北京路边9种植物叶片表面微结构及其滞尘潜力研究

张鹏骞，朱明淏，刘艳菊*，杨 峥

1. 北京麋鹿生态实验中心，北京 100076；2. 北京生物多样性保护研究中心，北京 100076

北京路边9种植物叶片表面微结构及其滞尘潜力研究

张鹏骞1,2†，朱明淏1,2†，刘艳菊1,2*，杨 峥1,2

1. 北京麋鹿生态实验中心，北京 100076；2. 北京生物多样性保护研究中心，北京 100076

以栾树（Koelreuteria paniculata）等9种常见于北京市区主干道旁的园林植物的叶片为研究对象，采用环境扫描电镜（Environmental Scanning Electron Microscope，ESEM）对这些植物叶片的气孔、表皮毛等微形态特征及其对颗粒物的滞留作用进行观察和描述，并对在叶片上滞留的颗粒物进行能谱分析。结果表明，植物叶片是滞留大气颗粒物的主要器官之一，叶片上下表皮的微结构差异影响其对颗粒物的滞留潜力。叶片上的细纹结构、细胞之间的间隔、气孔等部位镶嵌着不同粒径的颗粒物。叶片表皮的细纹结构越密集、细胞之间的间隔越小、气孔密度越大，对颗粒物的阻滞作用越明显。另外，叶片表皮毛能够对颗粒物起到一定的滞留作用。植物分泌的液态状物质能够粘滞颗粒物。除刺槐（Robinia pseudoacacia）外，其他8种植物叶片表面滞留的粒径介于0.1～0.5 mm之间的颗粒物最多，介于0.5～1 mm之间的次之，粒径＞1 mm以上的颗粒物数量最少。通过能谱分析发现，C和O在植物叶片滞留的颗粒物中广泛存在；Si、Fe、Mn等在大多数植物叶片上也有发现。以北京西三环这一市区主干道为例，根据不同元素在植物叶片上的积累，基本可以判断，植物借助叶表皮微形态学结构特征，在富集颗粒物的同时，对以燃油型、燃煤型和工业生产排放的颗粒为主的大气污染物具有净化作用。

叶表面微形态特征；颗粒物；滞尘潜力；能谱分析

北京因其特殊的地形和气象条件成为华北区域大气污染物质的汇积中心（Ren et al.，2008；周磊等，2016），加之城市化进程加快和交通的迅速发展（Zhang et al.，2016），给大气污染防治带来严峻挑战。植物作为城市环境建设的主体，可有效过滤、阻挡和吸附大气粉尘（夏冰等，2017）。高大乔木净化作用更加明显（赵勇等，2002），每年可为北京市区去除多达772 t的细颗粒物（Yang et al.，2005）。植物对大气颗粒物的净化作用与其叶片的微形态特征密切相关，植物叶片表面的表皮细胞、气孔和被毛等微观结构（赵晨曦等，2013）、叶面积大小（刘青等，2009；王皓飞等，2016）及粗糙程度（王蕾等，2007）是影响植物吸附大气颗粒物的关键因素。依据不同的微形态特征，植物叶片对颗粒物的吸附可归纳为两种类型：气孔吸附主导型（叶面积小、表皮角质丰富、细胞壁凹凸不平、无表皮毛阻挡、气孔密、气孔口大，主要吸附细颗粒物）和表皮吸附主导型（叶表皮毛多，主要吸附粗颗粒物）（刘玲等，2013）。北京街道有些现生的绿化带植物类型具有较好滞尘能力（Liu et al.，2017），但目前对其植物叶片微形态学机理尚不清楚，尚需进一步探讨。

本研究选取北京市常见的9种园林树种，包括栾树（Koelreuteria paniculata）、榆树（Ulmus pumila）、臭椿（Ailanthus altissima）、垂柳（Salix babylonica）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、冬青卫矛（Euonymus japonicus）、紫叶李（Prunus cerasifera‘Atropurpurea’）、 五 叶 地 锦 （ Parthenocissus quinquefolia）及迎春花（Jasminum nudiflorum），观察其叶片微观结构并探讨其与植物叶片滞尘效果的关系，以期为揭示城市道路绿化植物净化大气颗粒物的微形态学机理提供重要依据。

