)毛，但是滯塵量依然很高；而紅花檵木雖然葉面粗糙，且有星狀毛，但是滯塵量一般。由此可見，綠化植物的最終滯塵效益是受到多方面因素影響的。

2.2.2 葉面微結(jié)構(gòu)對(duì)植物滯塵能力的影響

在顯微鏡下對(duì)參試植物葉片進(jìn)行觀察比較，發(fā)現(xiàn)滯塵能力比較強(qiáng)的廣玉蘭等植物，其葉片表面的氣孔比較密集，密度能夠達(dá)到244個(gè)/mm2；滯塵功能最差的香樟，其葉片表面的氣孔也很密集，可以達(dá)到282個(gè)/mm2；滯塵功能很強(qiáng)的海桐和金邊黃楊，其葉片表面氣孔卻比較分散，這兩種植物葉片的氣孔密度分別是65個(gè)/mm2和117個(gè)/mm2。表明氣孔密度與植物葉片的滯塵能力無(wú)顯著相關(guān)性。

滯塵能力差的香樟，葉片表面氣孔明顯小于其他參試植物，并且其氣孔開度很小；滯塵能力比較強(qiáng)的廣玉蘭、海桐、金邊黃楊等植物，其葉片表面的氣孔都相對(duì)較大，并且氣孔開度也大。

3 結(jié)論與討論

（1）綠化植物的葉面特征是導(dǎo)致其滯塵功能差異的主要因素。葉片表面粗糙程度較高的植物，如被毛葉片，當(dāng)大氣中的顆粒物落在葉片表面時(shí)，葉面上的絨毛能夠輕易將這些顆粒物擋住，從而增強(qiáng)植物葉片對(duì)顆粒物的吸附效果；光滑無(wú)毛的植物葉片，風(fēng)可以輕易將落在葉面的灰塵吹落，導(dǎo)致滯塵效果不佳。植物葉片表面的微結(jié)構(gòu)也是導(dǎo)致滯塵能力差異的原因之一，在電子顯微鏡觀察的時(shí)候可以清晰看出葉片的氣孔形態(tài)，植物的滯塵能力與葉片表面氣孔的大小和開度大小有關(guān)。氣孔開度越大，植物葉片的滯塵能力越強(qiáng)。原因可能是氣孔越大，植物葉片的蒸騰作用越強(qiáng)，使得葉片附近空氣增濕，對(duì)植物葉片表面附著的顆粒物有滯留作用[17]；同時(shí)，植物葉片的氣孔處于張開狀態(tài)時(shí)，阻擋和吸附大氣中的灰塵等顆粒變得更加容易，灰塵藏在氣孔中，難以被風(fēng)吹落或著被雨水淋洗干凈[18]。研究表明[19-21]，綠化植物阻滯空氣中灰塵還與條狀突起、溝槽、絨毛、蠟質(zhì)等葉面形態(tài)有關(guān)。

（2）植物的單株滯塵量涉及到綠量的計(jì)算。本次試驗(yàn)中單位葉面積下常綠喬木滯塵能力相對(duì)較弱，原因在于喬木體積大，擁有比灌木更多的綠量，單株滯塵量不易測(cè)量。此外，校園內(nèi)環(huán)境相對(duì)整潔，空氣質(zhì)量相對(duì)較好，周圍沒有大型工廠等污染源，空氣中的灰塵主要是來(lái)自地面的揚(yáng)塵而非降塵，灌木自身高度較低，相比喬木離地距離更近，在有風(fēng)的時(shí)候，地面上的灰塵能夠輕易被吹到離地面較近的灌木葉片上，使得灌木比喬木積累到更多灰塵[22]。植物的滯塵量受多種因素影響，校園在選擇綠化樹種時(shí)應(yīng)同時(shí)，除了應(yīng)該考慮美觀，還應(yīng)該考慮到植物的滯塵作用，選用滯塵功能強(qiáng)的常綠樹種，特別是常綠闊葉灌木，有助于提高校園空氣質(zhì)量。