通州区东郊森林公园不同树种叶片滞尘能力探究

胡 雪，乔保军，侯 巍，肖 萌，王 浩

(1.北京林丰源生态环境规划设计院有限公司，北京 100083；内蒙古天清水土保持技术服务有限责任公司，内蒙古 赤峰 024000)

通州区东郊森林公园不同树种叶片滞尘能力探究

胡 雪1，乔保军2，侯 巍1，肖 萌1，王 浩1

(1.北京林丰源生态环境规划设计院有限公司，北京 100083；内蒙古天清水土保持技术服务有限责任公司，内蒙古 赤峰 024000)

植物叶片；滞尘能力；滞尘量；乔木；灌木

植物叶片对粉尘有明显的阻挡、过滤和吸附作用，可使大气含尘量降低，探讨不同植物的滞尘能力具有重要的意义。以通州区东郊森林公园的3种杨树和8种典型园林绿化树种为研究对象，运用方格法计算叶面积、质量差减法计算其滞尘量，对不同树种的滞尘能力进行的分析评价结果表明：同一采样周期，3种杨树在林缘处采集的叶片滞尘量均远远大于林内的叶片；3种杨树中，新疆杨的林内叶片滞尘量和林缘叶片滞尘量总体上远大于河北杨与小叶杨；在同一采样点，3种杨树叶片的滞尘量随时间变化却并不相同；8种园林绿化树种的滞尘能力存在相当大的差异，灌木树种以金叶女贞最小、玫瑰最大，乔木树种以垂柳最小、洋白蜡最大，灌木树种的滞尘能力总体远高于乔木树种，约为乔木树种的3.1倍。

植物的滞尘作用是植物的重要生态功能之一。基于空气中的粉尘颗粒对人类及整个自然生态系统造成的严重危害，人们开始着手研究解决大气粉尘污染问题，而在现有的科学技术手段不能直接解决粉尘污染问题的情况下，只得借助自然界的自净能力来缓解粉尘污染。科学研究发现，绿色植物不仅有吸收空气中有害气体的功能，而且对大气中的颗粒悬浮物还有着明显的阻挡、吸附、过滤作用[1]，植物叶片能通过其表面的特殊形态构成(如叶片表皮茸毛、腊质表皮、沟状组织、分泌黏性油脂等)和其湿润性发挥巨大的滞尘作用。叶片的滞尘量不是无限的，达到一定滞尘量后的植物叶片会暂时失去滞尘能力，但是在经过降雨冲洗以后，叶片又能够恢复其滞尘能力，达成可持续的循环。

国外对植物滞尘的研究较早，开始于20世纪70年代，并提出了关于植被是颗粒态污染物蓄积库的经典说法。国外的研究人员对植物滞尘能力的研究重点通常集中于树木滞纳放射性颗粒物与痕量金属颗粒物方面，并于1976年由美国环保局率先提出并制定了利用木本植物来改善空气质量的典型示范计划，开始了对植物滞尘能力及滞尘效益的综合研究。如：SCHABEL[2]研究发现植物叶片的滞尘能力并不是固定不变的，降雨过后附着在叶片上的粉尘会被雨水冲洗掉，使叶片重新恢复滞尘能力，从侧面证明了植物叶片的滞尘能力是具有“可塑性”的；LOVETT et al.[3]通过研究证明，不同植物的滞尘能力并不相同，植物的滞尘能力受到不同植物种的叶面特性、叶总面积、树冠构成和叶片倾斜角度等的影响而存在很大差异；而BECKETT et al.[4]更为精确地证明植物本身的特性会对滞尘能力带来极大影响。通过对大量不同植物叶片的研究，确定不同植物的滞尘能力差异主要是由叶片的形态结构特征决定的，如叶片的形态、粗糙程度、叶片表面是否附着茸毛等，表面粗糙的叶片比光滑叶片具有更好的滞尘作用。

虽然国内对植物滞尘能力和滞尘效益方面的研究开展得较晚，但是近年来也已经取得了大量与世界接轨的成果。国内外诸多研究文献均已证明，植物的滞尘能力受其自身的生理特性影响。黄慧娟[5]和陈芳等[6]同样研究分析了植物的滞尘能力，结果表明，树冠结构、枝条硬度、树冠郁闭度、总叶面积覆盖度等不同，导致不同植物种的滞尘能力存在较大差异。柴一新等[7]则是通过分析不同树种的叶片形态结构特征来确定植物的滞尘能力，他们认为：表面密布茸毛的叶片较无毛叶片具有更好的滞尘能力；表面无毛的树叶若具有沟状组织，其滞尘能力也很强；相反，宏观叶表面有轻微凹凸而细微结构为瘤状凸起的树种，滞尘能力可能较差。除了植物的种类、叶片自身的生理特性对植物的滞尘能力有影响，同一植物在不同的生长环境下，其滞尘能力也存在着较大的差异。高金晖等[8]通过实测具有代表性的同种绿色植物在不同环境条件下的滞尘能力，确定环境条件也是影响植物滞尘的一个重要因子，如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。

