赤峰市主要景观树种滞纳颗粒物特性分析

李向晨， 宋述芹， 刘伟， 贾红伟， 李凤敏， 尹小明， 王园琳， 白国栋， 杜保佳

（1.赤峰市林业科学研究所， 内蒙古 赤峰 024000； 2.赤峰学院 资源环境与建筑工程学院，内蒙古 赤峰 024000； 3.内蒙古赤峰森林生态系统国家定位观测研究站， 内蒙古 赤峰 024000；4.赤峰市林西县林业和草原局， 内蒙古 林西 252500； 5.赤峰市敖汉旗气象局， 内蒙古 敖汉 024300；6.赤峰市森林草原保护发展中心， 内蒙古 赤峰 024000； 7.吉林建筑学院 吉林 长春 130119）

1 研究背景

随着城市化的发展以及对化石能源的巨大损耗，中国城市的空气污染很大程度上受大气颗粒物的影响，如城市灰霾天气，严重危害人类身心健康。研究结果表明，地面植物对减少大气颗粒物含量的重要性已成为学界研究的热点[1]，中国城市大气颗粒物污染日益严重，借助城市的景观树种降低大气颗粒物环境污染已引起人们的广泛重视，城市大气颗粒物一般是由机动车废气、化石燃料的燃烧和人造原因所构成。 它们不但会降低城市可视度，而且还会增加城市温室效应，并危害人体健康，削弱近地面紫外线， 导致室内空气中细菌的活力提高，进而导致肺部的病变。 近年来，随着中国工业化与城市化的逐步深入，怎样利用都市景观树种有效降低城市大气颗粒物污染的问题也被提到了议事日程，而准确地量化计算叶片中滞纳大气颗粒物的滞纳率，就是正确评价都市景观树种滞纳大气颗粒物净化大气的重要依据， 并在此基础上对赤峰市内28种城市绿化带景观树木叶片的滞纳情况进行了分析评估，希望为不同树种滞纳情况的更精确评价奠定技术支撑和数据支持，从而为针对全国不同区域的最高滞纳大气颗粒物种类筛选提出了重要依据。

在城市化过程中面临的重大环境问题之一是大气污染， 城市景观树种的选择不仅仅是景观作用，还应该考虑使其发挥滞纳大气颗粒物、净化大气的作用，即城市景观树种对大气中大气颗粒污染物具有一定的吸附滞纳作用，准确量化地计算叶片滞纳大气颗粒物的滞纳量，是正确评价城市景观树种滞纳大气颗粒物净化大气的重要依据。本文以赤峰市主要景观树种为研究对象，探究赤峰市主要景观树种滞纳大气颗粒物能力的强弱，对赤峰市城市建设中景观树种的选择提供理论依据与参考。

2 国内外研究现状

李耀华研究表明园林植物叶片会影响其拦截大气颗粒物的能力，榆属植被滞留不同颗粒物含量均远超其他树木，滞纳能力最高[2]。吴翠蓉研究表明不同树种单位叶面积颗粒物滞留量、滞纳能力与特征呈正相关关系[3]。 王书恒研究表明植物叶片上表面的结构特征对滞尘能力起主要影响作用，并且单位叶面积滞尘量与沟壑数量呈正相关[5]。 莫若果研究表明同种植物对不同污染源的抗逆性不同,其滞纳能力、滞纳效果也不同[6]。 Robert 等研究发现，银毛椴、土耳其榛和银杏都具有很强的滞尘能力。

通过了解历年来有关滞纳大气颗粒物的研究，其有关景观树种滞纳大气颗粒物滞纳能力的研究仍不完善，研究所选景观树种仍不全面，值得深入研究。

3 研究区景观植物概况与研究方法

3.1 赤峰市景观植物概况

赤峰市为内蒙古自治区辖地级市，地势地貌丰富多样，赤峰市的景观树种也结合了相邻地区的特色，“百花齐放”， 赤峰市在中国北方绿色生态屏障构筑中也占据重要位置。

赤峰行道树绿化工程随着城市绿化的发展与不断完善， 至2007 年城市园林绿化覆盖面积已达3387.80 公顷， 花园中公用绿地面积为3903.10 公顷，公共景观绿地建筑面积为648.69 公顷，平均公用绿地面积为5.64 平方米。

