20种常用绿化树种滞尘能力研究

闫 倩，徐立帅，段永红

（山西农业大学资源环境学院，山西 太谷 030801）

近些年来，随着经济的快速增长，粉尘污染对人类生存的环境造成了很大的威胁，也给人类健康带来了严峻挑战。空气中的粉尘颗粒物、细菌和病毒等会提高呼吸道感染、心血管疾病等的发病率［1］，尤其是在人口密集、交通繁忙的城市区域，汽车尾气或工业排放的颗粒物会使心肺疾病发病率和死亡率上升［2］，所以，如何更加合理有效地降低粉尘污染已经成为当今的一大难题。研究表明，植物叶片对颗粒物的吸滞能力与叶片形态结构、粗糙度、湿润性、蜡质、被毛、气孔等特征有关［3］。因此，植物不仅可以作为监测环境的载体，还可以通过对粉尘的滞留缓解大气污染、改善环境。

植物叶片表面微结构形态对滞尘的影响是研究热点。研究表明，具有沟状组织、沟槽、纤毛、气孔的树种滞尘能力比叶表光滑无毛的强，但如果叶表的沟状组织较细、沟槽较宽且较浅或绒毛数量较少时，树种滞尘能力差［4］；而叶片表面的蜡质含量越多，滞尘量越大［5］；还有研究发现，植物叶片越易润湿，滞尘量越大［6］；此外，基于对不同时段叶片滞尘的研究发现，不同生长季叶片滞尘量有所差异。王琴等［7］认为夏季树木生长茂盛，能有效减缓气流，滞留粉尘颗粒物，因此树种的滞尘能力在夏季效果最好，但是王月菡［8］的研究结果与之相反，Prajapati等［9］则认为冬季植物滞尘能力最强。

可见，上述相关研究从不同角度阐明了影响植物叶片滞尘能力的因素，但由于研究树种、地理位置和大气污染程度等的差异，产生了不同的研究结果。本研究以晋中市太谷区山西农业大学校园内的20种常见绿化树种为研究对象，对比分析在同一时段、相同环境状态下，不同树种叶片滞尘能力的差异，探讨叶片形态、叶片表面微结构对树种叶片滞尘能力的影响，以期深入认识植物叶片滞尘能力的影响因素，指导园林绿化树种筛选。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本试验在晋中地区的山西农业大学取样，晋中地区属暖温带大陆性季风气候，冬冷夏热，年平均气温10.4℃，最热月出现在7月，平均气温为24.2℃，最冷月出现在1月，平均气温为-5.1℃；晋中市年总降水量为422.2 mm，降水量主要集中在夏季，为248.1 mm，占全年降水量的59%，冬季降水量为10.0 mm，占全年降水量的2.4%；晋中春季风沙大，冬季严寒［10］。山西农业大学占地面积149.3 hm2，是全国绿化模范单位，校园绿化面积达6×105m2，主校区绿化覆盖率达85%以上，共有50科、233种及种下单位树种。

1.2 试验材料

选取20个常见绿化树种进行采样，树种类型如表1所示。

1.3 试验方法

研究表明，降雨量15.0 mm以上或风速达17 m/s的降雨，植物叶片滞留的粉尘会被冲刷掉并重新开始滞尘［11］。本研究于2019年10月3日取样，在此之前连续13 d没有降雨和大风扰动，采样的植物远离交通主干道，不受车辆、密集人群等的影响。采样高度为离地表1.5 m左右，每个树种选择生长状况较一致的树木，在同一高度环绕一周采集叶片，单叶较小者采集90～130片，单叶较大者采集60～80片，每个树种设置3组重复。采样时用剪刀剪下树种叶片并保证采样过程不扰动叶片，采集的叶片放入保鲜袋中做好标记带回实验室。在实验室内将每组叶片放入5 L的塑料烧杯中用去离子水浸泡约2 h，之后将叶片清洗干净并用扫描仪进行扫描，用于计算叶面积。清洗液静置48 h后移除上层清液，将下层悬浊液转移至100 mL离心管并烘干称重。

1.4 数据分析

用Photoshop软件进行叶片形态和面积统计分析，最终获取长轴、短轴、长短轴比、总叶面积和平均单叶面积，通过滞尘量和叶片扫描结果分别计算单位面积滞尘量和单叶面积滞尘量，所有数据利用Excel软件进行统计整理，之后利用SPSS 17和Origin软件进行分析并绘制图表。

