9种落叶乔木滞尘能力动态对比

崔 磊,韩 鑫,韦旗风，蔡 阳

（吉林农业大学 园艺学院，长春130118）

近年来，城市工业生产与人为活动使城市生态环境不断恶化，空气中的大气颗粒物及有害气体不断增多，其中大气颗粒物已成为形成雾霾天气，导致空气恶化的主要因素，任何单一措施都不足以有效削减城市中的大气颗粒物，而园林树木可以有效附着空气中的大气颗粒物，改善大气环境，减小大气颗粒物对人体健康的影响，是目前改善城市环境的重要组成部分[1-2]。目前，国内外学者对园林树木滞尘效益的研究主要集中在两方面:一方面是通过研究不同树种的树冠结构、叶片表面形态等因素，分析不同树种的滞尘差异。相关研究表明：植物的滞尘能力主要是由叶表面特性等因素决定的，表面密布茸毛的叶片滞尘能力强，表面无毛并具沟状组织的园林树种滞尘能力较强，叶表面具有气孔密度高且较大的植物种类更容易滞留大气颗粒物[3-5]，还有学者在干旱少雨的西北地区[6]、西南地区[7]对城区街道树木的滞尘能力进行研究，通过调查不同树种的单位叶面积滞尘量和单株滞尘量，筛选出耐尘能力强、经济效益好的适地树种;另一方面则是结合天气状况、尾气排放浓度等环境因素分析不同树种的滞尘能力。柴一新等[3]调查表明，降水量≥15mm就可以洗掉叶片降尘而重新滞尘，刘辰明等[8]、王会霞等[9]研究表明，降雨强度及其他天气状况对不同树种叶面滞尘影响明显。刘海荣等[10]通过检测常绿灌木滞尘量及相关的生理指标，说明环境污染对树木的滞尘能力产生一定影响。然而，国内外许多城市已经采用City green等软件来评价城市绿化生态效益，帮助城市绿化管理的决策者提供依据，但在软件方便快捷的背后需要大量的基础数据做技术支撑[11]，因此，在城市园林树木滞尘能力的研究不仅是某一时间段比较树木滞尘能力的差异，还需要在不同月份及年份采集动态数据。本研究选择长春市净月开发区一条街道9种主要落叶乔木为研究对象，定期检测5～8月份不同树种的叶片滞尘量，结合经验公式，算出不同树种的单株滞尘量，比较不同树种在不同月份滞尘能力的变化，再采用逐步回归分析法，探索不同树种滞尘能力差异的主要环节影响因素，为构建长春市绿地效益计算提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本研究取样地点位于长春市净月经济开发区新城大街路段，长春市气候类型为大陆性季风气候，春季干燥多风，夏季湿热多雨，温度最高可至39.5℃，秋季昼夜温差较大，冬季漫长且寒冷，最低温度可达-39.8℃。年平均降水量为 522～615mm，且多集中在夏季，分布不均[12]。2017 年 5～8 月 PM10为 67.8～43.8μg·m-3。新城大街宽度为12～16m，绿化带形状不规则，宽度为 6～10m。

1.2 样品采集

1.2.1 采样点及样方选择 长春市净月开发区新城大街路段为采样区，在新城大街共设6个样方，样方面积6m×20m，包含所选树种，调查记录树木基本情况，包括树高、胸径、树冠、株数等。

1.2.2 采样树种 对长春市新城大街主要路段的落叶乔木进行统计，其中银中杨、蒙古栎、元宝枫、山杏、白桦、山槐、紫椴、水曲柳和稠李是该大街的主要树种，故将其作为试验树种。采样树种胸径为11～25 cm，树高4～12m（表 1）。

1.2.3 采样方法 一般认为，15mm的雨量就可以冲掉植物叶片的降尘，然后重新滞尘[3]。因此，2017年的5，6，7，8 月，在各月雨后 1，3，5d 的 16∶00～18∶30 对各树种采样 1 次，树冠外围东南西北 4 个方向，同时考虑树冠垂直方向梯度变化，上、中、下部位兼顾，每株采集40～50片叶，采集过程中尽量避免抖动，以免叶片上的灰尘脱落，将采集后的叶片小心封存于自封塑料袋中并带回实验室处理。

