武汉市主城区绿化植物滞尘效应研究

戴希刚　张振　曾长立　蔡婵静　孙道俊

摘要：对武汉市主城区常见绿化植物的滞尘效应进行了研究，分析了不同植物种类、不同区域和不同时段绿化植物单位叶面积滞尘量的异同，并估算了不同供试植物的饱和滞尘量以及武汉市主城区绿化植物每日总滞尘量。结果表明，在同一区域，不同植物种类滞尘能力差异显著；同种植物在不同区域也有着不同的滞尘能力；乔木中白玉兰与悬铃木的滞尘量较高，灌木中法国冬青与红花檵木的滞尘量较高：白玉兰的饱和滞尘量最大，达到27.77g/m²：绿化树种的滞尘能力与叶片表面粗糙度及是否有毛有一定关系，与是否革质关系不大：武汉市现有的树种滞尘能力治理降尘还远远不足。

关键词：绿化植物；滞尘能力；饱和滞尘量；武汉市

中图分类号：S731.2；X513 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）09-2279-04

随着城市工业化的步伐加快，城市向大气中排放的有害气体以及粉尘污染日趋严重，远远超过了大气的自然净化能力，加上近年来雾霾天气盛行，使得继PM10（空气动力学直径<10μm的颗粒物）之后人们对PM_2.5（空气动力学直径<2.5μm的颗粒物）也产生了同样的关注。可吸入颗粒物的处理已经被人们所重视，其中的一种行之有效的方法便是绿化植物滞尘。如今普遍认为灰尘颗粒会以滞留、附着以及粘附等形式停留在绿化植物的叶片表面，而当出现大风、雾、露水和雨水时灰尘会随之被带走，特别是雨水的效果甚佳。一般来说，15mm的降雨可以将叶片上的灰尘完全洗净，所以一般将雨后到下一次下雨结束作为一个滞尘过程。其原理在于叶片所具有的防水性，水滴落在叶片表面时形成水珠滴落，而水与灰尘颗粒的吸附力要远远大于灰尘颗粒与叶片表面的吸附力，所以灰尘会随着水滴离开叶片表面，完成滞尘的全过程。

中国每年排入大气的烟、粉尘达到4300万t，2000年统计的338个城市中，40.5%的城市TSP（总悬浮颗粒物，TotalSuspendedParticulate）浓度年均值超过国家3级标准，60%的城市超过发达国家2级标准。就武汉而言，一份2011年的报道表明，武汉中心城区降尘月均值为15.66t/km²，同期上升3.59t/km²。以武汉市中心城区面积500km²来计算，5年来，武汉市平均每天的降尘量维持在200t左右，多来自遍布城市的5000多个工地以及大量的车辆。因此，开展武汉绿化树种滞尘方面的相关研究十分必要，

在绿化植物滞尘量研究方面，已有叶面积滞尘量、叶片结构对滞尘影响、群落的滞尘效益、绿化植物综合滞尘能力等方面的报道。北京、青岛、郑州、哈尔滨、银川、保定、呼和浩特、南京、金华、武汉、徐州、岳阳、株洲、昆明、深圳、佛山、合肥等多座城市已着手相关探讨，陈芳等报道了武汉钢铁厂植物的滞尘效应。本文对武汉市主城区常见绿化树种的单位叶面积滞尘量进行了综合试验研究，分析了不同树种、不同区域和不同时段绿化树种单位叶面积的滞尘量的异同，并估算出武汉市主城区绿化植物的饱和滞尘量和每日总滞尘量，以期为今后武汉市城市绿化及降尘治理提供理论依据，

1 研究对象与方法

1.1 研究区域概况

武汉市位于江汉平原东部，地处东经113°41′-115°05′，北纬29°58′-31°22′，属于北亚热带季风性湿润气候：1月平均气温最低，为3.0℃，7月平均气温最高，为29.3℃：年平均降水量1284mm，集中于6-8月：海拔19.2-873.7m，水域面积占25%。全市种有悬铃木4.7万株，樟树2.8万株，杨树1.9万株。

1.2 滞尘效应研究方法

1.2.1 不同植物的滞尘能力分析 为了测定同一地区相同污染源下不同植物滞尘能力的差异，选择武汉主城区最具代表性的江汉路商业区作为研究地区，选择12种常见的绿化植物作为研究对象，其中包括4种乔木、6种灌木、1种藤本植物以及1种草本植物（表1）。

参照陈芳等的方法（下同），于雨后第5天采集样本，从多株植物采集叶片混合样本。矮小的植物分底部、中部、顶端各采集一定数量叶片混合，高大的乔木采集3m高左右的叶片，叶长在8-15cm的叶片取20-30片，叶长小于8cm叶片取30-40片，叶长大于15cm的叶片取10-15片，采集时不要触碰叶片表面，采下的叶片要立刻装入准备好的密封袋中，并编号。设3次重复。试验在2013年5月进行，下同。

