厦门市常见园林树种滞尘效应及生态特性研究

王亚军，郁珊珊

(1. 福州大学建筑学院，福建 福州 350116；2.厦门大学建筑与土木工程学院，福建 厦门 361000)



厦门市常见园林树种滞尘效应及生态特性研究

王亚军1，郁珊珊2*

(1. 福州大学建筑学院，福建 福州 350116；2.厦门大学建筑与土木工程学院，福建 厦门 361000)

连续2年以厦门市区腊肠树、樟树和菩提树3种园林树种为试材，研究比较了滞尘量的差异及其生态特性。结果表明：不同园林树种滞尘能力差异显著(P<0.05)，滞尘量基本表现为腊肠树>樟树>菩提树，腊肠树的滞尘量是菩提树的2倍左右；对叶面尘粒径分析表明，叶面尘中滞留的颗粒物中大多数是TSP(悬浮颗粒物)，同时不同园林树种对PM10和PM2.5均有一定量的吸收，降尘物中PM2.5、PM10和TSP相对含量均以腊肠树最高，樟树和菩提树较低，其中3种植物TSP差异并不显著(P>0.05)；不同树种降尘粒径主要分布在2.5～100 μm，叶面降尘中颗粒物粒径集中分布在100 μm以下(占99 %以上)，降尘物主要为在大气中经一定距离漂移的TSP；叶绿素a和叶绿素b赶含量呈现出一致的变化规律，依次表现腊肠树>樟树>菩提树，可溶性蛋白依次表现腊肠树>樟树>菩提树，可溶性糖表现为腊肠树>菩提树>樟树，且三者之间差异均显著(P<0.05)；不同园林树种比叶重(x)与叶片滞尘能力(y)之间的幂函数关系最佳(P<0.001)，即比叶重较大的植物滞尘能力则较大。相关性分析表明：厦门市不同园林树种滞尘量与叶片生态特性具有较强的相关性，其中叶绿素的影响较大。

厦门市；园林树种；滞尘效应；生态特性

环境污染关系到人类长期的生存和发展，受到了当今世界各国的普遍关注和重视[1]。随着城市化和工业化的迅速发展，大气污染中的粉尘污染给人类带来了生存危机[2]。我国大量城市大气粉尘超标现象严重，对人类的健康造成了严重影响，也对城市本身的生存与发展提出严峻的挑战[3]。园林树种改善生态环境的功能越来越受到人们的重视，园林树种对大气中的粉尘、颗粒物有过滤、阻挡和吸附的作用，可以有效降低大气TSP(悬浮颗粒物)的含量，通过粗糙湿润的叶面和气孔及毛被等微观结构有效地滞留大气颗粒物，经过叶表面的生理作用，产生复杂的生理生态响应，被称为城市粉尘过滤器[4-6]。不同植物因其本身的生物学特性的差异，滞尘能力也有较大的差异，选择适合城市发展的滞尘能力强的绿化树种，是城市绿地设计的基础，也是改善城市环境质量的重要保障[4-6]。目前我国已经广泛开展了对绿化树种滞尘能力的研究，而大量研究主要集中在南方一些城市，对于北方城市绿化树种滞尘能力的研究尚且较少。厦门作为我国沿海交通枢纽中心城市，近年来经济迅猛发展，随着机动车辆的快速增长，大气污染已经成为城市污染的主要问题，可吸入颗粒物中细颗粒的含量不断增加，严重威胁着城市居民的身体健康和城市生态环境。而园林绿化植物在滞尘过程中起着重要作用，当前仍缺乏园林绿化植物滞尘效应及其生态特性等研究。鉴于此，笔者以厦门市区主要绿化树种为研究对象，对城市道路中3种绿化树种滞尘量差异及生态特性等进行研究，为其在园林生态景观功能配置和城市绿地规划等方面提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

