森林植被滞纳大气颗粒物研究概述

程立超 骆媛媛 彭 巍

(1.黑河学院，黑龙江 黑河 164300；2.黑河市林业科学院，黑龙江 黑河 164300)

随着经济和社会的快速发展，人们对绿色、生态、健康的需求愈来愈迫切，良好的生态环境已经成为吸纳人才、科技、资源的一个重要影响条件。但随着全社会工业化进程的急剧加快、城市农村居民汽车总量的持续快速增长，大气颗粒物的相关问题已成为当前许多区域内大气污染物质的首要因素，在社会各界已经得到广泛关注与重视。

在过去的几十年时间里，欧美国家积极开展了大气颗粒物方面的研究，随后我国对大气颗粒物的研究也陆续开始，大气质量问题得到前所未有的关注。森林植被作为自然界最大的生产力，是人类与大气质量关系最为密切的关切点之一，森林植被可以通过有效滞纳大气颗粒物或改变大气颗粒物的运动方向而显著提高大气质量。通过森林植被颗粒物吸滞机制来降低大气颗粒物的污染，已经成为可持续发展行业的热点问题之一[1]。本研究从森林植被滞纳大气颗粒物的影响因素、存在问题与发展趋势三个层面展开概述，为森林植被滞纳大气颗粒物的相关研究提供参考价值，将对工程造林绿化和城市绿地的建设指导具有重要的现实意义。

1 森林植被滞纳大气颗粒物影响因素

森林植被滞纳大气颗粒物的情况受多种因素影响，包括森林植被种类、植株高度、冠幅、枝叶疏密程度、叶片倾斜角、叶片面积、叶片厚度等内在因素，同时也受森林植被所处外在环境因素影响，诸如温度、湿度、风速、降雨量等均影响森林植被滞纳大气颗粒物的情况。植被的内在因素和环境因素对大气颗粒物滞纳体现出不同特性，从以下几个层次进行概述。

1.1 森林植被叶片结构对大气颗粒物滞纳的影响

植物叶片的大小、叶片的厚度和气孔的数量等解剖结构影响着大气颗粒物的滞纳[2]。邱媛等人的研究结果显示，森林植被枝条向上伸展且硬度大、叶片与水平面夹角为正值、枝叶密集的树种，在同样的环境下滞纳大气颗粒物的量最大[3]。植物叶片结构相同的情况下，面积大的叶片滞纳大气颗粒物的量就越多。旱生植物的叶片小且厚、气孔较多，表明植物器官的生长和分化与环境密切相关，气孔大、密度大的结构特征更利于增加植物叶片与大气颗粒物的接触面积，一般情况下，植物叶片滞纳大气颗粒物的量随植物叶片气孔数量的增加而增加。植物叶片的厚度可随季节的变化而发生变化，一般情况下，气候温湿时为了适应植物体旺盛的新陈代谢叶片较厚，气候寒冷时为了减少植物体有氧呼吸叶片较薄，植物叶片的厚度在一定程度上能够体现叶片的强度，叶片较厚的植物有着较强的滞纳大气颗粒物的能力。

1.2 森林植被叶片表面微形态对大气颗粒物滞纳的影响

表皮毛、纹理、分泌物、蜡质等叶片表面微形态具有重要的植物生理学和生态学意义，是研究森林植被滞纳大气颗粒物情况的常用指标。从定量的角度研究，俞学如发现森林植被叶片表面滞纳大气颗粒物的量随着叶片上气孔总数的增加而增大，毛被数量越多的叶片滞纳大气颗粒物的量就越大，且毛被短而多的叶片滞纳大气颗粒物的能力强[4]。通过电镜观察，柴一新等人注意到森林植被叶片表皮细胞具有沟状组织、密集纤毛的树种滞纳大气颗粒物的能力比具有瘤状或疣状突起的树种强[5]。Mitchell R.等人的分析结果显示，森林植被叶片带脊和多毛的树种颗粒物沉积速度最大[6]。森林植被叶片表面的微形态特征不仅影响着叶片滞纳大气颗粒物的量，同时也影响着大气颗粒物在叶片表面的坚实程度。侧柏和圆柏的叶片表面上密集着许多脊状突起的沟槽，这些沟槽可以深藏许多小颗粒物，而难以被降水和大风去除掉，油松的叶片表层平滑而且粘性较大，更易于小颗粒物的滞纳，当小颗粒物浓度较高的扬尘天气发生时，叶片表面颗粒物附着密度呈现出快速增加的现象[7]。森林植被叶片滞纳大气颗粒物能力的大小与其叶片表面的表皮毛、纹理、分泌物、蜡质等微形态有密切关系，能够科学反映不同植被叶片微形态滞纳大气颗粒物的量。

1.3 不同树种对大气颗粒物滞纳的能力

不同植物树种之间滞纳大气颗粒物的能力存在差异性。Beckett K. P.等利用风洞模拟实验的研究方法显示了针叶树种对大气颗粒物的沉积速率和捕获效率均高于阔叶树种，针叶树种滞纳大气颗粒物的能力更强[8]。刘霞等人对青岛城阳区主要绿化树种滞尘能力的研究也进行了证实[9]。通过在树冠层下不同高度处布设湿沉降监测装置进行定位监测，比较油松和栓皮栎两个不同树种单位叶片面积的滞尘量，发现油松高于栓皮栎，但降雨后发现栓皮栎叶面上大气颗粒物冲刷率高于油松[10]。较多的研究学者已经证实，针叶树种的叶片比阔叶树种的叶片滞纳大气颗粒物的能力强，而针叶树种中，松类植物叶片吸滞能力高于柏类，这与针叶树种叶片生长密度大，叶片表面粗糙程度大、气孔数量多、具有凹槽突起和油脂层结构等因素有一定关系。

