赤峰市主要景觀樹種滯納顆粒物特性分析

李向晨， 宋述芹， 劉偉， 賈紅偉， 李鳳敏， 尹小明， 王園琳， 白國棟， 杜保佳

（1.赤峰市林業科學研究所， 內蒙古 赤峰 024000； 2.赤峰學院 資源環境與建筑工程學院，內蒙古 赤峰 024000； 3.內蒙古赤峰森林生態系統國家定位觀測研究站， 內蒙古 赤峰 024000；4.赤峰市林西縣林業和草原局， 內蒙古 林西 252500； 5.赤峰市敖漢旗氣象局， 內蒙古 敖漢 024300；6.赤峰市森林草原保護發展中心， 內蒙古 赤峰 024000； 7.吉林建筑學院 吉林 長春 130119）

1 研究背景

隨著城市化的發展以及對化石能源的巨大損耗，中國城市的空氣污染很大程度上受大氣顆粒物的影響，如城市灰霾天氣，嚴重危害人類身心健康。研究結果表明，地面植物對減少大氣顆粒物含量的重要性已成為學界研究的熱點[1]，中國城市大氣顆粒物污染日益嚴重，借助城市的景觀樹種降低大氣顆粒物環境污染已引起人們的廣泛重視，城市大氣顆粒物一般是由機動車廢氣、化石燃料的燃燒和人造原因所構成。 它們不但會降低城市可視度，而且還會增加城市溫室效應，并危害人體健康，削弱近地面紫外線， 導致室內空氣中細菌的活力提高，進而導致肺部的病變。 近年來，隨著中國工業化與城市化的逐步深入，怎樣利用都市景觀樹種有效降低城市大氣顆粒物污染的問題也被提到了議事日程，而準確地量化計算葉片中滯納大氣顆粒物的滯納率，就是正確評價都市景觀樹種滯納大氣顆粒物凈化大氣的重要依據， 并在此基礎上對赤峰市內28種城市綠化帶景觀樹木葉片的滯納情況進行了分析評估，希望為不同樹種滯納情況的更精確評價奠定技術支撐和數據支持，從而為針對全國不同區域的最高滯納大氣顆粒物種類篩選提出了重要依據。

在城市化過程中面臨的重大環境問題之一是大氣污染， 城市景觀樹種的選擇不僅僅是景觀作用，還應該考慮使其發揮滯納大氣顆粒物、凈化大氣的作用，即城市景觀樹種對大氣中大氣顆粒污染物具有一定的吸附滯納作用，準確量化地計算葉片滯納大氣顆粒物的滯納量，是正確評價城市景觀樹種滯納大氣顆粒物凈化大氣的重要依據。本文以赤峰市主要景觀樹種為研究對象，探究赤峰市主要景觀樹種滯納大氣顆粒物能力的強弱，對赤峰市城市建設中景觀樹種的選擇提供理論依據與參考。

2 國內外研究現狀

李耀華研究表明園林植物葉片會影響其攔截大氣顆粒物的能力，榆屬植被滯留不同顆粒物含量均遠超其他樹木，滯納能力最高[2]。吳翠蓉研究表明不同樹種單位葉面積顆粒物滯留量、滯納能力與特征呈正相關關系[3]。 王書恒研究表明植物葉片上表面的結構特征對滯塵能力起主要影響作用，并且單位葉面積滯塵量與溝壑數量呈正相關[5]。 莫若果研究表明同種植物對不同污染源的抗逆性不同,其滯納能力、滯納效果也不同[6]。 Robert 等研究發現，銀毛椴、土耳其榛和銀杏都具有很強的滯塵能力。

通過了解歷年來有關滯納大氣顆粒物的研究，其有關景觀樹種滯納大氣顆粒物滯納能力的研究仍不完善，研究所選景觀樹種仍不全面，值得深入研究。

3 研究區景觀植物概況與研究方法

3.1 赤峰市景觀植物概況

赤峰市為內蒙古自治區轄地級市，地勢地貌豐富多樣，赤峰市的景觀樹種也結合了相鄰地區的特色，“百花齊放”， 赤峰市在中國北方綠色生態屏障構筑中也占據重要位置。

赤峰行道樹綠化工程隨著城市綠化的發展與不斷完善， 至2007 年城市園林綠化覆蓋面積已達3387.80 公頃， 花園中公用綠地面積為3903.10 公頃，公共景觀綠地建筑面積為648.69 公頃，平均公用綠地面積為5.64 平方米。

