6種丁香屬植物滯塵能力評價及葉表微形態學解釋

鐘玉婷，張 瑛，趙 冰

（西北農林科技大學 風景園林藝術學院，陜西 楊凌 712100）

近年來，隨著城市化和工業化進程的加快，環境污染問題愈發嚴重，其中秋冬季節多地頻發的霧霾天氣使空氣污染成為人們高度關注的重大問題[1]。目前，空氣中懸浮的顆粒物不僅加劇城市“熱島效應”，影響氣候變化，惡化人們生活環境，甚至還影響人類身體健康，引起呼吸系統和心腦血管系統疾病[2-3]。研究表明：園林植物能夠有效吸滯空氣中的微小顆粒，從而改善空氣環境質量[4-6]。丁香是木犀科Oleaceae丁香屬Syringa的落葉灌木或小喬木，其植株秀麗多姿，花色淡雅，花香怡人，抗逆性極強[7]，作為獨特的觀賞樹種在西北園林中扮演著重要的角色。但是不同的樹種綜合滯塵能力均有差異，且關于園林植物的滯塵能力與調控機制的研究大多集中在不同城市常見園林植物[8-13]。XU等[14]研究表明紫丁香S. oblata對不同粒徑顆粒物都表現出較強的吸滯能力，黃靖懿[15]對哈爾濱市12種常見樹木滯塵能力進行研究發現丁香的滯塵能力可以排在第2位，于寧[16]對青島市居住區19種主要灌木樹種的滯塵能力等生態作用進行測定，發現丁香屬植物具有較高的生態價值，可以較好地吸滯細顆粒物。丁香屬很多分類群的性狀變異非常復雜[17]，其單位葉面積和微形態結構都具有很大差異[18]，但是目前缺少對不同種丁香間的滯塵效應差異研究，因此，本研究測定6種丁香屬植物在滿葉期對不同粒徑顆粒物的滯留量，分析評價丁香屬植物對不同粒徑顆粒物的滯留能力，同時通過掃描電鏡對植物葉表面微觀結構進行觀察，探究微觀結構對植物滯塵能力的影響，以期篩選出滯塵能力較強的丁香屬植物，為丁香在城市綠化中的合理利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗設計

供試材料為6種丁香屬植物(表1)葉片采自西北農林科技大學南校區，該地區屬于暖溫帶半濕潤氣候區，年均降水量為637.6 mm，7—10月為多雨季節[19]，試驗于2020年10月24日至11月2日進行。

表 1 6種丁香的基本情況Table 1 Basic information of six species of Syringa

通過3級濾膜過濾法[20]進行6種丁香屬植物葉面滯塵量的測定，并且使用掃描電鏡[21]對丁香屬植物葉片微觀結構進一步觀察。濾膜由北京海成世潔過濾器材有限公司提供。

1.2 研究方法

1.2.1 樣品采集 采樣日期選擇在降雨后第7天(累積降雨量達27 mm以上)，采樣時間段為9:00—11:00，采樣高度離地面約2 m，選擇3株生長狀況一致的樹種，在樹冠外圍東南西北共4個方位，上中下取健康完整葉片，每包葉片的采集面積控制在約200 cm2，重復3次，小心封樣后立即帶回實驗室進行處理。

1.2.2 葉面滯塵量的測定 預處理微孔濾膜，即微孔濾膜材料均用蒸餾水充分浸泡24 h，于105 ℃下烘干至恒量，用萬分之一天平稱量待用。將采集的葉片材料浸泡2 h后，軟毛刷清洗葉片正反面粉塵，洗滌3次，洗滌工具同樣再沖洗3次，收集全部洗液待用，然后使用10.0、2.5、0.2 μm孔徑的聚脂膜過濾，在恒溫干燥箱干燥(60 ℃)后，用萬分之一天平稱量直至質量無變化。材料所吸附的各粒徑顆粒物的質量為微孔濾膜過濾前后差值，將洗凈的全部樣品葉片貼于塑料板上，使用活體葉面積儀(LI-3000C)測單葉面積，樣品總面積為植物單葉面積之和。計算各植物總懸浮顆粒物(TSP)、直徑大于10.0 μm的顆粒物(PM＞10)、直徑為2.5～10.0 μm的顆粒物(PM10)、直徑為0.2～2.5 μm的顆粒物(PM2.5) 滯留量與葉片總面積的比例，得到單位葉面積上各粒徑顆粒物的滯留量。

