植物叶片表面特征对吸附PM2.5能力的影响研究

王 磊，万 欣，江 浩，何冬梅，王 火，祝亚云

(江苏省林业科学研究院，江苏 南京 211153)

随着人们对生活环境的要求日益提高，大气颗粒物PM2.5备受社会和科学界的广泛关注[1-6]。已有研究证实，植物的叶片可通过吸附大气颗粒物来降低大气污染物的浓度，且不同植物吸附大气颗粒物能力具有显著的差异[7-10]。系统研究城市常见植物吸附PM2.5能力并探讨植物滞尘机制，对于筛选城市植物种类，消减城市大气污染物，提高城市大气环境质量具有非常重要的指导意义。因此，本研究以南京市6种常见绿化植物为研究对象，通过气溶胶试验和超微电镜试验测定植物叶片吸附PM2.5能力并分析叶片的表面特征，探讨植物叶片吸附PM2.5的作用机理，为筛选城市绿化优良树种提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 气溶胶试验

1.1.1 采样地点和树种选择 以南京市南郊江苏省林业科学研究院为采样地点，选择雪松(Cedrusdeodara(Roxb.) G. Don)、龙柏(Sabinachinensiscv. kaizuka)、广玉兰(MagnoliaGrandifloraLinn)、悬铃木(Platanusacerifolia)、桂花(Osmanthusfragrans)、海桐(Pittosporumtobira)6种常见绿化树种为研究对象。

1.1.2 叶片采集方法 6月每树种选择生长状况良好、树龄相近的植株3株，在乔木株高2—3 m、灌木株高1—2 m处采集叶片。根据叶片大小每株树采集叶片100—200 g，叶片要求成熟、完整、无病虫害和断残。把采下来的叶片立即放入自封袋中，带到实验室进行试验。

1.1.3 单位叶面积颗粒物吸附量测定 本研究采用气溶胶试验法对植物叶片吸附PM2.5浓度进行测定[6,10,12]。将待测的植物叶片放入气溶胶再发生器(型号：QRJZFSQ-I)的料盒中，运用风蚀原理，设置好工作参数，机器将叶片上吸附的大气颗粒物吹起、混匀，形成气溶胶。然后，利用DUSTMATE便携式粉尘监测仪测定仪器内气溶胶中PM2.5的量M2.5。每种植物进行重复试验3次，并记录仪器数据处理界面显示的PM2.5的数据。

利用叶面积仪测量每种植物叶片的平均面积S(单位:cm2)。

树种单位叶面积吸附PM2.5量C2.5的计算公式为C2.5=M2.5/S

式中，M2.5为气溶胶仪器内测定的叶片吸附

PM2.5的量(μg)；S为叶片的平均面积(cm2)

1.2 植物叶片超微电镜试验

扫描电镜法是指在高倍电子显微镜下观察叶片表面, 并结合图像处理软件对影像进行处理，是观测植物叶片超微结构的常用方法[8-9]。

超微电镜试验在南京林业大学分析测试中心进行，扫描电镜型号：QUANTA200，测量各叶片表面的气孔大小，观察绒毛的形状，比较分析6种植物叶片的表面气孔大小及表面结构特征。

2 结果与分析

2.1 不同植物叶片吸附PM2.5能力的比较

结果见表1。由表1可见，不同种植物叶片吸附PM2.5的能力具有显著差异。6种植物中，雪松叶片单位面积吸附PM2.5的量最大，为10.21 μg/cm2，其次为龙柏、悬铃木、广玉兰和桂花，海桐吸附值最小，为1.79 μg/cm2。

表1 不同植物叶片吸附PM2.5的浓度

2.2 不同植物叶片超微结构的比较研究

比较分析6种植物叶片的表面气孔大小及表面结构特征，叶片超微结构扫描照片如图(1，2，3，4，5，6)所示：比较分析6种植物对PM2.5的吸附量和气孔大小、叶表面特征，结果如表2。

表2 不同植物叶片超微结构的比较

图1 悬铃木

图2 广玉兰

图3 桂花

图4 海桐

图5 龙柏

图6 雪松

由表2可知，雪松的气孔最大，对PM2.5的吸附量最大的，海桐的气孔最小，对PM2.5的吸附量最小。表面粗糙有绒毛的悬铃木对PM2.5的吸附量比表面光滑的广玉兰的吸附量大。由此可见，叶表面气孔大小、是否有蜡质层是影响叶片吸附PM2.5的重要因素。叶表面特征与吸附PM2.5能力成正相关的关系。

3 讨论

本次研究的结果，印证了植物叶片的粗糙程度、附着绒毛的形状及气孔大小直接影响叶片滞尘能力的结论[10-14]。但由于区域污染的差异性，不同污染环境下植物吸附颗粒物的能力也会有变化，因此本研究也具有一定的局限性[15-16]。后续研究将根据不同的地域环境筛选代表树种，并对各树种吸附PM2.5能力进行定量分析，测算出各树种单位面积吸附PM2.5的滞留量，并依据该区域大气污染物的主要成分，有针对性地筛选易吸收相对应污染物的植被。