昆明10个绿化树种对不同污染区的滞尘及吸净效应

李艳梅陈奇伯李艳芹邓志华贝荣塔（.西南林业大学环境科学与工程学院，云南昆明650224；2.玉溪森林生态系统国家定位观测研究站，云南昆明650224）



昆明10个绿化树种对不同污染区的滞尘及吸净效应

李艳梅1，2陈奇伯1，2李艳芹1，2邓志华1贝荣塔1
（1.西南林业大学环境科学与工程学院，云南昆明650224；2.玉溪森林生态系统国家定位观测研究站，云南昆明650224）

摘要：对昆明市不同污染区10个使用频率均较高及树龄比较接近的树种的滞尘能力及其对SO2及NOx的吸收净化效应进行研究，结果表明：阔叶树和针叶树同一高度叶片单位面积滞尘量和平均单位面积滞尘量均表现为：工业区>主城区>清洁对照区；阔叶树滞尘效果从大到小依次为：天竺桂>桂花>大叶女贞>法国梧桐﹥滇朴﹥广玉兰；针叶树滞尘效果从大到小依次为：龙柏>塔柏>柳杉>雪松。对于滞尘效果最好的天竺桂，工业区和主城区的单位面积滞尘量为15.203 g/ m2和8.504 g/ m2，分别为清洁区的10.2倍和5.7倍；4个针叶树种滞尘量之间的差异为1.06～1.43倍，针叶树间滞尘差异没有阔叶树大，无论是阔叶树还是针叶树，“低”位的滞尘量明显高于“高”位；植物叶片中S、N的含量与土壤中S、N的含量相关性较弱，植物叶片中S和N的富集吸收量主要来自于大气；法国梧桐、大叶女贞和桂花对SO2的富集吸收能力较强，大叶女贞和法国梧桐对NOx有较强的富集吸收能力。

关键词：绿化树种；滞尘；吸收净化能力；昆明

随着我国工业化和城市化进程的不断加快，大气颗粒物污染和SO2、NOx污染已成为严重的城市环境问题。其中大气颗粒物中的PM10即分散在空气中的固态或液态物质（空气动力学当量直径在10.0 μm），容易通过鼻腔和咽喉进入人体呼吸道内，直径≤2.5 μm的颗粒物称为可入肺颗粒物，是形成灰霾天气的最大元凶［1］；其来源于人类活动、汽车尾气排放、化石燃烧等的SO2和NO2是大气污染物的重要组成成分，不仅会刺激人们的呼吸道，减弱呼吸功能，危害人体健康，还可能导致酸雨，给生态系统带来严重危害。植物作为一种经济、有效、持久的大气环境污染修复载体，已经成为社会公众和政府部门公认的有潜力的修复工程技术中的研究对象。

从20世纪开始，许多学者开始对植物净化空气方面的理论进行研究，近年来，由于沙尘暴天气和雾霾天气主要在北方频发，因此，这方面的研究主要集中在北方地区，如兰州、新疆、内蒙、哈尔滨、北京等［2-4］，这些研究得出了不同城市绿地类型、主要树种的滞尘能力，改善城市中负氧离子的效应，减少噪音、吸收甲醛等作用，但对南方地区及绿化树种吸收空气中的主要污染物如SO2、氮氧化物的研究很少。昆明作为著名的旅游城市，是有名的“春城”，随着昆明市工业化、城市化和现代化的快速发展，由人为因素造成的大气污染问题也逐渐凸显出来，不仅影响当地环境质量和居民的身体健康，也将会影响旅游业和社会经济的可持续发展，为此，客观评价不同污染区常用绿化树种的滞尘及对SO2、NOx的净化效应将对园林植物的选择、园林植被群落的建设具有重要意义。

1　材料与方法

1.1样地设置

选择昆明市主城区（交通流量较大的区域）及工业区为研究区域，以西南林业大学绿化区作为清洁对照区。在采样区布设36个树种采样点和36个土壤采样点，即在工业区、主城区和清洁区每树种布设1个采样点，在每个树种对应的土壤区域各布设1个土壤采样点。

1.2树种选择

选择昆明市主城区、工业区及清洁对照区使用频率均较高，且在3个区域均生长10 a以上，树龄比较接近的10个绿化树种采样测定。根据文献［5］及现场调查，选择天竺桂（Cinnamomum japonicum）、法国梧桐（Platanus acerifolia）、大叶女贞（Ligustrun lucidum）、广玉兰（Magnolia Grandiflora）、桂花（Osmanthus fragrans）、滇朴（Celtis kunmingensis）、龙柏（Sabina chinensis cv.kaizuca）、塔柏（Sabina chinensis cv.pyramidalis）、柳杉（Cryptomeria japonica）、雪松（Cedrus deodara）作为供试树种。

