绿化植物叶面特征对滞尘效应的影响

刘颖 李冬杰 李朝炜 朱昀 魏景芳

摘要：选取河北省石家庄市18种常见绿化植物为对象，研究绿化植物叶片表面特征对滞尘效应的影响。结果表明，在同一尘源条件下，不同绿化植物的滞尘能力存在极显著差异，迎春花的滞尘能力相对最强，平均累积滞尘量为4.572 g/m2，色木槭滞尘能力相对最弱，平均累积滞尘量为0.515 g/m2，两者平均累积滞尘量相差9倍；相同植物不同垂直部位的叶片滞尘能力也存在显著差异，18种植物不同部位的叶片累积滞尘量均表现为：下部>中部>上部；利用显微镜观察叶片表面发现，叶片表面具被毛、葉面粗糙度大、气孔密度大且开度、大的植物产生的滞尘效果较好，叶表平滑无毛、气孔密度小的植物产生的滞尘效果较差。

关键词：绿化植物；滞尘能力；叶面特征；气孔密度；迎春花

中图分类号： Q948.1文献标志码：

文章编号：1002-1302（2016）08-0454-04

近年来，随着城市工业的迅猛发展，由颗粒物而导致的灰霾污染已成为严重的城市环境问题。植物因其叶片表面性能如茸毛、蜡质表皮等可以滞留和黏附较多的大气颗粒物[1]，对可吸入颗粒物的阻滞与过滤、空气净化等发挥着不可替代的作用[2]。目前，国内外学者们重点围绕不同城市、不同功能区的绿化植物滞尘效应开展研究，探讨绿化植物的滞尘规律[3-7]，而对颗粒物阻滞机理方面的研究较少。本试验以河北省石家庄市常见的绿化植物为对象，在相同滞尘环境下测定植物的滞尘量，分析植物的滞尘规律，研究不同植物叶片表面特征对植物滞尘能力的影响，进一步探讨植物叶片的滞尘机理，筛选出滞尘能力强的植物种，对城市大气颗粒物污染的降低和空气质量的提高具有重要意义，为优化城市植物群落配置和绿地生态建设提供依据。

1材料与方法

1.1试验材料

根据石家庄市的气候特点，对全市绿化植物的种类和生长状况进行调查，筛选出常见的、具有代表性的18种绿化植物为研究对象，其中乔木有7种：樱花（Prunus annesiana）、长叶女贞（Ligustrum lucidum Ait.）、二球悬铃木（Platanus acerifolia Willd.）、色木槭（Acer mono Maxim.）、垂柳（Salix babylonica L.）、龙爪槐（Sophora japonica L. var. japonica form. pendula Hort.）、丝棉木（Euonymus maackii Rupr）；灌木有8种：平枝栒子（Cotoneaster horizontalis Decne.）、紫叶李（Prunus cerasifera Ehrh.）、月季（Rosa chinensis Jacq.）、西府海棠（Malus micromalus Makino）、迎春花（Jasminum nudiflorum Lindl.）、紫叶小檗（Berberis thunbergii cv.atropurpurea）、大叶黄杨（Buxus megistophylla）、牡丹（Paeonia suffruticosa Andr.）；草本有3种：车轴草（Trifolium repens L.）、紫花地丁（Viola philippica Cav.）、马蔺（Iris lacteal Pall.var chinensis）。

1.2试验方法

1.2.1樣本植物叶片的采集针对同一植物种，选择长势良好、生长情况一致的3株植株进行标记；由于时间和降水量限制，人为采用去离子水对植物叶片进行清洗[8]；同一植株分上、中、下3个部位各采集叶片样本5张，为减少叶片上颗粒物的脱落，尽量避免抖动，并将所采集的叶片样品封存于贴有植株名称的自封袋中；每5 d采样1次，连续采样7次，确保植物叶片累积滞尘时间达到30 d[8]。

1.2.2单位面积滞尘量的测定将采集的植物叶片样本分别放入250 mL烧杯中，蒸馏水浸泡30 min；用镊子小心夹住叶片，用洗瓶反复冲洗每个叶片上、下表面的附着物，直至干净；用镊子将叶片小心夹出，将含有大气颗粒物的混合液用已称质量（m1）的滤纸过滤；将滤纸放入烘箱70 ℃烘干，冷却，用万分之一天平称质量（m2），2次质量之差即为叶片样本上所附着的空气颗粒物质量。利用打孔称质量法，推导计算每一样本植株全部叶片的面积（S）。单位面积滞尘量（S）计算公式为：

