6种灌木滞尘能力与叶片表面结构研究

张明晓，刘玥含，孟凡涛，纪 艺，李学云*

（1.莱西市自然资源局，山东 青岛 266600；2.青岛农业大学园林与林学院，山东 青岛 266109；3.青岛东方伊甸园文化旅游开发有限公司，山东 青岛 266000）

城市的大气颗粒物污染问题已成为城市生态环境的最主要问题之一[1]。青岛作为一直保持良好空气质量状况的城市之一，也开始面临着环境问题，尤其以冬、春2 季的雾霾污染较为严重。园林植物可以滞留粉尘，还具有较高的美学功能，因此，对于植物滞尘能力的研究，其重要性日益凸显。

国内外诸多研究已经证实植物在城市生态环境保护中具有显著的生态价值和环保效能。其中，在影响植物滞留粉尘因素的研究中，不同植物类型叶片滞尘能力存在较大差异，同一植物类型由于其所处地区不同也同样存在差异[2]，除受采样地点、时间、植物种类、数据量等因素的影响外，其单位叶面积滞尘量受其他因素影响变化也非常大[3-6]。多重原因的相互交错、单个研究数据量的不足为准确评价滞尘能力带来困难。但近些年以来学者们已证实了叶表面结构特性是影响植物滞尘的重要因素。吴桂香[7]等人在城市道路植物叶面滞尘的微观效应研究中证实影响叶面滞留颗粒物的微观因素有: 叶片的尺寸、叶柄的长度、叶面的粗糙度、零平面位移、表面官能团、分泌物、带电性、接触角、凹槽，颗粒物带电性、粒径大小、密度、化学性质等。但对于叶表面结构中影响滞尘能力的重要因素不同学者间尚存在争议。如贾彦[8]在研究绿化植物滞尘微观测定的结果表明滞尘能力较高的植物叶片具有较多沟状组织、气孔等结构；闫倩[9]等人的研究表明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；俞学如[10]的研究表明气孔数量越多的植物滞尘量越大，且滞尘量大的植物毛被数量多，相对而言毛被短而多的滞尘能力强；而Liu[11,12]等认为植物单位叶面积滞尘能力不仅与滞尘方式有关，叶片结构特征、被毛情况等也与植物滞尘能力相关；Saeboe[11,13]实验结论得出叶表面的蜡质结构是影响叶片滞尘量大小的重要因素，如叶面虽然平滑但具蜡质层的植物滞尘量会较大；Kretinin[14-16]等认为树木的整体结构、叶表面微观形态及湿润程度会影响树木对大气颗粒物的阻滞和吸附作用。以往的研究多采用单一方法对绿化植物的滞尘能力进行研究，缺乏其合理性，尚不能全面的反映灌木树种滞尘能力的差异。

青岛市近年来颗粒物污染也逐渐严重，对城市居民的生活和健康造成了严重的负面影响。本文选取园林绿化中常见的6 种灌木为试验材料进行滞尘能力的测定和叶片表面结构的观测，探究叶表面的气孔形态、气孔密度等叶片表面结构特征与叶片滞尘量之间的关系，以期为园林绿化中灌木树种治理颗粒物污染和植物优化配置提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试树种的选择

取样地点的选择是在充分调研分析和评估的基础上确定的，主要考虑因素包括人为活动和自然环境条件，要确保人为活动对滞尘量影响程度相同，取样地点要和周围物理环境相近，地形平坦、阳光充足等，此外，各样地之间至少要有300 m 的直线距离，以避免相互干扰，基于以上原则和要求，本试验在青岛农业大学内选取树龄相近、冠型均匀、生长健康的具有代表性的6 种灌木作为供试植物，包括3 种常绿灌木：润兴商场西绿地中的日本女贞（Ligustrum japonicum）、知音广场中的火棘（Pyracantha fortuneana）和馨苑路的红叶石楠（Photinia × frasery），3 种落叶灌木：牡丹园中的榆叶梅（Prunus triloba）、毓秀北路的金叶女贞（Ligustrum× vicaryi）、书苑西路的贴梗海棠（Chaenomeles speciosa）。

