城市绿化植物滞尘效益及滞尘影响因素研究概述

2014-04-06廖莉团李小龙王梦迪周蕴薇

森林工程 2014年2期

廖莉团，苏欣，李小龙，马娜，王梦迪，周蕴薇

(东北林业大学园林学院，哈尔滨 150040)

随着城市化进程的不断深化，城市大气环境问题日益突出。由固体颗粒物形成的粉尘污染成为城市大气污染最严峻的问题。这些粉尘含有重金属，同时携带细菌、病毒和致癌物质等，对人的身心健康造成很大的影响[1]。城市绿地是城市生态环境的重要构成部分，主要由一定覆盖率的乔灌木及一些地被植物构成。园林植物作为改善城市环境的主体，在阻滞粉尘、改善空气质量中起着不可替代的作用[2]。选择滞尘量大、对粉尘抗性强的树种作为城市绿化植物是缓解城市大气粉尘污染、提高城市空气质量的重要手段。植物滞尘能力应该作为选择城市绿地植物的重要指标。

自从20世纪30年代认识到树木存在一定的滞尘作用以来，国内外学者通过大量的研究证实了树木滞尘的有效性及树种间滞尘效果存在显著差异[3]，同时对树木滞尘量与制约因子[4-6]、粉尘对植物的影响[3]以及叶面尘分布特征[7]等方面进行了大量研究，认为植物滞尘是一种复杂的动态过程，叶片特性、树冠枝叶结构密度、叶面倾角以及气象条件等因素能够影响植物滞尘效益。这些研究为筛选优良滞尘树种提供了科学依据。从研究方法上看，多采用称重法测定植物的滞尘量，也有一些学者借助鼓风机、显微镜、TSP采样器等仪器直接或间接测定园林植被的滞尘能力[8]。本文从城市植物滞尘量、植物滞尘时空变化规律以及植物滞尘影响因素3个方面综述城市植物滞尘研究进展，分析了目前研究的重点难点，为以后进一步研究提供参考依据。

1 植物滞尘量的研究

1.1 不同植物种类滞尘量的研究

不同植物种类的滞尘量差异非常显著，无论是乔木、灌木还是藤本、地被，其滞尘能力相差甚远。胡舒对徐州市主要落叶绿化树种的滞尘能力做了研究，结果表明，在所调查的绿化树种中，滞尘能力最强的树种与最弱的树种间相差达2～4倍以上[9]。李海梅[10]，江胜利[11]，柴一新[3]等的实验也得出了相似的结论。刘璐的研究结果中滞尘量最大的芒果与最小的桃花心木的滞尘量相差高达27倍[6]，这可能与树种差异、实验所处季节及树木生长环境差异有关，具体原因有待进一步研究。

城市绿化树种按园林树木的生长类型可以分为针叶树类、阔叶乔木(大乔中乔小乔)、阔叶灌木、藤本、匍匐等。江胜利的研究结果显示乔木的平均单位叶面积滞尘量为0.4 289 g/m2，灌木、草本的依次为1.5 099 g/m2，0.5 337 g/m2，即灌木最大，草本植物次之，乔木最小[11]。王慧在实验中得出灌木的单位面积滞尘量最大，其次为阔叶乔木、草本植物的结论[12]。史晓丽[13]，杨瑞卿[14]等都得出类似的结论。而康博文等人对陕西常见园林树木进行滞尘量研究，结果显示乔木滞尘能力一般较灌木强，落叶乔木滞尘能力比针叶树强[15]。冯朝阳等通过实验却得出不同的结果：落叶阔叶乔木林的滞尘能力略高于灌木林，常绿乔木林的滞尘能力高于草地[16]。乔木叶片主要滞留的尘埃为扬尘，而灌木则以滞留降尘为主，常绿乔木的滞尘时间是绿化植物中最长的，绿量也高于落叶乔木，所以滞尘总量上也要高于其他树种[17]。由于灌木的高度比乔木矮，所以可以更好地阻挡来自地面扬起的尘埃。针叶树木与阔叶树木相比，由于叶形不同滞尘效益也会形成很大的差异，阔叶树木的叶片叶面积大，叶片平展，更易于阻滞尘埃，针叶树木的叶片叶面积小，不利于阻滞尘埃。柴一新的研究结果表明，常绿针叶树种中的杜松、红皮云杉以及落叶阔叶树种中的银中杨、金银忍冬、山桃稠李是优良的滞尘树种[3]。针叶树种的叶片中针叶与鳞片叶的滞尘量也有显著差异。杨士军的研究中，侧柏的滞尘量远大于雪松，原因可能是鳞片叶间有缝隙，易聚积灰尘[16]。

