王婉清,樊蓓莉,蔡飞

(北京东方园林生态股份有限公司,北京 100015)



城市园林植物滞纳颗粒物研究

王婉清,樊蓓莉,蔡飞

(北京东方园林生态股份有限公司,北京 100015)

摘要：指出了空气颗粒物是导致城市环境空气质量降低的重要污染物,城市中的植物在美化环境的同时,也能够通过滞纳颗粒物来改善城市空气质量。阐述了植物叶片通过滞留、附着和粘附作用清除空气颗粒物的机理,分析了园林植物滞纳颗粒物的效果与植物种类、群落类型、污染源远近及季节的关系,并总结了植物叶片的微观结构、高度、倾斜角、冠层构型以及叶绿素含量等因素对植物的颗粒物滞纳能力的影响,以期为城市园林植物滞纳颗粒物的研究提供参考依据。

关键词：园林植物;颗粒物滞纳量;滞纳能力;影响因素

1引言

城镇化建设的加快、长期粗放型的经济发展模式导致了城市空气质量的急剧下降。空气颗粒物形成大气溶胶的重要组分,其形式包括固体颗粒和液体颗粒。工业化、城镇化进程导致植被面积急剧缩减,工业废气、尾气以及建筑扬尘和农业活动造成城市空气颗粒物浓度增加,这些空气颗粒物同时带有重金属、致癌物、细菌病毒等,威胁人体健康。由于植物叶片表面的特殊结构(绒毛、蜡质表皮等)可以滞纳空气中大多数的有害颗粒物,因此植物在城市空气净化过程中扮演着重要角色。

2植物滞纳颗粒物作用机理

植物滞纳颗粒物主要有3种方式,分别是滞留、附着和粘附,同时,植物在滞纳颗粒物过程中,这3种方式常同时作用,但3种方式的滞纳机理却不同。

2.1滞留

受污染的固体颗粒物在传播过程中需要通过风的作用,而植物具有的茂盛枝叶则可以阻挡气流,从而达到降低风速的效果,当风速降低后,空气中携带的颗粒物则会降落于叶片表面。Sharma等[1]研究指出,滞留或停着是植物滞纳颗粒物的主要方式,但滞留于叶片表面的颗粒物会在风力的作用下被再次吹起而重新进入空气中。

2.2附着

由于植物叶片表面具有表皮纤毛、钩状或脊状褶皱等结构,可使空气中的颗粒物被截取并附着于叶片表面。刘璐等[2]研究发现叶片表面具有的细密茸毛会有利于植物滞纳颗粒物。Freer-Smith等[3]研究发现叶表粗糙、表面具褶皱或呈沟状的植物,其滞纳颗粒物的能力更强。

2.3粘附

植物枝叶等组织可分泌出多种黏性液体,这些黏性液体能粘附空气中的颗粒物,达到降低空气中颗粒物含量的效果。房瑶瑶等[4]研究认为,除了蜡质层、气孔密度等叶片表面结构对空气颗粒物有滞纳作用,松树分泌的粘性物质也对颗粒物有粘附作用。

3园林植物滞纳颗粒物变化规律

3.1不同植物滞纳颗粒物的规律

无论是乔木(阔叶树或针叶树)、灌木、草本植物,不同的植物个体之间滞纳颗粒物的能力都存在较大的差异。李寒娥等[5]对佛山市15种绿化植物滞纳颗粒物能力进行分析,发现不同植物间的颗粒物滞纳能力差异显著,其颗粒物滞纳量相差高达3～5倍。

植物生活型不同,其颗粒物滞纳量也存在差异,这主要是因为植物生活型不同导致植物颗粒物滞纳能力及叶面积绿量不同。就年际滞纳颗粒物量来说,乔木植物滞纳颗粒物效应最为良好,灌木植物次之,草本植物最小。

3.2不同类型绿地滞纳颗粒物的规律

城市绿地植物群落结构对绿地滞纳颗粒物产生巨大的影响。研究表明,采用乔灌草相结合的复合型结构绿地,其滞纳颗粒物效率最大,而草坪由于结构单一、立体绿量较少,其颗粒物滞纳效果较差[6,7]。同时,在城市绿地面积明显不足的情况下,采用垂直绿化对改善人居生态环境有着重要作用。吕东蓬等[8]发现爬山虎、云南黄馨和野蔷薇三种垂直绿化植物具有较好的滞纳颗粒物效果。

3.3随污染源距离的变化规律

在不同的环境条件下,植物颗粒物滞纳总量会发生明显变化。Liu Rentao等[9]研究不同污染情况下植物滞纳颗粒物效果,发现在中重度污染下,植物滞纳颗粒物量明显高于低污染情况下;而在距污染源距离上,距离污染源近的植物颗粒物滞纳量明显高于距离污染源远的植物滞纳颗粒物量。

3.4随季节的变化规律

由于植物的生长态势和叶片的密集程度受到了季节因素的影响,这直接导致了在不同季节植物的滞纳颗粒物效应存在差异。杨周敏[10]研究了不同绿化植物的滞纳颗粒物效应季节变化规律,发现植物在春季和夏季的平均滞纳颗粒物量大于秋季和冬季的滞纳颗粒物量,这可能是由于春夏季节空气含尘量较多。

