雅瑪里克山榆樹林葉片滯納PM2.5的能力研究

張凱迪 何秉宇 凱麗比努爾?努爾買買提 李惠玲

摘要：自執行荒山綠化項目以來，烏魯木齊空氣質量得到了明顯改善。本文以烏魯木齊荒山綠化典型雅瑪里克山榆樹人工林為研究對象，探索植物葉片大氣顆粒物滯納量在不同海拔樹木冠層內的差異。研究結果可為干旱區城市森林凈化大氣顆粒物污染方面提供數據支撐。

關鍵詞：冠層;榆樹;PM2.5

Abstract：Since the implementation of the barren mountain greening project，Urumqis air quality has been significantly improved.In this paper，we studied the typical plantation of elm trees in Yamali Mountain in Urumqi barren mountains，and explored the differences in the amount of atmospheric particulate matter in plant leaves in the canopy of trees at different altitudes.The research results can provide data support for urban forests to purify atmospheric particulate pollution in arid areas.

Keywords：Canopy;Elm （Ulmus pumila）;PM2.5

隨著社會經濟快速的發展、城市化進程的加快以及能源消耗的不斷攀升，顆粒物已成為我國城市大氣的首要污染物。大氣顆粒物PM2.5由于其較大的比表面積極易附著大量有毒有害物質，特別是重金屬元素和芳香烴類化合物，并且可以通過呼吸進入肺泡，故而會對人體呼吸系統和心血管系統造成較為嚴重的傷害[1-2]。所以細顆粒物污染（PM2.5和PM10）因易引發居民呼吸道系統疾病而逐漸公眾日益關注的焦點[3]。陳瑋等[4]對東北地區城市同一降塵條件不同種針葉樹和不同降塵條件同種針葉樹的滯塵能力進行研究。植物葉片表面特性和本身的濕潤性具有很大的滯塵能力，當含塵氣流經過樹冠時，一部分顆粒較大的灰塵被樹葉阻擋而降落[5]。利用園林植物消減大氣顆粒物污染是提高空氣質量的有效方法之一。

1 材料與方法

1.1 葉片采集

為了避免雨水對葉表面滯納大氣顆粒物的含量所造成的誤差，采樣時間開始為降雨后4d，之后每隔4d采樣觀測一次，連續采樣20d，共計5次。每次采樣至少采集3株胸徑、樹齡、樹高、生長情況等基本一致的植株葉片。于樣樹樹冠2m、4m、6m部位及東、南、西、北 4個方向各采集健康成熟葉片20～40片，將采集的葉片迅速裝入保鮮袋中，并標記采樣時間、冠層，樣品帶回實驗室處理。由歷年雅瑪里克山各月氣候數據得知，7月的氣候條件最適合測定葉片的滯塵量。因此，本試驗開展時間為2019-07-04～07-24。

1.2 單位葉面積顆粒物滯留量測定

將植物葉片置于盛有蒸餾水的500mL燒杯中，浸泡30min，然后用軟毛刷輕輕刷洗掉葉片上的附著物，最后用鑷子將葉片小心地夾出，放置在A4紙上晾干。用60℃下已烘干稱重的孔徑為2.5?m的微孔濾膜（M1）抽濾浸洗液，將過濾后的濾膜放入60℃的烘箱中烘干至恒重，在用萬分之一電子秤稱重（M2），2次質量之差（M2-M1）即為各粒徑段的葉面滯留顆粒物量[6]。孔徑為2.5的微孔濾膜上的顆粒物分別視為PM2.5。將晾干的植物葉片放入掃描儀中掃描，再利用Image J軟件分析測定葉面積，記作A。

1.3 數據處理

運用IBM SPSS Statistic 19軟件對榆樹在不同冠層的單位葉面積滯塵量進行多重比較，采用Originpro 2018C軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 樹冠不同部位高度葉片PM2.5滯納量

