雅玛里克山榆树林叶片滞纳PM2.5的能力研究

张凯迪 何秉宇 凯丽比努尔?努尔买买提 李惠玲

摘要：自执行荒山绿化项目以来，乌鲁木齐空气质量得到了明显改善。本文以乌鲁木齐荒山绿化典型雅玛里克山榆树人工林为研究对象，探索植物叶片大气颗粒物滞纳量在不同海拔树木冠层内的差异。研究结果可为干旱区城市森林净化大气颗粒物污染方面提供数据支撑。

关键词：冠层;榆树;PM2.5

Abstract：Since the implementation of the barren mountain greening project，Urumqis air quality has been significantly improved.In this paper，we studied the typical plantation of elm trees in Yamali Mountain in Urumqi barren mountains，and explored the differences in the amount of atmospheric particulate matter in plant leaves in the canopy of trees at different altitudes.The research results can provide data support for urban forests to purify atmospheric particulate pollution in arid areas.

Keywords：Canopy;Elm （Ulmus pumila）;PM2.5

随着社会经济快速的发展、城市化进程的加快以及能源消耗的不断攀升，颗粒物已成为我国城市大气的首要污染物。大气颗粒物PM2.5由于其较大的比表面积极易附着大量有毒有害物质，特别是重金属元素和芳香烃类化合物，并且可以通过呼吸进入肺泡，故而会对人体呼吸系统和心血管系统造成较为严重的伤害[1-2]。所以细颗粒物污染（PM2.5和PM10）因易引发居民呼吸道系统疾病而逐渐公众日益关注的焦点[3]。陈玮等[4]对东北地区城市同一降尘条件不同种针叶树和不同降尘条件同种针叶树的滞尘能力进行研究。植物叶片表面特性和本身的湿润性具有很大的滞尘能力，当含尘气流经过树冠时，一部分颗粒较大的灰尘被树叶阻挡而降落[5]。利用园林植物消减大气颗粒物污染是提高空气质量的有效方法之一。

1 材料与方法

1.1 叶片采集

为了避免雨水对叶表面滞纳大气颗粒物的含量所造成的误差，采样时间开始为降雨后4d，之后每隔4d采样观测一次，连续采样20d，共计5次。每次采样至少采集3株胸径、树龄、树高、生长情况等基本一致的植株叶片。于样树树冠2m、4m、6m部位及东、南、西、北 4个方向各采集健康成熟叶片20～40片，将采集的叶片迅速装入保鲜袋中，并标记采样时间、冠层，样品带回实验室处理。由历年雅玛里克山各月气候数据得知，7月的气候条件最适合测定叶片的滞尘量。因此，本试验开展时间为2019-07-04～07-24。

1.2 单位叶面积颗粒物滞留量测定

将植物叶片置于盛有蒸馏水的500mL烧杯中，浸泡30min，然后用软毛刷轻轻刷洗掉叶片上的附着物，最后用镊子将叶片小心地夹出，放置在A4纸上晾干。用60℃下已烘干称重的孔径为2.5?m的微孔滤膜（M1）抽滤浸洗液，将过滤后的滤膜放入60℃的烘箱中烘干至恒重，在用万分之一电子秤称重（M2），2次质量之差（M2-M1）即为各粒径段的叶面滞留颗粒物量[6]。孔径为2.5的微孔滤膜上的颗粒物分别视为PM2.5。将晾干的植物叶片放入扫描仪中扫描，再利用Image J软件分析测定叶面积，记作A。

1.3 数据处理

运用IBM SPSS Statistic 19软件对榆树在不同冠层的单位叶面积滞尘量进行多重比较，采用Originpro 2018C软件绘图。

2 结果与分析

2.1 树冠不同部位高度叶片PM2.5滞纳量

榆树不同冠层部位叶片吸附PM2.5变化特征如图1所示。整体而言，榆树不同部位单位叶面积对PM2.5滞纳量随冠层的增加，其变化趋势呈现一致性，即冠层2m处叶片对PM2.5的滞纳量显著高于4m和6m处叶片（P<0.05），而距地面4m和6m高度之间叶片对PM2.5滞纳量没有显著差异。在树冠不同高度2m、4m、6m处，南向树冠单位叶面积PM2.5滞纳量均较大;在树冠高度2m和6m处，北向树冠单位叶面积PM2.5滞纳量则最小;而在树冠高度4m处，西向北向树冠单位叶面积PM2.5滞纳量为较小值。