1 材料和方法

1.1 样点和样品采集

以北京市西三环紫竹桥至丽泽桥沿线的4个位置作为样点（图1）。于2016年4月25日（此前14 d内无降水）采集9种植物叶片（图1）。在距地面1.5 m高的位置，选取成熟、健康、大小相近且面朝街道的10个叶片为测试样品。一只手用圆头镊子夹住叶柄，另一只手用枝剪将叶柄剪断；然后用圆头镊子夹住被剪断的叶柄，连同叶片小心置于保留部分气体的纸袋中。每种植物采集3个样品，即3个重复。一部分样品于2 h内完成显微观察，其余样品尽快真空干燥后用于能谱分析。

图1 样点分布图Fig. 1 Map of sampling sites

1.2 叶面微观结构及颗粒物观察

于每株植物的叶片样品主叶脉两侧部位分别切取4份大小为4 mm×3 mm的小块，用双面胶带粘贴在样品台上，置于FEITMQuanta FEG 250场发射扫描电镜下，先低倍后高倍进行叶片微形态结构观察并拍摄。利用Window10 Photos软件对电镜照片进行强化后，对20个显微视野的气孔数量、叶表皮细胞结构、表皮毛等特征进行计数、分析，对3个显微视野下的颗粒物粒径依照＞1 mm、0.5～1 mm 和0.1～0.5 mm进行分析；利用AutoCAD软件，结合电镜放大倍率计算气孔长度、宽度及显微视野面积，根据“气孔密度=视野中的气孔数/视野的面积”计算气孔密度。

1.3 叶表面颗粒物组成元素的能谱分析

将植物样品置于真空干燥器中进行临界点干燥，在每株植物的叶片样品中，选取主叶脉两侧的4个部位，分别切取大小为4 mm×3 mm的小块，用双面胶带粘贴在样品台上，再在日立TM高新磁控溅射器MC1000型离子镀膜仪中溅射镀金，取出后用日立TMS-4300冷场发射扫描电镜对叶片上附着的颗粒物进行观察、拍摄、分析。

1.4 数据处理

运用Excel 2010软件计算植物叶片气孔密度的均值。在SPSS 17.0软件中，采用单因素方差分析方法（ANOVA）分析相同植物叶片不同部位对不同粒径粉尘的滞留效果。

2 结果与讨论

2.1 植物叶片气孔密度与颗粒物滞留效果

叶片上的气孔是植物与外界环境进行气体交换和水分蒸腾的重要结构，气孔的大小、数量和调节功能与叶片的光合作用和蒸腾作用等生理过程有关（叶子飘等，2009；王曙光等，2013）。本研究表明，9种苗木叶片气孔密度表现为栾树（427 ind·mm-2）＞冬青卫矛（400 ind ·mm-2）＞紫叶李（375 ind·mm-2）＞榆树=刺槐（260 ind·mm-2）＞臭椿（250 ind·mm-2）＞迎春花（235 ind·mm-2）＞五叶地锦（153 ind·mm-2）＞垂柳（24 ind·mm-2）；但单位叶面积植物的滞尘能力的高低顺序与气孔密度并不完全一致，表现为栾树（23.0 g·m-2）＞榆树（22.4 g·m-2）＞臭椿（11.1 g·m-2）＞垂柳（10.0 g·m-2）＞刺槐（9.14 g·m-2）＞冬青卫矛（8.49 g·m-2）＞紫叶李（8.41 g·m-2）＞五叶地锦（7.15 g·m-2）＞迎春花（6.88 g·m-2），这表明影响叶片滞留颗粒物的因素可能还包括除气孔密度之外的其他叶表面微形态学特征。

