宜州城区5种行道树叶表面特征及滞尘效果比较

陆锡东，李萍娇，贺庆梅，牟光福，苏盛

(1.河池学院 化学与生物工程学院，广西 宜州 546300;2.南丹县城关第二中学，广西 南丹 547202)

随着城镇化进程的加快，使本已十分脆弱的生态环境遭受更加严重的破坏，人们不断提高的生活水平，对环境质量又提出了更高的要求，因此，生态园林城市(城镇)建设受到了相关部门的重视以及人们越来越多的关注［1］。大气颗粒物是影响空气环境质量的重要因素［2］，植物叶片通过其表面特性和湿润性发挥着巨大的滞尘作用。当含尘气流经过植物冠层时，一部分颗粒较大的灰尘被枝叶阻挡而降落，另一部分滞留在枝叶表面。因此，滞尘能力较强的植物对空气环境的净化作用效果显著［3－4］。

利用道路绿化植物(行道树、绿篱、草本花卉或其他地被物)作为清除大气颗粒物的重要途径已得到人们的普遍认可［5］。行道树是城镇村屯及机关单位绿化的重要组成部分，也是人们生存空间的重要组成部分，在调节小气候、吸收有毒有害气体、吸附尘埃以及净化空气等方面的作用已广为人知。配植优良的城镇中心区主干道和街区行道树种，使之既具有绿化、美化环境的功能，又具有降噪、遮荫、吸收大气污染物、降尘等多种生态作用，合理构建防治空气污染的一道重要防线，这是城镇宜居环境建设必须认真考虑的问题。近年来，关于植物滞尘作用的研究常见诸于有关媒体的报道［3，6－7］。但是，由于气候的差异以及植物具有较强的地域性，并且不同主干道绿化带的功能要求不同，从而导致植物的配置不同。如何兼顾园林绿化和生态环境保护，充分发挥植物的生态经济效益，是和谐街道(社区)构建和未来人居环境建设应当考虑的重要课题［8］。

虽然人们对城市园林植物的滞尘能力进行了一些研究［9－10］，但关于桂西北行道树的相关研究未见报道。笔者对地处桂西北的宜州市城区常见行道树滞尘能力进行调查，选取与滞尘效益密切相关的植株高度、叶面积指数、单位叶面积滞尘量、生长期和叶表面特性(包括粗糙度、黏液、硬度)等7个指标，对所选植物的滞尘能力进行综合评价，以期为宜州城区行道树的选择和配置提供参考。

1 研究区域自然概况

宜州市地处东经108°4'11″～109°2'44″，北纬24°0'10″～24°5'25″，东西宽101.5 km，南北长95.64 km，属南亚热带季风气候区和典型的喀斯特地貌，最高峰海拔873 m;冬夏气候交替明显，年平均温度20.4℃，最热月为7月，平均温度为28.8℃，极端最高温度为39.2℃，最冷月为1月，平均温度为12.6℃，极端最低温度－3.8℃;年均日照1 696.9 h，＞10℃有效积温为6 579.8℃，无霜期327 d;年降雨1 480 mm，4～8月为主要降雨季节;年平均蒸发量为1 115 mm，年平均相对湿度82%。随着城市化进程的加快和石漠化的加剧，宜州市城区的空气环境质量也在不断的发生变化，空气中的可吸入颗粒物含量明显增加。

2 材料与方法

2.1 材料采集

本研究的实验材料为宜州城区主要行道树的正常叶片，材料采自宜州城区车流量最大路段之一的龙江路。龙江路是宜州通往罗城的交通要道，是宜州和罗城来往车辆的必经之路。由于龙江路车流量大，路面扬尘及车辆尾气排放量大，所以选取龙江路两侧行道树作为研究对象具有一定的代表性。

2013年2月25日至3月3日，在龙江路两侧选取当地最常见的行道树，每种行道树随机选择4棵大小和高度相当的植株，测定其单位叶面积滞尘能力，并观察其叶表面形态特征。选择的行道树种分别为:桂花(Osmanthus fragrans)、蝴蝶果(Cleidiocarpon cavaleriei)、高山榕(Ficus altissima)、小叶榕(F.microcarpa var.pusillifolia)、海南蒲桃(Syzygium hainanense)。

样品采集选择在晴朗天气的下午4点至6点进行［11］。每一树种设置4个重复，分别在每个植株靠马路一侧的上、中、下3个部位随机采集成熟叶片15张(共45张)，将采集的叶片小心封存于塑料封口袋中，带回实验室进行测定［12］。