1.2 植物群落滞尘量的研究

植物群落是构成城市绿地的基本单位，是城市绿地生态功能的基础。王建辉等人在比较研究植物群落滞尘能力差异时选择经典的常绿阔叶林、落叶阔叶林、混交林以及针叶林4种群落类型作为研究对象，结果显示滞尘量最大的是常绿叶林、其次是混交林、最小的是落叶阔叶林和针叶林，其中针叶林和落叶阔叶林滞尘量相当接近。在绿量的比较中落叶阔叶林、混交林之间没有多大的差异，而常绿阔叶林、针叶林与前两者差别很明显，其中常绿阔叶林最高，针叶林最低，常绿阔叶林的绿量和滞尘效益在四者当中是较好的[17]。

群落的结构组成对群落的生态效益影响很大。研究表明，乔灌草搭配的植物群落结构滞尘量最大，乔草型其次，最差为灌草型。张新献等在北京方庄小区的研究中，针对3种不同结构绿地的滞尘效益做了研究比较，结果表明，乔灌草型滞尘率最高，灌草型次之，草坪较差[18]。不仅如此，刘学全等在宜昌市城区的研究也表明，具有乔灌草立体结构的绿地类型滞尘效果最佳，结构单一、立体绿量较少的草坪类型滞尘率较低[19]。同时，群落结构中的树种组成是群落滞尘效益大小的关键，选择滞尘能力强的优势种是提高群落滞尘效益的基础。

总的来说，在进行城市绿地建设时可以选用滞尘量大的植物、采用乔灌草结合的模式构成多层次的群落结构，构建一个观赏性高、滞尘能力强的植物群落。

2 城市植物滞尘效益时空变化规律

2.1 植物滞尘时间变化规律

植物滞尘量随着时间和空间的改变而改变。一天中植物滞尘量会发生变化。高金辉的研究得出，在一天中白皮松的滞尘量不是在一天中持续增加的，而是在一定的时间内发生着动态变化，8：00和12：00左右滞尘量最大，在10：00和16：00滞尘量相对较小。主要是因为春天北京风较大，导致滞尘量没有随着时间的延续而积累[20]。江胜利在研究杭州树种时，也得到相同的结论，但是香樟在一天中滞尘量变化很小，这与实验中香樟处于一个相对稳定的外界环境有关[11]。史晓丽在测定北京行道树种国槐的滞尘量的实验中显示，在3周的时间内(未降雨)滞尘量随着时间的递增不断增加[13]，但每周滞尘的增加量逐渐减少，当国槐滞尘量趋于饱和时，滞尘量便不再增加或增加幅度很小，粉尘保留一段时间将会被雨水冲刷掉，使植物重新恢复吸附粉尘的能力。以上实验研究表明环境因素的改变会破坏植物最大滞尘平衡，植物滞尘量不是线性增加，而是随着时间的增加增幅逐渐减小，达到饱和滞尘量后变化很小，直到大雨过后植物叶片再重新滞尘，这说明植物滞尘日动态变化过程是一个复杂的动态平衡的过程。

