林场不同树种选育对PM2.5大气颗粒物的调控研究

关键词：林场树种；PM_2.5大气颗粒物；空气质量浓度；滞尘粒度分布缺陷

中图分类号：X511 文献标志码：B

前言

利用植被来清除颗粒物是一种有效的大气污染修复方法，植被与大气直接接触，对大气颗粒物的作用更为直接和显著，由于植被本身的形态特征会影响到颗粒物沉降不同种类的植被对颗粒物的截留能力不同。但是，大气颗粒物组成十分复杂，并且植物叶片中元素组成既可以来自土壤吸收，也可以直接吸收大气成分，所以，在叶片表面吸附颗粒物的含量与叶片内部元素的累积量之间存在着怎样的关联，值得深入探讨。而要精确地反映植被对大气颗粒物的截留作用，就必须进行进一步的研究。目前，许多研究都是从植物功能层次、城市绿化等级等方面对PM_2.5大气颗粒物的调控效果进行分析，并提出植物覆盖率的时空演变规律及大气环境植被的影响，量化不透水面覆盖率的时空演变规律及对植被的影响。此次研究选取了几种常见的绿化植物作为研究对象，对叶片表面与叶片内部滞留颗粒物的组成和含量进行检测，并对它们之间的关联进行分析。通过比较在不同条件下，叶片表面所滞留的大气颗粒物再悬浮的比例，深入探讨了植物对大气颗粒物的滞留、再悬浮与吸收能力，准确评估了植物与大气颗粒物的沉降关系，从而有效降低大气中的PM_2.5大气颗粒物，提高空气质量。

1样品采集与研究方法

选择了某林场中的6种普通的园林植物作为研究对象进行样本采集与研究，样本采集时间在2022年4-9月期间，在某林场内进行采集。通常情况下，14 mm的降雨量就能够将植物叶片上的降尘冲刷干净。所以，在当地次降雨量约68 mm之后，在第10天采集植物叶片。

2供试树种及样品采集方法

以6种树木为对象，调查各树木均未受到汽车行驶及其他剧烈人为活动干扰的区域。为确保叶面滞留颗粒物的数量，研究以不同植被为研究对象，收集单叶较小植被叶片220片，大叶片植被120片，每个植被3次重复取样作对比。将采集到的叶子样本用蒸馏水浸泡，浸泡两个小时后，用镊子小心地夹起叶子，用细毛刷刷洗叶子，让叶子上的灰尘也掉进水里，再用镊子将叶子小心地夹出。

不同树种基本信息及叶表面微结构特征如下：（1）皱皮木瓜，为灌木，属于蔷薇科木瓜属，叶表面具有密集沟槽，沟槽宽度为1.72μm；（2）木槿，为灌木，属于锦葵科木槿属，叶表面有少量绒毛，绒毛数量为2个；（3）紫丁香，为乔木，属于木犀科丁香属，叶表面有少量气孔，气孔数量为10个，并且具有密集沟槽，沟槽宽度为3.84μm；（4）华北珍珠梅，为灌木，属于蔷薇科珍珠梅属，叶表面有少量绒毛，绒毛数量为1个；（5）冬青卫矛，为灌木，属于卫矛科卫矛属，叶表面光滑；（6）望春玉兰，为乔木，属于木兰科玉兰属，叶表面也是光滑的。

3试验样品制备

用玻璃棒将已经干燥的滤纸上的微粒缓慢地从已经干燥的滤纸上剥离，并将微粒放人称量纸中，用万分之一的分析天平精确地称出一定数量的微粒，用混合酸浓硝酸：高氯酸（3：1）来消化，残留用去离子水来定容参照吴虹等关于青岛空气微粒组成的研究，使用电感耦合等离子发射光谱仪（CP）对其中多种元素的含量进行平行试验，试验中使用的设备与仪器见表1。

对一定数量的植物叶片进行称量，用去离子水清洗叶片上的灰尘，随后放置在恒温干燥箱中，100℃杀青30分钟，进行消解，消解后的溶液倒入20mL的容量瓶中，用去离子水定容，随后用电感耦合等离子发射光谱仪对以上所述的15种元素的含量进行分析。