厦门市(118°04′04″E、24°26′46″N)地处我国东南沿海-福建省东南部，是一个国际性海港风景城市，与台湾宝岛和澎湖列岛隔海相望。厦门陆地面积1565.09多平方公里，海域面积300多平方公里。厦门属亚热带气候，温和多雨，年平均气温在21 ℃左右，夏无酷暑，冬无严寒。年平均降雨量在1200 mm左右，每年5至8月份雨量最多，风力一般3～4级，常向主导风力为东北风，每年平均受4～5次台风的影响，且多集中在7-9月份。植被组成具有明显的沿海色彩，具有多植物区系和广泛引种成功的可能性。据不完全统计，全市常用的树种有90余种，占本地能够生长良好品种的31.6 %，其中阔叶乔木应用36种，常绿乔木10种，常绿灌木6种，落叶灌木41种，藤本5种，能够在厦门市区露地栽植的树木品种(包括变种)可达到500余种，其中生长良好的品种就有281种。2014年厦门人均公园绿地面积(不含暂住人口)20.35 m2，建成区绿化覆盖面积12 604 hm2，绿化覆盖率为41.87 %；而近年来政府通过积极推行园林绿化，绿地覆盖率不断提高，基本形成了形式多样、物种丰富、布局合理、与自然环境协调一致的园林绿化格局。

2013-2014年7月，对厦门市主要的公园绿地、道路绿地、以及各高校校园绿地等城市绿地进行实地调查，分别在不同街道雨后采集3种植物叶片(腊肠树、樟树和菩提树)，每3 d同一时间采集1次样本，采样时带上聚乙烯塑料手套，分别从东、西、南、北均匀采集成熟叶片12片，样品选择能充分接受粉尘的植物叶片，将叶片小心封存于锥形瓶内，带回实验室处理，连续调查5次(连续15 d的平均值)，比较不同植物滞尘差异及生理特性。

1.2 试验方法

1.2.1 叶片滞尘量的测定 植物叶片滞尘量的分析目前尚无统一的标准方法，叶片滞尘量采用“干洗法”称量，将成熟叶片封存于装有蒸馏水的锥形瓶中，浸洗下叶片上的附着物，浸泡过程中注意要不断的搅拌，以保证尘粒充分融入水中，浸泡3 h后，用毛刷冲洗叶片，再次保证尘粒融入到水中。用镊子将叶片小心夹出，用滤纸将浸洗液过滤，将滤纸置于60 ℃下烘干12 h，万分之一天平称重，2次称重之差(W)，即采集样品上所附着的降尘颗粒物的重量，夹出的叶片晾干后，叶面积测定仪测叶面积(A)，即可得出叶面积滞尘量为W/A(g·m-2)[7]。

1.2.2 叶面尘粒径测定 将样品置于70 ℃烘箱中烘干至恒重(48 h)，然后称2 g样品过2 mm筛，取降尘样1.0 g溶解于300 mL蒸馏水，使其充分扩散，用粒度分析仪进行粒径分析，微电脑激光粉尘仪测定PM10和PM2.5的浓度[7]。

1.2.3 叶片生理指标的测定 选取一部分植物叶片样品进行各项生理指标的测定，每项试验重复测定3次，比叶重的测定采用加热烘干法。另选取一部分植物叶片洗净65 ℃烘箱烘干，粉碎后过1.5 mm筛，除去叶脉剪成细丝除去叶脉研磨混合，混合液浸提法以80 %丙酮溶液浸提比色分析测定叶绿素a、b值；考马斯亮蓝-G250染色法测定可溶性蛋白；蒽酮比色法测定可溶性糖[8]。

1.3 数据处理

统计分析：Microsoft Excel 2007进行数据的统计和整理，Spss 18.0进行方差分析和统计学检验，LSD多重比较(显著水平设置P<0.05)，单因素方差分析(One-way ANOVA)比较其差异显著性，Pearson相关系数检验滞尘量与生理特性之间的相关性，比叶重与叶片滞尘量用Spss 18.0进行曲线拟合，筛选出最佳拟合曲线(R2最大)。

相同小写字母表示在0.05水平差异不显著，下同The same small letter showed no significant difference at 0.05 level, the same as below图1 不同树种滞尘能力比较Fig.1 Dust retention capacity of different green plants in Xiamen

2 结果与分析

2.1 不同树种滞尘能力

2.1.1 不同树种滞尘量 滞尘量指单位叶面积单位时间中滞留粉尘量，对厦门市不同树种进行滞尘量的测定，比较不同园林树种滞尘能力大小，由图1可知，3种园林树种滞尘量差异显著(P<0.05)，滞尘量基本表现为腊肠树>樟树>菩提树，滞尘量最大的是腊肠树，其滞尘量达1.85 g·m-2，樟树次之，其滞尘量达1.62 g·m-2，菩提树滞尘量仅为0.73 g·m-2。腊肠树的滞尘量是菩提树的2倍左右，由此表明不同树种滞尘量的差异较大。

