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Relationships between leaf surface characteristics and dust-capturing capability of urban greening plant species.

城市绿化植物叶片表面特征对滞尘能力的影响


以西安市21种常见绿化植物为对象,采用人工降尘方法测定植物叶片的最大滞尘量,研究植物叶片表面绒毛、润湿性、表面自由能及其分量对滞尘能力的影响.结果表明: 21种供试植物叶片的最大滞尘量在0.8~38.6 g·m-2,不同树种最大滞尘量差异显著,物种间相差40倍以上.叶片表面绒毛数量及其形态、分布特征对滞尘能力具有重要影响,可能与绒毛和颗粒物间的作用方式有关.除叶片表面着生绒毛的悬铃木、国槐、榆叶梅和毛梾4个物种外,其他植物叶片接触角与最大滞尘量均呈显著负相关.接触角较小、易润湿的植物叶片最大滞尘量在2.0~8.0 g·m-2,而接触角较大的银杏、三叶草、紫叶小檗和鸡爪槭的最大滞尘量均<2.0 g·m-2.叶片表面自由能主要表现分子间色散力的作用,而极性分量对表面自由能的贡献低于20%,可能与叶片表面含有的非极性或弱极性物质有关.最大滞尘量与叶片表面自由能及其色散分量呈显著正相关,而与极性分量的相关关系不显著.

Taking 21 representative urban greening species in Xi’an as test objects, their leaf dust-capturing capability was determined by artificial dust-deposition method, and the relationships between the dust-capturing capability and leaf surface features, e.g., trichomes, wettability, surface free energy and its polar and dispersive components on dust-capturing capability were studied. For the tested 21 species, their maximum leaf dustcapturing capability was 0.8-38.6 g·m-2, and there was a significant difference among them, with the greatest variation up to forty times. The amount, distribution, and morphology of trichomes had great influence on the leaf dust-capturing capability, possibly due to the different action patterns between trichomes and particulate matters. There was a significant negative relationship between leaf contact angle and maximum leaf dust-capturing capability (r=-0.523), except for four species whose leaf surface has trichomes. For wettable leaves, their maximum dust-capturing capacity ranged from 2.0 to 8.0 g·m-2, but for nonwettable leaves, their maximum dust-capturing capacity was below 2.0 g·m-2. The leaf surface free energy was mainly manifested in the action of dispersive component, while the contribution of polar free energy was lower than 20%, which could be related to the existence of non-polar or weakly polar substances on leaf surface. The leaf surface free energy and its dispersive component had a significant positive correlation (r=0.500, 0.572) with the maximum leaf dust-capturing capability, but the positive correlation between polar free energy and maximum dust-capturing capability was not significant (r=0.244).


全 文 :城市绿化植物叶片表面特征对滞尘能力的影响*
王会霞1 摇 石摇 辉1,2**摇 李秧秧2,3
( 1 西安建筑科技大学环境与市政工程学院, 西安 710055; 2 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室, 陕西杨凌
712100; 3 西北农林科技大学水土保持研究所, 陕西杨凌 712100)
摘摇 要摇 以西安市 21 种常见绿化植物为对象,采用人工降尘方法测定植物叶片的最大滞尘
量,研究植物叶片表面绒毛、润湿性、表面自由能及其分量对滞尘能力的影响. 结果表明: 21
种供试植物叶片的最大滞尘量在 0郾 8 ~ 38郾 6 g·m-2,不同树种最大滞尘量差异显著,物种间
相差 40 倍以上.叶片表面绒毛数量及其形态、分布特征对滞尘能力具有重要影响,可能与绒
毛和颗粒物间的作用方式有关.除叶片表面着生绒毛的悬铃木、国槐、榆叶梅和毛梾 4 个物种
外,其他植物叶片接触角与最大滞尘量均呈显著负相关.接触角较小、易润湿的植物叶片最大
滞尘量在 2郾 0 ~ 8郾 0 g·m-2,而接触角较大的银杏、三叶草、紫叶小檗和鸡爪槭的最大滞尘量
均<2郾 0 g·m-2 .叶片表面自由能主要表现分子间色散力的作用,而极性分量对表面自由能的
贡献低于 20% ,可能与叶片表面含有的非极性或弱极性物质有关.最大滞尘量与叶片表面自
由能及其色散分量呈显著正相关,而与极性分量的相关关系不显著.
