不同林龄橡胶林的滞尘能力研究

谢 江，张勇波，陈国云，周会平

（云南省热带作物科学研究所，云南景洪666100）

大气粉尘颗粒物已成为影响全球各国环境的主要污染物，不仅严重危害人体健康，而且也是雾霾天气的主要成因［1］。随着环境问题日趋严重，大气颗粒物所带来的污染问题广受各界关注。植物可以有效阻滞粉尘，对改善空气质量有积极作用［2-5］。植物滞尘的方法主要是滞留、附着和粘附［4,6-8］。多项研究表明，影响植物滞尘能力的主要因素有：植物的种类不同，植物叶片大小、形状、叶面质地的差异，树冠的结构、枝叶密度和叶面倾角差异，植物所处的外界环境和气象因素，等等［3-5］。橡胶树作为乔木树种枝冠结构茂密，叶量繁多，多表现出较强的植株滞尘能力，同时高大乔木层的树冠可降低环境风速，利于粉尘沉降。因此，就植株滞尘能力而言，橡胶树具有较强的滞尘能力。林龄越大的橡胶林，树冠大、叶片多、叶面积大，因而截留大气颗粒物的能力越强。

橡胶林是西双版纳地区主要的森林植被类型之一，也是该区域最大的人工林类型，其不仅对区域的经济发展有着巨大影响，而且对于该地区的环境调控也起着重要作用［9-10］。本研究以西双版纳景洪市郊不同林龄的橡胶林为主要研究对象，测定分析林龄、季节及累积天数等因素对其滞尘能力的影响，以明确橡胶林在空气环境调节方面的作用，为综合评价橡胶林的生态系统服务功能提供基础依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

本研究试验地位于景洪市江北云南省热带作物科学研究所橡胶试验地，选取了老林、中龄林和幼林共3个不同树龄阶段的橡胶林为监测对象（表1）。该区域属北热带和南亚热带湿润季风气候，长夏无冬，干湿季分明，基本无霜。年均温在18.6～21.9℃，年均降水量在1 200～1 700 mm，年均相对湿度在80%～86%。

表1 研究样地信息

1.2 叶片采集及处理

分别在旱季（2—4月）、雨季（5—10月）、雾凉季（11月至翌年1月）三个季节进行叶片采集。

叶片采集：每个样地分别选取3株橡胶树，在每株树树冠的冠层中部内外上下多点选择无病虫害、大小适中的50～60片健康成熟叶片作为标记叶样，用去离子水反复冲洗至表面清洁，用纸巾吸干水分，挂上标签作为截取降尘颗粒叶片的初始状态。旱季和雾凉季时，分别在5 d、10 d、15 d后各采集叶样1次；雨季时，在雨后的连续5个、10个、15个晴天后各采集叶样1次。每株树每次采集15片左右已标记叶片，分别将其放入保鲜袋封存，带回实验室处理和测定。采样时始终保持动作轻缓，尽量避免震动造成的叶面颗粒物脱落。

1.3 滞尘量测定

将采回的叶样放入盛有蒸馏水的烧杯中浸泡10 min，然后用蒸馏水和小毛刷反复刷洗叶片及保鲜袋，将叶样截取的粉尘全部洗脱入烧杯的蒸馏水中。取干净滤纸，测量记录滤纸重量，用滤纸将清洗液过滤。再将附着粉尘的滤纸烘干，于万分之一天平上称重，称得的总重量减去滤纸重量，即得到单株树所采集叶样上的滞尘量（W）。

洗净的叶片用干净纱布擦干，采用手持式激光叶面积仪（CI-203，CID，USA）对各供试叶样逐片测定叶面积，每片单叶重复测定3次，取平均值代表平均叶面积（S）。

树木叶片滞尘量计算目前尚无统一的标准方法，常采用质量差值法进行分析测定［11］。橡胶树全株叶量（N）和橡胶树平均叶面积（S0）由前期对3个样地的橡胶树生物量调查数据获得。经过相应的公式换算，可得到树种单位叶面积滞尘量、单叶滞尘量与单株滞尘量。其中，单位叶面积滞尘量为单位叶面积在单位时间内滞留的粉尘量，单位为g/m2；单叶滞尘量为一个独立叶片在单位时间内滞留的粉尘量，单位为g/叶；而单株滞尘量指一个独立植株在单位时间内滞留的粉尘总量，单位为kg/株。具体计算方法如下：

单叶滞尘量（g/叶）=W·S0/N0·S

单位叶面积滞尘量（g/m2）=W/N·S

单株滞尘量（kg/株）=N0·W/N

单位面积林分滞尘量（kg/hm2）=A·N0·W/N

式中：W为单株叶供试叶片的滞尘量，S为供试叶样平均叶面积，S0为橡胶树平均叶面积，N为供试叶样数，N0为树全株叶片总数，A为每公顷标准林地种植橡胶树株数。

1.4 数据分析

将所有测量数据输入Microsoft Excel进行基础运算统计。采用SPSS 20.0软件进行单因素方差分析（ANOVA）和相关性（Spearman相关系数）分析。

2 结果与分析

2.1 单叶滞尘量

对橡胶树老林、中龄林、幼林在不同季节、不同累积天数的单叶滞尘量和单位叶面积滞尘量进行观测发现，橡胶树平均单叶滞尘量变化范围在0.00019～0.00519 g/叶（表2），橡胶树平均单位叶面积滞尘量变化范围在0.0534～0.9285 g/m2（表3）。橡胶树单叶滞尘量和单位叶面积滞尘量的最大值均出现于旱季累积5 d的幼林，最小值均出现于旱季累积10 d的老林。但是，橡胶树的单叶滞尘量和单位叶面积滞尘量均未随林龄、季节或累积天数的变化出现明显规律性变化。