润兴商场西绿地、知音广场、馨苑路、牡丹园、毓秀北路、书苑西路皆位于校园中心位置，地形平坦且较为空旷，上层无大乔木覆盖，视线、空间通透，样地内植物郁闭度和种植密度均适中，景观效益较高。

1.2 研究方法

1.2.1 叶片采集

雨量在15 mm 以上，可以冲刷掉植物叶片上的粉尘，然后重新滞尘[3]。本试验分别于2021年5月21日、6月25日和9月10日雨后3d 采集1 次叶片，取健康、具有代表性的测试植物，在其东、西、南、北4 个方向，上、中、下各部位均匀采集叶片，每株约12～15 片叶，每次采集3 次重复，并将叶片放入已编号的自封袋中，防止剧烈震动，然后立即将样本带回试验室进行试验处理。

1.2.2 总滞尘量、干重滞尘量和单位叶面积滞尘量的测定

样本放入已编号的400 mL 烧杯中用蒸馏水浸泡2 h，然后用刷子轻轻搽洗下叶片上的附着物，用镊子将叶片夹出放在报纸上晾干，做好编号。

将已编号的各灌木的洗涤液均用400 mL 的烧杯定容至250 mL，记为V1，用玻璃棒搅拌洗涤液至颗粒物分散均匀，移取15 mL 洗涤液于已称重（M1）的培养皿中，记为V2，放有洗涤液的培养皿放入80°C 电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9070A 型，上海一恒科学仪器有限公司）中烘干至恒重，用0.0001 g 天平（CP114，奥豪斯仪器（上海）有限公司）称量获得颗粒物质量（M2）；将晾干的叶片在60°C 电热恒温鼓风干燥箱中烘干至恒重，称重得M3[17]。溶液颗粒物总量、干重滞尘量按照式（1）、（2）进行计算。

V1：洗涤液定容体积；V2：移液管移取的体积；M1：培养皿质量（烘干至恒重）；M2：盛有15 mL 移取液的培养皿质量（烘干至恒重）；M3：在烘箱中烘干后的叶片重量。

供试植物叶片的叶面积A 用Yaxin-1241 叶面积仪（北京雅欣理仪科技有限公司）测量，则单位叶面积滞尘量（g/m2）＝M总/A。

1.2.3 叶片表面结构观测

（1）叶表结构特征的观察。用放大镜观察叶片的粗糙程度以及绒毛的有无等。

（2）叶片气孔器观察。用无色透明的指甲油轻轻地均匀涂抹于植物叶片下表皮，待指甲油涂抹层自然晾干后，用镊子将晾干的指甲油涂抹层撕下，放于滴加蒸馏水的载玻片上，用滤纸吸去多余的蒸馏水，然后进行BK-FL2 荧光显微镜（重庆奥特光学仪器有限公司，目镜视场数（FN）为20）的观察[18]。供试材料叶片采用40X 物镜下观察，其40X 物镜下实际视场面积为0.20 mm2。

1.3 数据统计分析

利用Excel 2010 整理数据，利用IBM SPSS Statistics 23 进行单因素方差分析比较植物之间单位叶面积滞尘量、干重滞尘量和总滞尘量的差异，并使用Origin Pro8.0 软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 灌木总滞尘量的研究

图1为青岛农业大学6 种灌木总滞尘量的比较，从图中可以看出，3 种常绿灌木总体上大于3 种落叶灌木，总滞尘量最大的是红叶石楠，平均达到2.10±0.55 mg，其滞尘量与其它5 种植物均存在显著性差异（p＜0.05）。落叶灌木中，总滞尘量较高的为金叶女贞，滞尘量为1.68±0.15 mg，总滞尘量较低的为贴梗海棠和榆叶梅，在1.44 mg 左右。因此，6 种灌木总滞尘量大小为红叶石楠＞日本女贞＞金叶女贞＞火棘＞贴梗海棠＞榆叶梅，其中火棘、金叶女贞和日本女贞之间的滞尘量差异不显著。