对植物滞尘能力和滞尘效应的研究大多数围绕叶片滞尘量展开，因此对不同地区植物滞尘能力的研究都要基于植物叶片的滞尘量。基于此，本研究以通州区东郊森林公园3种杨树——新疆杨(PopulusalbaL. var.pyramidalisBunge)、小叶杨(PopulussimoniiCarr.)、河北杨(Populus×hopeiensisHu & Chow)和8种典型园林绿化树种——国槐(SophorajaponicaLinn.)、香花槐(Robiniapseudoacaciacv. idaho)、玫瑰(RosarugosaThunb.)、榆叶梅〔Amygdalustriloba(Lindl.) Ricker〕、黄刺玫(RosaxanthinaLindl.)、垂柳(SalixbabylonicaL.)、洋白蜡(FraxinuspennsylvanicaMarsh.)、金叶女贞(Ligustrum×vicaryiHort.)为研究对象，通过实地调查、测定，在前人研究成果的基础上分析研究植物的滞尘能力和通州区东郊森林公园生态系统现状，以期为今后该地区的生态建设提供基础数据和科学方法。

1 研究区自然概况

东郊森林公园位于通州、顺义、朝阳三区交界地带，南部紧邻通州新城，北部与首都机场、空港产业基地和顺义现代制造业基地相接，规划面积5 933 hm2，研究区域选取通州段东郊森林公园。通州区地处永定河、潮白河冲积洪积平原，地势西高东低、北高南低，较为平坦，略有起伏。区域内河流主要有小中河、温榆河两条河流。森林公园属暖温带大陆性半湿润季风气候，年平均气温11.5 ℃，其中7月份气温最高、1月份气温最低；年均日照时数2 730 h，无霜期208 d，≥10 ℃年积温4 200 ℃；多年平均降水量525 mm，85%集中在6—9月份；冻土深度54 cm，最深积雪23 cm；年平均风速3.2 m/s，年均大风日数26.7 d，主要风向为西北风、北风；土壤类型以潮土为主。

公园以人工植被为主，植物种类有600多种，其中乔木有260多种，主要有新疆杨、白皮松、北京杨、小叶杨、河北杨、毛白杨、河南桧、油松、华山松、北京桧、云杉、侧柏、青杄、白杄、樟子松、杜松、银杏、栾树、白蜡、旱柳、垂柳、国槐、香花槐、刺槐、元宝枫、三球悬铃木、枫树、臭椿、千头椿、皂荚、杜梨、核桃、黄檗、北枳椇、美国榆、金叶榆等，灌木有丁香、玫瑰、女贞、榆叶梅、迎春、太平花、棣棠、碧桃、黄刺玫、连翘、紫穗槐、平枝荀子、黄栌、红瑞木、金银木、各色木槿、枸杞、沙地柏等。该公园为北京最大的郊野树木园。

2 试验设计与方法

本研究主要通过分析比较通州区东郊森林公园3种杨树(新疆杨、小叶杨、河北杨)和8种园林绿化树种(国槐、香花槐、垂柳、洋白蜡4种乔木和玫瑰、榆叶梅、黄刺玫、金叶女贞4种灌木)的单位叶面积滞尘量，评价确定通州区东郊森林公园地区典型植物滞尘能力的大小，为森林公园后期建设树种选择奠定基础。

叶片的滞尘能力是指植物单位叶面在单位时间中截留的粉尘量，试验中采用质量差减法进行测定。

2.1 野外采样

新疆杨、小叶杨、河北杨叶片均采集于通州区东郊森林公园一期园区外围，8种园林绿化树种叶片均采集于通州区东郊森林公园一期园区。通过实地调查，每种树各选择3株作为标准株，于雨后7 d和21 d在所选标准株上的不同位置随机均匀采集叶片15片，并在采集后立即小心置于密封袋中，做好编号，重复3次，同时尽量避免叶片上滞留的粉尘脱落。

2.2 室内处理

将采集的树木叶片样本带回实验室立刻用蒸馏水分别浸泡，在浸泡的过程中将叶片轻轻搅动，使得叶片上附着的粉尘落入水中，浸泡1 h后用镊子将叶片小心夹住，用细毛刷清洗，使得残留粉尘也落入水中，再反复清洗叶片2～4次。

清洗完毕后，将事先烘干过的滤纸放在电子天平(精度为0.001 g)上称量，记录测得的质量，再将浸洗完叶片的水经由滤纸过滤，将滤纸及过滤物置于60 ℃的烘箱中烘干后称量，两次质量之差即为样本叶片上的粉尘质量。

将清洗晾干后的叶片置于坐标纸上(最小方格1 mm×1 mm)平铺，用笔芯较细的铅笔沿叶片边缘仔细描绘出叶片形状，统计坐标纸上所描绘的叶片所占的最小方格数。不小于最小方格面积1/2的计为1格，小于1/2的忽略不计，通过累积最小方格数量来计算叶面积。

