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城市园林植物滞尘效应研究进展

作者: 吴昊,李婷 时间:2017-12-19 阅读次数:782

近年来,越来越多的城市环境污染问题涌现,工业生产带来的污染及人为活动,使空气污染加剧,粉尘、烟雾、有害气体增多。在目前,完全依赖污染源治理解决环境问题尚不能实现,借助自然界的清除机制已成为缓解城市大气污染压力的有效途径[1]。园林植物是改善环境的主体,不仅在改善空气质量、阻滞粉尘、维护生态平衡等方面起着主导和不可替代的作用,而且具有很高的美学和观赏价值。

早在20世纪30年代,人们就发现树木存在一定的滞尘作用。而对于植物滞尘的系统研究,国外始于20世纪80年代,国内始于20世纪90年代。学者通过大量的研究证实了树木滞尘的有效性[2],并且发现不同植物种类之间、不同环境条件下滞尘效果存在显著差异。园林植物的枝、叶、树干等器官均具有阻滞灰尘的能力,由于叶片的总体表面积最大,故对园林植物滞尘能力的研究主要集中在叶片滞尘能力的研究上。目前,国内外主要以植物单位叶面积滞尘量为基础,对植物滞尘效应进行多方面的深入研究。研究方法主要是对一定时间内植物叶片单位面积滞尘量进行测定,即采用差重法测出叶片总滞尘量,后测定叶片总叶面积,总滞尘量与总叶面积之比即为单位叶面积滞尘量。

一/滞尘成分

空气悬浮颗粒物,通常称粉尘,指一定时间内悬浮在空气中的固体微粒。根据其体积大小可分为降尘和飘尘两类,粒径大于10μm的固体颗粒污染物称为降尘,它们可以在重力作用下很快沉降下来,落在地面;飘尘粒径在10μm以下,重量轻,可以长时间在空中飘浮,对人体健康有显著影响。Wanglei[3]等研究表明叶片滞留的颗粒物中,PM10占98.4%,PM2.5占64.2%,其中Ca、Al、Fe、Mg、K、Na、S7种元素占测定元素总质量的97%以上。部分颗粒物本身为有毒物质,有些可作为其他有毒物质的载体[4]。

二/滞尘机理

不同植物的生物学特性不同,造成其叶片表面结构也有很大差异,其滞尘方式亦有所不同。概括起来,植物滞尘的方式有停着、附着和粘着3种。

2.1停着

叶片光滑的植物其吸尘方式多为停着。通过植物枝叶对气流的阻挡降低风速,从而使空气中的颗粒污染物下沉落到叶片表面。这种方式滞留的颗粒污染物不稳定,在风速增大及其他外力作用下易再次返回空气中[5],但降雨可将其迅速淋洗到地面,为再次有效滞尘提供了条件。

2.2 附着

叶面粗糙、有绒毛的植物,其吸尘方式多为附着。通过植物叶片粗糙表皮与角质层特征截取和固定空气颗粒污染物。附着方式滞尘的效果比较稳定,不易被风刮起,并且叶片湿度越大吸附灰尘的能力就越强[2]。

2.3 粘附

植物的叶或枝干分泌树脂、粘液等,其吸尘方式为粘附。粘附是靠植物叶表面特殊的分泌物来粘附空气粉尘的方式。一般认为,粘附滞尘的效果最为稳定,即使降雨或一般冲洗也不能完全去除叶片滞尘颗粒物[1]。

三/滞尘能力

    无论是乔木、灌木或草本的植物个体,还是不同的植物群落类型,其滞尘能力有较大差异,这也是目前国内外关于植物滞尘研究的重点。

3.1不同植物种类

不同植物种类的滞尘量差异非常显著。张新献等[6]在北京城市居住区绿地的滞尘效益研究中发现,丁香的滞尘能力(5.757g/m2)是紫叶小檗(0.938g/m2)6倍多;落叶乔木毛白杨(3.822g/m2)为垂柳(1.048g/m2)的3倍多。胡舒对徐州市主要落叶绿化树种的滞尘能力做了研究,结果表明,在所调查的绿化树种中,滞尘能力最强的树种与最弱的树种间相差达2-4倍以上[7]。