2.2 不同种类植物叶表面微形态特征与颗粒物滞留潜力

2.2.1 栾树

电镜扫描结果（图 2-1）表明，栾树叶片下表皮光滑无毛，颗粒物较少，表皮细胞呈长方形、长条状六边形或其他不规则形状，排列紧密。气孔仅分布于下表皮，排列不规则，有些气孔之间的间距较大，有些则排列紧密，但基本符合“一细胞间隔”（贾瑞玲，2009）的原则。气孔多呈开启状态，气孔结构特征明显，该显微视野下可见完全气孔结构17个（黑色箭头标识），由2个肾形保卫细胞组成，气孔长轴方向随机、无规律；气孔周边的表皮细胞多数表面有褶皱。栾树叶片的上表皮细胞多呈梯形，且细纹密布，叶表面粗糙（图2-2）。粘附于叶片上的颗粒物粒径及形状无明显规律（红色箭头标识），呈多边形、团状及带状等形态。通过观察可以看到，栾树叶片下表皮和上表皮粒径介于 0.1～0.5 mm 之间的颗粒物分别有66个和63个，主要镶嵌在气孔保卫细胞周边、细纹结构处。下表皮和上表皮粒径介于0.5～1 mm的颗粒物分别有24个和30个，主要出现在气孔周边。下表皮和上表皮粒径＞1 mm的颗粒物分别有9个和12个，主要分布在细胞间隔内。差异显著性分析表明，粒径介于0.1～0.5 mm的颗粒物数量显著高于其他粒径的颗粒物（表1）。

图2 ESEM下的不同种类植物叶片上下表皮的微形态特征Fig.2 Micromorphological features of lower and upper leaf surfaces for different plant species under ESEM

2.2.2 榆树

电镜扫描结果显示（图2-3），榆树叶下表皮分布气孔结构18个（黑色箭头标识），大多呈开启状态。气孔特征明显，副卫细胞环绕在保卫细胞周围，气孔深陷；副卫细胞四周有明显的辐射状条纹。下表皮细胞呈多边形，排列紧密，团状或圆柱形颗粒物零星散布于气孔周边。显微视野西侧可见“人”字形叶脉，叶脉交汇处披单细胞表皮毛（红色箭头标识）。表皮毛顶端分泌近透明液态物质，沿叶脉分别朝东南和西南方向流淌。其中，位于东南方向的液态物质黏附的颗粒物覆盖了1个气孔。图2-4可见，榆树叶上表皮细胞呈长条状多边形，排列紧密。显微视野南部可见一个“V”字型褶皱带。西南部披有表皮毛（红圈标识），表皮毛下方角质层细纹明显，呈放射状。以往研究也观察到榆树叶上表皮细胞大多含有粘液物质（李贺敏等，2004）。本研究显微视野下可见3条较为完整的液体分泌痕迹覆盖于上表皮，分别位于“V”字型褶皱底部的北侧，“V”字型褶皱左上部东侧，及显微视野下中上部偏西。上表皮可见若干大小不一、形状不规则的颗粒物，角质层细纹密布。通过观察可以看到，榆树叶片下表皮和上表皮粒径介于0.1～0.5 mm之间的颗粒物分别有 37个和 53个。这些颗粒物主要镶嵌于叶片的细纹结构之中；还有少许颗粒被植物分泌物所粘着。下表皮和上表皮粒径介于0.5～1 mm的颗粒物分别有 26个和 23个，主要出现在细胞间隔内和表皮毛四周。粒径＞1 mm的颗粒物主要分布在气孔间隔内。在上表皮，有些粒径更大的颗粒物覆盖了气孔；在下表皮，有些粒径更大的颗粒物甚至将四周的细胞全部覆盖。差异显著性分析表明，榆树叶下表面粒径介于0.1～0.5 mm之间的颗粒物数量显著高于下表皮粒径＞1 mm颗粒物的数量（表1）。

表1 颗粒物在不同种类植物叶表面微形态结构位置的分布及在不同粒径段的数值特征Table1 Particle distribution on different leaf surface structures and number count at various particle sizes for different plant species

2.2.3 臭椿

根据电镜扫描结果（图 2-5），臭椿叶片下表皮粗糙，角质层呈条状，隆起明显，东北方向条状较长、平行排列（黑线标识处东北方向）；其余条状结构短促，有更细小的分脉。在该视野下，叶下表皮细胞难以辨认。叶片气孔明显，该显微视野下气孔结构有9个（黑色箭头标识），由2个肾形保卫细胞和气孔组成，没有副卫细胞。气孔呈椭圆形，长轴方向分布不一，气孔周边条纹状角质层分布聚集。赵芸玉等（2016）研究表明，近成熟、成熟的臭椿叶表皮角质层隆起结构围绕着气孔，致使部分气孔略有下陷。这一结论与本研究所采集臭椿成熟叶片结构特征相一致。臭椿叶片上表皮粗糙（图2-6），没有观察到气孔，显微视野下观察到4条叶脉，均呈“东南—西北”走向。上表皮密布细条状角质层整体呈“南—北”走向，与叶脉交汇。上表皮零星分布若干颗粒物（红色箭头标识），多呈不规则团状，粒径大小不一，均分布在细纹结构中，粒径介于 0.1～0.5 mm 的颗粒物数量显著高于其他粒径颗粒物（表 1）。下表皮几乎没有观察到散落的颗粒物（图2-6，表1）。