1.3数据分析

采用SPSS 20.0软件对试验数据进行统计分析。

2结果与分析

2.1绿化植物的滞尘能力

由表1可知，石家庄市18种常见绿化植物累积滞尘 30 d，平均累积滞尘量在0.515～4.572 g/m2之间，迎春花的滞尘能力相对最强，平均累积滞尘量为4.572 g/m2，色木槭滞尘能力相对最弱，平均累积滞尘量为0.515 g/m2，两者的平均累积滞尘量相差9倍；累积滞尘量平均值由大至小依次为迎春花>龙爪槐>紫叶小檗>樱花>二球悬铃木>紫花地丁>大叶黄杨>长叶女贞>平枝栒子>月季>车轴草>丝棉木>垂柳>西府海棠>马蔺>牡丹>紫叶李>色木槭；相同植物不同垂直部位的叶片滞尘能力存在显著差异（P<005），18种植物不同部位叶片的累积滞尘量均表现为下部>中部>上部，这主要是由于植物叶片受到外界环境的干扰，导致叶片单位面积累积滞尘量的变异系数相对越大[10]，且在开放式的环境条件下，车辆及行人较多，造成路面较大程度的二次扬尘，致使叶片垂直位置越低， 受地面扬尘和机动车排放量影响越大，累积滞尘量也相应越大。由表2可知，同一尘源条件下，不同绿化植物的滞尘能力存在极显著差异。

2.2绿化植物叶面特征对滞尘能力的影响

2之间，表示植物滞尘能力中等；滞尘量介于1～3 g/m2之间，表示滞尘能力相对较弱；滞尘量<1 g/m2，表示滞尘能力弱。由表3可知，滞尘能力较强的4种植物中，除紫叶小檗外，迎春花、龙爪槐、樱花这3种植物的叶片表面均有柔毛覆盖；滞尘能力中等的5种植物中，长叶女贞的叶面被极密绢状微柔毛，二球悬铃木叶片上、下表面均着厚而密的被毛，平枝栒子、大叶黄杨的叶片表面也分布着微细毛；滞尘能力偏弱的9种植物中，除车轴草叶片两面被稀薄的刚毛外，其他8种植物叶片表面光滑、均无被毛。植物叶片被毛，增大了叶片表面的粗糙度，当大气颗粒物与叶片表面接触，便会进入柔毛之间，被柔毛阻滞，难以脱落，而无毛叶片则对颗粒物的阻滞效果不佳，叶面累积滞尘量较少。因此，具备柔毛特征的植物叶面更有利于颗粒物的沉积，且附着的颗粒物不易再次扬起，从而使颗粒物较多地滞留在植物叶片表面

2.3绿化植物叶面气孔特征对滞尘能力的影响

由表4、图1可知，18种绿化植物的叶片表面气孔主要为长圆形或卵圆形，气孔密度在视野范围内为5～76个；累积滞尘量较大的植物，其气孔密度相对较大，其中迎春花滞尘能力相对最强，叶表面气孔密度最大，为76个，龙爪槐滞尘能力次之，氣孔密度为60个，紫叶小檗和樱花滞尘能力相对较强，气孔密度分别为47、41个；滞尘能力中等的5种植物的气孔密度集中在36～45个；滞尘能力较弱的5种植物的气孔密度在22～28个范围内；滞尘能力弱的4种植物的气孔密度≤15个，其中紫叶李、色木槭的滞尘效果相对最差，气孔密度为5个。由此可知，植物叶片表面的气孔密度与植物叶表面累积滞尘量有正相关性，决定着植物的滞尘能力，且这些气孔在开口状态时更容易阻滞灰尘及各种颗粒物，并使深藏其间的颗粒物很难再次被风或雨水带走[2]。

3结论与讨论

绿化植物利用叶片阻滞空气中的悬浮颗粒物，产生的滞尘效应是一个复杂的动态过程，该过程受到环境因素及植物自身生理特性的影响[12-14]。本研究结果表明，相同尘源环境下，不同植物的滞尘能力存在极显著差异，选取的18种常见绿化植物在相同滞尘时间内，平均累积滞尘量在0.515～4572 g/m2之间， 植物叶片累积的滞尘量由大到小依次为迎

垂柳>西府海棠>马蔺>牡丹>紫叶李>色木槭。造成植物滞尘能力差异的原因主要与其自身形态特征及生理特性有关。利用显微镜观察叶片表面发现，叶片表面具柔软被毛、叶面粗糙度大、气孔密度大且开度越大的植物如迎春花、龙爪槐等滞尘能力较高，而叶面平滑无毛、气孔密度小的植物如紫叶李、色木槭等滞尘效果较差。植物叶片表面的柔毛和褶皱增大了叶片表面的粗糙度，有利于颗粒物的附着；叶面气孔将颗粒物锁定在叶片上，这些叶面微结构对空气中的悬浮颗粒物产生阻滞作用，使附着在叶片表面的颗粒物不易因外力振动或滑落而重新进入空气中[15]，对颗粒物起支持固定的效果。另外，相同植物不同垂直部位的叶片滞尘能力差异显著，18种植物不同部位的叶片累积滞尘量均表现为下部>中部>上部，这是由于植物在开放式的环境条件下，受到车辆及行人等因素的干扰，导致叶片单位面积累积滞尘量的变异系数较大，距离地面较近的下部更容易接触到较多的二次扬尘和汽车尾气。

綠化植物作为净化城市的重要过滤体，其滞尘能力及滞尘机理是城市绿地生态规划设计的依据。选择适宜本地区发展、滞尘能力强的植物，对乔木、灌木、草本不同生活型的植物进行合理搭配，实现城市绿化的三维立体配置，既可增强生物多样性和观赏性，也可以改善环境，产生较好的生态效益。

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