全 文 ：第 51 卷 第 7 期
2 0 1 5 年 7 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 51，No. 7
Jul．，2 0 1 5
doi:10．11707 / j．1001-7488．20150702
收稿日期: 2014 － 04 － 03; 修回日期: 2014 － 11 － 18。
基金项目: 国家林业局公益性行业科研专项(201304301 － 05)。
* 王彦辉为通讯作者。
不同绿化树种滞留 PM2. 5等颗粒污染物
能力的多尺度比较*
王会霞1，2 王彦辉1 杨 佳1，2 谢滨泽1，2 石 辉2
(1． 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 北京 100091; 2． 西安建筑科技大学环境与市政工程学院 西安 710055)
摘 要: 【目的】研究不同绿化树种在单位叶面积、单叶、单株和单位绿地面积 4 级层次上对空气中 PM2. 5等颗粒
物的滞留量，为优化城市绿化植物配置、降低空气中 PM2. 5等颗粒物污染危害提供科学依据。【方法】以北京市 23
种常见绿化植物为研究对象，经水洗、不同孔径滤膜过滤后用万分之一天平称量不同孔径滤膜上滞留的颗粒物质
量，用扫描仪测出叶单面面积，计算出单位叶面积 PM2. 5等颗粒物(总颗粒物 PM 及其 PM2. 5、PM ＞ 2. 5的粒径组成)滞
留量。用单叶面积、叶面积指数计算单叶、单株和单位绿化面积上叶片 PM2. 5等颗粒物滞留量。采用多重比较分析
不同植物 PM2. 5等颗粒物滞留量的差异。【结果】单位叶面积的 PM，PM2. 5，PM ＞ 2. 5滞留量在植物种间差异显著，
最大差别分别可达 8. 6，9. 8，10. 5 倍。各植物种的单叶、单株和单位绿地面积的 PM，PM2. 5，PM ＞ 2. 5滞留量亦表现
出显著差异。在单叶层次，对 PM，PM2. 5，PM ＞ 2. 5的滞留量差别可分别达到 239，198，285 倍; 在单株层次，可达 3
600，4 100，3 600 倍; 在单位绿地面积层次，可达 18. 3，20. 5，18. 1 倍。不同生活型植物的单位叶面积、单叶、单
株和单位绿地面积的 PM，PM2. 5和 PM ＞ 2. 5滞留量总体趋势表现为乔木 ＞ 藤本 ＞ 灌木。对不同叶习性而言，单位
叶面积的 PM，PM2. 5和 PM ＞ 2. 5滞留量为常绿植物 ＞落叶植物，而在单叶、单株和单位绿地面积层次上则为落叶植
物 ＞常绿植物。在单位绿地面积层次上，对 PM2. 5等颗粒物的滞留量较高的树种有二球悬铃木、垂柳、元宝枫、榆
树等，中等的有油松、雪松、大叶黄杨等，较弱的有日本小檗、黄杨、小叶女贞等。【结论】不同植物 PM2. 5等颗粒
物滞留量在单位叶面积、单叶、单株和单位绿地面积 4 级层次上均表现出显著差异。由于植物滞留 PM2. 5等颗粒
物的数量取决于单位叶面积 PM2. 5等颗粒物滞留量及其叶面积指数，因此在选择高滞留 PM2. 5等颗粒物的树种时
需同时考虑这 2 个因素，尤其是将不同生活型和具不同叶习性的植物合理混交配置，从而提高叶面积指数和滞
留 PM2. 5等颗粒物能力，这是增强城市森林降低空气中 PM2. 5等颗粒物污染的有效途径。
关键词: 城市森林; 绿化树种; 空气质量; PM2. 5等颗粒物; 叶面积指数; 叶面滞留
中图分类号: S731. 2 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2015)07 － 0009 － 12
Multi-Scale Comparisons of Particulate Matter and Its Size
Fractions Deposited on Leaf Surfaces of Major Greening Tree Species
Wang Huixia1 ，2 Wang Yanhui1 Yang Jia1 ，2 Xie Binze1，2 Shi Hui2
(1 ． Ｒesearch Institute of Forest Ecology，Environment and Protection，CAF Beijing 100091;
2 ． School of Environmental and Municipal Engineering，Xi’an University of Architecture and Technology Xi’an 710055)
Abstract: 【Objective】Selection of plant species with strong ability to retain pollutants of particulate matters (PM) and