表2 单叶滞尘量 mg·叶-1

表3 单位叶面积滞尘量 g·m-2

2.2 单株滞尘量

对橡胶树老林、中龄林、幼林在不同季节、不同累积天数的单株橡胶树的滞尘量进行比较，结果发现橡胶树平均单株滞尘量变化范围在0.0025～0.1171 kg/株。如图1所示，在旱季，取样间隔5 d时，橡胶树单株滞尘量有显著差异（P＜0.05），表现为老林＞幼林＞中龄林；取样间隔10 d时，各林龄橡胶林的单株滞尘量无明显差异；取样间隔15 d时，老林单株滞尘量要显著高于中龄林和幼林。在雨季，不同林龄橡胶林的单株滞尘量有显著差异（P＜0.05），表现为老林＞中龄林＞幼林；在雾凉季，老林的单株滞尘量显著（P＜0.05）高于中龄林和幼林，而中龄林和幼林之间没有显著差异（P＞0.05）。从取样间隔天数看，橡胶树单株滞尘量最大值出现于雾凉季累积5 d的老林；最小值出现于雨季累积15 d的幼林，橡胶树单株滞尘量不随时间的累积呈规律性变化。

2.3 单位面积林分滞尘量

对不同季节单位面积的橡胶树老林、中龄林、幼林的滞尘量进行比较，结果发现橡胶林平均单位面积林分滞尘量变化范围在1.1394～39.7919 kg/hm2。在不同季节，不同林龄橡胶林的滞尘量存在差异，老林的单位面积滞尘量要显著高于中龄林和幼林（图2）。在旱季和雾凉季，中龄林和幼林的单位面积滞尘量没有显著差异（P＞0.05）；而在雨季时，中龄林和幼林的单位面积滞尘量有显著差异（P＜0.05）。

图2 不同季节累积15天单位面积橡胶林的滞尘量比较（P ＜ 0.05）

2.4 滞尘量与不同因子的相关性分析

对橡胶树幼林、中龄林、老林的滞尘量与林龄、叶面积、季节和取样间隔天数的相关性分析表明，橡胶树单株和橡胶林单位面积林分的滞尘量与叶面积、季节的相关性为极显著（P＜0.01），与林龄的相关性为显著（P＜0.05），而与累积天数之间无显著相关关系（P＞0.05）（表4）。

表4 滞尘量相关影响因素分析结果

3 结论与讨论

研究结果显示，不同林龄的橡胶林对空气中的粉尘颗粒物均具有显著的阻挡、截留与吸滞作用，单株橡胶树滞尘量为0.0025～0.1171 kg/株，单位面积橡胶林滞尘量为1.1394～39.7919 kg/hm2，雨季的滞尘量明显低于旱季和雾凉季。在各个季节，橡胶树老林的滞尘量通常都高于中龄林和幼林；中龄林与幼林在雨季的滞尘量有显著差异，而在旱季（累积5天除外）和雾凉季均没有明显不同。滞尘量主要与橡胶树的林冠结构和叶片特性密切相关，且受季节性气候因素（降雨、阵风等）影响显著，而非时间越长滞尘量越多。综合分析，可能有以下原因：

一是橡胶树叶的叶面结构特征不明确。已有研究表明不同植物由于叶表面结构不同对大气颗粒物的滞留能力存在显著差异［1,6,12］。同种植物的叶片在不同生长阶段，叶面的细微结构和叶片分泌物情况等不同，也会对滞尘的效果有影响［13-14］。本研究未对不同年龄橡胶树叶片的形态结构进行研究，不了解其叶片表面的粗糙程度和叶表面绒毛覆盖的情况。下一步研究中可对不同年龄的橡胶树叶片进行电镜解剖，了解叶片形态特征，以帮助准确分析不同年龄橡胶树叶片的滞尘能力差异。

二是叶片取样前用水反复冲洗不彻底。王赞红等［8］的研究结果已指出，叶片滞尘颗粒物形态特征受清洗作用影响较大，简单清洗并不能去除大多数叶片滞尘颗粒物，深度清洗仍不能彻底清除叶片表面颗粒物，更细小的粒子被固定在叶片表皮。冲洗作用会引起颗粒物形态的变化。本研究在取叶片前用水反复冲洗叶表面，作为叶片截取降尘颗粒的初始状态，在这一过程中无法完全冲洗掉叶表面的颗粒物，可能会对最终结果有一定影响。

三是环境因素的影响。植物滞尘能力的大小与所处环境中大气颗粒物的浓度亦有关系［15-16］。由于本研究所选取的3个橡胶林样地的地势、周围道路、人流、建筑分布等情况有所不同，所处环境中的大气颗粒物浓度也存在一定差异，导致3个橡胶林的落尘量产生差异。

四是橡胶林内的垂直空间。不同的植物群落组成结构和垂直空间分布格局会产生不同的滞尘能力。苏俊霞等［17］已通过试验得出不同的植物类型滞尘能力的顺序为：草本植物＞灌木植物＞乔木植物＞藤本植物。本研究选取的3个林龄的橡胶林，其林内植物群落构成是有较大差别的。老胶林内主要是胶树+极少的草本植物+少量藤本植物，中龄林内主要是胶树+少量的草本植物+少量藤本植物，幼林内主要是胶树+大量的草本+少量的藤本植物+极少的灌木。本研究只观测了橡胶树叶片的滞尘能力，而没有考虑林内其他植物的影响，后续可补充对橡胶林下的滞尘量的调查。