2.2 主要仪器

ECA－MY02叶面积仪(北京益康农科技发展有限公司)，OLYMPUS SZX2－ILLT数字立体显微镜(奥林巴斯光学工业株式会社)，AL204电子天平(上海梅特勒——托利多仪器有限公司)，KQ5200DA数控超声波清洗仪(江苏昆山市超声波仪器有限公司)。

2.3 实验方法

2.3.1 单位叶面积滞尘量的测定

目前尚无统一的标准方法测定植物叶片的滞尘量，常用质量差减法进行分析测定［13］。用精确度为万分之一的电子天平称量采集回来的植物叶片，记录重量m1。用超声波清洗仪清洗叶片，用80 W功率清洗35 min，然后将叶片拿出，再用清水清洗两遍。把叶片放在干净的报纸(或其他吸水材料)上晾干，称量清洗干净后的叶片，记录重量m2。(m1－m2)/s即为植物叶片的单位面积滞尘量［14－15］。

2.3.2 叶面积测量

用叶面积仪测量以上清洗并晾干后的叶片，测量出不同树种单片叶面积(s)。每张叶片重复测量3次，取其平均值作为该叶片的表面积［16］。

2.3.3 全株叶量计算

叶量调查采用分层取样法，先用目测法将所调查的植株进行分区分层，其中可先按枝划分，也可把几个大枝归为几等分，接着再对各主枝或一等分进行继续等分分级，一直到可以容易计数叶片的标准小枝为止，当记数出标准小枝的叶片数量后，再计算全株叶量［17］。

2.3.4 叶面积指数的计算

叶面积指数=植物叶片总面积/树冠垂直投影面积

2.3.5 叶表面细微结构的观察及摄影

把采集回来的新鲜叶片剪成沿中脉两侧各1 cm，长2 cm的小块，放到数字立体显微镜下观察并拍照。

2.3.6 评价方法

选取与植物滞尘效益密切相关的7个因子作为评价指标，这些指标包括植物的高度(X1)、叶面积指数(X2)、单位叶面积滞尘量(X3)、生长期(X4)和叶表面特性，其中，叶表面特性包括叶片的粗糙度(X5)、黏液(X6)、硬度(X7)。通过野外观测和专家咨询，将植物高度和叶面特性划分为3个等级［18］。

3 结果与分析

3.1 不同行道树种的滞尘能力差异

通过对宜州城区主要交通要道的实地调查，在同一环境下选取5种代表性的行道树种进行采样，并对其叶表面结构和滞尘效果进行比较分析，用差量法测得的宜州城区5种行道树的单位滞尘量见表1。

表1 宜州城区5种行道树的单位叶面积滞尘量

结果表明，不同树种的单位叶面积滞尘能力差异较大，其大小排序为:海南蒲桃＞蝴蝶果＞桂花树＞小叶榕＞高山榕。海南蒲的桃单位叶面积滞尘量平均值最大(70.61±24.46 g/m2)，高山榕的单位叶面积滞尘量平均值最小(13.50±2.92 g/m2)，两者相差5.23倍。

3.2 不同行道树种的叶面积指数比较

叶面积指数是植物综合滞尘能力的一个重要指标，不同树种的叶面积指数与其综合滞尘能力关系密切［9］。表2为本研究的宜州城区5种行道树叶面积指数测定结果，由此可见，不同树种的叶面积指数有一定差异，其中蝴蝶果的叶面积指数最大，与其余四种行道树的叶面积指数差异明显;桂花树、高山榕和海南蒲桃的叶面积指数大致相当介于2.03～2.10之间;小叶榕的叶面积指数最小(＜1.30)。

表2 宜州城区5种行道树叶面积指数比较

3.3 不同行道树种的叶表面结构

图1为宜州城区5种不同行道树叶片正表面显微照片。由此可见，宜州城区不同行道树种叶片表面粗糙度主要由在主脉和一级、二级侧脉处形成的沟或脊，叶片表面附属物(如表皮毛、腺毛等)，以及叶片不同部位不在同一水平面造成。所以，叶脉间的距离在一定程度上反映了沟或脊的多少及其疏密度，即在一定程度上可以表征叶表面的粗糙程度。宜州城区5种不同行道树叶脉的平均距离和叶片翻卷的特点见表3。