its size fractions and suitable for local conditions should be chosen to ensure greening policy be designed to reduce PM
pollution． In this study，the amounts of PM and its size fractions ( PM2． 5，PM ＞ 2． 5 ) captured by leaves of twenty-three
plant species on the basis of per unit leaf area，per leaf，per plant and per unit green area in the region of Beijing were
investigated to find out the appropriate species． 【Methods】The amounts of PM ( PM2． 5，PM ＞ 2． 5 ) captured by leaves of
twenty-three plant species were examined in this study． The collected leaf samples were washed using a brush with
ultrapure water (ELGA，Buckinghamshire，UK) and then filtered through two types of membranes (w1 ) with pore sizes of
2． 5 and 0． 1 μm，respectively． Then the membrane with PM (w2 ) was weighed using balance with an accuracy of 0． 1 mg
(SI-114，Denver Instrument，USA) after dried at 40 ℃ for 24 h． The total hemi-surface leaf area ( S) was measured
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using Image J software (Version 1． 46; National Institutes of Health，Bethesda，MD，USA) after scanning (HP Scanjet
3570c，Japan) ． The PM (PM2． 5 and PM ＞ 2． 5 ) retention amounts were calculated as (w2 － w1 ) /S． The PM ( PM2． 5 and
PM ＞ 2． 5 ) retention amounts per leaf，per tree and per unit green area were calculated based on the PM ( PM2． 5 and
PM ＞ 2． 5 ) retention amount per unit leaf area，single leaf area，and leaf area index (LAI) ． Data were subjected to ANOVA
with multiple comparisons by using SPSS 19 ( IBM，USA)，with a level of significance at P ＜ 0． 05． 【Ｒesults】Leaf PM，
PM2． 5 and PM ＞ 2． 5 per unit leaf area differed among species，by 8． 6，9． 8，and 10． 5 folds，respectively． Leaf PM，PM2． 5
and PM ＞ 2． 5 on the basis of per leaf，per plant and per unit green area also showed significant differences among species．
The maximum difference reached up to 239，198，and 285 (per leaf); 3 600，4 100 and 3 600 (per plant); 18． 3，20． 5
and 18． 1 (per unit green area) folds． In general，the PM，PM2． 5 and PM ＞ 2． 5 retention amounts of different life form was in
