校园常绿植物滞尘效果研究

罗天相，苏潇，彭亮，刘斌，王勇

（1.宜春学院，江西 宜春 336000；2.袁州区林业局，江西 宜春 336000；3.岳阳市林业科学研究所，湖南 岳阳 414021）

园林植物通过过滤、滞留和吸收大气中的灰尘等颗粒物，具有净化空气、吸滞粉尘的生态功能[1-5]。目前，对园林植物滞尘能力的研究主要集中在植物叶片的表面[6]。每种植物叶片自身的生物学特征如粗糙程度、是否被毛，是否有黏液、软硬程度等并不相同，故植物叶片的滞尘能力有一定差异[7]。由于设置的差异性，同一树种的滞尘能力往往亦有不同的实验结果。唐文莉[8]研究认为，香樟单叶滞尘能力在8种行道树中最强；而孙应都[9]通过电镜观察植物叶片的表面结构后，认为香樟叶片的滞尘能力较弱。此外，影响植物滞尘能力的机理仍有待明确。本文选取宜春市常见的10种常绿阔叶树种进行研究，采用综合指数评价的方法，挑选并综合多个与植物滞尘能力相关的指标，对其进行等级分类，使用聚类分析法，明确植物的滞尘能力强弱及其可能的机理，希望为校园绿化及城市园林绿化植物的配置提供参考及理论依据。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区域概况

宜春学院位于江西省宜春市袁州区，为中亚热带季风气候，气候温和，雨水丰富。宜春学院校园面积约为83.33 hm2，绿化覆盖率较高。校园内绿化植物主要为乔木和灌木，且常绿植物明显多于落叶植物。采样区域设置在电教楼和图书馆周围，依据叶片采集需求，以这两个地点为中心，按照半径300 m的圆形范围向周围扩展。

1.2 供试树种选择

通过对宜春市主要绿化植物进行调查，最后在宜春学院校园内挑选出了10种比较常见、种植区域较广的常绿阔叶树种作为试验对象，详见表1。

表1 试验树种选择

1.3 研究方法

1.3.1 叶片采集

研究发现，只有当降水量达到15 mm或者以上，才能彻底将植株叶表面的灰尘洗涤干净[10]。本次试验在天气持续放晴一个星期之后进行叶片的采集，采集时间为12月10日。此次试验共选择了两个尘源相近的采样点，每次采样同种植株设置3个重复，样本树种要求具有大致相同的生长状况，在植物的各个方位均匀采集叶片，以叶片的长×宽划分大小叶片，长×宽大于或等于40 cm2的叶片认为是大叶片，采集10~20片；小于此数字的是小叶片，采集30片。叶片采集工作完成后，用塑料自封袋将所采叶片密封好后迅速带回实验室进行下一步处理。

1.3.2 叶片处理

采用擦拭法对叶片含尘量进行测定。使用万分之一天平，对刚采集到的植物叶片首次称重（带包装袋），所称得的带袋植物叶片含尘质量减去塑料自封袋的质量进而可得包含灰尘的植物叶片质量为W1。将酒精棉用蒸馏水充分淋湿后，擦洗含尘植物叶片至叶面完全洁净，再次称重，可以得到不包含灰尘的植物叶片质量W2。每组植物叶片的称量操作重复进行3次，取得3次称量的平均值作为最终结果。

1.3.3 叶面积测定及滞尘量计算

利用万深叶面积仪对叶片进行叶面积测定，测得各组叶片总面积S。

单位叶面积滞尘量DPLA=（W2－W1）/S，单位为g/m2。

1.3.4 观察叶片显微结构

使用小刀将叶片均匀地切割划分成长和宽各为5 mm的小正方块，将切割完成的叶片分别放进装有氢氧化钠（NaOH）水溶液（50 g/L）的烧杯中，贴好标签后放入温度为60°的恒温箱，处理24 h。恒温处理结束后，使用蒸馏水浸泡冲洗，待叶片上的NaOH溶液完全洗净后使用30%浓度的双氧水（H2O2）水溶液浸泡叶片5 min进行漂白，随后用镊子夹出，用蒸馏水冲洗，操作完成后做成临时装片。使用奥林巴斯生物显微镜在40×10倍视野下观察叶片细胞，观测5个该视野下的植物叶面气孔的大小、形状和数量等特征，最后结果取平均值。