2.1.2 不同园林树种叶面降尘粒径 由图2可知，厦门市不同园林树种降尘粒径主要分布在2.5～100 μm，叶面降尘中颗粒物粒径集中分布在100 μm以下(占99 %以上)，说明厦门市降尘物主要为在大气中经一定距离漂移的TSP。一般认为，PM10(<10 μm)是危害人类健康的最主要颗粒物，而PM2.5(<2.5 μm)则是能直接进入人体肺部导致肺泡发炎的颗粒物。本研究表明，不同园林树种降尘物中PM2.5、PM10和TSP相对含量均以腊肠树最高，其中植物降尘物中PM2.5含量依次表现腊肠树>樟树>菩提树，樟树和菩提树PM2.5含量差异并不显著(P>0.05)；降尘物中PM10含量依次表现腊肠树>菩提树>樟树，三者之间差异均显著(P<0.05)；降尘物中TSP含量依次表现菩提树>腊肠树>樟树，不同植物TSP含量差异均不显著(P>0.05)；降尘物粒径依次表现腊肠树>菩提树>樟树，樟树和菩提树降尘物粒径差异并不显著(P>0.05)；不同园林树种降尘物PM2.5范围在1.41～1.93 μm，PM10范围在53.8～86.2 μm，TSP范围在85～91 μm，粒径范围在7.5～10.3 μm。

2.2 不同园林树种生态特性

2.2.1 不同园林树种生长特性 由图1可知，不同园林树种株高表现为菩提树>腊肠树>樟树，且三者之间差异均显著(P<0.05)；茎粗表现为樟树>菩提树>腊肠树，菩提树和腊肠树茎粗差异不显著(P<0.05)；冠幅表现为樟树>腊肠树>菩提树，且三者之间差异均显著(P<0.05)；叶面积指数表现为腊肠树>樟树>菩提树，且三者之间差异均显著(P<0.05)；比叶重表现为腊肠树>樟树>菩提树，其中樟树和菩提树比叶重差异不显著(P<0.05)，二者显著低于腊肠树(P<0.05)。

图2 不同园林树种叶面降尘的粒径分布Fig.2 Size distribution of different green plants foliar dust particle

项目Item株高(m)Height茎粗(cm)Stemdiameter冠幅(m)Crown叶面积指数Leafareaindex比叶重(mg·cm-2)Specificleafweight樟树Camphoraofficinarum9．6±1．7c39．7±6．7a6．2±1．8a11．8±1．8b5．2±0．8b腊肠树Cassiafistula11．5±2．1b28．3±5．8b4．7±1．3b13．6±2．7a6．8±1．3a菩提树Ficusreligiosaauche16．8±2．7a33．6±9．8ab2．8±0．5c9．7±1．5c4．9±0．7b

注：相同小写字母表示在0.05水平差异不显著，下同。

Note：The same small letter showed no significant difference at 0.05 level. The same as below.

图3 不同园林树种叶片生理指标Fig.3 Leaf physiological indexes of different green plants

2.2.2 不同园林树种叶片生理特性 由图3可知，分析不同园林树种叶片生理指标的差异变化，不同园林树种可溶性蛋白变化范围在126.3～143.8 μg·g-1，可溶性糖变化范围在0.23 %～0.39 %，叶绿素a变化范围在3.25～3.86 mg·g-1，叶绿素b变化范围在1.09～1.46 mg·g-1；其中，可溶性蛋白、可溶性糖、叶绿素a和叶绿素b均以腊肠树最高，并且均显著高于其他园林树种(P<0.05)；可溶性蛋白依次表现腊肠树>樟树>菩提树，樟树和菩提树可溶性蛋白差异不显著(P<0.05)，二者显著低于腊肠树(P<0.05)；可溶性糖表现为腊肠树>菩提树>樟树，且三者之间差异均显著(P<0.05)；叶绿素a和叶绿素b赶含量呈现出一致的变化规律，依次表现腊肠树>樟树>菩提树，樟树和菩提树叶绿素a和叶绿素b赶含量差异不显著(P<0.05)，二者显著低于腊肠树(P<0.05)。