江胜利[8]的研究结果显示,不同类型绿化植物滞尘能力的顺序为灌木>草本>乔木,其平均单位叶面积滞尘量依次为,1.5099g/m2,0.5337g/m2 ,0.4289g/m2,王慧在实验中得出灌木的单位面积滞尘量最大,其次为阔叶乔木、草本植物的结论[9],与史晓丽[10],杨瑞卿[11]的研究结果相似。而康博文[12]等人对陕西常见园林树木进行滞尘量研究,结果显示乔木滞尘能力一般强于灌木,落叶乔木滞尘能力强于针叶树。在乔木、灌木、草本等植物滞尘能力的比较研究中,目前还没有得出统一的定论,但总体上认为乔木发挥的滞尘效应最大[13],因为灌木滞留的尘埃有相当一部分是上层乔木截获之后掉落下来的,乔木叶片主要滞留的尘埃为飘尘,而灌木则以滞留降尘为主,并且乔木的绿量也是最高的。

3.2不同植物群落

植物群落是构成城市绿地的基本单位,是生态功能的基础。从目前的研究成果来看,普遍认为复层结构的乔灌草型群落模式滞尘能力最强,应是城市滞尘绿地的首选植物群落配置模式。张新献[6]等针对3种不同结构绿地的滞尘效益做了研究比较,结果表明,乔灌草型滞尘率最高,灌草型次之,草坪较差。周志翔等[14]在武钢厂区绿地景观类型空间结构及滞尘效应研究表明,多行复层绿带的滞尘效果最好,其次为防护林地、专类园和观赏草坪。刘学全[15]等在宜昌市城区的研究也表明,具有乔灌草立体结构的绿地类型滞尘效果最佳,而结构单一、立体绿量较少的草坪类型滞尘率较低,同时,群落结构中的树种组成是群落滞尘效益大小的关键,选择滞尘能力强的优势种是提高群落滞尘效益的基础。

四/影响滞尘的因素

园林植物滞尘能力大小存在差异的主要原因包括:植物自身的特性、植株密度、时间季节以及空间位置等众多因素。

4.1叶表面差异

李寒娥[16]等测定了佛山市15种主要园林植物滞尘量,认为不同植物滞尘能力的差异与叶片表面的皱纹、粗糙、绒毛、油脂等及其湿润性有密切关系。余曼和汪正祥[17]等利用扫描电镜观察叶表面结构发现:叶表具毛被、褶皱、较深的不规则网格等特征的树种滞尘能力较高,叶表平滑或叶表网格结构规则且较浅时滞尘能力较低。李海梅,刘霞[18]的研究指出,叶表面形态特征不同直接影响了园林植物的滞尘能力,叶表面具有密集沟状组织或密集纤毛的树种滞尘能力较强,其微形态结构越密集、深浅差别越大,越有利于滞留大气颗粒物,叶表面平滑的树种滞尘能力较弱。

4.2植株高度、密度、叶片倾角

植物高度、树冠大小、结构、枝叶密度和叶面倾角的差异能够影响植物对大气颗粒物的滞留能力。高金晖、王冬梅[19]对同株植物叶片不同高度滞尘量的比较发现,低位的滞尘量明显高于高、中位,这是由于车辆行人繁多,造成路面较大程度的二次扬尘。俞学如[20]对南京市道路常用绿化树种叶片的滞尘能力进行了研究,指出植物低矮处滞尘量最大,高度到3-5m时滞尘量显著下降,再往高处虽有所减少,但差距不明显,通过对法国冬青4个叶片着生角度的研究发现,60℃到90℃最大,30℃到60℃范围内的滞尘量最小。高君亮和张景波[21]的研究表明,洋白蜡小枝开张度大,树冠大,因此其滞尘量最大,国槐与香花槐叶面平滑,比较柔软,但是枝冠层结构紧密且枝条与羽状复叶比较密集,也能滞留一定量的粉尘,树冠较大枝叶茂密的植株总体上比树冠较小的植株滞尘能力高。 