2.2.4 垂柳

根据电镜扫描结果（图 2-7），垂柳叶片下表皮可观察到的气孔较少，仅有3个，均处于闭合状态（黑色箭头标识）。气孔器由保卫细胞和气孔组成，保卫细胞与周边表皮细胞之间有肾形细小间隔。显微视野中心位置可见一条“U”型液态分泌带（红线标识）附着于角质层细纹之上，数个颗粒物被粘着于分泌物带上。上表皮散落分布形态及大小不一的颗粒物，南部可见表皮毛（红圈标识），密布条状组织。垂柳叶片上表皮普遍被不规则絮状物质覆盖，表皮细胞难以辨认，颗粒物也无法被清晰辨识（图2-8），可见数条叶脉呈“南—北”走向（红线标识），仅见1个气孔（黑色箭头标识）。垂柳叶片下表皮粒径介于 0.1～0.5 mm 之间的颗粒物多达185个，这些颗粒物有些散落于叶片的细纹结构之中，有些则被液态物质所粘着；粒径介于0.5～1 mm的颗粒物为70个，主要镶嵌在气孔保卫细胞和气孔器之间；粒径＞1 mm的颗粒物达到25个，有些被液态物质所粘着，有些则被表皮毛所粘着。下表皮不同粒径颗粒物的数量均具有显著差异，且粒径介于 0.1～0.5 mm 之间的颗粒物数量最多，介于0.5～1 mm之间的颗粒物次之，粒径＞1 mm以上的颗粒物数量最少。上表皮未观察到颗粒物（表1）。

2.2.5 刺槐

超显微视野下（图 2-9），刺槐叶片下表皮具气孔结构6个（黑色箭头标识），均呈开启状态，气孔极轴方向不一。可以观察到气孔器由一对保卫细胞和气孔构成，气孔浅内陷，被表皮细胞夹裹。叶片表面具蜡质壳状细纹；叶片远轴面具蜡质鳞状表面细纹。表皮细胞多呈不规则四边形或近椭圆形，无序排列，细胞间有细微的间隔。具表皮毛（红圈标识），毛上附着颗粒物。电镜扫描结果显示（图2-10），上表皮细胞呈圆形、纺锤形或长方形，大小不一，排列紧密；可见表皮毛13根（红色箭头标识）；气孔结构2个，被表皮细胞紧密包围，处于半开启状态。可观察到液态条状带1条（红线标识），位于3个表皮细胞之间。刺槐叶片下表皮和上表皮粒径介于 0.1～0.5 mm 之间的颗粒物分别有92个和29个，主要镶嵌于叶片表面相邻细胞的间隔之内，有少许被表皮毛吸附，有些则散落在气孔器内。下表皮和上表皮粒径介于0.5～1 mm的颗粒物分别有40个和9个，主要出现在细胞之间的间隔内。粒径＞1 mm的颗粒物主要分布在相邻的两个气孔之间的间隔内。上下表皮粒径介于 0.1～0.5 mm的颗粒物数量均显著高于其他粒径的颗粒物数量（表1）。

