全 文 ：书西北植物学报!
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!"#$(#"(#, 基金项目$国家林业局公益性行业科研专项"
!"#%"$%"#(") # 作者简介$谢滨泽"
#11"&
#!男!在读硕士研究生!主要从事环境生态方面的研究
2(34.5
$6.78.097"")* ! #,%+:;3 " 通信作者$石
!
辉!教授!主要从事环境生态方面的研究工作
2(34.5
$/<.<=.", ! #!,+:;3 北京常见阔叶绿化植物滞留$%
&(
能力与叶面微结构的关系
谢滨泽#!!王会霞!!杨
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佳#!!王彦辉!!石
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辉#"
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西安建筑科技大学 环境与市政工程学院!西安
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中国林业科学研究院 森林生态环境与保护研究所!北京
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#
摘
!
要$叶片是植物滞留大气颗粒物的主要载体!对城市环境质量的改善发挥着巨大作用该文用洗脱法测定了 北京市 !" 种常见阔叶绿化植物单位叶面积滞留总悬浮颗粒物" >?@ #及 @A !+) "颗粒直径 # !+) " 3 #的质量!并利用 扫描电子显微镜观察了叶表面的微结构!分析比较了 !" 种道路绿化植物叶片去除 >?@ 与 @A !+) 的能力!以探讨典 型植物叶表面微结构特征对大气颗粒物拦截效果的影响机理结果显示$"
#
#不同植物单位叶面积滞留
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和
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的量均存在显著差异!变化范围分别为
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#叶表面沟槽宽度的不同
可能是不同植物滞留
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和
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差异的主要原因!沟槽宽度过宽和过窄均不利于叶片捕集颗粒物!且颗粒物滞
留量随沟槽深度增加而增大"
%
#气孔密度较大的叶片表面颗粒物滞留量较大研究表明!灌木与藤本植物单位
叶面积对
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和
@A
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的平均滞留量均大于乔木&叶表面沟槽宽度为
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3
左右时对
@A
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滞留量较大&悬铃木
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!"#$#%&#()*+ , -"+# #(木槿" .+/+(& 0 *+#(& #和大叶黄杨" 1&2&+%+(# #单位叶面积滞留 >?@ 与 @A !+) 量与其他 供试植物相比均较大 关键词$植物叶片&
@A
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&滞留&粒径&叶面微结构
中图分类号$C1$$+! & C1$$+), 文献标志码$
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随着现代工业与经济水平迅速发展和资源与能
源的消耗量日益增大!大气污染已逐渐成为人类生
存与健康的重大威胁*#(!+城市空气中过量的总悬
浮颗粒物"
Q;Q45/=/
S
70R7R
S
4PQ.:57
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#会影响大
气能见度!其中的细颗粒物与区域灰霾以及光化学
烟雾现象有密切联系*%+
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中含有的直径
#
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"
3
的颗粒物"
@A
!+)
#对人体健康危害更大*$+!其组 分包含 VR ( @8 ( V= 等有毒有害重金属元素以及多环 芳烃和致病菌!可随呼吸进入肺泡导致肺部发炎并 可引发心脑血管疾病*)(+植物对拦截空气中的颗 粒物具有重要作用!王赞红等*1+发现大叶黄杨可滞 留空气中粒径$
#"
"
3
的颗粒物&
I;Y4Z
等*#"+研究
表明美国
#"
个城市绿化植物对
@A
!+)
的年去除量
最大可达
,"Q
以上因此!合理利用绿化植物的滞
尘作用!是治理空气颗粒物污染的重要措施之一
不同植物叶片的解剖结构反映了植物对环境的
适应*##(#!+!同时叶表面微形态的差异导致不同树种
的单叶滞尘量相差可达
!