骨干樹種所體現的區域特點，同時也可以滿足土質、氣象和立地條件，而常綠植物則高能適應地方社會經濟發展現狀和人文景觀特點， 生態效益、經濟性與社會效益相互兼顧，現將赤峰的重要骨干樹木劃分成下列種類：（1）喬木：銀杏、云杉、油松、樟子松、圓柏、扁枝蘚、加拿大楊、新疆楊、柳、榛、蒙古櫟、遼東標、榆、蒙桑、山楂、海棠果、山荊子、李、稠李、杏、山桃、櫻桃、皂角、桾、黃檗、臭椿、火炬樹、衛矛、茶條械、元寶楓、文冠果、欒樹、蒙椴、水曲柳、絨毛白蠟、遼東丁香、梓樹[8]。（2）灌木：錦熟黃楊、小檗、細葉小檗、風箱果、東北茶子、繡線菊、東北珍珠梅、水栒子、小葉金露梅、榆葉梅、紫穗槐、黃刺玫、錦雞兒、砂棘、紅瑞木、土連翹、水臘、錦帶花、金銀木[8]。 （3）藤本：北五味子、南蛇藤、爬山虎、五葉地錦、杠柳[8]。

3.2 研究方法

3.2.1 實驗樣本

根據赤峰市常見景觀樹種的廣泛應用性和典型性，選擇赤峰市內常見的景觀樹種，針葉、闊葉樹共計28 種，其中針葉5 種，闊葉23 種，并進行均勻取樣。

3.2.2 采樣地點

于2021 年秋季在赤峰市區選擇長勢良好景觀樹種采集葉片樣本。

3.2.3 采樣方法

采集時為避免大雨沖刷， 在一周內無降雨時，于所選樣樹樹冠的上、中、下3 層的4 個方位（東、南、西、北）均采集成熟、完整且無病蟲害的葉片[9]。單葉較大者采集20—30 片， 較小者采集40—50 片，樣品采集后立即裝入保鮮袋內，并盡快帶回實驗室轉移至冰箱內保存。

3.2.4 實驗方法

質量差減法計算式為：將葉片試樣放入適量蒸餾水(300mL)中，利用玻璃棒加以攪動(60s)，之后利用超聲波清洗機加以清洗，將葉表顆粒物刷洗至以上蒸餾水中，洗脫液回收，玻璃容器封口，備用，慢速定量分析濾紙編號、萬分之一天平(精度0.1mg)稱重(W1)、備用，洗脫液用慢速定量分析濾紙過濾，之后利用電熱鼓風干燥箱60℃烘干至恒重(兩個測定值之差不大于0.0002g)，之后再稱量烘干后的濾紙重量(W2)，計算濾紙的空白對照濾紙烘干前后的質量差ΔW(ΔW=Wck2-Wck1，式中，Wck1為空白對照濾紙烘干前的質量，Wck2為空白對照濾紙烘干后的質量)， 以及葉片滯納的顆粒物的總質量W=W2-W1-ΔW[10]。