2.2 灌木单位叶面积滞尘量的研究

对青岛农业大学中6 种灌木的单位叶面积滞尘量进行分析，结果表明，6 种灌木平均单位叶面积滞尘量差异较大（图2）。日本女贞的单位叶面积滞尘量最大，平均达到2.95±0.47 g/m2，其单位叶面积滞尘量与其它植物存在显著性差异（p＜0.05）。落叶灌木中，单位叶面积滞尘量最高的是贴梗海棠，达到1.92±0.21 g/m2，也与其它植物差异显著。榆叶梅、红叶石楠和火棘的单位叶面积滞尘量差异不显著。因此，6 种灌木单位叶面积滞尘量大小为日本女贞＞贴梗海棠＞榆叶梅＞红叶石楠＞火棘＞金叶女贞。其中，单位叶面积滞尘量最大的日本女贞达到最低的金叶女贞滞尘量的2 倍左右。结合图1可得出总滞尘量与叶片面积之间存在一定的正相关关系。值得注意的是，红叶石楠的总滞尘量最大，而单位叶面积滞尘量相对于其它5 种灌木较小，这可能是因为相对于其它5 种灌木来说，红叶石楠的单位叶面积较大，所以其单位叶面积滞尘量相对较小。

图1 6 种灌木总滞尘量

图2 6 种灌木单位叶面积滞尘量

2.3 灌木干重滞尘量的研究

由图3可知，贴梗海棠的干重滞尘量最大，平均达到1.39±0.35 mg/g，其干重滞尘量与其它5 种植物存在显著性差异（p＜0.05），干重滞尘量最低的为红叶石楠，平均为0.81±0.47 mg/g。其它灌木的干重滞尘量差异不显著。因此，6 种灌木单位叶面积滞尘量大小为贴梗海棠＞金叶女贞＞榆叶梅＞火棘＞日本女贞＞红叶石楠。结合图1可知，红叶石楠的总滞尘量最大，而干重滞尘量相对于其它5 种灌木较小，这可能是因为相对于其它5 种灌木来说，红叶石楠的叶片革质，含水量低，干重大，因而它干重滞尘量较其它5种灌木小，其它5 种灌木的干重滞尘量与叶片质量也呈现出相同关系。由此可得出结论，干重滞尘量与叶片重量之间成负相关关系。

图3 6 种灌木干重滞尘量

结合图1—3 对比分析可知，在6 种灌木中，红叶石楠的总滞尘量虽然最大，但其单位叶面积滞尘量和干重滞尘量却较小；日本女贞的单位叶面积滞尘量最大，且其总滞尘量和干重滞尘量处于中等水平，并与其它滞尘量较高的植物的差异不显著；在干重滞尘量的分析中贴梗海棠最大，且其单位叶面积滞尘量也较高。综上所述，日本女贞和贴梗海棠的滞尘量较高，学校可增加对这些植物的栽植，改善空气质量。

2.4 叶片表面特征及其附属结构

6 种灌木叶表结构特征见表1，单位叶面积滞尘量最大的日本女贞叶片革质，贴梗海棠叶表面具有一层蜡质结构，其滞尘量也较大；而榆叶梅的表面粗糙且具有毛，其单位叶面积滞尘量较低。金叶女贞、火棘和红叶石楠表面全体无毛，其单位叶面积滞尘量和干重滞尘量都较低，结果表明，具蜡质层或叶片革质的植物滞留颗粒物能力较强。

表1 6 种灌木叶表结构特征

2.5 叶片气孔器形态和密度

结合植物滞尘量的测定结果以及叶片气孔器图片（图1）和气孔密度及形态表格（表2）可以看出，不同树种之间的叶片气孔形态和密度具有一定的差异，滞尘量最大的贴梗海棠气孔密度为430 个/mm2，气孔呈椭圆形且分布较密集，开口程度较大；日本女贞滞尘量也较大，而日本女贞气孔密度较低，为255 个/mm2，且气孔开口较小。结果显示，6 种灌木基本符合气孔密度越多，气孔开口较大等滞留颗粒物能力越强。