关键词摇 植物叶片摇 最大滞尘量摇 接触角摇 表面自由能
文章编号摇 1001-9332(2010)12-3077-06摇 中图分类号摇 X171摇 文献标识码摇 A
Relationships between leaf surface characteristics and dust鄄capturing capability of urban
greening plant species. WANG Hui鄄xia1, SHI Hui1,2, LI Yang鄄yang2,3 ( 1School of Environmental
and Municipal Engineering, Xi爷an University of Architecture and Technology, Xi爷an 710055, Chi鄄
na; 2State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau, Yangling
712100, Shaanxi, China; 3 Institute of Soil and Water Conservation, Northwest A & F University,
Yangling 712100, Shaanxi, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2010,21(12): 3077-3082.
Abstract: Taking 21 representative urban greening species in Xi爷an as test objects, their leaf dust鄄
capturing capability was determined by artificial dust鄄deposition method, and the relationships be鄄
tween the dust鄄capturing capability and leaf surface features, e. g. , trichomes, wettability, surface
free energy and its polar and dispersive components on dust鄄capturing capability were studied. For
the tested 21 species, their maximum leaf dust鄄capturing capability was 0郾 8 -38郾 6 g·m-2, and
there was a significant difference among them, with the greatest variation up to forty times. The
amount, distribution, and morphology of trichomes had great influence on the leaf dust鄄capturing
capability, possibly due to the different action patterns between trichomes and particulate matters.
There was a significant negative relationship between leaf contact angle and maximum leaf dust鄄cap鄄
turing capability ( r= -0郾 523), except for four species whose leaf surface has trichomes. For wetta鄄
ble leaves, their maximum dust鄄capturing capacity ranged from 2郾 0 to 8郾 0 g·m-2, but for nonwet鄄
table leaves, their maximum dust鄄capturing capacity was below 2郾 0 g·m-2 . The leaf surface free
energy was mainly manifested in the action of dispersive component, while the contribution of polar
free energy was lower than 20% , which could be related to the existence of non鄄polar or weakly po鄄
lar substances on leaf surface. The leaf surface free energy and its dispersive component had a sig鄄
nificant positive correlation ( r = 0郾 500, 0郾 572) with the maximum leaf dust鄄capturing capability,
but the positive correlation between polar free energy and maximum dust鄄capturing capability was
not significant ( r=0郾 244).
Key words: plant leaf; maximum dust鄄capturing capability; contact angle; surface free energy.
*国家林业局林业公益性行业科研专项 (200904056)和黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室项目 (10501鄄218)资助.
**通讯作者. E鄄mail: shihui06@ 126. com
2010鄄05鄄20 收稿,2010鄄09鄄20 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 12 月摇 第 21 卷摇 第 12 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Dec. 2010,21(12): 3077-3082
摇 摇 随着工业化和城市化的迅猛发展,颗粒物污染
已成为严重的城市环境问题之一. 植物叶片可以截
取和固定大气颗粒污染物而成为消减城市大气污染
的重要过滤体[1-2] .不同植物的滞尘能力[3]、滞尘累
积量[4]和作用机理[5]存在较大差异. 因此,在城市
环境日益恶化情况下,研究绿化植物的滞尘机理,选
择和优化城市绿化植物的种类,对降低城市大气颗
粒污染物和提高空气质量具有重要的意义.