4研究过程

4.1植物叶片滞尘能力测定方法

在对叶片进行洗涤后，将洗涤液彻底冷却后，将上层的悬浮液去除，将底层的悬浮液移到离心机中，再置于70℃的恒重状态（W）中，即可得到滞留粉尘的数据。用扫描仪（分辨率300 dpi）将洗净后的叶片扫描成二值图像，再用Photo Shop图像分析软件对扫描后的叶片图像进行测量，可以分别确定叶片的面积（T）、长轴和短轴，每种植物的单位面积滞尘量计算为式（1）：

一般情况下，最小值为错误阈值。这时，在初始点，对每个散射信号的落点，即一个粒子的粒度大小进行修正，并将这些信息合并起来，即可获得超细粒子的粒度分布。

5结果分析

通过对各树种滞尘量、长轴、短轴、长短轴之比和单叶面积的相关分析，可以看出不同树种叶片滞尘能力与叶片长轴、短轴、单叶面积在0.05级别上有显著的负相关。

项目拟在前期研究基础上，采用遥感影像技术，对不同气象条件下的不同气象要素长轴（X1）、短轴（X2）、长短轴比例（X3）、单叶面积（X4）、叶片形态（X5）、叶片微结构类型（X6）、叶片表面绒毛密度（X7）、气孔密度（X8）、槽距（X9）等和气象要素（土壤湿度、土壤温度等）的空间分布特征及其与土壤湿度等气象要素间的相互关系进行分析，探寻植物叶片的滞尘能力（Y）。

探测结果显示，叶片形状（0.12）gt;叶片长轴（0.09）gt;单叶面积（0.07）gt;气孔密度（0.07）gt;短轴（0.06）gt;沟槽间距（0.04）gt;叶片微结构类型（0.03）gt;绒毛密度（0.03）gt;长短轴之比（0.02），括号中数字为p值。可见，叶片形状和叶片长轴是对植物叶片滞尘能力产生最大影响的因子。

进一步对不同树木叶片滞留尘粒度分布特性进行研究，首先在不同的时间点上，对树木叶片上的滞尘粒度分布曲线的变化趋势进行监测，结果见图1。

在不同的时间点上，滞尘粒度分布曲线都呈现出一种双峰状的状态，其中的含量占到了总滞尘量的4g到7g，从各时期来看，第Ⅵ期主峰的峰体积百分数都比其他时期低：几个物种的主峰有明显的差别，前三个物种的主峰直径约为15um，其他物种的主峰直径约为10um。

进一步对各树种叶片滞留尘埃的平均颗粒大小在不同时期表现出不同的变化模式进行展示，具体见图2。

进一步对比了单叶面积小且叶表粗糙的植物（A）和单叶面积大且叶表光滑的植物（B）进行大气颗粒调控拟合计算，判断出计算出来的结果和真实情况。由于超细颗粒样本中的颗粒粒度在40nm到800nm之间，现启动一个用于测定超细颗粒物粒度分布的仿真实验台，测定结果见图3。

6结束语

此项目通过扫描电子显微镜等手段，观察植被叶片表面的微结构，分析植被的形态、叶表面的微结构等因素对其滞留颗粒物的滞留能力、滞留颗粒物的大小、分布等的影响，并探索不同植被特性之间的相互作用对植被滞留颗粒物的影响。得到以下结论：单叶面积小且叶表粗糙（具有绒毛、气孔的植物滞尘能力强）。叶表布有气孔的植株有利于PM_2.5的粘附，被细毛浓密的植株有利于PM_2.5的粘附，PM_2.5更易被粘附，凸出部分的植株叶片对微粒的粘附性能不佳；大气降尘量与树木滞尘量的粒径分布曲线有相似之处，都为双峰型，其中，大气降尘量主要在3. 79～ 79.9 um之间，树木叶片滞尘量主要在2.81～569um之间，而树木叶片滞尘量主要在0.41～1.31之间，树木叶片滞尘量主要在0.41～1.29之间。