2.2.6 冬青卫矛

冬青卫矛下表皮气孔密布，在超显微视野下（图 2-11）可观察到气孔结构 31个（黑色箭头标识）。气孔器由副卫细胞、保卫细胞及气孔组成，气孔均呈开启状态；细胞多呈不规则四边形、五边形或近圆形，略高于气孔并环绕气孔器紧密排列；光滑无表皮毛，可见少量细小颗粒物覆盖气孔器或分布在副卫细胞与保卫细胞之间。冬青卫矛上表皮未见气孔结构分布（图2-12）。马艳芝（2009）研究结果表明，冬青卫矛叶片上下表皮均具气孔结构，只是上表皮气孔稀疏，下表皮气孔密集。总体来看，冬青卫矛上表皮光滑无表皮毛，存在大量坑状结构（红圈标识，图2-12）。冬青卫矛叶片下表皮和上表皮粒径介于 0.1～0.5 mm 之间的颗粒物分别有68个和124个，主要镶嵌于气孔内以及叶片分布的坑状组织中。下表皮和上表皮粒径介于 0.5～1 mm的颗粒物分别有19个和37个，主要散落在气孔内。粒径＞1 mm的颗粒物分别有8个和12个，在下表皮的分布没有明显规律，大多集中在上表皮的坑状组织内。上下表皮粒径 0.1～0.5 mm 的颗粒物数量均显著高于其他两个粒径区间颗粒物（表1）。

2.2.7 紫叶李

紫叶李下表皮细胞较大，多数呈不规则块状（图 2-13）。表皮上密布着辐射状的极细的丝状浅沟组织。表皮细胞之间呈犬齿排列。气孔结构特征明显，由保卫细胞和气孔组成。在该显微视野下可见气孔13个（黑色箭头标识），全部呈开启状态；保卫细胞周边的角质层细纹更加细密。下表皮可见3条明显的液态状物质（红色曲线标识），呈“南—北”走向；其中视野西侧的条带中部偏上处出现分枝，细小颗粒物粘附在该条液态状条带上（红色箭头标识），1个气孔部分被覆盖。其余2条液态状条带也粘附了颗粒物。在紫叶李上表皮显微视野下可见1条明显的“Y”形叶脉，叶脉中的表皮细胞结构特征明显，细胞狭长，且排列紧密（图2-14）。可见若干细小颗粒物分布于表面；颗粒物呈团状、椭圆状等形态，大小不一。可见细小颗粒物嵌于表皮细胞细纹中。紫叶李叶片下表皮和上表皮粒径介于 0.1～0.5 mm之间的颗粒物分别有66个和151个，这些颗粒物主要散落于气孔内及细纹结构中；粒径介于0.5～1 mm的颗粒物分别有33个和76个，主要镶嵌于细纹结构中；粒径＞1 mm的颗粒物分别有8个和12个，在下表皮这些颗粒物多覆盖于气孔之上，但在上表皮颗粒物分布没有明显规律。上下表皮不同粒径颗粒物数量均具有显著差异，表现为粒径介于0.1～0.5 mm的颗粒物最多，粒径介于0.5～1 mm的颗粒物数量次之，粒径＞1 mm的颗粒物最少（表1）。

2.2.8 五叶地锦

五叶地锦叶片下表皮光滑无毛，气孔结构聚集于显微视野中部偏上（图2-15），由保卫细胞、副卫细胞和气孔共同组成（黑色箭头标识）；气孔开启或闭合时，其大小和气孔极轴方向各有差异；气孔结构四周的表皮细胞具有明显的浅沟组织，远离气孔结构的表皮细胞则表面光滑；细胞呈现不规则多边形，排列紧密。上表皮表面光滑，无表皮毛，没有观察到气孔分布。在相同放大倍率下，上表皮细胞比下表皮细胞略大（图2-16），呈现不规则多边形，排列紧密。大小不一的颗粒物分散于叶表皮上（红色箭头标识），较大的颗粒物嵌于表皮细胞之间，较小的颗粒物则在表皮细胞之上。上表皮有一条液态状物质（红色线条标识），粘附了一块较大的颗粒物团。五叶地锦叶片上下表皮对粒径较小的颗粒物的滞留作用相差较大，下表皮和上表皮粒径介于0.1～0.5 mm之间的颗粒物分别有15个和200个，这些较小粒径的颗粒物在上表皮无规则散落，而在下表皮则主要分布在细胞间隔之中。下表皮和上表皮粒径介于0.5～1 mm的颗粒物分别有7个和55个，这些颗粒物在上表皮无规则散落，在下表皮则分布在细纹结构之中。粒径＞1 mm的颗粒物分别有2个和12个，这些颗粒物在上表皮主要被液态状物质所粘着，在下表皮则分布在细纹结构之中。上下表皮粒径介于 0.1～0.5 mm 的颗粒物数量均显著高于其他粒径区间的颗粒物数量（表1）。