骨干树种所体现的区域特点，同时也可以满足土质、气象和立地条件，而常绿植物则高能适应地方社会经济发展现状和人文景观特点， 生态效益、经济性与社会效益相互兼顾，现将赤峰的重要骨干树木划分成下列种类：（1）乔木：银杏、云杉、油松、樟子松、圆柏、扁枝藓、加拿大杨、新疆杨、柳、榛、蒙古栎、辽东标、榆、蒙桑、山楂、海棠果、山荆子、李、稠李、杏、山桃、樱桃、皂角、桾、黄檗、臭椿、火炬树、卫矛、茶条械、元宝枫、文冠果、栾树、蒙椴、水曲柳、绒毛白蜡、辽东丁香、梓树[8]。（2）灌木：锦熟黄杨、小檗、细叶小檗、风箱果、东北茶子、绣线菊、东北珍珠梅、水栒子、小叶金露梅、榆叶梅、紫穗槐、黄刺玫、锦鸡儿、砂棘、红瑞木、土连翘、水腊、锦带花、金银木[8]。 （3）藤本：北五味子、南蛇藤、爬山虎、五叶地锦、杠柳[8]。

3.2 研究方法

3.2.1 实验样本

根据赤峰市常见景观树种的广泛应用性和典型性，选择赤峰市内常见的景观树种，针叶、阔叶树共计28 种，其中针叶5 种，阔叶23 种，并进行均匀取样。

3.2.2 采样地点

于2021 年秋季在赤峰市区选择长势良好景观树种采集叶片样本。

3.2.3 采样方法

采集时为避免大雨冲刷， 在一周内无降雨时，于所选样树树冠的上、中、下3 层的4 个方位（东、南、西、北）均采集成熟、完整且无病虫害的叶片[9]。单叶较大者采集20—30 片， 较小者采集40—50 片，样品采集后立即装入保鲜袋内，并尽快带回实验室转移至冰箱内保存。

3.2.4 实验方法

质量差减法计算式为：将叶片试样放入适量蒸馏水(300mL)中，利用玻璃棒加以搅动(60s)，之后利用超声波清洗机加以清洗，将叶表颗粒物刷洗至以上蒸馏水中，洗脱液回收，玻璃容器封口，备用，慢速定量分析滤纸编号、万分之一天平(精度0.1mg)称重(W1)、备用，洗脱液用慢速定量分析滤纸过滤，之后利用电热鼓风干燥箱60℃烘干至恒重(两个测定值之差不大于0.0002g)，之后再称量烘干后的滤纸重量(W2)，计算滤纸的空白对照滤纸烘干前后的质量差ΔW(ΔW=Wck2-Wck1，式中，Wck1为空白对照滤纸烘干前的质量，Wck2为空白对照滤纸烘干后的质量)， 以及叶片滞纳的颗粒物的总质量W=W2-W1-ΔW[10]。