4.3外部环境

环境条件对园林植物滞尘能力影响显著。刘霞等[22]的研究表明,环境中粉尘含量的多少在一定程度上影响着植物叶片滞尘量的大小,在植物叶片滞尘能力达到极限之前,叶片的滞尘量随着环境中粉尘含量的增多而增大,也具有一定的线性回归关系;环境中粉尘污染程度、尘源距离对植物的滞尘效应影响很大,史晓丽[23]也得出了相似的结论。高金晖等[24]将北京林业大学内部作为封闭式环境,林业大学外部附近道路作为开敞式环境,对植物滞尘进行对比研究,结果表明,同种类植物在封闭式环境条件下叶片滞尘量明显低于开敞式环境条件下的滞尘量。程政红等[25]的研究显示,同种树木均以重度污染区的滞尘量最大,轻度污染区的滞尘量最小,植物叶面滞尘量随着污染源距离的增加呈递减趋势。苟亚清等[26]的研究还证实了行道树正对车道方向叶片的滞尘量明显高于背对车道方向的叶片。

4.4时间、季节差异

植物滞尘是一个复杂的动态过程,园林植物对粉尘的滞留受到时间季节的影响[27]。一般认为大于15mm的雨量就可以冲掉植物叶片的降尘,叶片重新获得滞尘能力[10]。园林植物的滞尘量不是随着时间的积累而线性增加,而是增幅减小,滞尘达到饱和,滞尘量便不再增加或增加幅度较小,直到下次大雨过后植物叶片再重新滞尘。一天中植物滞尘量会发生变化。不同季节植物滞尘量也存在一定的变化规律。李玉琛的研究表明,植物滞尘量冬季和秋季相对较高,春季和夏季相对较低[28];江胜利[8]在研究季节与植物滞尘的关系后,经比较得出香樟四季的滞尘量顺序为:冬>秋>夏>春。由此可见,大部分植物的滞尘量季节动态规律是秋冬季较高,夏季较低,这与大气污染的季节动态存在明显的相关性。植物秋冬季节滞尘量的增加并不意味着植物秋冬滞尘能力的增强。一般来说夏季植物的滞尘能力是最强的[29]。

五/研究展望

目前城市园林植物个体和群落滞尘效益、滞尘规律及滞尘影响因素等方面的研究已经取得很大进展,但在以下几个方面还需要加强与完善:

统一研究方法。目前国内对植物的滞尘量进行测定方法有很多。但在所引证的文献中滞尘量测定采集时间、洗脱方式以及叶面积测定等方面很少完全一致,实验的可比性值得商榷。因此应尽快形成统一的植物滞量的测定方法。

加强植物耐尘、抗尘能力研究。目前的研究主要集中在滞尘能力方面,而对植物耐尘抗尘能力的研究有所忽略。植物耐尘抗尘是植物滞尘的必要前提,研究植物对不同尘源、不同浓度微粒的耐尘抗尘能力,更有利于园林植物的选择与配置应用。

制定数据库。我国幅员辽阔,不同地区气象因素、环境条件差异很大,这就造成了不同地区的滞尘研究结果差异较大。因此需要通过长期监测来研究城市大气颗粒物迁移动态和植物滞尘机理,为研究城市大气污染机制及治理措施提供数据支撑和理论依据。

综合研究园林植物生态效应。目前研究者对植物生态效应方面的研究方向大多比较单一,在以后的研究中,建议将植物的固碳释氧、降温增湿等生态功能与植物滞尘相结合,使得植物滞尘的研究与生态城市的建设相融合。

总之,在植物滞尘效应方面开展更加系统全面的研究对改善城市大气环境具有重要意义;同时,在城市绿地规划建设中,为树种的选择和植物优化配置提供依据,有利于城市生态环境进一步改善。

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