北方6种阔叶树种叶片滞纳颗粒物能力比较

摘要为改善雾霾天气，探究阔叶树种滞纳颗粒物能力，选择张家口市常见的6种阔叶树种，分析其生长季叶片滞纳PM10和PM2.5的差异。结果显示：（1）PM10滞纳量为1.31～1.58μg.cm-2，PM2.5滞纳量为0.35～0.54μg.cm-2，五角枫PM10滞纳量最大，垂柳PM2.5滞纳量最大，银杏均为最小，不同树种之间差异不明显。（2）不同月份相比，PM10滞纳量9月最大（2.45μg.cm-2），8月最小（0.54μg.cm-2），9月滞纳量显著大于4-8月；PM2.5滞纳量10月最大（0.73μg.cm-2），4月最小（0.20μg.cm-2），10月滞纳量显著大于其他月份。（3）每公顷每年PM10总滞纳量排序为五角枫＞白蜡＞垂柳＞国槐＞新疆杨＞银杏；PM2.5滞纳量排序为垂柳＞五角枫＞白蜡＞国槐＞新疆杨＞银杏。（4）树种滞纳能力与叶片粗糙度有关，银杏叶片较光滑，毛孔及沟槽较少，其滞纳颗粒物能力最弱。

关键词阔叶树种；滞纳量；PM10；PM2.5；叶片形态

中图分类号：S718.56;S725.1文献标识码：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2023.03.018

ComparisonoftheAbilityofAbsorbingParticulateMatterinLeavesofSixBroad-leavedTreeSpeciesintheNorth

ZhangHe

（HebeiMulanPaddockState-ownedForestFarm，Chengde068450，China）

AbstractToimprovethehazeweather，theabilityofbroad-leavedtreespeciestoretainparticulatematterwasexploredinthisstudy.Sixcommonbroad-leavedtreespeciesinZhangjiakouCitywereselectedtoanalyzethedifferenceofPM10andPM2.5retentioninleavesduringgrowingseason.Theresultsshowedasthefollowingfouraspects.（1）ThePM10retentionofbroad-leavedtreespeciesrangedfrom1.31to1.58μg·cm-2，andthePM2.5retentionrangedfrom0.35to0.54μg·cm-2，thePM10retentionofAcermonowasthelargest，thePM2.5retentionofSalixbabylonicawasthelargest，andthePM10andPM2.5retentionofGinkgobilobawasthesmallest.Thedifferencesbetweendifferenttreespecieswerenotobvious.（2）Comparedwithdifferentmonths，thePM10retentionwasthelargestinSeptember（2.45μg·cm-2）andthesmallestinAugust（0.54μg·cm-2），whichshowedtheretentioninSeptemberobviouslylargerthanthatfromApriltoAugust.PM2.5retentionwasthehighestinOctober（0.73μg·cm-2）andthelowestinApril（0.20μg·cm-2），whichshowedtheretentioninOctoberwassignificantlyhigherthanthatinothermonths.（3）TheorderofPM10retentionamountperhectareperyearwasAcermono>Fraxinuschinensis>Salixbabylonica>Sophorajaponica>Populusalbavar.pyramidalis>Ginkgobiloba;PM2.5retainedorderwasSalixbabylonica>Acermono>Fraxinuschinensis>Sophorajaponica>Populusalbavar.pyramidalis>Ginkgobiloba.（4）Theretentioncapacityoftreespeciesisrelatedtoroughnessoftheleaves.Ginkgobilobaleavesaresmoothwithfewerporesandgrooves，anditsabilitytoretainparticulatematteristheweakest.