2.2.9 迎春花

迎春花下表皮光滑无表皮毛，角质层纹路明显（图 2-17）。气孔结构特征易观察，由保卫细胞、副卫细胞及气孔组成；副卫细胞四周具细纹。显微视野中可见 31个完整的气孔结构，多数气孔呈开启状态，少数闭合（黑色及白色箭头标识）。多数气孔的极轴与角质层纹路保持“南—北”平行。在该超显微视野下，表皮细胞不易观察，可见颗粒物散落于上表皮（红色箭头标识），东南方向的颗粒物粒径较大；粒径较小的颗粒物嵌于角质层纹路之间和气孔中。2个被颗粒物部分遮蔽的气孔呈闭合状态。迎春花上表皮被大量颗粒物所覆盖（图2-18），这些颗粒物粒径较大（红色箭头标识），有的聚集成片状（红色方形标识）。可见一细条结构分布于超显微视野中心（红色线条标识）；下表皮细胞等微观结构不易辨认和描述。迎春花叶片下表皮和上表皮粒径介于 0.1～0.5 mm之间的颗粒物分别有115个和117个，对粒径较小的颗粒物的滞留作用明显，这些颗粒物主要存在于细纹结构之中。下表皮和上表皮粒径介于0.5～1 mm的颗粒物分别有42个和91个，这些颗粒物在下表皮主要散落于气孔之间的褶皱中，在上表皮则呈无规则散落。下上表皮粒径＞1 mm的颗粒物分别有5个和11个，粒径较大的颗粒物在下表皮掩盖了气孔，在上表皮则堆积成片状。上下表皮不同粒径颗粒物数量均具有显著差异，表现为粒径介于 0.1～0.5 mm的颗粒物最多，粒径介于0.5～1 mm的颗粒物次之，粒径＞1 mm的颗粒物最少（表1）。

2.3 滞留颗粒物的叶表皮微形态学机制

9种植物叶片及其粘附的颗粒物电镜扫描结果表明，不同树种叶片微结构存在差异，所能粘附的颗粒物的大小和数量也不尽相同。对颗粒物具有滞留作用的叶片结构主要有气孔结构、叶片表面细纹、表皮毛、表皮细胞之间的间隔及叶片表面的液态物质等。正是这些凹凸不平的叶片结构，将细小的大气颗粒物滞留在沟壑中（王会霞等，2015）；液态物质也能将颗粒物粘附在叶片表面上。反之，叶片表面光滑无毛的树种则对颗粒物的滞留作用较弱（刘颖等，2016）。气孔是滞留颗粒物的主要场所之一。这主要是由于其具有保卫细胞、副卫细胞等结构，这些特殊的细胞间构造为颗粒物的嵌入提供了客观条件。同时，不少植物的气孔均被周边表皮细胞包围，甚至下陷，这也为颗粒物的滚动创造了可能。叶表面的细纹结构也影响着颗粒物的滞留，这主要取决于这些细纹结构的疏密和深浅，较密或较深的细纹结构对颗粒物的滞留能力更强。表皮毛作为叶面结构的特殊构成对颗粒物的滞留作用主要体现在粘附上，通过电镜扫描可以看出，榆树、垂柳和刺槐等植物叶表面的表皮毛上均附着有粒径较小的颗粒物，且其根部细纹发达，在对颗粒物的滞留上发挥着重要作用。

除了上述植物叶片上的气孔、细纹结构、液态状物质、细胞之间的间隔及叶表皮毛等结构因素外，还有可能由于这些植物往往被用作绿篱且其属于矮小灌木，使得尘土容易堆积在其叶片上，这种由于生态位不同而影响叶片对颗粒物的滞留潜力的机理还需进一步研究。

2.4 叶表面颗粒物元素的能谱分析

不同植物叶片颗粒物所滞留的元素各有差异，甚至在同一叶片的上下表皮之间也具有较大差别（表 2）。总体而言，除聚集 C、O外，栾树叶片的颗粒物对K、Mg等，榆树对Si，臭椿对Si、P，垂柳对Mg、Ca、Al，刺槐对Mg、Ca、Fe，冬青卫矛对Fe，紫叶李对Ca、Mn、Fe，五叶地锦对Si、Al，迎春花对Si、Al均有较多积累。总体上看，C和O在植物叶片上广泛存在；Si、Fe、Mn等在大多数植物叶片上也有发现。能谱分析表明，以北京西三环这一市区主干道为例，根据不同元素在植物叶片上的积累，基本可以判断，植物借助叶表皮形态学结构特征，在富集颗粒物的同时，对以燃油型、燃煤型和工业生产排放的颗粒为主（Tomašević et al.，2005）的大气污染物具有净化作用。