柴一新等[4]研究发现,叶片的粗糙程度以及附
着绒毛的形状和数量影响叶片的滞尘能力,叶片滞
尘是通过滞留或停着、附着以及黏附 3 种方式同时
进行.陈炜等[6]从叶片表面细胞和气孔的排列方
式、叶片表面突起以及叶断面形状 3 个方面揭示了
沙地云杉(Picea mongolica)、沙松冷杉(Abies holo鄄
phylla)、红皮云杉 (Picea koraiensis)、东北红豆杉
(Taxus cuspidata)、油松(Pinus tabulaeformis)、华山
松(Pinus armandii)和白皮松(Pinus bungeana)7 种
针叶树滞尘能力的差异. Neinhuis和 Barthlott[7]从叶
片润湿性的角度研究了 3 种植物整个生长季滞尘能
力的变化,发现易润湿的山毛榉(Fagus sylvatica)叶
片在整个生长期均具有较强的滞尘能力;随着生长
期的延长,橡树(Quercus robur)叶片润湿性增强,滞
尘能力也随之增强;银杏(Ginkgo biloba)由于特殊
的表面结构和疏水的蜡质不易润湿,具有“自清洁冶
的特性.同一植物在不同的采样地点、采样时间和采
样植株部位,叶面颗粒物附着密度会存在差异.王蕾
等[8]、陈自新等[9]和张新献等[10]对白蜡(Fraxinus
chinensis)、紫丁香(Syringa oblata)和毛白杨(Popu鄄
lus tomentosa)的测定结果说明,仅仅从叶片的粗糙
程度、绒毛性状、表皮细胞和气孔的排列方式以及润
湿性等方面来理解叶片的滞尘机理是不够的,可能
还受其他因素的影响.
固体表面自由能及其极性和色散分量是固体表
面最基本的热力学性质之一,诸多表面现象以及与
表面性质有关的吸附性、润湿性、各向异性和粘结性
等效应均与之密切相关[11] . 因此,叶片表面自由能
可能也是影响叶片滞尘能力的一个重要参数. Shen
等[12]采用毛细管上升法研究了柿子叶片的表面自
由能,但目前尚未见有关植物叶片的表面能量特征
对叶片吸附滞留大气颗粒污染物影响方面的研究报
道.为此,本研究采用人工降尘方法测定了西安市常
见的 21 种绿化植物叶片的最大滞尘量,以及叶面与
液态水、二碘甲烷的接触角,依据 Young 方程和 Ow鄄
ens鄄Wendt鄄Kaelble法计算了叶片的表面自由能及其
极性和色散分量,初步探讨了叶片的表面特征如绒
毛、润湿性、表面自由能及其极性和色散分量对绿化
植物叶片滞尘能力的影响,希望从叶片润湿性和表
面能量特征的角度理解植物叶片的滞尘机理,旨在
为城市绿化植物的选择提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
西安市位于 33毅39忆—34毅45忆 N,107毅40忆—109毅
49忆 E,属暖温带半湿润大陆性季风气候区,年积温
4300 益,年均温 13郾 6 益,年温差 26 益,年均降水量
583郾 7 mm,年均蒸发量 1170 mm. 春季温暖少雨,
5—10 月降水占全年降水的 80%左右,冬季寒冷干
燥.绿化植物主要有国槐(Sophora japonica)、悬铃木
(Platanus acerifolia)、银杏、小叶女贞 ( Ligustrum
quihoui)、女贞 ( Ligustrum lucidum)、栾树 (Koelreu鄄
teria paniculata)、紫荆 (Cercis chinensis)和鸡爪槭
(Acer palmatum)等.