1.4 不同植被类型滞纳大气颗粒物的研究

采用高精度手持PM2.5监测仪，以重庆铁山坪森林公园主干路段为对照，定位监测不同树种、林分及其结构特征的PM2.5和PM10浓度，分析显示，大气颗粒物在不同林分内的浓度是针阔混交林最高，其次是阔叶林，针叶林最低，大气颗粒物在不同垂直结构林分内PM2.5和PM10的浓度均展现出乔木层＞乔灌层＞乔灌草层[11]。对多种不同树种的单位叶片面积进行分析，显示针叶树种比阔叶树种具备更强的清除大气颗粒物的潜能[12]。冯朝阳等人分析了北京市门头沟区常绿乔木、落叶阔叶乔木、灌木、草地4种不同植被类型的平均滞尘能力，结果显示，常绿乔木林的滞尘能力大于草地、落叶阔叶乔木林的滞尘能力略大于灌木林[13]。不同植被类型滞纳大气颗粒物的量具有差异性，其单位叶片总面积滞纳大气颗粒物的量与树冠的尺寸呈正相关，常绿乔木＞常绿灌木＞落叶乔木＞落叶灌木＞地被植物[14]，也有学者提出灌木树种相比乔木树种具有更强的滞纳大气颗粒物的能力，除去树种本身的结构特性因素以外，与环境条件、测试叶片样品的生长部位等因素均有关系，应视具体情况进一步研究。

1.5 气候因素对森林植被滞纳大气颗粒物的影响

森林植被滞纳大气颗粒物的量受多种因素影响，除了植物本身的生物学特性以外，自然界之中的风速、降水、温度、湿度等气候因素影响大气颗粒物的浓度，而对森林植被滞纳大气颗粒物的能力产生一定影响。研究常见气象因子对PM2.5及其不同组分的影响，表明气温、相对湿度、降水量、环流的日变化可阐释50%以上PM2.5的变动情形[15]。分析成都城市空气环境湿度变化对大气颗粒物浓度的影响，王超等人发现相对湿度越大时大气颗粒物的浓度就越高，绝对湿度越大，大气颗粒物的浓度就越低[16]。量化北京市环境保护监测中心植物园开阔区和城区非植被区PM2.5的动态浓度，注意到不同天气情况下均展现出PM2.5质量浓度城区非植被区最高，其次是植物园林区，植物园开阔区域最少[17]。国内外诸多学者对森林植被滞纳大气颗粒物受气候因素影响的研究取得了一定的成果，风能够携带大气颗粒物产生湍流运动而影响森林植被滞纳大气颗粒物的强弱，降水量和降水频率一方面影响着大气颗粒物本身的浓度，另一方面影响着森林植被滞纳大气颗粒物以后被冲刷的效果，夏季气温升高光照充足利于植物进行光合作用，可通过叶片气孔滞纳更多量的大气颗粒物，空气湿度的变化调控着植物叶片气孔的开、闭和大气颗粒物本身的浓度，总体上，气候因素呈现出直接或间接综合影响森林植被对大气颗粒物的滞纳效果。

2 存在问题

现今，对大气颗粒物的研究较多集中于来源、理化特性等层面，对森林植被滞纳大气颗粒物的研究落后于欧美国家，仍然存在一些问题。一方面，森林植被与大气颗粒物间的相关作用机理仍需进一步研究。由于存在地域上、空间上的差异，对大气颗粒物的监测和研究缺乏系统性、全面性和准确性，难以进行深入分析和比较。另一方面，影响大气颗粒物的因素相对较多，特别是环境等因素，人为较难控制，只能将影响因素降到最低。不同的分析测定方法会致使研究结果不同。

目前，较多的学者处于研究不同植被类型与特定大气颗粒物间的关系，理论研究较多，但在实际应用方面，城市绿化森林植被如何配置，如何通过优化森林植被类型来减弱或消除大气颗粒物，结合不同地区大气颗粒物情况，筛选出适合该地区有效吸滞大气颗粒物能力的树种组合及绿化标准，还需进一步研究。

3 发展趋势

大气颗粒物的存在不仅使空气质量降低，还对人类的身体健康产生一系列的危害，如引起胎儿的早死亡、诱发癌症、引起呼吸道感染等诸多疾病[18]。依据相关新闻，每年约80万人的过早死都与PM2.5有关，位列致死风险的第13位。随着社会的发展和人类的不断进步，2018年7月9日《中国城市报》第02版表述了我国城市化进程快速稳定发展，大气颗粒物的相关问题会愈来愈受到人们的广泛关切，绿色植物特别是森林植被必将在降低大气颗粒物浓度方面发挥不可替代的作用。不同森林植被对大气颗粒物的净化能力不等，在乡土树种范围内，研究比较不同森林植被对大气颗粒物的滞纳情况，通过自然资源的高效利用来改善居民健康、提升城市环境、提高空气质量，这在当今显得越来越重要。长期定位开展森林植被对大气颗粒物调控的研究，去除生态因子的影响差异，开展植物叶片对大气颗粒物滞留机制和适应机制的研究，明确森林植被减弱或消除大气颗粒物的机理和过程，遵从自然的发展规律，构建符合人类预期的典型森林生态系统结构，必将是未来一段时间内的研究和发展趋势。