2.3 不同树种滞尘量与叶片生态特性相关性

由表2可知，厦门市不同园林树种滞尘量与叶片生态特性具有较强的相关性。樟树滞尘量与叶面积指数呈极显著正相关(P<0.01)，与可溶性糖、叶绿素a和b含量呈显著正相关(P<0.05)；腊肠树滞尘量与叶面积指数和叶绿素a含量呈极显著正相关(P<0.01)，与比叶重、可溶性糖和叶绿素b含量呈显著正相关(P<0.05)；菩提树滞尘量与叶面积指数、叶绿素a和b含量呈极显著正相关(P<0.01)。

2.4 不同树种比叶重与滞尘量之间的相关关系

对厦门市典型园林植物叶面特征的分析(表3)表明，叶面特征明显影响叶片滞尘能力，为进一步探讨其影响因素，对比叶重与滞尘能力的关系进行研究。比叶重是单位面积的叶片干重，反映叶片质地的厚薄与轻重，也是表征叶片特性的一种指标，对3种园林树种比叶重与滞尘能力进行相关性分析，拟合多种常用曲线中，比叶重(x)与叶片滞尘能力(y)之间的幂函数关系最佳，其中樟树拟合方程为y=0.1523x1.2568，相关系数R2= 0.8654(P<0.001，F= 42.365)；腊肠树拟合方程为y= 0.0037x2.8541，相关系数R2= 0.9371(P<0.001，F= 56.398)，菩提树拟合方程为y= 0.0895x3.5674，相关系数R2= 0.8936(P<0.001，F= 48.297)。表明种园林树种比叶重与滞尘能力存在明显的相关关系，即比叶重较大的植物滞尘能力则较大，并且以腊肠树的相关性较好。由此可知，比叶重的大小与滞尘能力的大小趋势表现基本一致，这与前人的研究结果相一致。

表2 不同树种滞尘量与叶片生理特性相关性

注：**相关性在0.01水平上显著(双尾)；*相关性在0.05水平上显著(双尾)。

Note： ** correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed)；*correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed).

表3 不同树种比叶重与滞尘量之间的相关关系

3 讨论与结论

作为空气质量监测的重要手段之一，绿化树种的叶片滞尘量测定可在一定程度上反映小环境中空气颗粒物含量。近年来关于植物滞尘效应的研究报道较多，植物叶片滞尘过程是一个复杂的动态过程，叶片滞尘与粉尘脱落同时进行，此过程中，植物叶片滞尘作用始终处于主导地位，说明了植物滞尘能力的绝对性[9-10]。就本研究中不同树种叶片平均滞尘量而言，腊肠树>樟树>菩提树，腊肠树的滞尘量是菩提树的2倍左右，由此表明腊肠树是滞尘能力优良的城市绿化树种选择，因受植物单叶面积大小、叶片组织结构以及树冠密集度、整株叶量多少等因子制约，各滞尘量指标间不尽一致，在城市绿化树种的滞尘能力选择中应综合考虑。同时，植物叶片滞尘作用与所在植物街道、人为干扰情况及植物本身属性有关，此外，还与植物的株型、叶片特性、分枝方式有关。本研究虽然分析了滞尘的试验数据，但对影响植物叶片滞尘效应的因素，尚未建立全面的数学模拟模型，在未来的研究工作中，需要将更多可能的影响因素进行综合分析研究。

叶片表面细微结构对颗粒物产生的吸附作用在大多数树种中均存在，由于细微结构的差异性，不同细微结构对颗粒物的支持固定作用效果也不同[11]。本研究中腊肠树滞尘量最大，粒径偏小，一定程度上反映了腊肠树所处街道的粉尘污染状况较为严重，并且乔木MP2.5与MP10的比例均高于灌木和草本，说明叶面降尘与所处地区的环境状况有一种关系，不同功能区滞尘量与叶面尘可吸入颗粒物百分比变化不一致，可能是因为各样点大气环境中颗粒物组分不同。污染物为可吸入颗粒物，3种植物叶片所吸收的灰尘中，PM1.0在不同地区均占了一定比例，说明3种植物均能够滞留可吸入颗粒物，改善环境质量。

本研究表明，不同园林树种株高、茎粗、叶面积指数和比叶重存在显著差异，腊肠树叶面积和茎粗较大，而不同园林树种的生理代谢和形态建成的变化，导致叶面积指数和比叶重呈现出不同的变化规律。植物生长发育受叶片光合特性、生理代谢和光合产物代谢的共同影响，叶面积指数是植物冠层生长状况的指标，叶面积指数较大有利于捕获更多的光能，综合比较可知，腊肠树通过增加叶面积指数和光合作用进而影响其自身的生长[12]。