the order of tree ＞ liana ＞ shrub． For the species with different leaf habit，the evergreen species had a higher PM，PM2． 5
and PM ＞ 2． 5 retention amount per unit leaf area than that of deciduous species． However，the PM，PM2． 5 and PM ＞ 2． 5
retention amounts on the basis of per leaf，per plant and per unit green area were on the contrary． Platanus acerifolia，
Salix babylonica，Acer truncatum，and Ulmus pumila were efficient species in capturing PM and its size fractions． Pinus
tabulaeformis，Cedrus deodara and Buxus megistophylla had a medium ability to accumulate PM and its size fractions． Less
efficient species were Berberis thunbergii，Buxus sinica，Ligustrum quihoui． 【Conclusions】The amounts of PM and its size
fractions captured by leaves on the basis of per unit leaf area，per leaf，per plant and per unit green area all showed
significant differences among species． The ranking presented in terms of capturing PM and its size fractions can be used to
select species for atmospheric PM pollution removal in the region of Beijing． Since the quantity of PM and its size fractions
captured by leaves depends on the PM and its size fractions retention amount per unit leaf area and leaf area index，
efficient plant species and plant configuration designs considering different life form and leaf habit can be used to decrease
human exposure to the pollutants．
Key words: urban forest; greening species; air quality; particulate matter and its size fractions; leaf area index; leaf
retention of particulate matter
近几年来我国雾霾危害日渐严重，全国已有 25
个省份、100 多个大中型城市、将近一半的国土不同
程度地受到雾霾影响(姜晨怡，2013)。北京地区雾
霾格外严重，仅 2013 年 1 月就出现了 5 次强霾污
染，月均 PM2. 5浓度高达(240 ± 165)μg·m
－ 3，可能
导致了 725 人过早死亡(李湉湉等，2013)。在京津
冀雾霾污染最严重时，PM2. 5浓度突破了 600 μg·
m － 3，PM1 浓度也突破了 300 μg·m
－ 3，其中 PM1 中
的有机物、硫酸盐、硝酸盐和铵盐的浓度分别达到了
160，70，40 和 30 μg·m － 3，较天气晴好时分别增加了
10，30，20 和 20 倍。作为光化学烟雾主要成分的含
氮有机颗粒物被大量检出，被认为是“最危险的信
号”(邱晨辉，2013)。目前，洁净空气已成为一种
奢侈品。为保障居民健康，亟需降低空气污染尤其
是 PM2. 5污染。
绿色植物因其特殊的叶面特性和冠层结构而具
有滞留、吸附 /吸收和过滤 PM2. 5等颗粒污染物的功
能。因此，各级和各地政府都将其作为一种空气污
染的重要治理措施而大力推动营造城市森林，期望
利用森林的巨大表面积发挥其特有滞尘、吸尘、阻尘
等防护功能，如北京市在 2012 年启动了百万亩平原
造林工程。但是，不同树种的叶面结构、树体大小等
方面差别很大，其吸滞 PM2. 5等颗粒物的能力也有很