1.3样品采集与测定方法

选择树冠外缘与道路中心距离相同的位置采样，在距离最近1次降雨38 d后从树冠外围按照2～3 m及4～6 m的位置随机重复采样。每个重复采集阔叶树20～30个叶片，针叶树60～100 g小枝，将采集的叶片或小枝放在自封袋内，在实验室用蒸馏水浸泡2 h，清洗叶片附着物，把叶片用镊子小心夹出，晾干后，阔叶树用LI-3000A型叶面积仪测量叶面积A，针叶树将小枝烘干，称质量（W），清洗液用已烘干称质量（W1）的滤纸过滤，滤后将滤纸放在75°烘箱中烘至恒质量，称滤纸和粉尘的质量（W2），计算滞尘量，阔叶树为（W2- W1）/ A，针叶树为（W2- W1）/ W。

在每个采集树种下土壤区域采集土壤样品，以5点混合法按0～20，21～40，41～60 cm 3个层次分别采集土壤样品均匀混合。

将土壤烘干后用王水消解，叶片烘干粉碎后用HNO3-HCLO4消解［6］，用ICP-AES测定S的含量，用全氮仪法测定N的含量。

1.4分析方法

采用Microsoft Excel 2003软件进行数据分析、SPSS 17.0软件进行相关性分析。

2　结果与分析

2.1不同污染区阔叶树的滞尘效应

植物冠体可通过降低风速而吸滞粉尘达到减少空气灰尘量的效果，不同植物叶面大小的差异，叶片纹理以及叶片密集程度的差异性使得其滞尘量各不一样［7］。

由于植物滞尘量最大是在秋冬季节［8］，选择38 d无雨、天气晴好的秋季采样测定。从表1可以看出，分布于不同区域的各树种叶片滞尘量从大到小依次为：工业区>主城区>清洁对照区，对于6个树种，无论是在树高2～3 m和4～6 m，其叶片单位面积滞尘量还是2个高度的平均单位面积滞尘量，工业区和主城区的叶片平均滞尘量均远远大于清洁对照区，单位面积滞尘效果最好的天竺桂，工业区和主城区的单位面积滞尘量为15.203 g/ m2和8.504 g/ m2，分别为清洁区的10.2倍和5.7倍，其余树种也表现出类似的规律，对同一树种同一高度的单位面积滞尘量，工业区比主城区大，这可能是工业区是以钢铁生产为主，生产过程中使用大量煤炭，许多工程车辆出入扬起大量的尘土，使得工业区的植物滞尘量要高许多。对于主城区，交通流量较大，尾气排放等增加了空气中颗粒物的含量，使得其叶片滞尘量明显高于清洁区。相比较而言，工业区的污染要高于主城区，说明城市工业对大气污染的贡献比主城区大。

表1　阔叶树叶片滞尘能力Table 1 The dust retention amount of broadleaf tree leaves　　（g·m-2）

不同树种的叶片滞尘量不同。在工业区和主城区，6个树种的单位面积平均滞尘量从大到小依次为：天竺桂>桂花>大叶女贞>法国梧桐>滇朴>广玉兰；在树高2～3 m和4～6 m位置，也表现出类似规律；对于滞尘量较高的工业区，滞尘效果最好的天竺桂的平均单位面积滞尘量是滞尘效果相对差的广玉兰的3.05倍，桂花的平均单位面积滞尘量是广玉兰的2.4倍。这可能是对于不同树种而言，由于叶片的表面特征、树冠结构、枝叶密度、接触角、分泌物等不同，滞尘量也存在明显差异；在叶片滞尘过程中，叶片对灰尘的吸附和脱落同时存在；从现场采样来看，天竺桂叶片有分泌物，灰尘落在其叶片上，不容易受空气气流影响而掉落，桂花叶片密布无规则排列的气孔，而与气孔周边有脊状突起有关［9］。对于清洁区而言，除天竺桂和桂花外，其余4个树种差异并不明显，这可能是由于清洁区本身空气中灰尘较少，叶片吸附的量少，脱落的量也差异不大造成的。

对于不同的污染区，不同树种在不同高度的滞尘量呈现出类似的特征，在树高2～3 m处单位叶面滞尘效果好于4～6 m，即“低”位的滞尘量明显高于“高”位，这可能是由于在开敞式环境条件下车辆行人繁多，植物叶片的滞尘或粉尘脱落同时存在，容易造成路面较大程度的二次扬尘，因此，同一植株叶片低的位置滞尘量明显高于上部。