表2 不同种类植物叶表面颗粒物能谱分析Table2 Energy spectrum analysis of particulate matters on leaf surfaces for different plant species %

3 结论

植物叶片是滞留大气颗粒物的主要器官，迎春花、紫叶李、以及冬青卫矛等植物叶片上表皮具有较好的滞尘潜力，叶片结构的差异发挥了重要作用。叶片上的细纹结构、细胞之间的间隔、气孔成为不同粒径颗粒物粘着于叶片上的关键部位。密集的细纹结构、越多的细胞间隔、越大的气孔密度，均有助于植物叶片对颗粒物，特别是对粒径介于0.1～0.5 mm之间的颗粒物的阻滞；叶表皮毛能够对颗粒物起到一定的滞留作用，但在影响植物叶片滞尘潜力中不起决定性作用。

通过能谱分析发现，C和O等元素在植物叶片颗粒物中广泛存在，植物叶表皮在富集颗粒物的同时，也净化了以燃油型、燃煤型和工业生产排放的颗粒为主要污染物的大气环境。

致谢：样品的显微观察过程得到中国科学院理化技术研究所仪器室王学聪老师的指导。英文由Jianxin Yin博士修改。

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Leaf Surface Micro-morphological Features and Its Retention Ability of Particulate Matters for 9 Plant Species at the Roadside of Beijing

ZHANG Pengqian1,2†, ZHU Minghao1,2†, LIU Yanju1,2*, YANG Zheng1,2
1. Beijing Milu Ecological Research Center, Beijing 100076, China;2. Beijing Biodiversity Conservation Research Center, Beijing 100076, China.

Leaves of 9 landscaping tree species, includes Koelreuteria paniculata, were collected from roadside of the West-3-Ring Road in Beijing and studied for their micro-morphological (stoma, epidermal hair, etc.,) features with Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM) as well as associated particulate matters (PMs) using Energy Spectrometer (EDS). The result showed that leaves of plants were one of the main means/ways/channels to retain airborne PMs and the retention abilities were various due to differences of their epidermal micro structures. Higher PM retention rate was associated with higher density of leaf surface microgroove structures, cells and stoma. The leaf epidermal hair also played a role in catching PMs, whilst the liquid exudation on it had an adhesive effect. It was observed that different sizes of PMs embedded in the leaf microgroove structures, the spaces between cells and stoma. For all the plant species (except Robinia pseudoacacia), particle retention rate was in the order for various PM sizes as 0.1～0.5 mm＞0.5～1 mm ＞ over 1 mm. Under ESEM, elements C and O were identified on leaves broadly with Si, Fe and Mn also found on most plant leaves, which basically indicated that apart from their general function of PM collection, plant leaves could clean up air pollutions arose from oil burning, coal burning and industrial production in the West-3-Ring Road area.

micro-morphological features of leaf surface; particulate matter; dust retention potential; energy spectrum analysis

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.12.017

X513

A

1674-5906（2017）12-2126-08

张鹏骞, 朱明淏, 刘艳菊, 杨峥. 2017. 北京路边 9种植物叶片表面微结构及其滞尘潜力研究[J]. 生态环境学报,26(12): 2126-2133.

ZHANG Pengqian, ZHU Minghao, LIU Yanju, YANG Zheng. 2017. Leaf surface micro-morphological features and its retention ability of particulate matters for 9 plant species at the roadside of Beijing [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(12):2126-2133.

北京市自然科学基金项目（8142017）；北京市科学技术研究院青年骨干基金项目（201528）；国家自然科学基金项目（41475133）

张鹏骞（1984年生），男，助理研究员，硕士，研究方向为环境与植物健康关系，园林植物与观赏园艺。E-mail:zhangpengqian@aliyun.com

†共同第一作者

*通信作者：刘艳菊（1969年生），女，研究员，博士，研究方向为环境生物学。E-mail: liuyanju@hotmail.com

2017-08-08