Keywordsbroad-leavedtreespecies;theamountofretention;PM10;PM2.5;leafmorphology

隨着工业化进程加速，能源生产、运输、消费等行业产生的大量空气污染物，导致雾霾天气增加，严重威胁人类健康安全[1]。研究表明，植被区大气颗粒物质量浓度低于非植被区，植被具有净化大气颗粒物的作用[2]；林木叶片表面微观结构有利于颗粒物的沉积[3]，叶片粗糙程度与树种单位面积颗粒物滞纳量呈正相关关系[4]。余新晓等认为，森林对调控PM2.5等颗粒物具有阻滞、吸附、沉降和吸入等4种作用[5]。不同树种滞尘量也存在一定的差异，吴翠蓉等[6]研究发现，杭州地区5月常见绿化树种单位叶面积滞纳PM10范围为0.11～0.54μg.cm-2。由于不同城市的大气污染特征不同，植物生长状况有差异，本研究选取河北省张家口市常见的银杏（Ginkgobiloba）、垂柳（Salixbabylonica）、新疆杨（Populusalbavar.pyramidalis）、白蜡（Fraxinuschinensis）、国槐（Sophorajaponica）、五角枫（Acermono）6种阔叶绿化树种，采集树木生长季4-10月的叶片，利用气溶胶再发生器测定其PM10和PM2.5滞纳量，分析叶片形态，揭示树种滞纳颗粒物能力差异，为抗霾减尘绿化树种选择提供科学依据。

1研究区概况

研究区位于张家口市，113°50′—116°30′E，39°30′—42°10′N。地势西北高、东南低，阴山山脉横贯中部，境内洋河、桑干河横贯。属于温带大陆性季风气候，四季分明，年平均降水量461.2mm，平均气温为6.9℃；土壤类型以褐土、潮土、草甸土三类为主。主要树种有油松（Pinustabuliformis）、银杏、国槐、白蜡、新疆杨、垂柳、五角枫、金叶榆（Ulmuspumila）、金叶女贞（Ligustrumvicaryi）、紫叶小檗（Berberisthunbergii）等。

2研究方法

2.1采样与颗粒物滞纳量测定

试验选取北方绿化常用的银杏、垂柳、新疆杨、白蜡、国槐、五角枫等6种阔叶树种。样树的基本信息见表1。

在阔叶树的生长季4—10月，每个树种选择3株样树（遇见雨天，后延3天采样），分别在树冠的上、中、下3个部位，以及东、南、西、北4个方向各采集3片叶片，采样后带回实验室利用气溶胶再发生器（QRJZFSQ—Ⅱ）对PM10和PM2.5滞纳量进行测定，每月3次重复。

叶片颗粒物滞纳量计算公式如下：

Q=M×LAI×0.1×KM=m/A

式中：Q为林地颗粒物滞纳量（kg.hm-2.a-1）；M为单位叶面积颗粒物滞纳量（μg.cm-2）；LAI为叶面积指数；0.1为单位转化系数；K为年洗脱次数；m为放入气溶胶再发生器中叶片颗粒物滞纳量（μg）；A为放入气溶胶再发生器料盒中所测叶片的叶面积（cm2）。

2.2叶表面微形态结构测定

试验选取PM2.5滞纳量最大（垂柳）和最小（银杏）的2个树种，利用环境扫描电镜观察。以4月和10月两个时间为代表，观察叶表面特征差异。摘取试验树种的部分叶片，将叶片包裹，防止挤压，作为待测样品。将样品经过喷金处理后，采用环境扫描电镜观察不同树种的叶表面结构和形态。

3结果与分析

3.1不同树种叶片滞纳PM10比较

不同树种滞纳PM10能力存在差异，由表2可知，4—10月单位面积平均每月PM10滞纳量为1.31±0.68～1.58±0.55μg.cm-2，其中，五角枫滞纳量最大，其次为白蜡和垂柳，银杏最小。五角枫月平均PM10滞纳量是银杏的1.21倍。6种阔叶树种月平均PM10滞纳量之间差异不明显。

从不同月份看，各月份平均PM10滞纳量为1.12±0.56～4.43±0.66μg.cm-2，6种阔叶树种滞纳量为9月＞10月＞7月＞5月＞6月＞4月＞8月。9月和10月平均PM10滞纳量显著大于其他月份，9月是8月的4.54倍，10月是8月的4.30倍；5—7月PM10滞纳量显著大于8月，与4月差异不显著；4月和8月之间无明显差异。4月、5月、10月垂柳滞纳量最大，6月、7月五角枫滞纳量最大，8月白蜡滞纳量最大，9月份新疆杨滞纳量最大。