1.2.3 微觀結構的觀察 每種植物采集3片健康完整葉片，避開主葉脈隨機切取5 mm×5 mm正方形，使用TM 3 000臺式掃描電鏡觀察葉表面微觀結構并拍照，統計葉表皮氣孔密度、氣孔長度、寬度和溝槽寬度等數據。

1.3 數據處理

采用Excel和SPSS 26.0對數據統計分析，使用Origin 2018作圖。

2 結果與分析

2.1 不同丁香屬植物單位葉面積滯塵能力的比較

由圖1可知：不同種丁香對不同粒徑顆粒物的滯塵能力存在顯著差異(P＜0.05)，6種丁香單位葉面積滯塵能力從大到小依次為什錦丁香、北京丁香、歐丁香、華北紫丁香、暴馬丁香、白丁香。什錦丁香的單位葉面積滯塵能力最強，單位葉面積TSP、PM＞10、PM10和PM2.5滯塵量均顯著高于其他丁香(P＜0.05)，分別為2.13、1.31、0.82和0.44 g·m-2；北京丁香次之，單位葉面積TSP、PM10和PM2.5滯塵量除什錦丁香外均顯著高于其他4種丁香(P＜0.05)，分別為1.53、0.79和0.37 g·m-2；歐丁香和紫丁香單位葉面積TSP、PM＞10、PM10之間無顯著差異(P＞0.05)，歐丁香單位葉面積PM2.5滯塵量顯著高于紫丁香(P＜0.05)；暴馬丁香和白丁香最差，白丁香單位葉面積PM10和PM2.5滯塵量均最低，顯著低于其他5種丁香(P＜0.05)，分別為0.23和0.14 g·m-2。

圖 1 6種丁香屬植物單位葉面積TSP、PM＞10、PM10和PM2.5滯塵量Figure 1 Amount of TSP，PM＞10，PM10 and PM2.5 on unit leaf area of 6 species of Syringa

2.2 不同丁香屬植物葉表微結構對滯塵的影響

從圖2可以看出：各丁香屬植物葉片上表面滯留大粒徑顆粒物較多，褶皺處密布粉塵顆粒物，說明葉片上表面是吸附顆粒物的主要部位。什錦丁香的滯塵能力最強，其葉片上表面溝槽明顯，起伏程度較大，葉片下表面氣孔周圍褶皺密集，有助于滯留顆粒物；歐丁香上下表面都較粗糙，尤其是葉片上表面褶皺數量多且密，微小顆粒物被攔截在褶皺凹陷區域；紫丁香上表面溝槽較淺，下表面氣孔突出，下表面顆粒物較少；北京丁香葉片上表面具有不規則的凸起，下表面粗糙，有利于滯留粉塵顆粒物；暴馬丁香上表面較光滑平整，分布粉塵顆粒物較少，下表面氣孔內陷；白丁香溝槽較淺，粉塵顆粒物附著能力較弱。綜合來看，主要是葉片上表面承擔滯留粉塵顆粒物的作用，什錦丁香葉片上表面的深溝壑有利于粉塵顆粒物的滯留，白丁香和暴馬丁香的滯塵能力較差，因為其上表面結構較光滑平整，不易于滯留粉塵顆粒物。

圖 2 6種丁香屬植物葉表面微形態掃描電鏡圖Figure 2 SEM images of particulate matter morphology on leaf surface of 6 species of Syringa

2.3 不同丁香屬植物葉表顯微結構與滯塵能力的相關性

從表2可以看出：不同植物的葉表微觀結構具有顯著差異(P＜0.05)，北京丁香葉片下表皮氣孔密度均顯著高于其他5種丁香(P＜0.05)；歐丁香和白丁香的氣孔長度顯著高于什錦丁香、北京丁香、暴馬丁香和紫丁香(P＜0.05)；紫丁香的氣孔寬度均最低；什錦丁香和紫丁香的上表皮溝壑寬度最寬，什錦丁香下表皮溝壑寬度最寬。