大差异。所以合理选择造林树种是能否取得预期滞
留 PM2. 5等颗粒物效果的关键。
目前，国内外学者在城市植被的滞留空气颗粒
物能力(Sb et al．，2012; Weber et al．，2014; 柴一
新等，2002; 吴耀兴等，2009)、作用机制(Beckett et
al．，2000; Wang et al．，2013; 刘璐等，2013)和滞尘
效益(Nowak et al．，2013; 陈芳等，2006a)等方面都
已开展了一些研究。在贝尔格莱德 ( Tomaevic＇ et
al．，2005)、沃尔索耳(Freer-Smith et al．，1997)、杭州
(Lu et al．，2008)、广州和惠州 (邱媛等，2007)、西
安(王会霞等，2012)等城市，研究了植物叶面降尘
的粒径分布。然而，这些研究多集中于叶面滞留颗
粒物的总量或粒径组成等方面，对滞留 PM2. 5数量的
报道尚不多见。Sb 等(2012)虽研究了挪威和波
兰的 47 种乔灌木的单位叶面积滞留的 PM2. 5、
PM2. 5 － 10和 PM10 － 100数量，但鉴于不同植物的树体大
小、叶面积指数等存在很大差异，仅考虑单位叶面积
滞留 PM2. 5等颗粒物的数量还不足以指导造林树种
的选择。
在当前的城市造林树种选择上，主要是依靠常
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第 7 期 王会霞等: 不同绿化树种滞留 PM2. 5等颗粒污染物能力的多尺度比较
规造林经验，这对保障树木的成活和生长是很必要
的，但却不能满足当今城市绿化中特有的净化空气、
减少 PM2. 5危害的新要求。因此，本文选择了北京市
百万亩平原造林中推荐使用的 23 种常用绿化植物，
在测定单位叶面积 PM2. 5等颗粒物滞留量的基础上，
依据单株叶量和冠幅估算了单株植物及单位绿化面
积上 PM2. 5等颗粒物的滞留量，以期为选择和优化城
市绿化中的植物种类配置、增强城市森林降低空气
中 PM2. 5等颗粒物污染危害提供科学依据。
1 研究区概况
北京市位于 39°26—41°03N，115°25—117°30E，
属典型的北温带半湿润大陆性季风气候，年均相对
湿度 53%，年均降水量 584. 6 mm。春季温暖少雨，
夏季高温多雨，6—8 月降水占全年降水的 80% 左
右，冬季寒冷干燥。在全国十大城市中，北京市空气
污染最严重，虽然近年来一定程度地控制了工业废
气污染，但随着人口规模和城区面积扩大、机动车数
量猛增、建筑工地扬尘量大，导致空气颗粒物污染严
重，如 2013 年北京市环境空气质量的 4 项重要指标
SO2，NO2，PM10和 PM2. 5平均浓度分别为 26. 5，56. 0，
108 和 89. 5 μg·m － 3 (北京市环境保护监测中心，
2014)。
2 研究方法
2. 1 供试植物及采样点特征
根据北京市地理气候特点，对北京市的绿化植
物种类和生长情况进行了全面调查，根据绿化植物
的多样性和代表性，并依据《北京平原地区造林工
程技术指导意见(试行)》中提供的植物名录，选择
了 最 常 见 的 23 种 植 物，其 中 五 叶 地 锦
(Parthenocissus quinquefolia)是目前北京市垂直绿化
应用较多的物种，也是北京市绿色建筑适用技术推
广目录中建议的垂直绿化物种。供试的 23 种植物
的基本性状见表 1。
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(东西长度在中国林业科学研究院到
北京植物园路段)，绿化带宽度 45 m 左右; 绿化带
内的植物有乔木、灌木、藤本等，其生境条件一致。
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 PM2. 5浓度较大(宋少洁等，
2012)。
2. 2 叶样采集
为了避免道路的边界效应，减少位置差异可能
造成的影响，供试样树均在距离道路 10 m 的范围
内。本试验采样时间为 2013 年 8 月 8 日，最近一次
降水在 1 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 1 天内完成。乔木的采样高度为 2 ～ 6 m，灌
木和藤本为 0. 5 ～ 3 m; 采样时在冠层 4 个不同方向
和高、中、低不同位置，根据各植物单叶面积大小分
别采集足量叶片。每个树种选择 10 株做样本，采集
的叶样合并，得到混合样品。采得样品后立即装入
保鲜袋中，并尽快转移到 4 ℃冰箱内冷藏，以用于后
续试验。
2. 3 叶面 PM2. 5等颗粒物滞留量测定
植物叶面 PM2. 5等颗粒物的滞留量测定采用水
洗法(Sb et al．，2012)。根据叶片大小和类型确
定试验叶片数量，阔叶中较大的取 30 ～ 40 片，较小