1郾 2摇 供试植物选择及样品采集
根据西安市的地理气候特点,对西安城市绿化
植物种类和生长情况进行全面调查,选择最为常见
的 21 种植物,其中落叶乔木 10 种: 樱花(Prunus
serrulata)、桃树(Prunus persica)、国槐、紫荆、加杨
(Populus canadensis)、悬铃木、银杏、栾树、毛梾
(Swida walteri)和鸡爪槭;常绿乔木 1 种,为女贞;落
叶灌木 5 种: 榆叶梅(Prunus triloba)、月季 (Rosa
chinensis)、丁香(Syringa oblata)、小叶女贞、紫叶小
檗(Berberis thunbergii);常绿灌木 3 种: 大叶黄杨
(Euonymus japonicus)、小叶黄杨(Buxus sinica)、海
桐(Pittosporum tobira); 落叶藤本 1 种,为爬山虎
(Parthenocissus tricuspidata); 常绿草本 1 种,为三叶
草(Trifolium repens).供试植物均来自西安建筑科技
大学校园.于 2009 年 4 月下旬选择成熟、健康的叶
片,根据叶片大小采集 60 ~ 120 片不等.乔木和落叶
灌木采样高度约 2 m,常绿灌木和攀援植物采样高
度约 1 m和 1郾 5 m. 用修枝剪剪下枝条插入装满水
的烧杯中,带回实验室,用于测定叶片表面与蒸馏水
和二碘甲烷的接触角和最大滞尘量.
1郾 3摇 研究方法
1郾 3郾 1 接触角测定摇 在室温条件下,用静滴接触角 /
界面张力测量仪( JC2000C1,上海中晨科技发展有
限公司)分别在 15 片叶片上测定叶片正面与蒸馏
水和二碘甲烷的接触角.已有研究表明,液滴体积在
1 ~ 10 滋l时接触角不受液滴体积的影响[13] .根据水
8703 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
和二碘甲烷的表面张力特性,在本研究中液滴体积
分别采用 6 滋l 和 3 滋l. 同一叶片沿中脉分开,分别
用作叶片正面与蒸馏水、二碘甲烷接触角的测定.选
取叶片较平坦的表面并尽量避开叶脉,制成约 1 cm
伊1 cm的样本,铺平后用双面胶粘于玻璃板上后置
于静滴接触角 /界面张力测量仪的载物台上,调节毛
细管出水 (二碘甲烷),在叶面上形成约 6 滋l (3
滋l) 大小的液滴,利用 CCD成像后采用量角法测定
接触角大小.
1郾 3郾 2 最大滞尘量的测定摇 用小毛刷收集路面尘作
为人工尘源,并用激光粒度分析测定仪 ( LS230 /
SVM+,美国贝克曼库尔特)测定其粒径分布(图 1).
参考黄慧娟[14]的方法进行人工降尘.将带叶片的枝
条置于烧杯中,人工尘源距测试枝叶 10 cm,直至尘
土自叶片滑落为止,然后小心剪下叶片测定滞尘量.
根据叶片面积大小选择试验叶片数量,叶片较大的
选择 8 ~ 10 片,较小的选择 20 ~ 30 片,每个物种各
设 3 个重复.
滞尘量的测定参考柴一新等[4]的方法. 将滞尘
后的叶片放入盛有蒸馏水的烧杯中浸泡 2 h 以上,
用小毛刷清洗叶片上的附着物,然后用镊子将叶片
小心夹出.浸洗液用已烘干称量(M0)的滤纸过滤,
将滤纸于 60 益下烘干 24 h,再以 0郾 0001 g 分析天
平称量(M1),2 次质量之差(M1 -M0)即为叶片上所
附着的降尘颗粒物的质量.夹出的叶片晾干后,置于
扫描仪(HP Scanjet G2410,日本)中扫描,然后用
Image J (National Institutes of Health,USA) 图像分
析软件计算叶面积(S),(M1 -M0) / S 即为单位叶面
积的滞尘量.
1郾 4摇 表面自由能及其分量的测试原理
Young[15]建立了理想状态下纯净液体在一个光
滑、均一的固体表面形成接触角的理论:在其饱和
图 1摇 灰尘的粒径分布
Fig. 1摇 Particle size distribution curve of road dust.