不同树种每公顷每年PM10滞纳量存在差异，由图1可知，各树种PM10滞纳量为5.66±0.60～7.12±0.51kg.hm-2.a-1。其中，五角枫PM10滞纳量最大，其次为白蜡，银杏最小，五角枫是银杏的1.28倍。

3.2不同树种叶片滞纳PM2.5比较

不同树种PM2.5滞纳量也存有一定的差异，由表3可知，单位面积平均每月PM2.5滞纳量为0.35±0.21～0.54±0.21μg.cm-2，6种阔叶树种PM2.5滞纳量为垂柳＞五角枫＞白蜡＞国槐＞新疆杨＞银杏，垂柳是银杏的1.53倍，6种阔叶树种之间差异不明显。

从不同月份看，各月份平均PM2.5滞纳量为0.20±0.08～0.73±0.07μg.cm-2，6种阔叶树种滞纳量为10月＞9月＞6月＞7月＞8月＞5月＞4月。其中10月PM2.5滞纳量显著大于4—9月，是最小的4月的3.65倍；9月显著大于4-8月，是4月的2.90倍；6月、7月滞纳量显著大于4月、5月，与8月滞纳量差异不显著；4月、5月、8月之间无明显差异。4月、5月、9月、10月PM2.5滞纳量垂柳最大，6月五角枫滞纳量最大，7月白蜡最大，8月白蜡与五角枫滞纳量相同且最大，垂柳与新疆杨相同且最小。

不同树种每公顷每年PM2.5滞纳量也存在差异，由图2可知，每公顷每年的PM2.5滞纳量1.03±0.42～1.35±0.45kg.hm-2.a-1。其中，垂柳的PM2.5滞纳量最大，银杏最小，垂柳是银杏的1.31倍。

3.3叶片滞纳颗粒物与叶表形态特征的关系

叶片的微观结构包括气孔密度、绒毛长短、沟槽深浅等，这些因素能够直接影响叶片表面滞纳颗粒物能力[7]。试验选取PM2.5滞纳量最大（垂柳）和最小（银杏）的两个树种，利用环境扫描电镜观察。由图3可知，4月垂柳和银杏的叶片表面有气孔和沟槽分布，沟槽内有颗粒物附着，银杏叶片相比于垂柳更加光滑，气孔分布较少；10月相比于4月，垂柳和银杏叶片沟槽内附着颗粒物数量均有所增加。垂柳相比于银杏，叶片表面的气孔密度较大，沟槽更多，粗糙程度更大，并且对比两个月份及平均大气颗粒物滞纳量，垂柳滞纳大气颗粒物能力明显优于银杏。

4讨论

植物能够有效滞纳空气中的颗粒物，净化空气，提高大气质量，但植物本身滞纳大气颗粒物的能力存在差异。本研究通过测定张家口4—10月6种常见阔叶树种单位面积平均每月PM10滞纳量为1.31±0.68～1.58±0.55μg.cm-2，平均每月PM2.5滯纳量0.35±0.21～0.54±0.21μg.cm-2，其中PM10滞纳量最大的是五角枫，PM2.5滞纳量最大的是垂柳，滞纳PM10能力最强的树种和滞纳PM2.5能力最强树种并不完全一致，这与赵云阁等[8]研究北京常见绿化树种滞纳颗粒物能力所得出的树种对不同粒级的颗粒物滞纳能力存有差异这一结论相吻合，但是与赵云阁等[8]研究中相同阔叶树种滞纳颗粒物能力排序规律有所不同，这可能是因为采集区域的海拔、颗粒物质量浓度、树种生长状况不同造成的差异。

叶片表面微结构形态与大气颗粒物附着程度有着对应关系[9]。本研究通过扫描电镜观察植物叶片发现，银杏叶片相比于其他阔叶树种较为光滑，表面毛孔较少，沟槽起伏程度较小，其大气颗粒物滞纳量也为最小；垂柳叶片粗糙程度较大，其大气颗粒物滞纳量较大，因此得出植物叶片粗糙程度越大，其滞纳大气颗粒物能力越强的结论，这与鲁绍伟等[3]、魏文俊等[10]观点一致。