#
%
倍*#%+植物的滞尘效
果差异与叶表面微结构特征有关!石辉等*#$+研究表 明叶表微结构分布密集程度和叶面高低起伏程度是 其主要影响因素&王会霞等*#)+研究表明叶表面着生 的绒毛利于颗粒物停留!叶面蜡质颗粒的疏水性使 植物滞尘能力减弱贾彦等*#,+研究发现颗粒物尺 寸大于叶面沟槽宽度时叶片滞尘效果会减弱但以 上研究多是针对 >?@ 的!有关 @A !+) 去除能力的研 究目前还较少 北京市是中国空气污染比较严重的城市之一! 近期频繁出现雾霾天气与 @A !+) ,爆表-现象!对人 民生活和各种生产造成了严重影响利用植被措施 控制颗粒物具有重要的潜在价值*#*+!北京市为了加 强雾霾治理!开展了大规模的,植树造林!驱逐雾霾! 打造绿色-活动为了给北京市绿化(植树造林提供 高效滞尘树种选择的科学依据!本试验对北京市常 见的 !" 种道路绿化植物叶片去除 >?@ 与 @A !+) 的 能力进行了研究比较!并探讨了典型植物叶表面微 结构特征对颗粒物拦截效果的影响机理 # ! 研究地区与研究方法 F+F ! 采样点概况 采样点分布于北京市海淀区香山路和北五环之 间的绿化带内"东西跨度大致在娘娘府公交站到香 泉环岛公交站之间#!绿化带宽度在$)3
左右&绿
化带内的植物有多种乔木(灌木及攀援植物等!其生
境一致由于该路段紧邻北京市五环!车流量较多!
汽车尾气污染较为严重!空气中
@A
!+)
浓度较大*#+
F+&
!
样品采集
本研究选择了
!"
种植物测定其叶面滞尘量和
观测其叶表微结构!具体物种名称和单叶面积大小
等生长特征见表
#
为了避免道路的边界效应和减
少位置差异可能造成的影响!供试样树均在距离道
路
#"3
的范围内本实验采样时间为
!"#%
年

月

日!最近一次降水发生在
#
周前!采样时叶表面存
在明显的颗粒物累积为减少采样时间不同导致的
误差!所有样品采集均在
#R
内完成每个树种选
择
#"
株样树!采集叶片的高度对乔木约为
!
#
,3
!
灌木和攀缘植物为
"+)
#
%3
&采样时在样树冠层四
个不同方向和高(中(低三个层次!根据各种植物单
叶面积大小!分别采集足量叶片将采集的叶样合
并!得到混合样品采得样品后立即将其装入保鲜
袋中!并尽快置
$[ 冰箱冷藏!以用于后续实验 F+G ! 研究方法 F+G+F ! 叶片滞尘能力的测定 ! 本实验用洗脱法测 定各植物单位叶面积附着 @A !+) 等颗粒物的量!每 种植物测定 % 组重复样本取平均值每种植物各取 适量叶片!用软毛刷在烧杯中以适量蒸馏水洗脱叶 表面颗粒物尽快将所得浸洗液用已知质量的 !+) " 3 孔径滤膜"北京海诚世洁过滤器材有限公司#过 滤!并烘干称重!求得滤膜过滤前后质量之差即为粒 径 % !+) " 3 的颗粒物质量将滤液烘干称重!得到 @A !+) 的质量叶片拦截 >?@ 的量等于 @A !+) 质量 和粒径 % !+) " 3 颗粒物质量之和 将清洗后的叶片晾干!用扫描仪" K@?:40 - 7Q %%$!
#!
期
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谢滨泽!等$北京常见阔叶绿化植物滞留
@A
!+)
能力与叶面微结构的关系
表
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!
供试植物基本性状
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编号
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植物种类
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科
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生活型
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叶习性
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树高
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冠幅直径
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单叶面积
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毛白杨
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杨柳科
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乔木
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3
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豆科
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乔木
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落叶
]7:.R=;=/ *+%\"+) )+$\"+% +%\!+" % 银杏 8+%9 : -/+"-/# 银杏科 J.0Z B ;4:747 乔木 >P77 落叶 ]7:.R=;=/ ,+*\#+# %+!\"+) #)+*\,+*$
悬铃木
!"#$#%&#()*+ , -"+# 悬铃木科 @54Q404:747 乔木 >P77 落叶 ]7:.R=;=/ #"+\#+* +!\"+, ,+)\%1+% ) 元宝枫 ;()* 3 +($&4
槭树科
D:7P4:747
乔木
>P77
落叶
]7:.R=;=/ *+1\"+) *+%\"+1 )+!\#$+! , 垂柳 5#"+2/#/ 0 "-%+(# 杨柳科 ?45.:4:747 乔木 >P77 落叶 ]7:.R=;=/ ##+%\"+* )+*\"+1 ,+,\!+% * 构树 1*-&-%)$+#
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*+
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桑科
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乔木
>P77
落叶
]7:.R=;=/ )+#\"+1 $+%\"+ ,,+\#!+1 白蜡 <*#2+%&(6+%)%+ 木犀科 _574:747 乔木 >P77 落叶 ]7:.R=;=/ *+"\"+1 )+\#+# !+%\*+) 1 玉兰 =# : %-"+#>)%&>#$#
木兰科
A4
B
0;5.4:747
乔木
>P77
落叶
]7:.R=;=/ ,+1\#+# %+,\"+$),+"\#)+) #" 栾树 ?-)"*)&$)*+#
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#!