表3 宜州城区5种行道树叶片表面特点

图1 宜州城区5种行道树叶片正表面特征比较

结果表明:在本研究的5种行道树中，海南蒲桃叶表面的粗糙度主要是由主脉处形成沟，而侧脉处形成脊和突起颗粒共同造成，叶片向上翻卷，侧脉间平均距离为3.5±0.26 mm，比桂花树、蝴蝶果、高山榕二级侧脉间的平均距离还小，是侧脉平均距离最小的;高山榕叶表面的粗糙度主要由主脉和侧脉的凸起造成，主脉和一级侧脉都形成脊，其余的叶表面相对光滑，叶片向上翻卷，一级侧脉间距离为28.00±2.72 mm，是一级侧脉间平均距离最大的，比海南蒲桃的大8.0陪;桂花树和蝴蝶果叶表面的粗糙度则是由主脉，一级侧脉，二级侧脉都形成沟所造成的，叶片都向下翻卷;而小叶榕的主脉和侧脉形成沟，但沟比较浅也比较窄小，整张叶片基本在同一水平面，叶片翻卷度也不明显。海南蒲桃叶表面滞留的空气颗粒物主要是比较均匀地分布在整张叶片中;桂花树和蝴蝶果叶表面滞留的空气颗粒物主要分布于叶脉所形成的沟中;而高山榕的叶表面滞留的空气颗粒物则主要分布于叶脉所形成的脊旁;小叶榕叶表面滞留的空气颗粒物主要分布于主脉附近。

3.4 不同行道树种综合滞尘能力分析

为了对常见园林绿化植物的滞尘能力进行更加客观的比较，必须利用数学的方法进行综合评价分析［4］。因此，笔者参照王蓉丽的金华市绿化植物的评判、分类指标，选取与植物滞尘效益密切相关的7个因子作为评价指标，这些指标包括植株的高度(X1)、叶面积指数(X2)、单位叶面积滞尘量(X3)、生长期(X4)和叶表面特性。其中，叶表面特性包括粗糙度(X5)、黏液(X6)、硬度(X7)。叶面积指数和单位叶面积滞尘量可用测得的具体数据值代入进行计算，而其余指标为定性指标，分析前需将其分级进行数量化，数量化指标见表4。

表4 绿化植物定性指标数量化标准

本文采用综合指数的方法分析植物的综合滞尘能力，具体通过数据标准化、确定权重和计算综合指数3个步骤求得综合指数。综合指数越高，说明该植物的综合滞尘能力越强。具体包括:①对原始数据采用下式进行标准化，X'ij=Xij/X(max)，式i中为统计指标，j为植物种类。②通过项目组成员的讨论及征询专家意见，由此得到评价权重向量Wi={0.2，0.2，0.2，0.1，0.1，0.1，0.1}。③根据权重向量和标准化数据按下式确定综合评价指标Yj，Yj= ∑X'ij·Wi。

根据标准化评价和综合指数Y的计算结果如表5。

表5 宜州城区5种行道树环境效应数量化分析

4 讨论和结论

蝴蝶果的综合评级指标之所以排在第一位，可能是由于其叶面积指数远远大于其余4个树种，单位叶面积滞尘量也相对较大(仅次于海南蒲桃)的缘故;海南蒲桃和桂花树依次排名第二和第三，主要是由于这两个树种的叶面积指数和单位叶面积滞尘量都相对较大，桂花树叶片的粗糙度和硬度也较大的缘故;高山榕排名比较靠后，可能是其单位叶面积滞尘量小，叶面积指数和叶面粗糙度也不大的缘故;小叶榕的综合评价指标排在末位，可能是由于其叶面积指数最小，单位叶面积滞尘量偏小(倒数第二)，其他评价指标也最小的缘故。

道路绿化树种的选择不仅要考虑景观效果，其滞尘和净化空气的能力也非常重要［19］。相关研究表明:叶表面特性、叶片着生角度、树冠高度、枝叶密度及颗粒状污染物浓度等因素均对植物滞尘能力产生影响［20－22］。笔者在对宜州城区5种行道树的单位叶面积滞尘量进行计算的同时，也对其叶片表面由叶脉所形成的沟或脊进行了数量化计算，更深入了解叶表面特征与植物滞尘能力的关系。通过对桂花树、蝴蝶果、高山榕、小叶榕及海南蒲桃叶表面特征与滞尘效果的比较研究可知，如果仅从滞尘能力考虑的话，蝴蝶果是本研究的5种行道树中最好的，其余依次为海南蒲桃、桂花树、高山榕、小叶榕。

当然，行道树的选择不仅要考虑其滞尘能力，还要考虑其景观效果、生长环境及经济效益等因素。不同气候地理背景的城市，对行道树生物学特性的要求往往有较大差异。比如，在炎热的地区，行道树不仅要有较强的滞尘能力，还要有较强的遮荫挡阳能力;风沙较大的地区，行道树不仅要有较强的滞尘能力，还应有较强的防风能力和抗倒伏能力。要从众多的道路绿化植物中挑选出既适应当地气候地理条件，又有较好的景观效果和较强生态服务功能的行道树种，诸多问题尚待进一步研究。

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