1.2.2 不同区域同种植物滞尘能力分析 为了测定不同区域及不同污染源下同种植物滞尘量的变化。以法国冬青作为研究材料，选取武汉市中心城区有代表性且均匀分布的江汉路、二七路、广埠屯、王家湾为研究区域，以武汉经济开发区的江汉大学作为对照区域。

1.2.3 不同时间段植物滞尘量的变化 选择位于二七路旁的一处住宅阳台，此处既可防止雨水干扰又不会阻断污染源，选用植物品种为法国冬青。试验前将植物人工冲洗，分别采集雨后第3、5、7、9、11天的叶片进行滞尘量测定。平均日滞尘量：总滞尘量/测定时天数。

1.3 滞尘效应测定方法

1.3.1 滞尘量的测定 取若干15cm定性滤纸，编号后放入电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9070A型。上海精宏实验设备有限公司）中，温度60℃，烘干12h。取出滤纸后迅速称取滤纸重量W₀。将采集的植物叶片置于烧杯浸泡2h，革质叶片可用小刷子轻轻刷洗，密封袋内残留尘迹用水冲洗至烧杯中。用已称重的滤纸过滤浸泡液，过滤后的滤纸小心放入新的密封袋中，待所有样品浸泡、过滤完毕后，将滤纸与密封袋一同放入干燥箱中，60℃下干燥24h。取出滤纸并称取重量W₁，W₁-W₀即为灰尘的重量。

将浸泡后的叶片压平，旁边放已知面积S_n的参照物，对叶片与参照物一同拍照，利用Adobe Pho-toshopCS5软件分析照片，得出参照物所占像素P_n和叶片所占像素P，则叶片面积S₁=PS_n/P_n。因此，滞尘量TSP（g/m²）=（W₁-W₀）/S₁。

1.3.2 饱和滞尘量的估测 由于温度、风、露水以及灰尘颗粒特性等多方面的原因，自然界很难使滞尘量达到饱和，即使是在人工条件下也很难测出其具体数值，因此，只能利用人工施加粉尘的方法估测绿化植物的饱和滞尘量，仅作研究参考。试验设定在25℃，相对湿度75%条件下测量不同植物叶片的预估饱和滞尘量。选择不同地区的不同种类土壤，充分混合后置于太阳下暴晒2d，将较大土块捏碎，放于干燥箱中干燥24h。干燥后的泥土用100-500目不等的标准分样筛筛土，得粒径不同的粉尘并将其充分混匀。同“1.2.1”方法采样，清洗叶片，擦干后自然放置20min，称其重量W₂。将制备的粉尘均匀撒向所有样品叶片，每片叶片每一面至少撒3次，轻轻抖动去除没有被附着的粉尘。称取附着粉尘后的样品重量W₃，同“1.3.1”方法测出样品面积S₂。则估测的饱和滞尘量TSP'（g/m²）=（W₃-W₂）/S₂。

2 结果与分析

2.1 滞尘能力分析

2.1.1 不同植物滞尘能力分析 对江汉路商业区几种不同绿化植物5日滞尘量的测定结果如表2。从表2可知，滞尘能力最强的是白玉兰，其次是悬铃木，再次是樟树。灌木中滞尘量较大的为法国冬青和红花檵木，它们之间差异不显著，而海桐与金边黄杨滞尘量较小。藤本凌霄、草本红花酢浆草滞尘量较小，但与很多灌木相比处于中等水平。不同植物滞尘能力从大到小为乔木、灌木、草本。

2.1.2 不同区域同种植物滞尘能力分析 在武汉市主城区不同区域所测得的法国冬青5日滞尘量如图1。从图1可知，污染源较少的江汉大学滞尘量最少，而在双地铁工程中心的王家湾采集的法国冬青滞尘量最大，二七路污染源仅有最边缘处的一座工地以及路面车辆，江汉路中心虽无明显污染源却被众多工地所包围，而广埠屯紧邻工地，且此处地铁工程也在善后阶段，所以江汉路和广埠屯这两处的滞尘量也较大。从图1可以看出，绿化植物的滞尘量与植物所处环境的污染源有关，

2.2 滞尘量与时间的关系

不同时段植物的滞尘量如图2。从图2可知，法国冬青在雨后第3、5、7、9、11天的总滞尘量分别为2.91、3.84、4.62、4.83、5.79g/m²。随着时间的推移，总滞尘量呈现明显的上升趋势，而平均日滞尘量在不断减少。说明随着时间的延长，植物的滞尘速度在逐渐减缓。

2.3 不同植物的饱和滞尘量

供试绿化植物饱和滞尘量的估测结果如表3。从表3可知，不同植物的估测饱和滞尘量差异明显，其中白玉兰的饱和滞尘量最大，为27.77g/m²，金边黄杨的饱和滞尘量最小。为1.69g/m²。对5日滞尘量与饱和滞尘量进行了比较（图3），它们之间没有明显的相关性，行道树悬铃木滞尘量较大。但与其饱和滞尘量相比5日滞尘量并未低多少，而红花檵木的饱和滞尘量是其5日滞尘量的6倍多。