表2 6 种灌木气孔密度及形态

3 讨论与结论

3.1 结论

（1）叶片滞尘量随着植物种类、植物类型和计量单位的不同而不同。从植物种类来看，6 种灌木的单位叶面积滞尘量大小为日本女贞＞贴梗海棠＞榆叶梅＞红叶石楠＞火棘＞金叶女贞，而干重滞尘量大小为贴梗海棠＞金叶女贞＞榆叶梅＞火棘＞日本女贞＞红叶石楠。总滞尘量与叶片面积之间存在一定的正相关关系，干重滞尘量与叶片重量之间成负相关关系。从植物类型来看，常绿灌木滞尘量大于落叶灌木。从计量单位来看，单位叶面积滞尘量最大的是日本女贞2.95±0.47 g/m2，干重滞尘量最大的是贴梗海棠1.39±0.35 mg/g，计量单位不同，植物间的滞尘量大小也不同。

（2）研究的6 种灌木基本符合具蜡质层，气孔较多、开口较大的灌木滞留颗粒物能力越强。但也有特殊情况，金叶女贞的气孔密度也较大，但其单位叶面积滞尘量却相对较小，而日本女贞气孔密度相对较小，其单位叶面积滞尘量却相对较大。

3.2 讨论

叶片滞尘量随着植物种类、植物类型和计量单位的不同而不同。大多数学者采用植物叶面积滞尘量来衡量植物的滞尘能力，使用单一标准进行各个植物滞尘能力的比较较为单一，本试验采用俞学如的衡量标准，使用总滞尘量、单位面积滞尘量和干重滞尘量3 个计量单位对供试树种进行综合对比[13]，增加了一定的合理性。本试验研究了6 种灌木的滞尘量，从植物类型来看，常绿灌木滞尘量大于落叶灌木，这与孙晓丹[19]、郭晖等[20]所得出的结论相同，由此可知，常绿灌木的滞尘量相对于落叶灌木滞尘量较大[15]。但由于本试验所取供试树种种类较少，且所研究的地理位置具有一定的局限性，所以今后应加大对此方面的研究，增加合理的依据。叶片表面结构方面影响植物滞尘能力的因素很多，本研究结果显示，榆叶梅的叶表结构特征及其滞尘能力与孙晓丹的结论不一致，即具蜡质层，叶表面粗糙，气孔开口较大等植物滞留大气颗粒物能力较强[22]，但孙晓丹也提出，叶表面的蜡质结构是影响叶片滞尘能力的重要因素，叶面平滑而具蜡质层的植物滞尘量也较大[22]，这与本试验的结果较为一致。其中火棘滞尘量较低于其它植物，与孙晓丹[19]等研究的结论不一致，这可能是由于火棘叶片薄且光滑，除此之外，它的气孔密度较小，而且试验所选植物的地理位置不同，采集植物叶片时叶片的形态也可能不同。影响植物滞尘能力的叶表面因素较多，关于其主要的影响因素还需要通过对更多的植物种类试验进行进一步探索。本研究仅分析了灌木叶表结构特征、叶片气孔密度与叶片滞尘量之间的关系，缺乏对叶脉、小室与条状突起等微形态特征与滞尘量之间的关系研究，此后的研究中应增加对此方面的研究。

综上所述，灌木植物叶片之间滞尘能力并不是受叶片的单一因素决定，而是多种因素共同决定植物的滞尘能力。本试验从叶片的多个方面分析得出6 种灌木叶片滞尘能力的差异，在选择园林绿化植物时可以优先考虑滞尘能力强的灌木树种以增加城市生态效益，同时提高居民生活质量。

图4 6 种灌木叶片气孔形态