" 大叶黄杨
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:
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3
6
0
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黄杨科
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灌木
?常绿
2O7P
B
P770
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"
"+*\"+# 1+$\!+ #% " 紫叶小檗 1)*/)*+$6&%/)*
:
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小檗科
G7P87P.R4:747
灌木
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"
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紫叶李
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蔷薇科
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灌木
?落叶
]7:.R=;=/ !+,\"+) #+1\"+! #)+*$+%
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紫薇
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:
)*$*-)4+#+%>+(#
千屈菜科
^
U
Q灌木
?落叶
]7:.R=;=/ #+!\"+% #+"\"+! *+#\#+%
#,
美人梅
!*&%&/"+*)#%#
蔷薇科
;`/4:747
灌木
?落叶
]7:.R=;=/ #+\"+! #+*\"+# #+)\%+#
#*
木槿
.+/+(&
0
*+#(&
锦葵科
A45O4:747
灌木
?落叶
]7:.R=;=/ !+"\"+! #+*\"+# $+$\#+"
#
" 小叶黄杨
1&2&+%+(#
黄杨科
G=64:747
灌木
?常绿
2O7P
B
P770 "+1
"
"+$\"+# #+$\"+%
#1
" 小叶女贞
A+
:
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B
&+6-&+
木犀科
_574:747
灌木
?落叶
]7:.R=;=/
"+1
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"+*\"+# )+$\#+1 !" 五叶地锦 !#*$6)%-(+&
B
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B
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,
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葡萄科
a.Q4:747
藤本
a.07
落叶
]7:.R=;=/
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#+,\"+! ,+#\%#+#
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注$" 为绿篱 I;Q7$
"
.0R.:4Q7/<7R
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7P;Y/+
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!
M4
S
40
#扫描并用
F34
B
7M
图像处理软件
"
a7P/.;0#+$, ! I4Q.;045F0/Q.Q=Q7/;N K745Q< ! T?D #计算其叶面积 >?@ 和 @A !+) 的质量分别除 以实验用叶面积即为各植物单位叶面积滞留的颗粒 物量" B % 3 ! # F+G+& ! 叶表微观结构观测 ! 每种植物分别选取 % 片未清洗叶片!用刀片避开叶脉从叶片不同部位切 取边长为 )33 的方形样品若干!每片样品分别在 正面和背面选择 ) 到 #" 个观测点!用场发射环境扫 描电子显微镜" C=40Q4!""W2J !美国 W2F 公司#以 适当比例对其表面微结构进行观察比较在木槿( 紫薇(悬铃木(银杏$
种植物扫描电镜照片中各选取
%
张!每张选择
,"
到
"
个位置!利用
F34
B
7M
图像
处理软件测量叶表面沟槽宽度!并求出平均值
F+G+G
!
数据处理
!
所有的数据统计处理均采用
?@??#1
"
?@???;NQY4P7V;+
!
T?D
#软件进行各
物种单位叶面积滞留
>?@
(
@A
!+)
的量之间的差异
分别进行单因素方差分析!若存在显著差异!则用
]=0:40
法进行多重比较灌木和藤本植物与乔木
单位叶面积滞留
>?@
(
@A
!+)
的量之间的差异分别
用
$测验检测各供试植物单位叶面积对 >?@ 及 @A !+) 的滞留量分别进行聚类分析差异显著性水 平设定为 "+") 使用 A.:P;/;NQ26:75!""* 绘图 ! ! 结果与分析 &F ! 供试植物单位叶面积滞留 H9$
(
$% &( 量差异 各供试植物单位叶面积 >?@ ( @A !+) 滞留量差 异显著" !$
"+")
#!其变化范围分别为
"+$" # %+$$B % 3 ! 和 "+"$
#
"+%1
B
%
3
!