叶绿素作为植物光合作用的物质基础和光敏化剂，在光合作用过程中起着接受和转换能量的作用[13]。可溶性蛋白和可溶性糖包含一些代谢的酶，其含量的多少与植株体内的代谢强度有关[14-15]。本研究表明不同园林树种叶片光合生理特性与叶绿素含量保持一致，均表现为腊肠树>菩提树>樟树，说明腊肠树叶片的叶绿素合成高于菩提树和樟树，能够更多的利用光能合成叶绿素，主要是由于腊肠树植物的叶面积指数和比叶重均显著高于菩提树和樟树，它能够增加捕光色素复合体中天线色素的比例，促进对光能的吸收和转化，同时也增强了植物对弱光的利用率，而对于菩提树和樟树，体内叶绿素、可溶性蛋白和可溶性糖均较低，具有偏低的光能利用效率，然而这种特性对于增大后期的物质合成与积累量奠定了一定的基础[14-15]。当然，这还可能与植物自身的生理生化特性和抗逆性有关。比叶重反映叶片质地的厚薄与轻重，比叶重小，则叶片较轻且质薄，容易随风抖动，影响叶面滞尘的稳定性，致使植物滞尘受外界环境(车辆行驶、气流和风)影响增大，滞尘能力弱，可将比叶重作为比较选取滞尘植物的指标之一。本研究中，不同园林树种比叶重(x)与叶片滞尘能力(y)之间的幂函数关系最佳(P<0.001)，表明其两者间存在明显的相关关系，即比叶重较大的植物滞尘能力则较大，由此可知，比叶重的大小与滞尘能力的大小趋势表现基本一致，这与前人的研究结果相一致。相关性分析表明，厦门市不同园林树种滞尘量与叶片生态特性具有较强的相关性，其中叶绿素的影响较大。

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(责任编辑 李山云)

Study on Dust Retention Capacity and Ecological Characteristics of Different Green Plants in Xiamen City

WANG Ya-jun1,YU Shan-shan2*

(1. School of Architecture, Fuzhou University ,Fujian Fuzhou 350116，Chian；2. School of Architecture and Civil Engineering, Xiamen University,Fujian Xiamen 361000，China)

Taken three green plants (Cassiafistula,CamphoraofficinarumandFicusreligiosaauche) as tested materials in two years, the effect of different environmental conditions on their dust catching quantity difference and ecological characteristics were studied. The results showed that the dust retention capacity of these green plants had significant difference (P<0.05), and the average unit area dust catching quantity was in order ofCassiafistula>Camphoraofficinarum>Ficusreligiosaauche, andCassiafistulawas two times ofFicusreligiosaauche. The analysis on the surface of dust particle size indicated that foliar dust retention of particles in most was TSP, while PM10and PM2.5had a certain amount of adsorption. The dust relative content of PM2.5, PM10and TSP inCassiafistulawas top,CamphoraofficinarumandFicusreligiosaauchewere lower, and their TSP had no significant difference(P>0.05). The dust particle size of different green plants in Xiamen mainly distributed from 2.5 to 100 μm, which concentrated under 100 μm (more than 99 %). Chlorophyll a and b had the same change trend which showedCassiafistula>Camphoraofficinarum>Ficusreligiosaauche, soluble protein showedCassiafistula>Camphoraofficinarum>Ficusreligiosaaucheand soluble sugar showedCassiafistula>Ficusreligiosaauche>Camphoraofficinarum, which had significant difference (P<0.05). The power function relationship between specific leaf weight (x) and dust detentions (y) was the best (P< 0.001), and the larger specific leaf weight was, the larger dust detention. Correlation analysis indicated that the ecological characteristics had a strong difference with dust detentions of different green plants in Xiamen city, of which chlorophyll had a stronger effect.

Xiamen city; Green plants; Dust retention capacity; Ecological characteristics

1001-4829(2016)08-1987-06

10.16213/j.cnki.scjas.2016.08.043

2015-09-20

福建省自然科学基金面上项目“基于廊道优先理论的福厦城市绿地系统功能评价及其优化研究”(2016J01732)

王亚军(1977-)，男，安徽阜阳人，博士，副教授，研究方向：风景园林规划与设计、城市生态化与城市景观生态规划,*为通讯作者：郁珊珊(1981-)，女，福建厦门人，博士生，助教，研究方向：风景园林规划与设计、城市绿地系统规划。

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