3.3 TSP 滯納量分析（TSP 總顆粒物）

圖1 景觀樹種單位葉面積滯納量圖

目前28 種景觀樹種葉片對顆粒物的滯納特征(顆粒物總質量)，通過極差分析，滯納量最高的與滯納量最低的呈現出顯著差異，對比所有景觀植物葉片滯納總質量，芍藥最大（0.177249mg/cm2），油松最小(0.0069461mg/cm2)。 以各樹種單位面積葉片滯納量的高低排序為[4]芍藥（0.177249mg/cm2）>黃刺玫（0.165857mg/cm2）>丁香（0.163414mg/cm2）>珍珠梅（0.12018mg/cm2）>小葉女貞（0.07651mg/cm2）>杜松(0.0733949mg/cm2)>暴馬丁香 （0.05842mg/cm2）>蘋果樹（0.05322mg/cm2）>云杉(0.0503523mg/cm2)>文冠果（0.04967mg/cm2）>小葉黃楊（0.04669mg/cm2）>紫葉李（0.04493mg/cm2）>國槐（0.04359mg/cm2）>偃柏(0.0346057mg/cm2)>連翹（0.03327mg/cm2）>紅瑞木（0.02835mg/cm2）>側柏(0.0291887mg/cm2)榆葉梅（0.02732mg/cm2）>柳樹 （0.02705mg/cm2）>茶藨子（0.02651mg/cm2）>山杏 （0.01988mg/cm2）>五葉地錦（0.01797mg/cm2）>銀杏（0.01501mg/cm2）>榆樹（0.01386mg/cm2）>五角楓 （0.01215mg/cm2）>新疆楊（0.00895mg/cm2）>山桃 （0.00758mg/cm2)>油松(0.0069461mg/cm2)。

通過對赤峰市28 種常用景觀樹種單位葉面積滯納大氣顆粒污染物的量進行了測定分析。單位葉面積的滯納總量，闊葉與針葉樹種差別很大[4]，如表1 所示。 總體上二十三種闊葉（芍藥、黃刺玫等）的單位葉面積滯納量大于其他5 種針葉樹種葉片的滯納量。其中，芍藥的單位葉面積平均滯納量最大，高達0.177249mg/cm2。 其次為黃刺玫， 滯納量為0.165857mg/cm2，在針葉樹種中，杜松的單位葉面積滯納量達0.0733949mg/cm2， 與油松0.0069461mg/cm2相差較大[7]。

表1 景觀樹種單位葉面積滯納顆粒物量

從不同樹種葉片對大氣顆粒物的滯納量分析可以得出，不同的樹種葉片單位體積對大氣顆粒物的滯納量差別很大，由于針葉樹種葉子表層更高的蠟質層疏水性，導致了植物樹葉表層與顆粒物的接觸面積減少，進而造成了樹葉表層與顆粒物的親和性變弱，同時樹葉表層顆粒物易受雨水、大風等的影響再次漂浮在室內空氣中，而針對樹葉表層微觀構造的凹凸不均（柳樹），帶有溝狀、凹陷組織（銀杏）、毛狀物（國槐）的樹木，其樹葉表面粗糙度也較高，從而促使了室內空氣中顆粒物與樹葉相接觸面的親密融合， 使得大氣顆粒物不易再受到雨水、大風的影響，從而使得針葉、闊葉等樹種對顆粒物的滯納能力效果顯著不同。

不同樹種滯納能力有差異主要與葉片表層茸毛、紋理、表面粗糙度等表面形態構造特性有關，樹葉茸毛越多，表面溝槽也愈深，一般對大氣顆粒物的吸滯量也愈大[11]，而邊緣有瘤形凸起的樹葉則吸滯量也很大。表面有大量分泌物的樹葉（如油松）更平滑也更富有疏水性，不利于對TSP 等大氣顆粒物的吸附。

4 景觀樹種滯納顆粒物的樹種配置及效果分析

由于不同樹種葉片表層差別很大，導致滯納顆粒物的量也有著顯著差異，本研究實驗結果是闊葉和針葉樹種葉片表面吸附的顆粒物的平均質量分別是838.9mg 和131.5mg，目前28 種樹木滯納顆粒物的能力顯著不同，本研究中芍藥對大氣顆粒物的滯納率最高，但僅憑其中一種景觀樹種并不能有效防治大氣顆粒物對環境的污染，所以，為了減少大氣顆粒物對環境的污染和對人類身體健康的危害，極有必要針對地區空氣污染特點來評價植物樹葉對大氣顆粒物的滯納能力， 針對本研究中的28 個地區常用綠化樹木，如何才能夠在該地區實現最大的顆粒物滯納能力， 在以針葉樹種為主的地區，杜松體現出較大的滯納大氣顆粒物的能力[4]。 所以，在景觀樹種的選擇中， 要根據當地環境的大氣顆粒物的特征進行選擇，在本次研究中，赤峰市的景觀樹種選擇優先考慮芍藥、黃刺玫、丁香、杜松和云杉等。