"图
#
#根据聚类分析结
果!单位叶面积滞留
>?@
量较大"
%
!+)"
B
%
3
!
#的
植物有木槿(大叶黄杨(悬铃木(五叶地锦&滞留量中
等"
+,$# #+1$
B
%
3
!
#的植物有玉兰(紫薇(构树等
#!
种&滞留量较小"
$"+," B % 3 ! #的植物有白蜡(榆 树(银杏和栾树单位叶面积滞留 @A !+) 量较大" % "+!) B % 3 ! #的植物是木槿(大叶黄杨(悬铃木&滞留 量中等" +#" # "+!" B % 3 ! #的植物有小叶女贞(小叶 黄杨(紫薇等 #$
种&滞留量较小"
$"+#" B % 3 ! #的植 物有紫叶小檗(国槐(白蜡各供试植物单位叶面积 滞留 @A !+) 质量平均值为 "+#) B % 3 ! !占单位叶面积 滞留 >?@ 质量分数变化范围为 ,+##b # %#+#*b ! 平均质量分数为 #%+**b 对 灌木与藤本植物和乔木单位叶面积滞留$%$! 西 ! 北 ! 植 ! 物 ! 学 ! 报 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! %$
卷
图
#
!
各植物单位叶面积
>?@
和
@A
!+)
滞留量
物种代号
#
#
!"
与表
#
相同!不同小写字母表示各物种
>?@
和
@A
!+)
滞留量的
]=0:40
多重比较结果在
"+")
水平上差异显著
W.
B
+#
!
><743;=0Q/;N>?@40R@A
!+)
;0=0.Q574N4P74;N.0O7/Q.
B
4Q7R/
S
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#
!";N/
S
7:.7/./.R70Q.:45Y.Q4857#
&
].NN7P70Q0;P34557QQ7P/.0R.:4Q7Q<7/.
B
0.N.:40QR.NN7P70:7/87QY770
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7:.7/.0Q<743;=0Q/;N>?@40R@A
!+)
4QQ<7"+")57O754::;PR.0
B
Q;]=0:40
)
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4P./;0/Q7/Q/
>?@
与
@A
!+)
量分别进行独立样本
$检验!前二者 与后者单位叶面积滞留 >?@ 和 @A !+) 量均不存在 显著差异!灌木与藤本植物单位叶面积 >?@ 以及 @A !+) 滞留量的平均值均大于乔木"表 ! #!其中 @A !+) 滞留量的平均值比乔木高出近 )"b 灌木中 木槿单位叶面积 @A !+) 滞留量可达 "+%1 B % 3 ! !乔木 中的白蜡仅为 "+"$
B
%
3
!
!二者相差近
#"
倍
&+&
!
供试植物叶表微结构特征
观察各供试植物代表性叶表面扫描电镜图!发
现不同植物叶表面粗糙程度不同!叶面微结构也存
在如下特征$" # #除大叶黄杨以外!其余 , 种供试植 物叶表面均有宽度不同的沟槽"较典型的如图 ! 白 色箭头所示#!并以木槿(紫薇(悬铃木和银杏叶表面 沟槽较明显"图 ! #其中!木槿叶表面粗糙起伏程 度最大!叶片正反面均分布有纵横交错的沟槽!同时 有大量褶皱与突起"图 ! ! #4 ( #8 #&紫薇和悬铃木叶 面粗糙程度不及木槿!二者叶片正面均有沟槽!但宽 度较木槿小!深度也较浅!而且二者叶片背面结构与 正面不同"图 ! ! 4 ( %8 #&银杏叶表面细胞排列较为 表 & ! 各生活型植物单位叶面积滞留 H9$
与
其中
$%
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量平均值
>4857!
!
><7374043;=0Q/;N>?@40R@A
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滞留量
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滞留量
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P7Q70Q.;0
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B
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3
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#
灌木
?乔木
>P77 #+"!\"+,* "+#!\"+")
藤本
a.07 %+"" "+#1
规则!正反面沟槽宽度均较大"图
!
!