2.2不同污染区针叶树的滞尘效应

由于针叶树的叶表面不是上下两个面，方向变化较多，用叶表面计算滞尘的准确性不高，因此，本研究用单位叶片干质量中滞尘的质量来反映针叶树的滞尘量，3个区域共有的树种滞尘量见表2。

表2　针叶树叶片滞尘效果Table 2 The dust retention effect of conifer leaves　　（g·kg-1）

与阔叶树相似，不同污染区针叶树叶片滞尘量从大到小依次为：工业区>主城区>清洁对照区，“低”位的滞尘量明显高于“高”位，同一树种同一高度，工业区和主城区的单位干质量针叶的滞尘量远远大于清洁区，工业区的龙柏、塔柏、柳杉和雪松单位干质量针叶的平均滞尘量分别为清洁区的7.0、9.1、5.4倍和6.5倍，主城区的龙柏、塔柏、柳杉和雪松的单位干质量针叶的平均滞尘量分别为清洁区的3.6、3.9、3.0倍和2.3倍，除清洁区外，4种针叶树滞尘能力从大到小依次为：龙柏>塔柏>柳杉>雪松，工业区中，4种针叶树滞尘量之间的差异为1.06～1.43倍，滞尘差异没有阔叶树明显；在清洁区，树种间滞尘差异也不明显。

2.3不同污染区植物叶片S、N含量与土壤S、N含量的相关关系

植物不同器官对S和N具有一定的吸收、富集功能，为了探明植物叶片中S和N的来源，在测定叶片S和N含量的同时，测定土壤中S和N的含量，用SPSS软件对不同区域10个树种叶片中S、N含量与其在土壤中含量进行相关性及显著性分析，结果见表3。

表3　土壤S、N含量与叶片S、N含量的相关分析Table 3 Correlation analysis between S and N content in soil and in leaves

从表3可以看出，无论是在工业区、主城区还是清洁区，各树种叶片S和N含量与土壤S和N含量相关均较弱，相关系数较低，其相关性均未达到显著水平，说明3个区域10个树种叶面富集吸收的S和N主要来自于大气而不是土壤，3个区域各树种叶片S和N痕量可以作为该区域大气中SO2和NOX污染状况的监测结果。

2.4不同污染区各树种叶片对S、N的吸收效应

各树种在能够忍受的污染浓度范围内，其叶肉细胞通过气孔吸收大气中的污染物质，溶于细胞中，再加以同化利用［10］。不同污染区各树种叶片中S和N的含量见表4。

表4　植物叶片中S、N含量Table 4 The content of S and N in plant leaves　　（g·kg-1）

从表4可以看出，不同污染区，各树种叶片S、N富集吸收情况不同；同一区域不同树种富集S、N的能力又有所差异。对于S来说，不同污染区各树种叶片的富集规律是：工业区>主城区>清洁对照区，工业区与主城区各树种叶片S的含量差异较大，说明污染区对大气污染中SO2的贡献比主城区大，这可能与工业区化石燃料的燃烧排放较多有关。10个树种对S均有富集吸收能力，但吸收的能力有所差异；以吸收富集量超过10个树种平均值的情况看，法国梧桐、大叶女贞和桂花对S的富集吸收能力较强，其富集吸收量分别超过了10个树种平均富集能力的123.7%、45.3%和20.5%；其次为柳杉和天竺桂，接近于10个树种富集吸收的平均水平；其余树种对S的富集吸收能力较弱。不同树种叶片N的含量在工业区与主城区远远大于清洁区，但在工业区与主城区并没有表现出明显的差异，说明污染区和主城区对大气污染中NOX的贡献均比较大；这可能是由于，随着城市车辆的增多，汽车尾气的排放也增加，释放了大量的NOX到大气中有关。对于不同树种而言，大叶女贞和法国梧桐叶片中N的含量分别超过了10个树种平均含量的85.0%和22.6%，对N有较强的富集吸收能力；其次为天竺桂，其富集吸收量超过10个树种平均水平的0.3%，其余树种对N富集吸收能力比较接近，这可能与不同树种具有不同的叶片结构、生理生态特点有关。

3　结论与讨论

1）植物滞尘是借助3种方式同时进行，即滞留、附着和粘附，滞留容易受到气象因素如气流等的影响，而附着和粘附则需要一定强度的风和雨水才能冲刷掉［11］，各种植物滞尘的效应与其自身的生理形态有关，叶片表面有沟状、密集脊状，凸凹不平比较容易附着和粘附颗粒物，叶片上有纤毛或者分泌物，也同样容易附着或粘附灰尘［2］。在本研究中，不同树种的滞尘效果在3个区域均表现出类似的规律，阔叶树中天竺桂和桂花，针叶树中龙柏和塔柏滞尘效果较好，这可能与不同树种表面结构差异有密切的关系，如果要进一步从形态学上揭示其滞尘的机理，后续可以借助对叶片进行电镜扫描进行分析［12-13］。