2 结果与分析

2.1 不同树种叶面形态特征

从图1可以看出，各绿化树种单叶面积变化为3.17～42.85 cm2，其中水栒子的单叶面积最小，为3.17 cm2；华北珍珠梅、龙爪枣、粉花重瓣麦李、皱皮木瓜、白杜、国槐、毛樱桃、龙爪槐、金叶连翘、冬青卫矛、太平花、木槿、金银忍冬、忍冬、火炬树、丁香和日本晚樱均为单叶面积中等的树种，达5.54～25.10 cm2；而鸡树条和望春玉兰的单叶面积最大，分别为36.11、42.85 cm2。各树种长短轴比规律不明显，其中火炬树和粉花重瓣麦李的长短轴比大，而丁香和鸡树条的长短轴比均接近于1，即长短轴几乎相等，其余树种长短轴比均在2左右。各树种叶片特征如表2所示。

表2 20种绿化树种叶片特征

2.2 不同树种滞尘量的差异

不同树种单位面积滞尘量从小到大排序结果如图2所示，各绿化树种滞尘量的变化为0.4～1.8 g/m2，平均滞尘量为0.8 g/m2，最大者为冬青卫矛，滞尘量为1.8 g/m2，最小者为鸡树条，滞尘量为0.4 g/m2。按单位面积滞尘量可分为3个级别，滞尘量为1.2～2.0 g/m2的树种划分为滞尘能力强的树种，包括水栒子、国槐和冬青卫矛3种；滞尘量为0.6～1.2 g/m2的树种划分为滞尘能力中等的树种，包括金叶连翘、火炬树、华北珍珠梅、粉花重瓣麦李、木槿、日本晚樱、金银忍冬、龙爪枣、忍冬、丁香、白杜和毛樱桃12种；滞尘量低于0.6 g/m2的树种划分为滞尘能力弱的树种，包括鸡树条、望春玉兰、龙爪槐、太平花和皱皮木瓜5种。

20种绿化树种单叶滞尘量如图2所示，其变化在0.34～2.1 mg，平均值为1.0 mg。不同树种间单叶滞尘量存在较大差异。其中，丁香最大（2.1 mg），望春玉兰次之（2.0 mg）。单叶滞尘量介于1.0～2.0 mg的树种有国槐、金银忍冬、火炬树、鸡树条、忍冬、日本晚樱和冬青卫矛7种，而滞尘量低于1.0 mg的树种有11种，分别为皱皮木瓜、华北珍珠梅、水栒子、龙爪槐、粉花重瓣麦李、龙爪枣、太平花、金叶连翘、白杜、毛樱桃和木槿，其中单叶滞尘量最差的树种为皱皮木瓜（0.34 mg）。

2.3 叶片形态对滞尘量的影响

为分析树种叶片形态与滞尘量的关系，分别计算不同树种长轴、短轴、长短轴比、单叶面积与单叶滞尘量和单位面积滞尘量的相关系数（表3）。结果表明，叶片形态（长轴、短轴、长短轴比、单叶面积）与单位面积滞尘量均未达到显著相关，但叶片形态与单叶滞尘量密切相关，即树种长轴越长、短轴越长、单叶面积越大，其单叶滞尘量就越多。

表3 各绿化树种叶片形态与单叶滞尘量、单位面积滞尘量的相关性（n=20）

3 讨论与结论

3.1 叶片形态与滞尘量的关系

上述相关分析表明，单叶面积与单叶滞尘量显著相关，这与张家洋等［12］的研究结果一致。张家洋等［12］认为悬铃木、构树较其他供试树种（国槐、紫叶李等）的单叶面积大，可能是导致其单叶滞尘量多的重要原因之一。本研究中望春玉兰和日本晚樱的单叶面积分别位居第一和第三，它们的单叶滞尘量也很高，分别位居第二和第四。黄靖懿［13］对哈尔滨市道路绿化树种滞尘能力的研究发现，毛樱桃单位面积滞尘量大于丁香，而两者单叶滞尘量关系却相反。本研究结果也是相同，因此可以推断，植物单叶面积滞尘量主要受叶片形态，尤其是叶片大小的影响。

范舒欣等［14］研究表明，单位面积滞尘量与单叶面积共同计算得到单叶滞尘能力，单叶滞尘能力偏向于反映叶片形态与大小对植物滞尘的影响，这就造成了单位面积滞尘能力一般的树种有可能因为宽硕的叶片而有较强的单叶滞尘能力；反之，单位面积滞尘能力强的树种，也有可能因叶面积狭小而表现出较弱的单叶滞尘能力，所以树种单位面积滞尘量与单叶滞尘量的排序情况大不相同。因此，应根据多个指标对树种滞尘能力进行评价。本研究也有相同的发现，不同树种其叶片滞尘能力（单位叶面积滞尘能力与单叶滞尘能力）有很大不同，例如望春玉兰单位面积滞尘量为0.495 g/m2，仅比鸡树条多，但其单叶滞尘量却仅次于丁香，原因可能是望春玉兰叶片大，有较强的单叶滞尘能力。