1.3 样品测定

1.3.1 单位叶面积滞尘量测定 将样品用蒸馏水浸泡4h，浸洗下叶片上附着物，用镊子将叶片小心夹出，用已烘干且称质量（m1）的滤纸过滤浸洗液，将滤纸于70℃下烘24h，烘干后用万分之一天平称质量（m2），m2-m1即为采集样品上所附着的降尘颗粒物质量，每个样品平行测定3组滞尘量[13]。不同树种叶片采用AutoCAD扫描法[14]，测出单叶单面面积S，单位叶面积滞尘量为：

表1 树种调查统计Table 1 Survey statistics of tree species

1.3.2 日均单位叶面积滞尘量计算 日均单位叶面积滞尘量Xd计算公式为[6]：

式中：n为累计滞尘天数。

1.3.3 单株日均滞尘量计算 本研究采用以下经验公式估算不同树种的叶面积量[15]：

式中：Y为叶面积总量；H为树冠高度；D为树冠直径；S=πD(H+D)/2，可根据表1种所选树种的形态指标来求得，单株日均滞尘量为M=Y×Xd。

1.3.4 逐步回归方程分析 通过调查主要环境因子对5～8月雨后第1天9种落叶乔木单位面积滞尘量的影响，避免各落叶乔木群落效应、生长特性对各树种的影响，分析采样前降雨强度、采样时温湿度等主要环境因子与单位面积滞尘量关系，确定各落叶乔木单位面积滞尘量的主要影响因素。将5～8月份雨后第1天单位面积滞尘量设为因变量Y，环境因子选择与单位面积滞尘量相关的采样前降雨强度(X1)、温度(X2)、相对湿度(X3)、车流量(X4)、降雨风速(X5)与PM10(X6)的环境因素指标，降雨强度与PM10来源于中国空气质量在线监测分析平台[16]，建立逐步回归分析方程。

1.3.5 数据处理 应用SPSS12.5统计软件对新城大街9种落叶乔木单位面积滞尘量及日均滞尘量进行单因素方差分析与逐步回归分析比较各树种的滞尘量与其影响因素。

2 结果与分析

2.1 9种落叶乔木单叶单面面积比较

通过AutoCAD扫描法测算9种落叶乔木单叶单面面积（图1），蒙古栎的单叶单面面积为（57.05±13.24）cm2，显著高于其他8种树种，山槐的单叶单面面积为（4.54±1.01）cm2，显著低于其他8种落叶乔木，除蒙古栎和山槐之外的7种落叶乔木的单叶单面面积不存在显著差异，从大至小依次为稠李、水曲柳、元宝枫、紫椴、银中杨、白桦和山杏，单叶单面面积在21.79～11.93cm2之间。