選擇最為合適的景觀樹種配置，對大氣顆粒物具有更好的吸附作用， 對大氣產生了凈化效果，減少大氣中的顆粒物（灰塵、粉塵、細小顆粒）濃度，樹種能夠阻擋、過濾和吸附空氣中的顆粒物。 濃密的樹葉使風速降低， 稍大徑粒的顆粒物沉降下來，樹葉表面的細茸毛能粘附較小徑粒的顆粒物。大氣顆粒物對呼吸系統危害較大，慢性呼吸道炎癥、肺氣腫、肺癌等的發病率與大氣顆粒物的污染程度有相關性。 當大氣可吸入顆粒物日均濃度增加時，人群總死亡率和呼吸道疾病死亡率均有增加。所以防治大氣顆粒物污染降低污染物入侵呼吸道的頻率，降低感染率， 減少了人們肺部和支氣管等的病變情況，可以有效預防呼吸道疾病和抑制呼吸道疾病復發，也對不同的疾病具有輔助治療的功效[12]。

景觀樹種對大氣顆粒物具有吸附作用，對大氣產生了凈化效果：（1） 總體上是減少大氣中的二氧化碳，增加大氣中的氧氣，可以減輕城市溫室效應。（2）可迅速降低大氣中有害氣體的濃度，減少某些揮發性有害的氣體離子濃度。 （3）減少大氣中的顆粒物（灰塵、粉塵、細小顆粒），樹種能夠阻擋、過濾和吸附大氣中的顆粒物。 濃密的樹葉使風速降低，稍大徑粒的顆粒物沉降下來，樹葉表面的細茸毛能粘附較小徑粒的顆粒物。（4）減少大氣中的含菌量，樹種可以減少大氣中的細菌。

美國研究人員發現， 長期暴露于顆粒物污染環境中可能會改變大腦結構，使海馬體突起減少、負責傳遞信息的樹突變短， 影響學習能力和記憶力，引發抑郁；大氣細顆粒物可導致高級神經系統紊亂和器官調解失能，表現為頭疼、頭暈、嗜睡，甚至引起中毒性腦病。 減少大氣中的顆粒物 （灰塵、粉塵、細小顆粒）濃度，可以避免顆粒物對人類神經系統造成的影響， 也可以提高人類的免疫力，加強免疫系統。

5 結果與分析

本次調查選擇赤峰市常見的28 種景觀用樹木葉片表層所吸附顆粒物的滯納含量都有差別，數據得出：闊葉類樹種和針葉類樹種葉片表層滯納大氣顆粒污染物總質量分別為838.9mg 和131.5mg。 研究結果表明，闊葉林的滯納大氣顆粒物的滯納量大于針葉林的滯納大氣顆粒物的滯納量，同時闊葉林中芍藥的滯納量遠大于其余樹種滯納量。

研究發現28 個供試樹種的單位葉面積滯納量存在差異，其中芍藥（滯納能力最強）的單位葉面積滯納量約為油松（滯納能力最弱）單位葉面積滯納量的25.5 倍左右， 進一步證實了不同植物的滯納顆粒物能力存在較大的差異[13]。 在植物滯納顆粒物能力強弱的研究中，常用單位葉面積滯納量作為主要評價指標，可較為直觀地反映其滯納能力的差異以及強弱。

為了更正確、系統地評價景觀樹種對大氣顆粒物的滯納作用，可根據現場實際狀況以及所得出的實驗數據以及資料加以對比，本實驗結論也將對赤峰市未來建設中景觀樹木的選擇，提供重要數據參考和指導意義。 同時在本次研究中，赤峰市的景觀樹種選擇應是芍藥、黃刺玫、丁香、杜松和云杉等景觀樹種一起選擇。