$4 ($8
#"
!
#大
叶黄杨叶片正反面均无明显沟槽和起伏!其叶表面
较平整!叶片背面生有大量气孔"图
!
!
)4
(
)8
#&悬铃
木和五叶地锦叶片背面也生有气孔!但不如大叶黄
杨叶表面气孔密度大!悬铃木气孔附近生有褶皱"图
!
!
%8
(
,8
#"
%
#紫叶小檗叶表面生有蜡质颗粒"图
!
!
*4
(
*8
#!其余供试植物叶表面大多没有蜡质分布
以榆树为例!其叶片起伏与粗糙程度程度均较小!正
面分布有细小的沟槽&背面除气孔处略有凸起以外!
)%$! #! 期 !!!!!!!!! 谢滨泽!等$北京常见阔叶绿化植物滞留
@A
!+)
能力与叶面微结构的关系
图
!
!
部分植物叶表面微结构电镜扫描照片
#+
木槿&
!+
紫薇&
%+
悬铃木&
$+ 银杏& )+ 大叶黄杨& ,+ 五叶地锦& *+ 紫叶小檗& + 榆树& 4+ 叶片正面& 8+ 叶片背面& 黑色箭头指示叶面滞留的颗粒物!白色箭头指示叶面的沟槽微结构 W. B +! ! 257:QP;03.:P; B P4 S ;N574N/=PN4:7/;NQ<7Q<brUS .:45 S 540Q/ #+.+/+(& 0 *+#(& & !CA# : )*$*-)4+#+%>+(#
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悬铃木
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银杏
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大叶黄杨
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3
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五叶地锦
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紫叶小檗
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叶面其余位置均较为平整"图
!
!
4
(
8
#
典型植物叶表面沟槽宽度与单位叶面积滞留
>?@
与
@A
!+)
质量如表
%
所示!表
%
所列

种植物
中灌木单位叶面积滞留
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量平均值为
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B
%
3
!
!滞留
@A
!+)
量平均值为
"+!%
B
%
3
!
&乔木单位
叶面积滞留
>?@
量平均值为
#+#
B
%
3
!
!约为灌木
滞留量的
)"b
!滞留
@A
!+)
量为
"+#,
B
%
3
!
!约为灌
木滞留量的
*"b
&藤本植物五叶地锦单位叶面积滞
尘量也较大对各植物按照叶片滞留
>?@
与
@A
!+)
能力强弱分别进行排序!二者顺序并不完全一
致!其原因可能与各植物叶表面是否有沟槽以及沟
槽尺寸之间差异有关
%
!
讨
!
论
GF
!
供试植物单位叶面积
H9$
(
$%
&(
滞留量
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*
#1
+等测定了挪威
!%
种绿化植物单位叶面
积滞尘量!其中细颗粒物"
+!
#
!+)
"
3
#占总滞尘量
比例变化为
$+*b
#
%,+"1b
!平均比例为
#!+%*b
!
这与本实验结果相近
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等*!"+报道!波
兰
H4P/4Y
市
$
种植物单位叶面积滞留细颗粒物"
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#
!+)
"
3
#量平均值为
"+#)
B
%
3
!
!与本实验结果相
同&变化范围与本实验相比较小!为
"+"
#
"+!"
B
%
3
!
!原因可能在于其供试植物种类数较少不同
地区植物单位叶面积细颗粒物滞留量存在差异的原
因可能有如下几个方面$一是采样地的污染情况不
同导致空气中
>?@
浓度不同&二是不同地区
>?@
组分中细颗粒物所占比例有差异&三是供试植物种
类不同使其叶表面微结构存在差异!从而对不同粒
径颗粒物产生不同滞留效果
灌木与藤本植物滞留
>?@
与
@A
!+)
效果均优
于乔木!其原因可能在于灌木与藤本植物植株高度
较低!由于二次扬尘的原因!低处空气中的颗粒物浓
度较大*!#+机动车尾气中含有由于燃料燃烧不完
全所产生的
@A
!+)
等颗粒物*#+!其中一部分会直接
排放到灌木与藤本植物叶表面上!增加了其叶面
@A
!+)
滞留量此外!乔木的高度较大!空气中的
@A
!+)
等颗粒物在扩散过程中会随气流受到其叶片
阻挡而减速!从而有一部分沉降到高度较低的灌木
和藤本植物叶片上
G&
!