图1 9种落叶乔木单叶单面面积Figure 1 Single leaf area of 9 deciduous trees

2.2 9种落叶乔木单位叶面积滞尘量与日均单位叶面积滞尘量分析

由表2可知，5月份，雨后第5天9种落叶乔木的单位面积滞尘总量从大到小依次为银中杨＞山杏＞白桦＞紫椴＞蒙古栎＞山槐＞元宝枫＞水曲柳＞稠李，滞尘能力差异为1.11～2.39倍，即单位叶面积滞尘总量银中杨是山杏的1.11倍，是稠李的2.39倍。银中杨与山杏的单位面积滞尘总量分别是（541.4±74.1）mg·m-2和（486.4±87.0）mg·m-2，显著高于其他7种树种，而其他7种树种的单位面积滞尘总量不存在显著差异。5月15日～5月19日，银中杨、蒙古栎、元宝枫、白桦、紫椴的单位面积滞尘量均呈现出随时间而升高，山杏、山槐、水曲柳则呈现出先下降再升高的趋势，而稠李则呈现出先升高后下降的趋势。6～8月，雨后第5天，银中杨与山杏的单位面积滞尘总量显著高于其他7种树种，并且各树种单位叶面积滞尘总量随月份变化而逐渐升高，其中稠李的单位叶面积的滞尘总量增幅最大，8月份的单位叶面积的滞尘总量为848.4mg·m-2，为7月份的1.93倍，6月份的 2.96倍。各月份中银中杨、山杏、白桦、水曲柳在雨后第1，3，5天的单位面积滞尘量呈现出随时间而升高的趋势，元宝枫、山槐、紫椴、稠李的单位面积滞尘量的变化趋势不同，蒙古栎单位叶面积滞尘量变化增幅最小。蒙古栎虽然叶片面积较大，但其叶片为厚革质，具有规则蜡质层，滞留灰尘主要集中在叶脉处，其他部位滞尘量相对较少，使其滞留灰尘易受风速、降水等作用离开叶片，导致其单位面积滞尘量在5～8月没有明显的变化。

由表2可知，不同树种的日均单位叶面积滞尘量（Xd）在5～8月的排序与其在不同月份第5天的滞尘量相似。5～8月，银中杨与山杏的Xd均高与其他7种落叶乔木，在7～8月中，元宝枫日均单位叶面积滞尘量变化较大，8月份元宝枫的Xd为7月份Xd的2.53倍。

表2 5～8月份9种落叶乔木滞尘量动态变化Table 2 Change of dust retention per unit leaf area of 9 deciduous trees from May to August

2.3 单株日均滞尘量比较

由叶面积经验公式算出9种落叶乔木的单株日均滞尘量（简称M），通过对比Xd与单株日均滞尘量可知，Xd高的树种，单株日均滞尘量不一定高，单株日均滞尘量不仅受叶片结构的影响，还受树冠高度、直径、树形等树势因素的影响。由表3可知，5～8月，单株日均滞尘量排序前5位的是银中杨、山杏、白桦、蒙古栎与稠李，7～8月，M稠李超过M白桦与M蒙古栎，8月份M稠李为6.93g·d-1，明显高于其他落叶乔木的单株日均滞尘量，各月中M元宝枫最低。由单株日均滞尘量随月份的变化趋势可知，M银中杨、M山杏、M稠李、M水曲柳随月份变化呈上升趋势，M蒙古栎随月份变化较小。

表3 5～8月9种落叶乔木日均单株叶面积滞尘量Table 3 Unit leaf area dust retention per plant of 9 deciduous trees from May to August

2.4 环境因子对落叶乔木单位面积滞尘量的影响

在城市生态系统中，园林树木单位叶面积滞尘量受自身生长特性、环境因素等多种因素的影响，且影响机制较复杂。本研究表明，除蒙古栎与山槐外，其他7种落叶乔木都可通过逐步回归分析的方法，确定影响各树种的主要环境因子。由表4可知，温度、相对湿度、车流量与降雨风速是影响各落叶乔木的主要影响因素，降雨风速、采样时的温湿度与单位面积滞尘量呈显著或极显著正相关，车流量与单位面积滞尘量呈负相关。

表4 5～8月9种落叶乔木雨后第1天单位叶面积滞尘量与环境因子相关分析Table 4 Correlation analysis of dust retention per unit leaf area one day after the rain of 9 deciduous trees with environmental factors from May to August