4影响植物滞纳颗粒物能力的因素

4.1植物叶片表面结构对其滞纳颗粒物的影响

植物叶片表面含有表皮细胞、表皮毛、蜡质层等结构,此类形态结构决定着植物滞纳颗粒物能力大小。房瑶瑶等对4个树种叶片的颗粒物滞纳量研究表明,具有形态结构规则的蜡质层和不具有表皮毛的叶片颗粒物饱和滞纳量较低。

4.2植株高度对其滞纳颗粒物的影响

叶片处于植物的不同高度、叶片的倾斜角会影响植物的颗粒物滞纳效应。高金晖等[11]对同株植物叶片不同高度滞纳颗粒物量的比较发现,处于低位的植物叶片其颗粒物滞纳量明显高于处于高、中位的植物叶片。Franke等[12]对城市街道草本植物颗粒物滞纳作用进行研究,发现草本的高度对颗粒物数量有显著影响,高于采样高度中值的样本的颗粒物数量高于低于中值高度的样本。Beckett等[13]研究表明,各种植物由于叶表面特性、树冠结构、枝叶密度和叶面倾角不同,对大气颗粒物的滞留能力存在很大差异。

4.3植物株型结构对颗粒物滞纳量的影响

植物株型结构的不同会导致植物滞纳颗粒物能力存在差异。树冠茂密,枝叶适度紧密且叶量大的树种,其植株滞纳颗粒物能力一般大于叶量较小的植物,这种通过叶量积累实现的整体滞纳颗粒物效应,甚至可以使一些叶片滞纳颗粒物能力微弱的树种借助充足的叶量表现出较强的植株滞纳颗粒物能力[14]。

4.4叶绿素含量对滞纳颗粒物能力的影响

叶绿素是光合作用中重要的光能吸收色素,其含量直接影响着植物的生长发育。黄宇轩[15]研究南方21种绿色植物叶绿素含量与滞纳颗粒物能力关系发现,叶绿素含量高的植物其滞纳颗粒物能力相应较强。

5结语

在生态园林城市建设过程中,园林植物作为其主体占据着无可替代的作用。而植物滞纳颗粒物的功能仅是其中一个方面。植物滞纳空气颗粒物可有效改善空气质量,提升人居生态环境。

然而,目前对于植物滞纳颗粒物的研究多集中于植物个体或群落,但是,城市总体颗粒物滞纳效果与其植物系统有关,因此,我们必须结合植物特性、PM2.5等颗粒物特性、气象等因素,建立系统的城市园林植物颗粒物滞纳能力评价模型,构建城市园林植物滞纳颗粒物体系,有效发挥植物滞纳颗粒物效应,真正改善城市生态环境。

参考文献：

[1] Sharma S C,Roy R K.Green belt～an effective means of mitigating industrial pollution[J].Indian Journal of Environmental Protection,1997(17):724～727.

[2] 刘璐,管东生,陈永勤.广州市常见行道树种叶片表面形态与滞尘能力[J].生态学报,2013,33(8):2604～2614.

[3] Freer-Smith P H,Holloway S,Goodman A.The uptake of particulates by an urban woodland:site description and particulate composition[J].Environmental Pollution,1997,95(1):27～35.

[4] 房瑶瑶,王兵,牛香.叶片表面粗糙度对颗粒物滞纳能力及洗脱特征的影响[J].水土保持学报,2015,29(4):110～115.

[5] 李寒娥,王志云,谭家得,等.佛山市主要城市园林植物滞尘效益分析[J].生态科学,2007,25(5):395～399.

[6] 刘学全,唐万鹏,周志翔,等.宜昌市城区不同绿地类型环境效应[J].东北林业大学学报,2004,32(5):53～54,83.

[7] Baker WL.A review of models of landscape change[J].Landscape Ecology,1989(2):111～133.

[8] 吕东蓬.三种垂直绿化植物滞尘效应与其对光合作用影响的研究[D].南京:南京林业大学,2011.

[9] Rentao L,Runcheng B,Halin Z.Dust removal property of major afforested plants in and around an urban area,North China[J].生态环境,2008,17(5):1879～1886.

[10] 杨周敏.西安市区不同绿化植物的滞尘效应季节变化研究[J].水土保持研究,2015(4):033.

[11] 高金晖,王冬梅,赵亮,等.植物叶片滞尘规律研究——以北京市为例[J].北京林业大学学报,2007,29(2):94～99.

[12] Frauke Weber,Ingo Kowarik,Ina Säumel.Herbaceous plant as filters:Immobilization of particulates along urban street corridors[J].Environment Pullution.2014(186):234～240.

[13] Beckett K P,Freer-Smith P,Taylor G.The capture of particulate pollution by trees at five contrasting urban sites[J].Arboric J,2000(24):209～230.

[14] Shu-Xin FAN,Hai YAN,Shi-Ming-Yue QI,et al.北京市 26 种落叶阔叶绿化树种的滞尘能力[J].植物生态学报,2015(7).

[15] 黄宇轩.南方地区21种绿色植物叶绿素含量与滞尘能力关系试验研究[J].湖南交通科技,2015(1):49.

中图分类号：TU986

文献标识码：A

文章编号：1674-9944(2016)03-0085-02

通讯作者：蔡飞(1987—),男,湖北咸宁人,硕士,主要从事生态修复技术研究工作。

作者简介：王婉清(1990—)，女，山西太原人,主要从事生态修复技术研究工作。

收稿日期：2016-01-11