蒸汽(g)中,一滴液体( l)滴在理想固体( s)表面上
平衡时,液滴呈球冠状,在液体所接触的固体与气相
的分界点处做液滴表面的切线,此切线在液体一方
与固体表面的夹角称为接触角(兹),如图 2 所示.
根据图 2 所示的三相体系,以此推导出平衡状
态时接触角与三个相界面表面自由能的定量关系,
即 Young方程:
酌sg =酌sl+酌lgcos兹 (1)
式中: 酌lg、酌sg、酌sl分别为与液体饱和蒸汽呈平衡时
的液体表面自由能、固体表面自由能及固液间的界
面自由能.
Fowkes[16]将表面自由能分为极性分量(酌p)和
色散分量(酌d)两部分,即
酌=酌d+酌p (2)
认为固 /液界面上只有色散力起作用:
酌sl = 酌l + 酌s - 2 酌s d酌l d (3)
结合式(1)和(3),得:
酌l(1+cos兹)= 2 酌s d酌l d (4)
由于只考虑了色散作用,其应用受到很大限制,
Owens等[17]拓展了式(3),认为 酌sl可以表示为色散
分量与极性分量几何均值的函数:
酌sl =酌l+酌s-2 酌s d酌l d -2 酌s p酌l p (5)
式中: 酌s d 和 酌l d 分别为固体和液体表面自由能的色
散分量; 酌s p 和 酌l p 分别为固体和液体表面自由能的
极性分量.将式(1)和(5)合并可得:
酌l(1+cos兹)= 2( 酌l p酌s p + 酌l d酌s d ) (6)
因此,如果已知两种探测液(酌l、酌l d、酌l p 已知)
在固体表面所形成的接触角,即可根据式(6)计算
得到固体表面自由能的色散分量(酌s d) 和极性分量
(酌s p),进而求出固体的表面自由能: 酌s = 酌s d +酌s p .
用此种方法计算固体表面能要求探测液一种为强极
性另一种为非极性. 如两个探测液均是可形成氢键
的液体(如蒸馏水和甘油) ,则测出的酌s p值偏高而
图 2摇 接触角示意图
Fig. 2摇 Sketch of contact angle.
970312 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 王会霞等: 城市绿化植物叶片表面特征对滞尘能力的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 1摇 探测液的表面自由能及其极性和色散分量
Tab. 1 摇 Surface free energy and its components of probe
liquids
探测液
Probe liquid
表面自由能 酌l
(mJ·m-2)
极性分量 酌l p
(mJ·m-2)
色散分量 酌l d
(mJ·m-2)
蒸馏水
Distilled water
72郾 8 51郾 0 21郾 8
二碘甲烷
Diiodmethan
50郾 8 2郾 3 48郾 5
酌s d 和 酌s 值偏低.根据此原则,本研究中选择非极性
的二碘甲烷(分析纯,北京化学试剂厂)和强极性的
蒸馏水作为探测液,探测液的表面自由能(酌l)、极性
分量(酌l p)和色散分量(酌l d)值见表 1.
1郾 5摇 数据处理
采用 SPSS 11郾 5(SPSS,Software Co. ,USA)软件
进行数据分析,用单因素方差分析 ( one鄄way ANO鄄
VA)物种之间最大滞尘量的差异,若有显著差异,则
用最小显著差异法(LSD)进行多重比较. 两变量之
间的相关性采用 Pearson检验.差异显著性水平设定
为 0郾 05.采用 Microsoft Excel 2003 软件进行绘图.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 植物叶片的滞尘能力
研究表明,21 种供试物种间最大滞尘量有显著
差异,在 0郾 8 ~ 38郾 6 g·m-2(图 3,P<0郾 001).其中悬
铃木滞尘能力最强,为 38郾 6 g·m-2,国槐其次,为
27郾 2 g·m-2,榆叶梅居三,为 11郾 5 g·m-2 . 最大滞
尘量在 2郾 0 g·m-2以下的物种有银杏、三叶草、紫叶
小檗和鸡爪槭,分别为 1郾 1、0郾 8、1郾 9 和 1郾 8 g·m-2 .