3.3 TSP 滞纳量分析（TSP 总颗粒物）

图1 景观树种单位叶面积滞纳量图

目前28 种景观树种叶片对颗粒物的滞纳特征(颗粒物总质量)，通过极差分析，滞纳量最高的与滞纳量最低的呈现出显著差异，对比所有景观植物叶片滞纳总质量，芍药最大（0.177249mg/cm2），油松最小(0.0069461mg/cm2)。 以各树种单位面积叶片滞纳量的高低排序为[4]芍药（0.177249mg/cm2）>黄刺玫（0.165857mg/cm2）>丁香（0.163414mg/cm2）>珍珠梅（0.12018mg/cm2）>小叶女贞（0.07651mg/cm2）>杜松(0.0733949mg/cm2)>暴马丁香 （0.05842mg/cm2）>苹果树（0.05322mg/cm2）>云杉(0.0503523mg/cm2)>文冠果（0.04967mg/cm2）>小叶黄杨（0.04669mg/cm2）>紫叶李（0.04493mg/cm2）>国槐（0.04359mg/cm2）>偃柏(0.0346057mg/cm2)>连翘（0.03327mg/cm2）>红瑞木（0.02835mg/cm2）>侧柏(0.0291887mg/cm2)榆叶梅（0.02732mg/cm2）>柳树 （0.02705mg/cm2）>茶藨子（0.02651mg/cm2）>山杏 （0.01988mg/cm2）>五叶地锦（0.01797mg/cm2）>银杏（0.01501mg/cm2）>榆树（0.01386mg/cm2）>五角枫 （0.01215mg/cm2）>新疆杨（0.00895mg/cm2）>山桃 （0.00758mg/cm2)>油松(0.0069461mg/cm2)。

通过对赤峰市28 种常用景观树种单位叶面积滞纳大气颗粒污染物的量进行了测定分析。单位叶面积的滞纳总量，阔叶与针叶树种差别很大[4]，如表1 所示。 总体上二十三种阔叶（芍药、黄刺玫等）的单位叶面积滞纳量大于其他5 种针叶树种叶片的滞纳量。其中，芍药的单位叶面积平均滞纳量最大，高达0.177249mg/cm2。 其次为黄刺玫， 滞纳量为0.165857mg/cm2，在针叶树种中，杜松的单位叶面积滞纳量达0.0733949mg/cm2， 与油松0.0069461mg/cm2相差较大[7]。

表1 景观树种单位叶面积滞纳颗粒物量

从不同树种叶片对大气颗粒物的滞纳量分析可以得出，不同的树种叶片单位体积对大气颗粒物的滞纳量差别很大，由于针叶树种叶子表层更高的蜡质层疏水性，导致了植物树叶表层与颗粒物的接触面积减少，进而造成了树叶表层与颗粒物的亲和性变弱，同时树叶表层颗粒物易受雨水、大风等的影响再次漂浮在室内空气中，而针对树叶表层微观构造的凹凸不均（柳树），带有沟状、凹陷组织（银杏）、毛状物（国槐）的树木，其树叶表面粗糙度也较高，从而促使了室内空气中颗粒物与树叶相接触面的亲密融合， 使得大气颗粒物不易再受到雨水、大风的影响，从而使得针叶、阔叶等树种对颗粒物的滞纳能力效果显著不同。

不同树种滞纳能力有差异主要与叶片表层茸毛、纹理、表面粗糙度等表面形态构造特性有关，树叶茸毛越多，表面沟槽也愈深，一般对大气颗粒物的吸滞量也愈大[11]，而边缘有瘤形凸起的树叶则吸滞量也很大。表面有大量分泌物的树叶（如油松）更平滑也更富有疏水性，不利于对TSP 等大气颗粒物的吸附。

4 景观树种滞纳颗粒物的树种配置及效果分析

由于不同树种叶片表层差别很大，导致滞纳颗粒物的量也有着显著差异，本研究实验结果是阔叶和针叶树种叶片表面吸附的颗粒物的平均质量分别是838.9mg 和131.5mg，目前28 种树木滞纳颗粒物的能力显著不同，本研究中芍药对大气颗粒物的滞纳率最高，但仅凭其中一种景观树种并不能有效防治大气颗粒物对环境的污染，所以，为了减少大气颗粒物对环境的污染和对人类身体健康的危害，极有必要针对地区空气污染特点来评价植物树叶对大气颗粒物的滞纳能力， 针对本研究中的28 个地区常用绿化树木，如何才能够在该地区实现最大的颗粒物滞纳能力， 在以针叶树种为主的地区，杜松体现出较大的滞纳大气颗粒物的能力[4]。 所以，在景观树种的选择中， 要根据当地环境的大气颗粒物的特征进行选择，在本次研究中，赤峰市的景观树种选择优先考虑芍药、黄刺玫、丁香、杜松和云杉等。