榆樹不同冠層部位葉片吸附PM2.5變化特征如圖1所示。整體而言，榆樹不同部位單位葉面積對PM2.5滯納量隨冠層的增加，其變化趨勢呈現一致性，即冠層2m處葉片對PM2.5的滯納量顯著高于4m和6m處葉片（P<0.05），而距地面4m和6m高度之間葉片對PM2.5滯納量沒有顯著差異。在樹冠不同高度2m、4m、6m處，南向樹冠單位葉面積PM2.5滯納量均較大;在樹冠高度2m和6m處，北向樹冠單位葉面積PM2.5滯納量則最小;而在樹冠高度4m處，西向北向樹冠單位葉面積PM2.5滯納量為較小值。

2.2 葉面PM2.5滯納量隨時間變化

不同冠層葉面PM2.5滯納量隨時間遞增表現出相似的變化規律（圖2）。各冠層高度葉片PM2.5滯納量均在雨后4d為最低值，雨后20d達到最高值。在雨后第4天不同冠層單位葉面積PM2.5的滯納量為2m>6m>4m，隨時間的推移其后不同冠層單位葉面積PM2.5的滯納量均為2m>4m>6m。雨后20d時，不同冠層單位葉面積PM2.5的滯納量增為最高值，表現為2m（2.62?m）>4m（2.41?m）>6m（2.37?m）。可見，隨時間變化，單位葉面積PM2.5滯納量逐步增多，在采樣最后階段達最高值。

3 討論

葉片對PM2.5的滯納量受樹冠不同部位的影響[7]。由數據直觀可知，樹冠單位葉面積PM2.5最大值為2m處，最小值集中在4m、6m處。造成該現象的原因可能是低層葉片距污染源較近容易受到地面揚塵的影響，而高處葉片更容易受到強風及其他外界因素的干擾，使已滯留的灰塵降落于地面，降低其滯塵量[8]。且東南向樹冠葉片對PM2.5的滯納量普遍高于西北向樹冠葉片對PM2.5的滯納量，這可能是因為雅馬里山常年風向為北風和西北風的原因所致。張志丹等[9]研究發現，冠層的3個高度和東西南北4個方向的單位葉面積PM2.5的滯納量無明顯規律，但植物較低處葉片滯留的PM2.5量較大。本文在前人的研究基礎上針對單位葉面積對PM2.5的滯納量得出較為全面的結論，即由文中分析結果可知單位葉面積PM2.5的滯納量受冠層高度的影響達到顯著水平（P<0.05）。

4 結論

（1）隨著時間的推移，樹冠不同高度PM2.5滯納量逐漸增高，在雨后20d時達最高值。但樹冠不同高度PM2.5滯納量程度不同。距地面2m處榆樹葉片對PM2.5滯納量顯著高于4m和6m處，有顯著性差異（P<0.05）。（2）樹冠不同部位單位面積葉片PM2.5滯納量中，南向樹冠葉片對PM2.5的滯納效果最好，而北向樹冠葉片對PM2.5的滯納效果較差。這些結果可為荒山綠化建設和干旱半干旱地區的城市林業發展提供理論和實踐依據。

參考文獻

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[2]張曉雨.中國中東部地區典型城市大氣細顆粒物中化學組成特征及來源解析研究[D].南京：南京大學，2017.

[3]李沛.北京市大氣顆粒物污染對人群健康的危害風險研究[D].蘭州：蘭州大學，2016.

[4]陳瑋，何興元，張粵，等.東北地區城市針葉樹冬季滯塵效應研究[J].應用生態學報，2003，14（12）：2113-2116.

[5]王江，杜茜，李慧溪.城市綠化植物滯塵效應研究綜述[J].現代園藝，2016（23）：134-136.

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[9]張志丹，曹治國，劉歡歡，等.北京道邊銀杏葉片大氣顆粒物滯納量冠層變異[J].森林與環境學報，2016，36（4）：467-472.

收稿日期：2020-06-24

作者簡介：張凱迪（1994-），女，漢族，碩士，研究方向為環境評價和城市園林對大氣顆粒物的調控機制。

責任作者：何秉宇（1961-），男，副教授，研究方向為環境科學方面研究。