的取 150 ～ 300 片; 针叶取 30 ～ 50 簇。每种植物
做 3 个重复。
将选取植物叶样放入盛有蒸馏水的烧杯中，用
小毛刷仔细清洗叶上的附着物，然后用镊子将叶片
小心夹出，并用少量蒸馏水冲洗 3 次。将浸洗液首
先用已烘干称质量的孔径 2. 5 μm 的微孔滤膜 (北
京海成世洁过滤器材有限公司)过滤，滤出液继续
用已烘干称质量的孔径 0. 1 μm 的微孔滤膜(北京
海成世洁过滤器材有限公司)过滤。这样，不同粒
径范围的颗粒物即被微孔滤膜截留，分别为:
＞ 2. 5 μm(标记为 PM ＞ 2. 5)和 0. 1 ～ 2. 5 μm(标记为
PM2. 5)。然后将微孔滤膜放于 40 ℃烘箱中烘干至
恒质量(2 次测定值 ≤ 0. 000 2 g)，再用 0. 000 1 g
天平(SI-114，丹佛仪器 (北京)有限公司)称质量，
其与干净滤膜的质量差即为相应粒径范围的颗粒物
质量。本研究未测定粒径小于 0. 1 μm 的颗粒物
量，主要是由于采用激光粒度分析仪 (Mastersizer
2000，Malvern，England，测量范围 0. 02 ～ 2 000 μm)
测定叶面颗粒物粒径分布时未检测到粒径小于 0. 1
μm 的颗粒。
计算单位叶面积 PM2. 5等颗粒物滞留量时需测
定叶样的表面积。对于阔叶，将水洗后夹出的叶片
晾干后置于扫描仪 (HP Scanjet 3570c，日本) 中扫
描，之后用 Image J(Version 1. 46，National Institutes
of Health，USA)图像处理软件计算叶片的单面表面
积。对于针叶，随机选取 40 ～ 50 个针叶，用扫描仪
扫描后用 Image J 图像处理软件测定针叶的长度
(L，m)，依排水法测定针叶样品的体积( V，m3 )，用
公式 S = 2L(1 + πn
) nV
π槡L (高金晖等，2007)计算
针叶表面积(S，m2)，式中 n 表示每束针叶数。
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林 业 科 学 51 卷
计算各样品 PM ＞ 2. 5、PM2. 5滞留量和 PM 滞留量
(PM ＞ 2. 5和 PM2. 5的滞留量之和)与样品叶单面面积
的比值，得到单位叶面积上各自粒径范围的颗粒物
滞留量( g·m － 2)。
2. 4 样树生长指标测定
2013 年 8 月，选择全日光天气，观测样树的地
上生长指标。在离开样树至少 1 倍树高距离处用测
高仪测量树高，并辅以测杆测量; 用围尺测量树木
胸径 /地径; 用皮尺测量样树在东西方向和南北方
向的冠幅后取均值作为冠幅直径。
2. 5 叶面积指数测量
用标准枝法调查整株的叶量(陈芳等，2006b)，
即从下至上将树杈从主枝到分枝分成 3 ～ 5 级，统计
每株样树上一级枝、二级枝和三级枝等的数量，在树
冠 4 个方向上分别统计标准枝上的叶片数量并统计
整株树的标准枝数，从而获得整个调查植株的叶总
量。在园林配置中，低矮灌木如小叶女贞( Ligustrum
quihoui)、日本小檗 ( Berberis thunbergii)、大叶黄杨
(Buxus megistophylla)和黄杨(Buxus sinica)等，多以
规则绿篱形式种植，取样调查时仍调查单株叶片数
量。然后，取树冠 4 个方位的 20 ～ 30 片叶子测定
叶片的单面面积。利用获得的植株叶片总数和叶片
的单面面积可求得总叶单面面积，再根据树冠垂直
投影面积计算该植株的叶面积指数。
2. 6 单株和单位绿地面积的 PM2. 5等颗粒物滞留
量的计算
不同树种单株 PM2. 5等颗粒物的滞留量为单位
叶面积 PM2. 5等颗粒物的滞留量与单株叶面积的乘
积。单位绿地面积 PM2. 5等颗粒物的滞留量为树冠
垂直投影范围内每平方米的树叶滞留 PM2. 5等颗粒
物的量，等于植株叶面积指数和单位叶面积 PM2. 5等
颗粒物滞留量的乘积。
2. 7 数据处理
采用 SPSS19 ( IBM，USA) 软件进行数据分析。
采用单因素方差分析法( one-way ANOVA)分析物种
间的各粒径范围叶面滞留量的差异;若差异显著，用
Duncan 法进行多重比较。不同生活型和叶习性物
种间的各粒径范围叶面滞留量间的差异亦用单因素
方差分析法和 Duncan 法进行多重比较。差异显著
性水平设定为 P = 0. 05。
3 结果与分析
3. 1 不同树种的单位叶面积 PM2. 5等颗粒物滞
留量
23 种供试植物的单位叶面积 PM 滞留量具有显
著的物种差异(表 2，P ＜ 0. 001)，其中木槿(Hibiscus
syriacus)的 PM 滞留量最高，为 3. 44 g·m － 2; 五叶地
锦次之，为 3. 00 g·m － 2; 在 2 ～ 3 g·m － 2之间的树种