2 结果与分析

图1 10种常绿阔叶树种单位叶面积滞尘量

2.1 滞尘能力分析

2.1.1 单位叶面积滞尘能力

如图1所示，10种常绿树种单位叶面积滞尘量在0.42~2.78 g/m2，平均滞尘量为1.560 g/m2。滞尘能力表现为：红叶石楠（Ps）＞小叶女贞（Lq）＞海桐（Pt）＞广玉兰（Mg）＞金边黄杨（Ej）＞木犀（Of）＞红花檵木（Lc）＞山茶（Cj）＞杜英（Es）＞香樟（Cc）。在参试的所有植物种类中红叶石楠滞尘量最高（2.78 g/m2），小叶女贞次之（2.23 g/m2），海桐平均滞尘量也比较高（2.048 g/m2），只有这3种植物大于2 g/m2；广玉兰和金边黄杨滞尘量中等（1.70~1.80 g/m2）；红花檵木，木犀，山茶滞尘量较低（1.20~1.40 g/m2），杜英滞尘量低（0.48 g/m2）；香樟滞尘量最低（0.42 g/m2）。10种植物中，最高滞尘量和最低滞尘量相差6.6倍，常绿灌木单位叶面积滞尘量总体高于常绿乔木。单因素方差分析表明，不同植物间单位叶面积滞尘量的差异显著。

2.1.2 植物滞尘能力综合评价

为了对参试植物的滞尘能力进行更科学的分类，采用综合指数评价法[11]对校园绿化植物的综合滞尘能力进行分析。挑选出几个与园林树木滞尘能力有紧密联系的指标，除了滞尘量X2，其他指标均为定性指标（X1，X3-X6）[12-13]，把定性指标按照对植物滞尘能力的影响分成3个层次进行量化，结果见表2。

参考相关文献确定权重向量[11-13]：Wi={X1（0.2），X2（0.2），X3（0.15），X4（0.15），X5（0.15），X6（0.15）}。用Xij/X(max)对实验数据标准化，在该计算式中i是特征、j是品种；最后用经过标准化的数据，按照Wi计算出综合滞尘能力Y，结果见表3。

2.1.3 植物滞尘能力的聚类分析

将参试植物滞尘能力的综合指数结果Y作为评价因子，运用聚类分析法对其进行分类[14]。Y值越大，表明所对应的植物综合滞尘性能越好。分析结果聚成4类，结果如图2所示。

通过对10种园林植物的综合滞尘能力进行聚类分析，发现香樟和杜英滞尘能力比较接近，同处一类，滞尘能力较差；山茶和木樨滞尘能力相近，处在同一类，滞尘能力排在中下；金边黄杨和海桐综合滞尘能力基本一致，与它们相近的还有广玉兰、小叶女贞和红花檵木，这些植物分在一类，滞尘能力较强；红叶石楠自成一类，综合滞尘能力最强。