2）陈伟等人对不同针叶树同一滞尘条件及同一针叶树不同滞尘条件下的滞尘效果研究发现，针叶树在东北有很强的滞尘能力，尤其是在冬季，不同针叶树叶表面结构不同，滞尘量差异较大［14］。本研究中4个针叶树种在不同污染区的滞尘规律与阔叶树相似，4个针叶树种滞尘效果从大到小依次为：龙柏>塔柏>柳杉>雪松，各树种滞尘效果之间的差异为1.06～1.43倍，滞尘差异没有阔叶树明显，无论是阔叶树还是针叶树，“低”位的滞尘量明显高于“高”位。

3）植物对大气中的NO2及SO2，具有一定的抵抗能力，同时也具有一定的吸收能力，甚至有些植物可以很好地利用氮氧化物，叶片中S含量与N含量与大气中NO2及SO2有密切关系［15］。本研究中，各树种所在区域土壤中S和N含量与其在叶片中的含量相关性较弱，说明植物叶片中S、N的含量主要来自于大气；法国梧桐、大叶女贞和桂花对SO2的富集吸收能力较强，大叶女贞和法国梧桐对NOx有较强的富集吸收能力，但数值与广州、浙江等地区相比有差异［16-17］；这可能是由于观测区域大气中NO2及SO2浓度本身不同有关。研究发现，大气中NO2的浓度超过一个浓度阈值以后，植物对NO2的吸收能力就会由于植物本身的生理特性以及对NO2的容纳程度的改变而发生变化，导致植物储存氨基酸和蛋白质阈值大的植物吸收NO2的量显著增强［18］。在不同浓度梯度下，更多范围的树种对NO2及SO2的吸收净化能力有待进一步研究。

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（责任编辑赵粉侠）

第1作者：李艳梅（1978—），女，博士生，副教授。研究方向：生态恢复，城市生态环境。Email：kmlymei＠126.com。

Study on the Effect of Absorption and Purification Air Pollution of 10 Common Greening Species at Different Polluted Area in Kunming

Li Yanmei1，2，Chen Qibo1，2，Li Yanqin1，2，Deng Zhihua1，Bei Rongta1
（1.College of Environmental Science and Engineering，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan，650224，China；2.National Station for Forest Ecosystem in Yuxi，Kunming Yunnan 650224，China）

Abstract：The dust retention and SO2and NOxabsorption and purification of 10 species of trees with high frequency use and similar in tree-age were studied at different polluted area in Kunming.The results showed that catching quantity of per unit leaf area dust at the same high degree and average per unit area dust for broadleaf trees and conifers are as follows：industrial area > main city area > clean check plot；dust-retention ability of broadleaf trees is as the follows：Cinnamomum japonicum > Osmanthus fragrans > Ligustrun lucidum > Platanus acerifolia > Magnolia Grandiflora > Celtis kunmingensis，catching quantity of conifers from large to small is as follows：Sabina chinensis cv.kaizuca > Sabina chinensis cv.pyramidalis > Cryptomeria japonica > Cedrus deodara；The species of best dust removal effect is Cinnamomum japonicum，its dust catching quantity in industrial area and the main urban area are 15.203 g/ m2and 8.504 g/ m2，they are 10.2 times and 5.7 times of clean area，respectively；The difference of dust amount for four conifer species is 1.06-1.43 times，the difference was smaller than it is in the broad leaved tree.The dust amount in low position was significantly higher than that of the high position whether conifer orbook=106,ebook=109broadleaf trees；The contents of N and S in the leaves of the plant have a weak correlation with that of the soil，the concentration and absorption of N and S in the leaves of the plant were mainly derived from the atmosphere；The SO2absorption ability of Platanus acerifolia，Ligustrun lucidum，Osmanthus fragrans and Ligustrun lucidum and Platanus acerifolia for NOxabsorption ability are stronger than others.

Key words：greening tree species，dust retention；absorption and purfication capacity，Kunming

通信作者：陈奇伯（1965—），男，博士，教授。研究方向：土壤侵蚀，生态恢复。Email：chengqb＠swfu.edu.cn。

基金项目：国家林业局林业公益性行业科研专项（201204101-10）资助；云南省高校优势特色重点学科（生态学）建设项目资助。

收稿日期：2015-12-05

doi：10.11929/ j.issn.2095-1914.2016.03.018

中图分类号：S719

文献标志码：A

文章编号：2095-1914（2016）03-0105-06