表 2 6種丁香屬植物葉片表面微結構參數Table 2 Leaf surface structure parameters of 6 species of Syringa

由表3可知：從相關系數來看，氣孔寬度與UTSP和UPM2.5滯留量可達顯著負相關，相關系數和顯著性分別為R2=-0.676，P=0.016；R2=-0.679，P=0.015。但是Pearson法對兩者進行相關性分析時，偏相關分析法可以有效控制其他相關量，從而排除其他因素的影響，從偏相關系數來看，葉表微結構(氣孔密度、氣孔長度、氣孔寬度、上表皮溝壑寬度和下表皮溝壑寬度)與滯塵量(UTSP和UPM2.5)均未達顯著相關(P＞0.05)。

表 3 6種丁香屬植物葉表顯微結構參數與滯塵能力之間的相關性Table 3 Correlation between microstructure characteristics of leave surface and the dust detention ability of 6 species of Syringa

3 結論與討論

葉片表面粗糙程度、上下表面溝壑寬度、表皮毛數量、分泌物等因素都可以影響植物葉片吸滯粉塵顆粒物能力[6,21-24]。本研究通過微觀結構觀察發現植物葉片主要是上表面承擔滯留粉塵顆粒物的作用，這一結果與王蕾等[25]和石婕等[9]的研究結果相同。雨水沖刷、風等外力條件可以使植物滯留的粉塵顆粒被沖刷，起伏較深的溝壑可以有效吸附粉塵顆粒物[23]，因此什錦丁香葉片上表面的深溝壑有利于粉塵顆粒物的滯留，白丁香和暴馬丁香的滯塵能力較差是因為其上表面結構較光滑平整，不易于滯留粉塵顆粒物。

目前，大多數滯塵微形態結構研究結果不盡相同，王蕾等[25]和劉璐等[26]研究發現：植物葉片氣孔越大，滯塵能力越強。李艷梅等[21]研究表明氣孔孔徑與植物滯塵能力無顯著關系。本研究分析丁香植物葉片微結構參數與滯塵相關性，發現氣孔寬度與UTSP和UPM2.5達顯著負相關，說明植物葉片氣孔寬度越窄，植物滯塵能力越強，氣孔寬度對植物滯塵具有重要作用，但是植物滯塵效應研究影響因素復雜，需要排除其他因素的影響。從偏相關系數來看，葉表微結構(氣孔密度、氣孔長度、氣孔寬度、上表皮溝壑寬度和下表皮溝壑寬度)與滯塵量(UTSP和UPM2.5)均未達顯著相關(P＞0.05)，該結果與王琴等[8]和李艷梅等[21]的研究結果不一致，說明葉片上下表皮溝壑寬度還未能顯著影響丁香屬植物滯塵效果，因此本研究所選定量指標并不是丁香屬植物葉滯納大氣顆粒物的功能指標，溝壑深度可能是影響丁香屬植物滯塵的因素之一，植物滯塵機制還需進一步研究，以探究出影響植株滯塵效應的調控機制[6]。

綜上所述，什錦丁香在6種丁香屬植物中單位葉面積滯塵能力最強，宜作為優良的園林滯塵灌木樹種，在工業聚集區、校園、道路等地方廣泛應用，具備觀賞價值的同時，能有效減輕城市粉塵顆粒物污染，對增強環境效益和觀賞性發揮積極作用；紫丁香、歐丁香適合種植在校園、居民居住區、商業街道等污染較輕的區域，在應對霧霾等嚴重的空氣污染，滯留粉塵顆粒物能力表現比較優良；暴馬丁香和白丁香的單位葉面積滯塵能力各方面都較弱，可以作為生態旅游區綠化樹種。因此，在丁香配置種植時，需要因地制宜，實現園林植物調控空氣污染顆粒物效益的最大化、最優化。