2.2 叶面PM2.5滞纳量随时间变化

不同冠层叶面PM2.5滞纳量随时间递增表现出相似的变化规律（图2）。各冠层高度叶片PM2.5滞纳量均在雨后4d为最低值，雨后20d达到最高值。在雨后第4天不同冠层单位叶面积PM2.5的滞纳量为2m>6m>4m，随时间的推移其后不同冠层单位叶面积PM2.5的滞纳量均为2m>4m>6m。雨后20d时，不同冠层单位叶面积PM2.5的滞纳量增为最高值，表现为2m（2.62?m）>4m（2.41?m）>6m（2.37?m）。可见，随时间变化，单位叶面积PM2.5滞纳量逐步增多，在采样最后阶段达最高值。

3 讨论

叶片对PM2.5的滞纳量受树冠不同部位的影响[7]。由数据直观可知，树冠单位叶面积PM2.5最大值为2m处，最小值集中在4m、6m处。造成该现象的原因可能是低层叶片距污染源较近容易受到地面扬尘的影响，而高处叶片更容易受到强风及其他外界因素的干扰，使已滞留的灰尘降落于地面，降低其滞尘量[8]。且东南向树冠叶片对PM2.5的滞纳量普遍高于西北向树冠叶片对PM2.5的滞纳量，这可能是因为雅马里山常年风向为北风和西北风的原因所致。张志丹等[9]研究发现，冠层的3个高度和东西南北4个方向的单位叶面积PM2.5的滞纳量无明显规律，但植物较低处叶片滞留的PM2.5量较大。本文在前人的研究基础上针对单位叶面积对PM2.5的滞纳量得出较为全面的结论，即由文中分析结果可知单位叶面积PM2.5的滞纳量受冠層高度的影响达到显著水平（P<0.05）。

4 结论

（1）随着时间的推移，树冠不同高度PM2.5滞纳量逐渐增高，在雨后20d时达最高值。但树冠不同高度PM2.5滞纳量程度不同。距地面2m处榆树叶片对PM2.5滞纳量显著高于4m和6m处，有显著性差异（P<0.05）。（2）树冠不同部位单位面积叶片PM2.5滞纳量中，南向树冠叶片对PM2.5的滞纳效果最好，而北向树冠叶片对PM2.5的滞纳效果较差。这些结果可为荒山绿化建设和干旱半干旱地区的城市林业发展提供理论和实践依据。

参考文献

[1]麦麦提·斯马义，帕丽达·牙合甫，韩梦鑫，等.2017年春节前后乌鲁木齐市大气颗粒物中多环芳烃的污染特征、来源分析及健康风险评价[J].环境化学，2018，37（11）：2433-2442.

[2]张晓雨.中国中东部地区典型城市大气细颗粒物中化学组成特征及来源解析研究[D].南京：南京大學，2017.

[3]李沛.北京市大气颗粒物污染对人群健康的危害风险研究[D].兰州：兰州大学，2016.

[4]陈玮，何兴元，张粤，等.东北地区城市针叶树冬季滞尘效应研究[J].应用生态学报，2003，14（12）：2113-2116.

[5]王江，杜茜，李慧溪.城市绿化植物滞尘效应研究综述[J].现代园艺，2016（23）：134-136.

[6]杨佳，王会霞，谢滨泽，等.植物叶面滞留颗粒物的数量和质量特征及方法比较[J].生态与农村环境学报，2015，31（03）：440-444.

[7]Sgrigna G，S b A，Gawronski S，et al.Particulate Matter deposition on Quercus ilex leaves in an industrial city of central Italy[J].Environmental Pollution，2015（197）：187-194.

[8]潘瑞，涂志华，李炎梅，等.人面竹等10种观赏竹冬季滞尘效应与规律研究[J].中国农学通报，2012，28（07）：270-275.

[9]张志丹，曹治国，刘欢欢，等.北京道边银杏叶片大气颗粒物滞纳量冠层变异[J].森林与环境学报，2016，36（4）：467-472.

收稿日期：2020-06-24

作者简介：张凯迪（1994-），女，汉族，硕士，研究方向为环境评价和城市园林对大气颗粒物的调控机制。

责任作者：何秉宇（1961-），男，副教授，研究方向为环境科学方面研究。