有油松(Pinus tabulaeformis)、大叶黄杨、二球悬铃木
(Platanus acerifolia ) 和白皮松 ( Pinus bungeana );
在 1 ～ 2 g·m － 2 之 间 的 树 种 有 玉 兰 ( Magnolia
denudata )、紫 薇 ( Lagerstroemia indica )、构 树
(Broussonetia papyrifera)、紫叶李 ( Prunus cerasifera
f． atropurpurea)等 7 种; 在1 g·m － 2以下的树种有小
叶女贞、垂柳 ( Salix babylonica )、毛白杨 ( Populus
tomentosa)、黄杨等 10 种。
单位叶面积滞留 PM2. 5和 PM ＞ 2. 5的数量亦表现
出显著的物种差异(表 2，P ＜ 0. 001)，变化范围分别
为 0. 04 ～ 0. 39，0. 29 ～ 3. 05 g·m － 2。对 PM2. 5的滞
留量，大于 0. 2 g·m － 2的树种有木槿、大叶黄杨和二
球悬铃木; 在 0. 1 ～ 0. 2 g·m － 2之间的有五叶地锦、
油松、垂柳、雪松(Cedrus deodara)等 16 种; 在 0. 1 g
·m － 2以下的有栾树 ( Koelreuteria paniculata)、国槐
( Sophora japonica )、日 本 小 檗 和 白 蜡 ( Fraxinus
chinensis)。对 PM ＞ 2. 5的滞留量，木槿超过 3 g·m
－ 2，
五叶地锦、油松、大叶黄杨、二球悬铃木和白皮松 5
种植物在 2 ～ 3 g·m － 2之间，玉兰、紫薇、构树、紫叶
李和雪松 5 种植物在 1 ～ 2 g·m － 2 之间，美人梅
(Prunus mume‘Meiren’)、元宝枫(Acer truncatum)、
小叶女贞等 12 种植物则小于 1 g·m － 2。
3. 2 不同植物的单叶 PM2. 5等颗粒物滞留量
在供试的 23 种植物中，单叶面积在 50 cm2 以上
的有二球悬铃木、五叶地锦、构树、元宝枫和玉兰 5
种; 单叶面积在 10 cm2 以下的有大叶黄杨、榆树
(Ulmus pumila)、国槐、紫薇、垂柳、小叶女贞、油松等
12 种; 其他树种单叶面积在 10 ～ 50 cm2 之间(表 1)。
不同植物的单叶 PM 滞留量有很大差异(表 2，
P ＜ 0. 001)，其中二球悬铃木最大，高达 21. 42 mg;
五叶地锦次之，为 20. 44 mg; 玉兰第三，为 10. 87
mg; 黄杨最小，为 0. 09 mg。23 种植物的单叶 PM2. 5
和 PM ＞ 2. 5 滞留量在物种间差异显著 (表 2，P ＜
0. 001)，其变化范围分别为 0. 01 (日本小檗) ～
2. 15 mg(二球悬铃木)和 0. 07 (黄杨) ～ 19. 27 mg
(二球悬铃木)。二球悬铃木和五叶地锦的单叶
PM2. 5滞留量分别为 2. 15，1. 33 mg，PM ＞ 2. 5滞留量分
别为 19. 27，19. 11 mg; 而叶子表面积小的黄杨和日
本小檗等树种的单叶 PM2. 5和 PM ＞ 2. 5滞留量均较小。
3. 3 不同树种的单株叶面 PM2. 5等颗粒物滞留量
23 种植物单株的 PM 滞留量差异显著 (表 2，
P ＜ 0. 001)。最高的为二球悬铃木，高达 343. 9 g; 元
21
第 7 期 王会霞等: 不同绿化树种滞留 PM2. 5等颗粒污染物能力的多尺度比较 31
林 业 科 学 51 卷41
第 7 期 王会霞等: 不同绿化树种滞留 PM2. 5等颗粒污染物能力的多尺度比较
宝枫次之，为 74. 4 g; 毛白杨第三，为 53. 6 g。单株
PM 滞留量在 20 ～ 50 g 的有 7 种，依次为垂柳 ＞ 构
树 ＞国槐 ≈ 栾树 ≈ 玉兰 ＞ 白皮松 ＞ 油松。其他
13 种植物的单株 PM 滞留量在20 g以下，其中黄杨、
小叶女贞和日本小檗的单株滞留量小于 1 g。
二球悬铃木单株的 PM2. 5和 PM ＞ 2. 5滞留量也最
大，分别达 34. 5，309. 4 g; 最小的为日本小檗，二者
可差 4 100 和 3 600 倍。单株滞留 PM2. 5量大于5 g
的树种还有元宝枫、垂柳、毛白杨、榆树和栾树，其余
17 种植物滞留 PM2. 5量小于 5 g。单株 PM ＞ 2. 5滞留
量大于 10 g 的树种还有元宝枫、毛白杨、垂柳、构
树、玉兰、国槐等 12 种，小于 10 g 的为木槿、大叶黄
杨、小叶女贞、黄杨等 10 种。
3. 4 单位绿地面积叶面 PM2. 5等颗粒物滞留量
从单位绿地面积植物叶面 PM2. 5颗粒物滞留量
来看，PM 滞留量变化在 1. 1 ～ 20. 6 g·m － 2 (表 2)，
其中大于 10 g·m － 2的还有二球悬铃木、五叶地锦、