不同季节植物滞尘量也存在一定的变化规律。李玉琛的研究表明，植物不同季节滞尘量存在差异，冬季和秋季含量相对较高，春季和夏季相对较低[21]。江胜利在研究季节与植物滞尘的关系后，经比较得出香樟四季的滞尘量顺序为：冬>秋>夏>春，黄山栾树、银杏、悬铃木、无患子、枫香和鹅掌楸的四季滞尘量顺序均为冬季>秋季>夏季，均反映出冬季的滞尘量最大[11]。刘慧民等对哈尔滨地区植物滞尘效益的研究也得出了这样的结论[22]。由此可见，大部分植物的滞尘量季节动态规律是秋冬季较高，夏季较低，这与大气污染的季节动态存在明显的相关性。这种相关性主要由冬季供暖，大量煤炭燃烧导致烟尘的大量增加导致。植物秋冬季节滞尘量的增加并不意味着植物秋冬滞尘能力的增强。一般来说夏季植物的滞尘能力是最强的[22]，因为此时的植物叶片伸展，水分充足，分泌的粘液也多，滞尘能力也就相对较强。由此，可以推断，植物的滞尘是一个处于动态平衡的状态，而打破这种平衡的因素主要为空气流动和降雨等。总之，植物叶片滞尘是一个复杂的动态过程。

2.2 植物滞尘空间变化规律

在空间变化上，不同高度的叶片，不同地理位置(工厂，企业，家属区等)的植物滞尘量不同。植物的高度和所在环境在一定程度上决定滞尘量的多少，多数植物在距离污染源近以及在植物下段滞尘量最大。对于植物本身，在距离地面较近的中下部能够接触到较多的粉尘和汽车尾气，所以植株中下部的滞尘量会多于上部。高金晖分别对开敞式和封闭式两种道路环境做了植物滞尘量的研究，开敞式环境条件下同一株植物在距地面60 cm处的滞尘量大于在110 cm和175 cm处的滞尘量，而距地面110 cm和175 cm处的滞尘量则差别不大[20]。俞学如通过研究灌木和乔木滞尘量与植物高度的关系得出：植物越低矮处的滞尘量越大且变化越大。他的研究表明8种乔木在高度上反应出0～3 m处滞尘量大而且变化量也大，在3～7 m处滞尘量变小且变化量也较小。灌木也表现出同样的特征[23]。这主要是由车辆行人造成路面二次扬尘导致的。另外大颗粒的粉尘在没有外界条件(大风等)的作用下也很难迁移到植物的“高”位。

不同地理区域的植物滞尘也有一定的规律。王建辉在对同种植物在4种环境(街道绿地，居住区，新兴区，净化对照区)的滞尘能力分析，得出随着环境开放程度的提高，植物的滞尘量随之上升，但并不成特定的规律性，原因是植物外部特征、叶表结构差异导致其滞尘能力不同。于志会等对吉林省不同环境下植物的滞尘能力的研究得出，同种植物在水泥厂环境下的滞尘量远高于在江南公园的滞尘量[24]。戴斯迪等的研究结果显示不同类型道路下行道树国槐滞尘量存在差异，叶面滞尘量快速路>主干路>次干路>支路[7]。史晓丽研究道路旁的国槐3周的滞尘总量为11.54g/m，而在对照校园内的国槐滞尘总量仅为6.7g/m，也得出植物滞尘量随着环境中粉尘含量的增多而增大的结论[13]。俞学如[23]，程政红[25]，李海梅[10]等也得出了类似的结果。