植物叶表微结构与
$%
&(
等颗粒物滞留量
观察各植物叶片扫描电镜图后发现!
@A
!+)
等颗
粒物主要被滞留在沟槽处"如图
!
黑色箭头所示#!
因此可认为沟槽是叶片捕集
@A
!+)
等颗粒物的主要
部位叶表面沟槽纵横交错且分布较为密集的木槿
单位叶面积滞留
>?@
与
@A
!+)
量均最大!而叶表面
沟槽深度较木槿浅的紫薇与悬铃木滞留量不及木
槿&叶表面沟槽最不密集且其宽度较大的银杏与叶
表面沟槽较细小且深度较浅的榆树单位叶面积滞留
@A
!+)
等颗粒物量也较小因此!本研究认为不同宽
度和深度的沟槽会对不同粒径颗粒物产生不同捕集
效果较深的沟槽可拦截较多颗粒物!深度越大颗
粒物脱落的可能性越小&较浅的沟槽使叶片表面粗
糙度较低!因而捕集颗粒物量较小沟槽宽度过小
时
@A
!+)
等颗粒物与沟槽接触面积较小!因而滞留
量较小!宽度过大则导致
@A
!+)
等颗粒物不易停留
在沟槽处且已被拦截的颗粒物容易松动脱落单位
叶面积滞留
@A
!+)
量最大的木槿叶表面沟槽宽度在
)
"
3
左右!其原因在于
@A
!+)
质量较小!在空气中
受到风力作用与其他颗粒物碰撞等因素影响!运动
状态较为复杂!从而难以被准确滞留在宽度与其粒
径相当的沟槽处此外!电镜图显示
@A
!+)
颗粒之
间会相互附着!使其总体积增大!从而被滞留在宽度
较大的沟槽处
同时!本研究也发现大叶黄杨和五叶地锦叶表
面微结构中没有明显的沟槽和突起!叶面粗糙度也
较小!但此二者单位叶面积滞留
@A
!+)
量均较大
其原因可能在于上述植物叶表面分布有大量气孔!
蒸腾作用强烈!使部分亲水性颗粒物吸湿并附着在
叶表面上&另外!
@A
!+)
等颗粒物也可进入悬铃木叶
片气孔附近褶皱中榆树叶片背面也分布有气孔!
但其对颗粒物滞留效果较差!原因在于其气孔周围
叶表皮较为平滑!没有可阻滞颗粒物的褶皱等结构
此外!
G7:Z7QQ
等*!!+和
;^O7QQ
等*!%+研究发现植物滞
尘效果与其叶面倾角有关!大叶黄杨叶片着生角度
与垂直方向夹角较大!可能会有更多颗粒物在重力
作用下沉降到其叶片表面根据
W4.0.
*
!$
+等的研究
成果!叶表面蜡质会减小颗粒物与叶面的接触面积!
因此紫叶小檗叶表面的蜡质颗粒微结构不利于其对
>?@
及其中
@A
!+)
等颗粒物进行捕集!已被滞留的
颗粒物脱落的可能性也更大
本研究测定了不同植物叶片的单位叶面积滞留
>?@
与
@A
!+)
的量!并分析了其与叶表面微结构的
关系供试植物中灌木与藤本植物对以上二者的捕
集量均大于乔木!在不同植物种类间差异显著!可达
近
#"
倍植物叶表面沟槽的宽度与深度会影响叶
片对颗粒物滞留效果!颗粒物滞留量随沟槽深度增
大而增加气孔数量较多的叶片表面
@A
!+)
等颗粒
物量较大叶片表面蜡质使其滞留颗粒物能力减
*%$!
#!
期
!!!!!!!!!
谢滨泽!等$北京常见阔叶绿化植物滞留
@A
!+)
能力与叶面微结构的关系
弱在本研究测试的
!"
种北京市常见绿化树种中!
木槿(大叶黄杨和悬铃木单位叶面积的
>?@
和
@A
!+)
滞留量均较大在实际绿化工作中!可参考各
地成熟林木的叶面积指数大小!以及本实验测定的
单位叶面积滞尘量!进行高滞尘树种的选择
参考文献!
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强!井文涌!王翊亭
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