3.2 叶表皮微结构与滞尘量的关系

叶表皮微结构主要特征有：表皮绒毛、气孔密度和大小、沟槽宽度和深度、蜡质层、晶状体等。研究发现，叶表面粗糙、褶皱较多，或被有蜡质层的植物有利于粉尘颗粒物的附着［15］。其中，植物叶片的表皮绒毛可增加叶表的粗糙度，从而增加滞尘量［16］，进一步的研究表明，长而稀疏的绒毛不利于滞尘，短而稠密的绒毛可增加植物叶片滞尘量［6］，但也有不同的观点，长而细的绒毛比较容易卡住粉尘颗粒物，使颗粒物滞留于植物叶表，从而加强滞尘量［17］。本研究认为密集且长短适中的绒毛有利于滞尘，毛樱桃叶的上表皮布有短而密集的表皮毛，且上表皮有较密集的沟槽［18］，在本研究中其单位面积滞尘量中等偏上，但由于单个叶片较小，其单叶滞尘量呈中等。另外，国槐叶片表面着生细密绒毛，其单位面积滞尘量居第二。

粉尘颗粒物容易滞留于具有沟槽结构的植物叶片，从而增加其滞尘能力［15］。沟槽越密集，越有利于粉尘颗粒物的滞留［19］，反之，则滞尘能力弱［20］：国槐叶片表面布满密集沟槽，其单位面积滞尘量位居第二。孙晓丹等［21］得出相反的结论，植物叶片的沟槽比例与滞尘量呈负相关关系。此外，沟槽宽度也会对粉尘颗粒物的滞留产生影响，沟槽宽度适中的叶表更容易滞留粉尘颗粒物［22］：日本晚樱叶片上表面沟槽较浅或较平整，不利于粉尘的稳定固着［15］，同其他树种相比，日本晚樱的单位面积滞尘量属于中等偏下；由于望春玉兰表面沟槽缝隙间距大，粉尘不易附着，其单位面积滞尘量居于末尾。但目前学术界对有利于滞尘的沟槽宽度阈值还没有明确界定，贾彦等［23］在对7种绿化树种测定后发现，当叶表沟槽宽度小于或等于粉尘颗粒物时，叶片的滞尘能力不仅不会增加，甚至还会减弱。

此外，叶表面具有突起结构及气孔等有利于滞留粉尘，提高树种的滞尘能力。丁香上表皮细胞有一种单个乳突结构，并且气孔内陷［24］，在本研究中其单位面积滞尘量属中等偏上，且由于其叶片适中，单叶滞尘量位居第一；国槐的叶片上表面有一定宽度且高度较低的条状突起，条状突起间相互交错［19］，其单位面积滞尘量仅次于冬青卫矛；水栒子角质膜具有乳突［25］，其单位面积滞尘量位居第三；白杜叶片上表皮表面无纹饰，有气孔分布［26］，其单位面积滞尘量属于中等；忍冬叶片表面光滑、平坦，金银忍冬叶片上表面有乳状颗粒分布［27］，在本研究中忍冬和金银忍冬单位面积滞尘量和单叶滞尘量均因其叶表不太粗糙的微结构特征处于中等水平。

3.3 结论

本研究对晋中山西农业大学20种常见绿化树种滞尘能力与叶片形态、叶表微结构的关系进行研究，研究结果如下。

1）不同树种滞尘能力差异明显。冬青卫矛、国槐、水栒子滞尘能力最强，平均滞尘量为1.49 g/m2；金叶连翘、火炬树、白杜、毛樱桃等12个树种滞尘能力次之，平均滞尘量为0.81 g/m2；鸡树条、龙爪槐等5个树种平均滞尘量为0.50 g/m2。

2）叶片形态与滞尘关系密切，其中长轴、短轴和单叶面积影响单叶滞尘量，但叶片形态参数与单位面积滞尘量不存在相关性。

3）叶片表面结构是影响单位面积滞尘量的重要因素，叶表面粗糙、褶皱多、具有大量的沟槽和突起结构及气孔或被有蜡质层促进滞尘，相反，叶表面光滑、褶皱少、沟槽和突起结构少及无蜡质层不利于滞尘。