选择最为合适的景观树种配置，对大气颗粒物具有更好的吸附作用， 对大气产生了净化效果，减少大气中的颗粒物（灰尘、粉尘、细小颗粒）浓度，树种能够阻挡、过滤和吸附空气中的颗粒物。 浓密的树叶使风速降低， 稍大径粒的颗粒物沉降下来，树叶表面的细茸毛能粘附较小径粒的颗粒物。大气颗粒物对呼吸系统危害较大，慢性呼吸道炎症、肺气肿、肺癌等的发病率与大气颗粒物的污染程度有相关性。 当大气可吸入颗粒物日均浓度增加时，人群总死亡率和呼吸道疾病死亡率均有增加。所以防治大气颗粒物污染降低污染物入侵呼吸道的频率，降低感染率， 减少了人们肺部和支气管等的病变情况，可以有效预防呼吸道疾病和抑制呼吸道疾病复发，也对不同的疾病具有辅助治疗的功效[12]。

景观树种对大气颗粒物具有吸附作用，对大气产生了净化效果：（1） 总体上是减少大气中的二氧化碳，增加大气中的氧气，可以减轻城市温室效应。（2）可迅速降低大气中有害气体的浓度，减少某些挥发性有害的气体离子浓度。 （3）减少大气中的颗粒物（灰尘、粉尘、细小颗粒），树种能够阻挡、过滤和吸附大气中的颗粒物。 浓密的树叶使风速降低，稍大径粒的颗粒物沉降下来，树叶表面的细茸毛能粘附较小径粒的颗粒物。（4）减少大气中的含菌量，树种可以减少大气中的细菌。

美国研究人员发现， 长期暴露于颗粒物污染环境中可能会改变大脑结构，使海马体突起减少、负责传递信息的树突变短， 影响学习能力和记忆力，引发抑郁；大气细颗粒物可导致高级神经系统紊乱和器官调解失能，表现为头疼、头晕、嗜睡，甚至引起中毒性脑病。 减少大气中的颗粒物 （灰尘、粉尘、细小颗粒）浓度，可以避免颗粒物对人类神经系统造成的影响， 也可以提高人类的免疫力，加强免疫系统。

5 结果与分析

本次调查选择赤峰市常见的28 种景观用树木叶片表层所吸附颗粒物的滞纳含量都有差别，数据得出：阔叶类树种和针叶类树种叶片表层滞纳大气颗粒污染物总质量分别为838.9mg 和131.5mg。 研究结果表明，阔叶林的滞纳大气颗粒物的滞纳量大于针叶林的滞纳大气颗粒物的滞纳量，同时阔叶林中芍药的滞纳量远大于其余树种滞纳量。

研究发现28 个供试树种的单位叶面积滞纳量存在差异，其中芍药（滞纳能力最强）的单位叶面积滞纳量约为油松（滞纳能力最弱）单位叶面积滞纳量的25.5 倍左右， 进一步证实了不同植物的滞纳颗粒物能力存在较大的差异[13]。 在植物滞纳颗粒物能力强弱的研究中，常用单位叶面积滞纳量作为主要评价指标，可较为直观地反映其滞纳能力的差异以及强弱。

为了更正确、系统地评价景观树种对大气颗粒物的滞纳作用，可根据现场实际状况以及所得出的实验数据以及资料加以对比，本实验结论也将对赤峰市未来建设中景观树木的选择，提供重要数据参考和指导意义。 同时在本次研究中，赤峰市的景观树种选择应是芍药、黄刺玫、丁香、杜松和云杉等景观树种一起选择。