最大滞尘量在 2郾 0 ~ 8郾 0 g·m-2之间的物种有女贞、
小叶女贞、小叶黄杨、大叶黄杨、丁香和紫荆等 14
种.
2郾 2摇 植物叶片表面的润湿性
图 3 给出了 21 种植物叶片正面接触角大小结
果.单因素方差分析表明,物种间接触角大小在 40毅
~140毅,平均为 94郾 6毅,具有显著差异(P<0郾 001).在
所测的 21 种植物中,接触角>90毅的物种有三叶草、
国槐、紫叶小檗、海桐、鸡爪槭、栾树、悬铃木、紫荆、
丁香、爬山虎和月季 12 种,占测定总数的 57郾 1% ;
<90毅的有樱花、女贞、小叶女贞、榆叶梅、桃树、毛
梾、大叶黄杨、小叶黄杨和加杨 9 种,占测定总数的
42郾 9% .
2郾 3摇 植物叶片的表面自由能及其分量
由图 4 可以看出,21 种植物叶片表面自由能在
7郾 8 ~ 55郾 3 mJ·m-2,均为低表面能固体表面. 色散
分量和极性分量的变化范围分别为: 7郾 7 ~ 28郾 9 mJ
·m-2和 0郾 1 ~ 35郾 8 mJ·m-2 .樱花、大叶黄杨、加杨、
女贞、毛梾和桃树叶片表面的极性分量占表面自由
能的 20%以上,其他物种的极性分量均在 20%以
下.其中悬铃木、国槐、三叶草、栾树、爬山虎、鸡爪槭
等 12 个物种的色散分量占到了 90%以上,而极性
分量在 10%以下.
2郾 4摇 最大滞尘量与润湿性、表面自由能及其极性和
色散分量的关系
由于叶片表面着生的细密绒毛对叶片滞尘量影
响很大,为说明叶片润湿性、表面自由能及其极性和
色散分量与最大滞尘量之间的关系,选取悬铃木、国
图 3摇 供试植物叶片的最大滞尘量(玉)和叶正面接触角(域)
Fig. 3摇 Maximum dust鄄capturing capacity (玉) and leaf contact angle on adaxial surface (域) of the selected species (mean依SD).
A: 悬铃木 Platanus acerifolia; B: 国槐 Sophora japonica; C: 榆叶梅 Prunus triloba; D: 小叶黄杨 Buxus sinica; E: 小叶女贞 Ligustrum quihoui; F:
栾树 Koelreuteria paniculata; G:樱花 Prunus serrulata; H:爬山虎 Parthenocissus tricuspidata; I:女贞 Ligustrum lucidum; J:桃树 Prunus persica; K:
毛梾 Swida walteri; L:大叶黄杨 Euonymus japonicus; M:海桐 Pittosporum tobira; N:丁香 Syringa oblata; O:月季 Rosa chinensis; P:加杨 Populus
canadensis; Q:紫荆 Cercis chinensis; R:鸡爪槭 Acer palmatum; S:紫叶小檗 Berberis thunbergii; T:银杏 Ginkgo biloba; U:三叶草 Trifolium repens.
不同字母表示差异显著(P<0郾 05) Different letters indicated significant difference at 0郾 05 level.
0803 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
图 4摇 植物叶片最大滞尘量与表面自由能、色散分量、极性分量和叶接触角的关系
Fig. 4摇 Correlations between surface free energy, dispersive component, polar component, leaf contact angle and maximum dust鄄captu鄄
ring capability.
槐、榆叶梅和毛梾以外的物种进行分析. 结果表明,
表面自由能及其色散分量与最大滞尘量呈显著正相
关( r= 0郾 500,0郾 572),极性分量与最大滞尘量间关
系不显著( r = 0郾 244). 接触角与最大滞尘量呈显著
负相关( r= -0郾 523).