3 讨论与结论

相关研究表明，不同树种的单位叶面积滞尘量主要取决于叶表面粗糙程度、被毛情况及气孔密度等叶面结构差异，叶片表面易湿润且着生密绒毛树种的滞尘能力较强[17-19]。银中杨与山杏的单叶面积相对中等，但单位面积滞尘量相对较高，这是因为银中杨叶片表面绒毛多且分泌粘液较多[3]，山杏的降温增湿能力较强，其滞尘方式以附着为主，滞尘能力强可能与叶片表面气孔密度大且气孔周围具脊状突起有关[20]，使其单位叶面积滞尘量相对较大。RUIJGROK等[21]研究发现湿度增加有利于空气颗粒物凝聚，从而有利于颗粒物的沉降。本研究通过相关分析发现，银中杨、山杏、白桦、紫椴、水曲柳与稠李的叶面结构较粗糙，且与相对湿度呈不同程度的显著正相关，说明其滞尘能力受表面结构和空气相对湿度影响较大，与前人的研究结果相似，却与马远等[22]研究结果不同，他们未发现相对湿度与滞尘量有明显相关性，这可能与马远对园林树种调查的季节有关，他们是在春季对相应树种的滞尘量进行分析，空气相对湿度变化较小，而本研究是对各树种在春夏两季的滞尘量进行持续调查，导致与其研究结果不一致。

本研究通过调查长春市新城大街绿化带主要落叶乔木发现，同一树种在不同季节的滞尘量存在动态差异，并且不同树种单位面积滞尘量在8月份相对较高，说明季节变化对植物单位叶面积滞尘量影响显著。PRAJAPATI等[23]与于志会等[24]研究表明，在夏季和多雨季节乔木与灌木的滞尘能力较强，且夏季＞春季。本研究表明，6～8月相同树种日均单位面积滞尘量明显高于5月的日均单位面积滞尘量，其中8月份的日均单位面积滞尘量相对较高，6～7月的日均单位面积滞尘量相同树种的变化不明显，这可能与7月份高温少雨，8月份雨热同期有关。杜双洋等[12]研究表明，2014年长春地区，6月份白桦的单位叶面积滞尘量为980～1440mg·m-2，而本研究白桦在6月的单位叶面积滞尘量为275～428mg·m-2。本研究各树种叶片单位叶面积总滞尘量较低于东北地区相同树种的单位面积滞尘量，这可能是因为新城大街绿化带较宽（6～10m），植物群落组合良好，群落多样性良好，明显优于其他路段的植物群落结构，导致与相关结果不一致。还有研究表明[25]，落叶乔木从展叶开始期至展叶成熟期，抽生新叶的速度由快趋于缓长，叶片的光合作用与蒸腾作用不断增强，可能促进不同树种的滞尘能力增强。陈进等[26]调查表明，元宝枫在1年中有两次生长高峰期，第2次生长高峰期在8月初～8月中旬，致使元宝枫滞尘能力在8月份明显增加，与本研究结果相似。

BECKETT等[27-28]研究发现，降水强度≥15mm·d-1对不同树种灰尘的去除量存在差异，风速≥8m·s-1的叶面滞尘量随风速继续增大而减少。本研究通过逐步相关分析发现，降雨风速对7种落叶乔木的单位面积滞尘量影响较大，而降雨强度对各乔木影响较小。这可能是因为5～8月采样前1天的降雨强度在30.5～12.1mm·d-1之间，降雨风速分别为8.1～3.5 m·s-1，降雨强度基本达到相关研究的降雨强度，但降雨风速在各月份中差异较大，从而呈现出降雨风速与各树种雨后第1天的单位面积滞尘量呈显著正相关。本研究还发现，白桦与紫椴雨后第1天的单位面积滞尘量与车流量呈显著负相关，这可能与其群落结构有关，在各样地中，白桦与紫椴是重要的观干与观花树种，与其他低矮灌木形成景观，且与行车道距离较近，导致车流量增多吹起的扬尘更容易沉降到低矮灌木上，也会使空气中的风速增大，致使部分园林树木的滞尘量降低。

本研究在2017年5～8月份定期检测长春市新城大街9种主要落叶乔木的叶片滞尘量，结合经验公式，算出不同树种的单株滞尘量，从而确定不同树种随月份变化而导致树种滞尘能力的变化。在此基础上，采用逐步回归分析可知，温度、相对湿度、车流量与降雨风速是影响银中杨等7种落叶乔木的主要影响因素，为城市道路生态系统树种选择及适宜的植物群落环境提供数据支持。