林場不同樹種選育對PM2.5大氣顆粒物的調(diào)控研究

關(guān)鍵詞：林場樹種；PM_2.5大氣顆粒物；空氣質(zhì)量濃度；滯塵粒度分布缺陷

中圖分類號：X511 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

利用植被來清除顆粒物是一種有效的大氣污染修復(fù)方法，植被與大氣直接接觸，對大氣顆粒物的作用更為直接和顯著，由于植被本身的形態(tài)特征會(huì)影響到顆粒物沉降不同種類的植被對顆粒物的截留能力不同。但是，大氣顆粒物組成十分復(fù)雜，并且植物葉片中元素組成既可以來自土壤吸收，也可以直接吸收大氣成分，所以，在葉片表面吸附顆粒物的含量與葉片內(nèi)部元素的累積量之間存在著怎樣的關(guān)聯(lián)，值得深入探討。而要精確地反映植被對大氣顆粒物的截留作用，就必須進(jìn)行進(jìn)一步的研究。目前，許多研究都是從植物功能層次、城市綠化等級等方面對PM_2.5大氣顆粒物的調(diào)控效果進(jìn)行分析，并提出植物覆蓋率的時(shí)空演變規(guī)律及大氣環(huán)境植被的影響，量化不透水面覆蓋率的時(shí)空演變規(guī)律及對植被的影響。此次研究選取了幾種常見的綠化植物作為研究對象，對葉片表面與葉片內(nèi)部滯留顆粒物的組成和含量進(jìn)行檢測，并對它們之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行分析。通過比較在不同條件下，葉片表面所滯留的大氣顆粒物再懸浮的比例，深入探討了植物對大氣顆粒物的滯留、再懸浮與吸收能力，準(zhǔn)確評估了植物與大氣顆粒物的沉降關(guān)系，從而有效降低大氣中的PM_2.5大氣顆粒物，提高空氣質(zhì)量。

1樣品采集與研究方法

選擇了某林場中的6種普通的園林植物作為研究對象進(jìn)行樣本采集與研究，樣本采集時(shí)間在2022年4-9月期間，在某林場內(nèi)進(jìn)行采集。通常情況下，14 mm的降雨量就能夠?qū)⒅参锶~片上的降塵沖刷干凈。所以，在當(dāng)?shù)卮谓涤炅考s68 mm之后，在第10天采集植物葉片。

2供試樹種及樣品采集方法

以6種樹木為對象，調(diào)查各樹木均未受到汽車行駛及其他劇烈人為活動(dòng)干擾的區(qū)域。為確保葉面滯留顆粒物的數(shù)量，研究以不同植被為研究對象，收集單葉較小植被葉片220片，大葉片植被120片，每個(gè)植被3次重復(fù)取樣作對比。將采集到的葉子樣本用蒸餾水浸泡，浸泡兩個(gè)小時(shí)后，用鑷子小心地夾起葉子，用細(xì)毛刷刷洗葉子，讓葉子上的灰塵也掉進(jìn)水里，再用鑷子將葉子小心地夾出。

不同樹種基本信息及葉表面微結(jié)構(gòu)特征如下：（1）皺皮木瓜，為灌木，屬于薔薇科木瓜屬，葉表面具有密集溝槽，溝槽寬度為1.72μm；（2）木槿，為灌木，屬于錦葵科木槿屬，葉表面有少量絨毛，絨毛數(shù)量為2個(gè)；（3）紫丁香，為喬木，屬于木犀科丁香屬，葉表面有少量氣孔，氣孔數(shù)量為10個(gè)，并且具有密集溝槽，溝槽寬度為3.84μm；（4）華北珍珠梅，為灌木，屬于薔薇科珍珠梅屬，葉表面有少量絨毛，絨毛數(shù)量為1個(gè)；（5）冬青衛(wèi)矛，為灌木，屬于衛(wèi)矛科衛(wèi)矛屬，葉表面光滑；（6）望春玉蘭，為喬木，屬于木蘭科玉蘭屬，葉表面也是光滑的。

3試驗(yàn)樣品制備

用玻璃棒將已經(jīng)干燥的濾紙上的微粒緩慢地從已經(jīng)干燥的濾紙上剝離，并將微粒放人稱量紙中，用萬分之一的分析天平精確地稱出一定數(shù)量的微粒，用混合酸濃硝酸：高氯酸（3：1）來消化，殘留用去離子水來定容參照吳虹等關(guān)于青島空氣微粒組成的研究，使用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（CP）對其中多種元素的含量進(jìn)行平行試驗(yàn)，試驗(yàn)中使用的設(shè)備與儀器見表1。

對一定數(shù)量的植物葉片進(jìn)行稱量，用去離子水清洗葉片上的灰塵，隨后放置在恒溫干燥箱中，100℃殺青30分鐘，進(jìn)行消解，消解后的溶液倒入20mL的容量瓶中，用去離子水定容，隨后用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀對以上所述的15種元素的含量進(jìn)行分析。