3 植物滞尘影响因素

3.1 植物叶片特性差异与滞尘量关系的研究

不同树种的滞尘能力存在显著差异与植物的滞尘方式及其作用机理有关。余海龙、黄菊莹和高君亮等的研究得出，城市绿地植物个体间滞尘效果差异较大，引起植物个体滞尘效果差异显著的原因是植物叶片特性的差异，如叶片大小、叶片形状、叶面质地等，其中叶面质地所起的作用最为明显[26]。叶片狭小、较光滑柔软的树种，如柳树、白蜡、刺槐、银杏等的滞尘能力比叶片宽大、较平展且硬挺的树种，如臭椿、卫茅、红叶李、毛白杨、核桃等的滞尘能力弱[27]。植物叶片的叶表结构具有表面多皱、表面粗糙、叶面多绒毛、分泌黏性的油脂和汁液等特点的树种滞尘能力较强。大叶黄杨是目前城市常用绿篱树种，其叶片表面平滑、具厚层腊质、气孔凹陷，具备抵抗机动车排放污染的植被特征[28]。红叶叶面粗糙，银杏叶面具有沟状结构，因此滞尘能力强；香樟叶面光滑，相应其滞尘能力弱[29]。同时植物滞尘量差异还与滞尘方式有关。叶片的滞尘方式有停着、附着和黏着[6]。停着的粉尘易被风吹走，附着的粉尘经较大的风或雨淋亦可被带走，粘着的粉尘要在大雨冲击下才被部分清洗[30]。

3.2 树冠大小、结构、枝叶密度和叶面倾角差异

植物树冠大小、结构、枝叶密度和叶面倾角的差异能够影响植物对大气颗粒物的滞留能力。高君亮和张景波的研究结果认为，树冠结构、枝条密度、叶面倾角及叶片的形态结构特征等决定了植物滞尘能力的差异[22]。洋白蜡小枝开张度大，树冠大，因此其滞尘量最大。国槐与香花槐叶面平滑，比较柔软，但是枝冠层结构紧密且枝条与羽状复叶比较密集，也能滞留一定量的粉尘。树冠较大枝叶茂密的植株总体上比树冠较小的植株滞尘能力高。俞学如通过对法国冬青4个叶片着生角度范围的研究发现，60℃到90℃最大，30℃到60℃范围内的滞尘量最小[23]。

3.3 气象因素的影响

气象因素也会影响植物滞尘量，降水、大风和污染程度等天气因素是影响植物叶片滞尘量的主要外界因素。此外，有研究表明阴天颗粒物的浓度比晴天高45%。在刮风下雨等环境中，植物叶片以叶表分泌物黏附或以叶表沟壑等滞着两种种方式滞尘，其滞尘能力波动较小。在王蕾、哈斯等人的研究中发现，云杉气孔周围较宽的凹槽利于滞留较大颗粒物，能够有效捕获沙尘，外来沙尘入侵时颗粒物附着密度迅速增加，在随后的大风状况下降低较少[31-32]。

4 研究展望

通过以上综述，目前城市绿地植物个体和群落滞尘效益、滞尘规律及滞尘影响因素等方面的研究已经取得很大进展，但植物滞尘试验方法及技术、植物滞尘评价标准等方面还存在一些问题，植物滞尘机理、地被植物及垂直绿化植物等的滞尘能力方面还有待进一步深入研究。

目前国内多采用重量法对植物的滞尘量进行测定，具体方法是选择数个采样点，雨后一定间隔期进行采样，采回叶片后洗脱叶片滞留的粉尘，将浊液于烧杯中蒸干或用滤纸过滤后蒸干，称量蒸干前后烧杯或滤纸的重量差值、测量叶面积，重量差与叶面积比作为滞尘量。但在所引证的文献中滞尘量测定在间隔时间、洗脱方式、蒸干条件以及叶面积测定等方面很少完全一致，造成实验可比性低，因此应尽快形成统一的植物滞量的测定方法。

植物在一定的滞尘条件的生长其实是受到外界不利环境影响的一个过程，当粉尘污染影响植物正常的生长发育时，即使植物能够阻滞大量的粉尘也不能称其有较强的滞尘能力，也就是说植物的滞尘量并不能完全代表植物的滞尘能力。目前已经有学者对粉尘条件下植物生理指标及叶表形态做了一定的研究，今后可以从生长指标、生理指标、解剖学指标等多个方面对植物粉尘抗性进行研究，从植物的滞尘能力及植物对粉尘的响应两个方面综合评价植物的滞尘能力，形成统一的植物滞尘能力评价标准。