白皮松和玉兰 4 种，在 5 ～ 10 g·m － 2之间的有油松、
构树、大叶黄杨、元宝枫、木槿和国槐 6 种，其他 13
种植物的单位绿地面积 PM 滞留量均在 5 g·m － 2
以下。
在单位绿地面积叶面 PM2. 5和 PM ＞ 2. 5颗粒物滞
留量上，二球悬铃木最强，分别为 2. 1 和 18. 5
g·m － 2。单位绿地面积叶面 PM2. 5 滞留量大于 0. 6
g·m － 2的还有二球悬铃木、垂柳、榆树、元宝枫、毛白
杨、国槐等 12 种; 小于 0. 6 g·m － 2的有油松、雪松、
栾树、美人梅等 11 种，其中黄杨、日本小檗仅为 0. 1
g·m － 2。单位绿地面积滞留 PM ＞ 2. 5量超过 10 g·m
－ 2
还有五叶地锦、白皮松和玉兰，在 5 ～ 10 g·m － 2之间
的有油松、构树和大叶黄杨，小于 5 g·m － 2的有木
槿、紫薇、构树、紫叶李等 16 种。
3. 5 不同生活型和叶习性植物叶面 PM2. 5等颗粒
物滞留量比较
不同生活型植物的叶面 PM、PM ＞ 2. 5和 PM2. 5滞
留量差异显著 (表 3，P ＜ 0. 05 )。单位叶面积的
PM2. 5等颗粒物滞留量排序为藤本 ＞灌木 ＞乔木，单
叶的 PM2. 5等颗粒物滞留量排序为藤本 ＞ 乔木 ＞ 灌
木，而单株和单位绿化面积的 PM2. 5等颗粒物滞留量
排序则分别为乔木 ＞ 藤本 ＞ 灌木、乔木 ≈ 藤本 ＞
灌木。
对叶习性而言，单位叶面积的 PM 和 PM ＞ 2. 5滞
留量排序为落叶藤本 ＞常绿乔木 ＞常绿灌木≈落叶
灌木 ＞落叶乔木，PM2. 5的滞留量排序为常绿灌木 ＞
落叶藤本 ＞常绿乔木 ≈ 落叶灌木 ＞ 落叶乔木。单
叶的 PM、PM2. 5滞留量均表现为落叶藤本 ＞ 落叶乔
木 ＞ 常绿灌木 ≈ 落叶灌木 ＞ 常绿乔木，而对
PM ＞ 2. 5的滞留量表现为落叶藤本 ＞落叶乔木 ＞常绿
灌木≈落叶灌木 ＞常绿乔木。单株的 PM、PM ＞ 2. 5和
PM2. 5滞留量均表现为落叶乔木 ＞ 常绿乔木 ＞ 落叶
藤本 ＞ 常绿灌木≈落叶灌木。单位绿化面积的
PM、PM ＞ 2. 5滞留量排序为 落叶藤本 ＞ 常绿乔木 ＞
落叶乔木 ＞常绿灌木≈落叶灌木，而对 PM2. 5的滞留
量排序为 落叶藤本 ≈ 落叶乔木 ＞常绿乔木 ＞常绿
灌木 ≈ 落叶灌木。
4 结论与讨论
4. 1 不同树种的单位叶面积 PM2. 5等颗粒物滞
留量
不同树种的单位叶面积滞尘量受叶表微结构、
枝叶密集程度、叶面倾角、叶质地等因素的影响
(Prajapati et al．，2008; 柴一新等，2002; 陈芳等，
2006a; 2006b)。如果叶子的表面粗糙，具绒毛和沟
状脊状突起、黏液油脂和叶柄短等特征，则可吸附大
量飘尘颗粒( Sabin et al．，2006)。而贾彦等(2012)
认为叶表粗糙程度对颗粒物的滞留能力与叶表沟状
结构的尺寸有关;叶面微结构尺寸对细颗粒物具有
筛选作用，沟壑宽度小于或等于粉尘颗粒粒径时，将
不会增强植物叶片的滞尘能力。Ｒsnen 等(2013)
模拟 测 定 了 NaCl 细 颗 粒 在 欧 洲 赤 松 ( Pinus
sylvestris)、垂枝桦 ( Betula pendula)、欧洲桦 ( Betula
pubescens)和欧洲椴(Tilia vulgaris)叶面的滞留能力
及叶面特征对其的影响，结果发现叶小的欧洲赤松
具有高的滞留细颗粒物能力; 阔叶植物叶面若具有
绒毛、易润湿和气孔密度低则有利于滞留细颗粒物。
本研究表明，北京市 23 种常见绿化植物的 PM2. 5等
颗粒物滞留量因不同植物叶面形态特征而表现出较
大差异，但并未表现出随叶面积减小而增大的特性，
这可能与叶面微结构有关，其详细关系有待于进一
步研究。不同植物叶面 PM2. 5，PM ＞ 2. 5的滞留能力差
异也与颗粒物与叶面的作用方式有关。颗粒物在叶
面的滞留依赖于其粒径分布，粒径 ＜ 0. 1 μm 的颗粒
主要受扩散过程影响，粒径 0. 1 ～ 10 μm 的颗粒受
扩散过程和湍流撞击的双重影响，而粒径 ＞ 10 μm
的颗粒则以湍流撞击为主(Grantz et al．，2003)。能
分泌油脂的油松叶面滞留的 PM 量较高，但 PM2. 5的
滞留量居中，可能与叶面分泌的油脂使细颗粒物黏
附在一起形成了较大颗粒有关。
不同生活型植物单位叶面积的 PM 及 PM2. 5，
PM ＞ 2. 5的滞留量亦表现出显著差异，排序为藤本 ＞
灌木 ＞乔木。对不同叶习性的物种而言，单位叶面
51
林 业 科 学 51 卷61
第 7 期 王会霞等: 不同绿化树种滞留 PM2. 5等颗粒污染物能力的多尺度比较 71
林 业 科 学 51 卷
积 PM2. 5等颗粒物滞留量排序为常绿植物 ＞ 落叶植
物。北京的国槐在雨后 2 周的 PM 滞留量为 0. 68