2.4 武汉市绿化植物的日滞尘量

黄祖国等的研究表明，武汉市主城区现有悬铃木4，7万株，约占武汉主城区乔木总数的20%，而乔木占武汉市绿化植物总数的53%，灌木约占41%。藤本约占6%，草本的种植量未计算。落叶乔木与常绿乔木的比例大约是6：4。

参照赵勇等的研究，每株悬铃木的总叶面积以244m²计算，结合“2.1.1”中所测定的悬铃木滞尘量数据，武汉市主城区悬铃木日均滞尘量约为12.2t。假设其他乔木与悬铃木有着同样的总叶面积，以“2.1.1”中乔木类滞尘量的平均值作为其他乔木的滞尘量，经估算，所有乔木的日均滞尘量为29.3t。假设武汉市主城区严格按照3层式绿化，灌木总面积与乔木相同，同样按照“2.1.1”中灌木类滞尘量的平均值作为滞尘量标准，经估算灌木日均滞尘量为6.1t。加上草本植物和藤本植物，粗略估算武汉市主城区绿化植物的日均滞尘量为40t。

3 小结与讨论

不同绿化植物滞尘能力存在显著差异，从大到小顺序为乔木、灌木、草本。该结论与韩敬等关于临沂市绿化植物滞尘能力的研究结论一致。陈芳等在调查武汉钢铁公司厂房区滞尘效应时则得出了不同的结论，不同类型植物滞尘能力从大到小为落叶阔叶灌木、常绿阔叶灌木、绿篱、常绿落叶乔木、落叶阔叶乔木、针叶乔木、草本。究其原因，除了与供试植物品种、数量等有关外，与取样区域有着很大关系，后者研究地在重工业区，颗粒物污染大，且颗粒较其他区域粘黏。可能由于灌木、绿篱叶片较为密集，更易粘黏更多的颗粒物所至。这也正好验证了研究的另一个结论，不同区域不同污染源同种植物的滞尘效应不同。李海梅等和王蕾等的研究同样也得出了以上结论。综合分析不同区域周边情况，可以推断绿化植物滞尘量大小随污染源颗粒物污染程度增大而增加。对供试样品的观察发现，滞尘量较大植物叶片表面普遍比较粗糙，推断绿化植物的滞尘量与其叶片的粗糙度相关，而与叶片是否为革质关系不大。王凤珍等对植物叶片表面进行显微镜观察，发现粗糙度的不同是叶面结构不同所致，不同叶面结构的绿化植物滞尘方式也有所不同，

本研究结果表明，总滞尘量随着时间的推移而增多，而平均日滞尘量随着时间增长而减少。虽然前人在这方面的相关报道很少，但从王凤珍等的研究也得出类似的结论。本研究在第7至第8天时为阴雨天气，虽然雨水未对样品本身产生较大影响，但对污染源影响较大，第9天的总滞尘量上升速率明显减小。平均日滞尘量随时间的增长而逐渐减少正说明了绿化植物饱和滞尘量的存在。

本研究首次对绿化植物的饱和滞尘量进行了估测，结果表明。饱和滞尘量与5日滞尘量差异显著，且二者之间并没有一定相关性。对植物叶片进行观察和触摸，发现饱和滞尘量较大的植物其叶片表面一般多叶脉与褶皱，如银杏叶片表面叶脉密布，白玉兰叶片背面褶皱且粗糙，因此它们的饱和滞尘量较大。另外还发现并不是饱和滞尘量越大，其滞尘能力就越强。如前所述，饱和滞尘量在自然环境下，甚至是人造环境中都很难达到，饱和滞尘量远远大于5日滞尘量的植物其叶背面的滞尘能力远远高于叶正面，然而在自然条件下，叶片背面较难吸附灰尘，因此其实际滞尘能力不会太强。如何更大限度地发挥植物的饱和滞尘量是一个值得探讨的话题。

本研究估算出武汉市主城区绿化植物日滞尘量为40t，这一数据是在所有绿化树种都能正常发挥滞尘能力的前提下估算出来的。而绿化植物的滞尘效应受季节的影响较大，前人也对此做过报道，且进入冬季后，落叶植物会大量降低或丧失滞尘能力。如前文所述，武汉主城区日降尘量有200t，假设其中25%能被城市中的水体滞留，加上绿化植物滞留的40t，武汉市每日依然有110t以上的降尘不能被治理，说明武汉市所面临的空气可吸入颗粒物的污染问题较为严重。

随着武汉市城市建设及公共交通的快速发展，以及洁净能源的不断开发和使用，工程施工污染、汽车及工业污染会逐步减少。近年来，武汉市绿化事业蓬勃发展。且越来越重视垂直绿化的发展，全市绿化覆盖面积不断增加。可以预见，未来武汉市的降尘量会逐渐减少，空气环境质量将会越来越好。