不同时间的树木生长状况、天气条件也会影响植物的颗粒物滞纳量。本研究表明，阔叶树种不同月份PM10滞纳量为9月＞10月＞5月＞7月＞6月＞4月＞8月，PM2.5滞纳量为10月＞9月＞6月＞7月＞8月＞5月＞4月。可以看出，4月、8月大气颗粒物滞纳量较小，9月、10月纳量较大，这是因为4月时树木处于展叶期，多为幼嫩枝叶，滞纳颗粒物能力有限；8月是雨季，降雨频繁，

冲刷掉叶片上滞纳的颗粒物，故8月滞纳量较少；9月、10月进入秋季，大气中PM10和PM2.5质量浓度上升，故滞纳量较大。这与孔令伟[11]研究发现秋季大气颗粒物滞纳量要大于春夏两季的结论一致。

5结论

北方阔叶树种4—10月单位面积平均每月PM10滞纳量为1.31±0.68～1.58±0.55μg.cm-2，6种阔叶树种PM10滞纳量为五角枫＞白蜡＞垂柳＞国槐＞新疆杨＞银杏，差异不显著；PM2.5滞纳量为0.35±0.21～0.54±0.21μg.cm-2，排序为垂柳＞五角枫＞白蜡＞国槐＞新疆杨＞银杏，差异不显著。阔叶树对大气颗粒物滞纳量9月、10月最大，4月、8月较小。每公顷不同树种每年PM10滞纳量以五角枫最大，PM2.5滞纳量以垂柳最大，银杏均为最小。从植物净化大气颗粒物角度出发，园林绿化阔叶树种应优先选择五角枫和垂柳。

参考文献：

[1]BECKETTKP，FREER-SMITHPH，TAYLORG.Effectivetreespeciesforlocalairqualitymanagement[J].Arboricult，2000，26（1）：12-19

[2]王兵，王晓燕，牛香，等.北京市常见落叶树种叶片滞纳空气颗粒物功能[J].环境科学学报，2015，36（6）：2005-2009

[3]石辉，王会霞，李秧秧.植物叶表面的润湿性及其生态学意义[J].生态学报，2011，31（15）：4287-4298

[4]鲁绍伟，蒋燕，李少宁，等.北京西山绿化树种PM2.5吸附量及叶表面AFM特征分析[J].生态学报，2019，39（10）：3777-3786

[5]余新晓，伦小秀，张振明，等.森林植被对PM2.5等颗粒物的调控机制与评价[M].北京：科学出版社，2016

[6]吴翠蓉，江波，张露，等.杭州8种绿化树种滞纳TSP和PM1、PM2.5、PM10的效应研究[J].浙江林业科技，2020，40（5）：13-20

[7]张维康，王兵，牛香.不同树种叶片微观结构对其滞纳空气颗粒物功能的影响[J].生态学杂志，2017，36（9）：2507-2513

[8]赵云阁，鲁笑颖，鲁绍伟，等.北京市常见绿化树种叶片秋季滞纳不同粒径颗粒物能力[J].生态学杂志，2017，36（1）：35-42

[9]李少宁，鲁绍伟，刘斌，等.北京主要绿化树种叶表面微形态与PM2.5吸滞能力[J].中南林业科技大学学报，2017，37（8）：98-107

[10]魏文俊，王兵，牛香.叶片微观结构变化对其颗粒物滞纳能力的影响[J].环境科学，2020，41（7）：3136-3147

[11]孔令伟.北京市大兴区PM2.5质量浓度变化特征及樹种阻滞功能[D].哈尔滨：东北林业大学，2015

收稿日期：2023-01-10

基金项目：国家林业和草原局“退耕还林工程生态效益监测与评估”专项

作者简介：张鹤（1989-），男，河北围场人，大学，工程师，从事森林经营与管理研究，E-mail：196704796@qq.com