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 叶片表面绒毛对滞尘能力的影响
叶片表面绒毛的分布密度、形态、质地和类型都
直接影响着颗粒物在叶片表面的滞留能力. 叶片表
面着生细密绒毛,颗粒物与叶片表面接触并进入绒
毛之间,被绒毛卡住,难以脱落,从而有利于颗粒物
的滞留.而绒毛密度较小且呈较长的针状时,不利于
颗粒物的滞留. 李海梅等[5]研究发现,叶片表面密
集绒毛的悬铃木具有较强的滞尘能力.陈芳等[18]研
究也说明绒毛密度对颗粒物的滞留能力有较大影
响.柴一新等[4]认为,银中杨滞尘能力较榆叶梅强
是由于其叶片表面的绒毛比榆叶梅密几倍.同时,不
同的绒毛密度导致颗粒物在叶片表面的滞留方式不
同.
3郾 2摇 叶片表面润湿性对滞尘能力的影响
在 21 种植物中,除叶表面着生绒毛的国槐、悬
铃、榆叶梅和毛梾 4 个物种外,易润湿的植物叶片的
滞尘能力较强,不易润湿的叶片滞尘能力较小.叶片
接触角和滞尘量之间呈显著负相关. 叶片接触角较
大时,由于叶片表面表皮细胞突起、角质层折叠、蜡
质晶体的微观形态结构及疏水性质使得叶片与粉尘
等污染物的接触面积较小,导致颗粒物与叶片表面
的亲和力较小[19],滞留的粉尘易于在风、降水等的
作用下离开叶面.而对于接触角较小的润湿叶片,叶
片表面的微观结构凹凸不平[5]、具有沟状组织[5]、
脊状皱褶[4]等,使得粉尘等污染物与叶片表面的接
触面积较大,滞留的粉尘不易从叶面脱落,叶片滞留
颗粒物的能力相对较强.
3郾 3摇 叶片表面能量分布特征及对滞尘能力的影响
植物叶片表面自由能与其化学组成等有关.植
物叶片的化学组成主要是羟基脂肪酸、脂肪族化合
物、环状化合物等非极性或弱极性的物质[20] .因此,
叶片表面自由能主要表现为分子间色散力的作用,
而极性分量对表面自由能的贡献相对较小. Shen
等[12]研究表明,色散分量对柿子叶片表面自由能的
贡献达 83郾 8% ,与本文的研究结果一致. 当环境中
的粉尘等颗粒物运动到足够靠近叶片表面时,在色
散力的作用下,颗粒物被吸附在叶片表面.表面自由
能的色散分量越大,对固体颗粒物的吸附作用越强,
反之则越弱.因此植物叶片表面滞尘量与表面自由
能的色散分量呈正相关. 而极性分量对表面自由能
的贡献相对较小,可能导致其对叶片滞尘作用的贡
献相对较小.但是粉尘等颗粒物的组成非常复杂,当
极性官能团与叶片表面的-OH、-COOH、-CHO等极
性官能团[21]发生相互作用时,极性分量对叶片滞尘
能力的影响是不可忽视的.
180312 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 王会霞等: 城市绿化植物叶片表面特征对滞尘能力的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
绿化植物的滞尘能力及其滞尘机理是城市绿地
系统设计的依据.选择适宜本城市发展的、滞尘能力
强的植物,将乔、灌、草不同生活型的植物进行合理
搭配,提高叶面积绿量水平,既可增强生物多样性和
观赏性,也可以产生较好的环境效益.建议在西安市
栽植、引进滞尘能力强的树种,合理的结构设计形成
成片的绿地或森林,可以有效利用绿化植物的滞尘
减污效应,这将对减轻城市中大气颗粒物污染具有
重要的意义.
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作者简介摇 王会霞,女,1980 年生,博士研究生.主要从事环
境生态方面的研究. E鄄mail: dasenlin鄄80@ 163. com
责任编辑摇 李凤琴
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