g·m － 2(戴斯迪等，2013)，而干道旁大叶黄杨的滞
尘量为 10. 28 g·m － 2(史晓丽，2010)。北京市的冬
青卫矛(Euonymus japonicus)的 PM 滞留量为 20. 80
g·m － 2，而加杨 (Populus × canadensis)、桃 (Prunus
persica)和胡桃( Juglans regia)分别为 0. 78，2. 11 和
1. 27 g·m － 2 (王蕾等，2006a)。在重力和风的作用
下，颗粒物可沉降在植物表面，然后通过枝叶对颗粒
物的截留和吸附作用实现滞尘效应。当含有颗粒物
的气流经过树冠时，部分粒径较大的颗粒被树叶阻
挡而降落，另有一部分则滞留在枝叶表面 (谢英赞
等，2014 )。藤本与灌木植物较乔木单位叶面积
PM，PM2. 5，PM ＞ 2. 5的滞留量较高，可能与以下几个因
素有关: 1) 植株距离地面的高度较低，叶片能更多
接触到因行人和车辆行驶等造成的二次扬尘; 2)
汽车尾气排放大量 PM，且在加速、减速、停止时会
排放更多的尾气(Furusj et al．，2007); 3) 轮胎磨
损、路面磨损等也能增加低矮植被叶面的 PM 暴露
剂量(樊守彬等，2010); 4) 含有颗粒物的气流在
经过高大乔木树冠时会受到阻挡而减速，导致部分
颗粒物沉降在高度降低的灌木和藤本植物叶片上。
常绿植物叶面能滞留较多颗粒物则可能与其生长期
较长从而在污染环境中的暴露时间较长以及叶面上
附着的部分颗粒物不易被降水冲洗或风吹掉有关。
Kardel 等(2011)认为降水并不能完全将植物叶面
上滞留的颗粒物冲洗掉。王蕾等(2006b)认为叶面
部分颗粒物附着牢固，不能被中等强度的15 mm降
水冲掉或 5 ～ 6 级大风吹掉; 但其受降水和大风的
影响程度因物种而异。
4. 2 不同树种的单叶、单株和单位绿地面积的
PM2. 5等颗粒物滞留量
不同树种单叶和单株的 PM2. 5等颗粒物滞留量
是单位叶面积 PM2. 5等颗粒物滞留量和叶面积的函
数。单叶的 PM2. 5，PM ＞ 2. 5和 PM 滞留量都有很大的
树种差异，叶片面积大的单叶滞留量就大，如单叶面
积较大的二球悬铃木、五叶地锦、构树、元宝枫和玉
兰等树种，其单叶面积滞留量均高于其他树种。
单株树木的总叶面积大小同时受单叶面积和叶
片数量的影响，植物的单叶面积较大，并不意味着其
总叶面积也大。因此，单叶面积较大的五叶地锦、构
树和玉兰，其单株的 PM2. 5，PM ＞ 2. 5和 PM 滞留量因
叶片数量较少而较小。而垂柳、榆树、栾树等树种的
单叶面积虽小，但其叶片数量较多，相应地其单株的
PM2. 5，PM ＞ 2. 5 和 PM 滞留 量 就 较 大。 Paoletti 等
(2011)采用城市森林效益评估模型 ( urban forest
effects model)计算了意大利佛罗伦萨地区的不同树
木滞留 PM10 的能力，发现欧洲鹅耳枥 ( Carpinus
betulus) 最低，每 株仅 为 2. 6 g，而 欧洲 七 叶 树
(Aesculus hippocastanum)最高，每株为 182 g。此外，
考虑到树体大小和不同环境下的林木健康状况差
异，单位叶面积 PM2. 5等颗粒物滞留量与叶面积指数
的乘积即单位绿地面积 PM2. 5等颗粒物滞留量是评
价植物滞留 PM2. 5等颗粒物功能的合理指标。
不同生活型植物的单叶 PM，PM ＞ 2. 5，PM2. 5滞留
量大小依次为藤本 ＞ 乔木 ＞ 灌木，而单株和单位绿
地面积的 PM，PM ＞ 2. 5，PM2. 5滞留量则表现为乔木和
藤本大于灌木。对不同叶习性的物种而言，单叶、单
株和单位绿地面积的滞尘量均表现为落叶植物 ＞常
绿植物。不同生活型和不同叶习性植物的单叶、单
株和单位绿地面积的滞尘量同时受单位叶面积
PM2. 5等颗粒物滞留量、单叶面积大小、叶片数量和
冠幅等影响，已在前面进行了分析。但落叶植物由
于冬季叶片凋落，并不能发挥叶片滞留 PM2. 5等颗粒
物功能。因此在从全年时间尺度评价不同生活型植
物的滞留 PM2. 5等颗粒物功能时，结论可能会与本文
不同，还有待研究。
选择适宜北京地区生长、滞留 PM2. 5等颗粒物能
力较强的树种，并进行不同生活型和不同叶习性植
物的合理空间配置，能提高叶面积指数或绿量水平，
既可形成更好的景观结构效果，也可产生较好的净
化空气效益。如在北京市百万亩平原造林中栽植滞
留 PM2. 5等颗粒物能力较强的二球悬铃木、垂柳、榆
树、元宝枫等树种，并混交油松、雪松、大叶黄杨等常
绿树种和低矮灌木，同时尽可能考虑引入藤本植物
(如五叶地锦)，会在提高单位绿化面积上的绿量水
平的基础上提高植被滞留 PM2. 5等颗粒物的能力，增
强植被减轻雾霾危害的功能与治理效果。
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