乔灌木是城市绿地发挥生态效益的主体，乔木叶片主要滞留的尘埃为扬尘，灌木则以滞留降尘为主，现阶段植物滞尘的研究多集中于乔灌木，对地被植物及垂直绿化植物滞尘的研究还比较少。事实上，地被植物不仅能够固定地表尘土，而且可以防止出现二次扬尘。因此，未来可以对地被植物、垂直绿化植物及模纹花坛的滞尘效益等方面进行研究。

植物滞尘的时空变化差异较大，滞尘过程复杂，因此可以通过长期监测城市绿化植物滞尘量变化及大气颗粒物粒径和化学组成来研究城市大气颗粒物迁移动态和植物滞尘机理，为研究城市大气污染机制及治理措施提供理论依据。

总之，在植物滞尘效益方面开展更加系统全面的研究对改善城市大气环境具有重要意义。植物滞尘试验方法及技术的改进、植物滞尘准确统一的评价标准的建立、滞尘效益研究对象的扩展及植物滞尘机理的研究将成为今后城市植物滞尘的主要研究方向。同时，在城市绿地规划建设中应选择滞尘能力强的树种和植物配置，为改善城市生态环境服务。

【参考文献】

[1] Brook R D，Rajagopalan S，Pope C A，et al.Particulate matter air pollution and cardiovascular disease an update to the scientific statement from the American heart association[J].Circulation，2010，121(21)：2331-2378.

[2] 赵松婷，李延明，李新宇，等.园林植物滞尘规律研究进展[J].北京园林，2013，01：25-30.

[3] 柴一新，祝宁，韩焕金.城市绿化树种的滞尘效应——以哈尔滨市为例[J].应用生态学报，2002，09：1121-1126.

[4] Kretinin V M，Selyanina Z M.Dust retention by tree and shrub leaves and its accumulation in light chestnut soils under forest shelterbelts[J].Eurasian Soil Science，2006，39(3)：334-338.

[5] Prajapati S K，Tripathi B D.Seasonal variation of leaf dust accumulation and pigment content in plant species exposed to urban particulates pollution[J].Journal of Environmental Quality，2008，37(3)：865-870.

[6] 刘璐，管东生，陈永勤.广州市常见行道树种叶片表面形态与滞尘能力[J].生态学报，2013，08：2604-2614.

[7] 戴斯迪，马克明，宝乐.北京城区行道树国槐叶面尘分布及重金属污染特征[J].生态学报，2012，16：5095-5102.

[8] 粟志峰，刘艳，彭倩芳.不同绿地类型在城市中的滞尘作用研究[J].干旱环境监测，2002(9)：162-163.

[9] 胡舒，肖昕，贾含帅，等.徐州市主要落叶绿化树种滞尘能力比较与分析[J].中国农学通报，2012(16)：95-98.

[10] 李海梅，刘霞.青岛市城阳区主要园林树种叶片表皮形态与滞尘量的关系[J].生态学杂志，2008(10)：1659-1662.

[11] 江胜利.杭州地区常见园林绿化植物滞尘能力研究[D].浙江：浙江农林大学，2012.

[12] 王慧，郭晋平，王智敏，等.公路绿化主要树种滞尘潜力模拟试验研究[J].山西林业科技，2011(02)：13-16，24.

[13] 史晓丽.北京市行道树固碳释氧滞尘效益的初步研究[D].北京：北京林业大学，2010.

[14] 杨瑞卿，肖扬.徐州市主要园林植物滞尘能力的初步研究[J].安徽农业科学，2008(20)：8576-8578.

[15] 康博文，刘建军，王得祥，等.陕西20种主要绿化树种滞尘能力的研究[J].陕西林业科技，2003(4)：54-56.

[16] 苏俊霞，靳绍军，闫金广，等.山西师范大学校园主要绿化植物滞尘能力的研究[J].山西师范大学学报(自然科学版)，2006，02：85-88.

[17] 杨士军，罗峙淳，李科煌.不同植物滞尘能力的初步研究[J].上海环境科学，2005，01：43-4.