4研究過程

4.1植物葉片滯塵能力測定方法

在對葉片進(jìn)行洗滌后，將洗滌液徹底冷卻后，將上層的懸浮液去除，將底層的懸浮液移到離心機(jī)中，再置于70℃的恒重狀態(tài)（W）中，即可得到滯留粉塵的數(shù)據(jù)。用掃描儀（分辨率300 dpi）將洗凈后的葉片掃描成二值圖像，再用Photo Shop圖像分析軟件對掃描后的葉片圖像進(jìn)行測量，可以分別確定葉片的面積（T）、長軸和短軸，每種植物的單位面積滯塵量計(jì)算為式（1）：

一般情況下，最小值為錯(cuò)誤閾值。這時(shí)，在初始點(diǎn)，對每個(gè)散射信號的落點(diǎn)，即一個(gè)粒子的粒度大小進(jìn)行修正，并將這些信息合并起來，即可獲得超細(xì)粒子的粒度分布。

5結(jié)果分析

通過對各樹種滯塵量、長軸、短軸、長短軸之比和單葉面積的相關(guān)分析，可以看出不同樹種葉片滯塵能力與葉片長軸、短軸、單葉面積在0.05級別上有顯著的負(fù)相關(guān)。

項(xiàng)目擬在前期研究基礎(chǔ)上，采用遙感影像技術(shù)，對不同氣象條件下的不同氣象要素長軸（X1）、短軸（X2）、長短軸比例（X3）、單葉面積（X4）、葉片形態(tài)（X5）、葉片微結(jié)構(gòu)類型（X6）、葉片表面絨毛密度（X7）、氣孔密度（X8）、槽距（X9）等和氣象要素（土壤濕度、土壤溫度等）的空間分布特征及其與土壤濕度等氣象要素間的相互關(guān)系進(jìn)行分析，探尋植物葉片的滯塵能力（Y）。

探測結(jié)果顯示，葉片形狀（0.12）gt;葉片長軸（0.09）gt;單葉面積（0.07）gt;氣孔密度（0.07）gt;短軸（0.06）gt;溝槽間距（0.04）gt;葉片微結(jié)構(gòu)類型（0.03）gt;絨毛密度（0.03）gt;長短軸之比（0.02），括號中數(shù)字為p值。可見，葉片形狀和葉片長軸是對植物葉片滯塵能力產(chǎn)生最大影響的因子。

進(jìn)一步對不同樹木葉片滯留塵粒度分布特性進(jìn)行研究，首先在不同的時(shí)間點(diǎn)上，對樹木葉片上的滯塵粒度分布曲線的變化趨勢進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果見圖1。

在不同的時(shí)間點(diǎn)上，滯塵粒度分布曲線都呈現(xiàn)出一種雙峰狀的狀態(tài)，其中的含量占到了總滯塵量的4g到7g，從各時(shí)期來看，第Ⅵ期主峰的峰體積百分?jǐn)?shù)都比其他時(shí)期低：幾個(gè)物種的主峰有明顯的差別，前三個(gè)物種的主峰直徑約為15um，其他物種的主峰直徑約為10um。

進(jìn)一步對各樹種葉片滯留塵埃的平均顆粒大小在不同時(shí)期表現(xiàn)出不同的變化模式進(jìn)行展示，具體見圖2。

進(jìn)一步對比了單葉面積小且葉表粗糙的植物（A）和單葉面積大且葉表光滑的植物（B）進(jìn)行大氣顆粒調(diào)控?cái)M合計(jì)算，判斷出計(jì)算出來的結(jié)果和真實(shí)情況。由于超細(xì)顆粒樣本中的顆粒粒度在40nm到800nm之間，現(xiàn)啟動(dòng)一個(gè)用于測定超細(xì)顆粒物粒度分布的仿真實(shí)驗(yàn)臺，測定結(jié)果見圖3。

6結(jié)束語

此項(xiàng)目通過掃描電子顯微鏡等手段，觀察植被葉片表面的微結(jié)構(gòu)，分析植被的形態(tài)、葉表面的微結(jié)構(gòu)等因素對其滯留顆粒物的滯留能力、滯留顆粒物的大小、分布等的影響，并探索不同植被特性之間的相互作用對植被滯留顆粒物的影響。得到以下結(jié)論：單葉面積小且葉表粗糙（具有絨毛、氣孔的植物滯塵能力強(qiáng)）。葉表布有氣孔的植株有利于PM_2.5的粘附，被細(xì)毛濃密的植株有利于PM_2.5的粘附，PM_2.5更易被粘附，凸出部分的植株葉片對微粒的粘附性能不佳；大氣降塵量與樹木滯塵量的粒徑分布曲線有相似之處，都為雙峰型，其中，大氣降塵量主要在3. 79～ 79.9 um之間，樹木葉片滯塵量主要在2.81～569um之間，而樹木葉片滯塵量主要在0.41～1.31之間，樹木葉片滯塵量主要在0.41～1.29之間。