表2 参试植物定性指标量化

表3 植物滞尘能力量化分析结果

图2 植物综合滞尘能力聚类分析

2.2 不同树种滞尘能力差异原因分析

2.2.1 植物叶面特征对滞尘能力的影响

通过观察，对10种园林植物的叶面特征进行比较，结果见表4。

表4 植物叶面特征比较

一般认为，叶面是否粗糙、是否被有绒毛、锯齿、以及软硬度如何、是否有黏液等因素会影响叶片的滞尘效果。通常情况下，叶片表面比较粗糙、有褶皱、有黏液或者被毛的相比叶面光滑、无毛、无褶皱的滞尘功能更强。由于本试验选取的植物叶面基本不会分泌黏液，因此，将从叶片的纹路是否粗糙、有无锯齿、是否被毛等角度进行滞尘能力比较。从叶片的纹路来分析，金边黄杨、海桐的叶片纹路较深，滞尘能力强。从叶片表面是否粗糙或者是否被毛分析，广玉兰叶面背被绒毛，滞尘能力强；香樟、山茶叶面光滑无毛，滞尘能力弱。从锯齿和褶皱角度来分析，红叶石楠叶缘有锯齿，海桐、广玉兰叶片边缘卷曲，滞尘能力较强。空气中的灰尘落在边缘有锯齿的叶片上时，叶缘的锯齿对落在上面的灰尘产生了阻力，让灰尘能够较牢的吸附在叶片上[15]。同样，植物叶片表面有绒毛，使得叶面更为粗糙，空气中的灰尘与叶面接触时，会被柔毛阻滞而不易脱落[16]，像山茶、木樨等叶片光滑无毛的植物，当空气中的颗粒物落在叶片上时，很容易再次飘走，所以滞尘量低、对灰尘滞留效果不好。但是，植物的叶面特征并不是决定其滞尘量的唯一重要因素。像小叶女贞、金边黄杨等植物，虽然叶面光滑无毛，但是滞尘量依然很高；而红花檵木虽然叶面粗糙，且有星状毛，但是滞尘量一般。由此可见，绿化植物的最终滞尘效益是受到多方面因素影响的。

2.2.2 叶面微结构对植物滞尘能力的影响

在显微镜下对参试植物叶片进行观察比较，发现滞尘能力比较强的广玉兰等植物，其叶片表面的气孔比较密集，密度能够达到244个/mm2；滞尘功能最差的香樟，其叶片表面的气孔也很密集，可以达到282个/mm2；滞尘功能很强的海桐和金边黄杨，其叶片表面气孔却比较分散，这两种植物叶片的气孔密度分别是65个/mm2和117个/mm2。表明气孔密度与植物叶片的滞尘能力无显著相关性。

滞尘能力差的香樟，叶片表面气孔明显小于其他参试植物，并且其气孔开度很小；滞尘能力比较强的广玉兰、海桐、金边黄杨等植物，其叶片表面的气孔都相对较大，并且气孔开度也大。

3 结论与讨论

（1）绿化植物的叶面特征是导致其滞尘功能差异的主要因素。叶片表面粗糙程度较高的植物，如被毛叶片，当大气中的颗粒物落在叶片表面时，叶面上的绒毛能够轻易将这些颗粒物挡住，从而增强植物叶片对颗粒物的吸附效果；光滑无毛的植物叶片，风可以轻易将落在叶面的灰尘吹落，导致滞尘效果不佳。植物叶片表面的微结构也是导致滞尘能力差异的原因之一，在电子显微镜观察的时候可以清晰看出叶片的气孔形态，植物的滞尘能力与叶片表面气孔的大小和开度大小有关。气孔开度越大，植物叶片的滞尘能力越强。原因可能是气孔越大，植物叶片的蒸腾作用越强，使得叶片附近空气增湿，对植物叶片表面附着的颗粒物有滞留作用[17]；同时，植物叶片的气孔处于张开状态时，阻挡和吸附大气中的灰尘等颗粒变得更加容易，灰尘藏在气孔中，难以被风吹落或着被雨水淋洗干净[18]。研究表明[19-21]，绿化植物阻滞空气中灰尘还与条状突起、沟槽、绒毛、蜡质等叶面形态有关。

（2）植物的单株滞尘量涉及到绿量的计算。本次试验中单位叶面积下常绿乔木滞尘能力相对较弱，原因在于乔木体积大，拥有比灌木更多的绿量，单株滞尘量不易测量。此外，校园内环境相对整洁，空气质量相对较好，周围没有大型工厂等污染源，空气中的灰尘主要是来自地面的扬尘而非降尘，灌木自身高度较低，相比乔木离地距离更近，在有风的时候，地面上的灰尘能够轻易被吹到离地面较近的灌木叶片上，使得灌木比乔木积累到更多灰尘[22]。植物的滞尘量受多种因素影响，校园在选择绿化树种时应同时，除了应该考虑美观，还应该考虑到植物的滞尘作用，选用滞尘功能强的常绿树种，特别是常绿阔叶灌木，有助于提高校园空气质量。