最后，根据叶片上的粉尘质量与叶面积即可求得单位叶面积的滞尘量。

3 结果与分析

3.1 三种杨树的滞尘能力

3.1.1 新疆杨的滞尘能力

由表1可以看出，林内与林缘的新疆杨叶片滞尘量均随着时间的变化而变化：采样周期为7 d时，林内新疆杨的叶片滞尘量为0.151 g/(m2·d)，林缘处为0.240 g/(m2·d)；采样周期为21 d时，林内新疆杨的叶片滞尘量为0.278 g/(m2·d)，林缘处为0.801g/(m2·d)。即在同一采样点，新疆杨叶片的滞尘量随着时间的增加而增多，21 d时林内叶片的平均滞尘量约为7 d时的1.8倍，林缘叶片的平均滞尘量约为7 d时的3.3倍。

表1 杨树叶片滞尘量

同时可以发现，采样周期相同时，林缘的新疆杨叶片的滞尘量均远大于林内的叶片。

3.1.2 小叶杨的滞尘能力

由表1可以看出，林内与林缘的小叶杨叶片滞尘量均随着时间的变化而变化：采样周期为7 d时，林内小叶杨的叶片滞尘量为0.075 g/(m2·d)，林缘处为0.406 g/(m2·d)；采样周期为21 d时，林内小叶杨的叶片滞尘量为0.155 g/(m2·d)，林缘处为0.241 g/(m2·d)。根据数据可知，小叶杨林内叶片滞尘量随着时间的增加而增多，21 d的叶片滞尘量约为7 d的2.1倍；而林缘处叶片的滞尘量随着时间的增加而减少，21 d的叶片滞尘量约比7 d时减少40.6%。

同时可以发现，采样周期相同时，林缘的小叶杨叶片的滞尘量均远大于林内的叶片。

3.1.3 河北杨的滞尘能力

由表1数据可以看出，林内与林缘的河北杨叶片的滞尘量均随着时间的变化而变化：采样周期为7 d时，林内河北杨的叶片滞尘量为0.054 g/(m2·d)，林缘处为0.303 g/(m2·d)；采样周期为21 d时，林内河北杨的叶片滞尘量为0.121 g/(m2·d)，林缘处为0.176 g/(m2·d)。即在同一采样点，随着采样时间的增加，河北杨林内叶片的滞尘量增多，21 d的叶片滞尘量约为7 d的2.2倍；林缘处叶片的滞尘量减少，21 d的叶片滞尘量约比7 d时减少41.9%。

同时可以发现，采样周期相同时，林缘河北杨叶片的滞尘量均远大于林内叶片的滞尘量。

3.1.4 3种杨树树种的滞尘能力比较

对3种杨树进行对比分析，可以发现：①在采样周期相同时，新疆杨、河北杨和小叶杨林缘处的叶片滞尘量总是远大于林内的叶片。②在同一采样点，叶片的滞尘量随着采样周期的增加而变化，其中：新疆杨林内和林缘处7 d时的叶片滞尘量远小于21 d的，即滞尘能力随着采样时间的增加而上升；而小叶杨和河北杨林内叶片滞尘量7 d的小于21 d的，林缘处的叶片滞尘量则是7 d的远大于21 d的。造成这一现象的原因可能是：林缘处叶片吸附的粉尘量大，对进入林内的粉尘起到一个提前过滤的作用；小叶杨和河北杨的滞尘能力小于新疆杨，使得在试验周期内，河北杨和小叶杨林缘处叶片的滞尘能力达到阈值，之后呈下降趋势，而林内叶片由于有林缘处叶片的阻挡而吸附量少，因而依旧保持着滞尘能力。③将3种杨树叶片滞尘量(7 d和21 d的平均值)进行比较后发现，无论是林缘还是林内，新疆杨的叶片滞尘量总体上均大于河北杨和小叶杨。

3.2 园林绿化树种的滞尘能力

3.2.1 乔木树种的滞尘能力

应用SAS9.0软件对洋白蜡、国槐、香花槐、垂柳4种乔木的滞尘能力进行方差分析，结果表明不同乔木树种之间的滞尘能力差异极显著(F=13.91，P=0.000 4<0.01)。由表2可知，试验所选的4种乔木按滞尘能力大小排序为：洋白蜡>国槐>香花槐>垂柳。

表2 乔木树种滞尘能力多重检验结果

注：表中不同字母表示在0.01水平差异极显著，下同。

3.2.2 灌木树种的滞尘能力

应用SAS9.0软件对玫瑰、黄刺玫、榆叶梅、金叶女贞4种灌木的滞尘能力进行方差分析，结果表明，不同灌木树种之间的滞尘能力差异极显著(F=10.25，P=0.001 5<0.01)。由表3可知，试验所选的4种灌木按滞尘能力大小排序为：玫瑰>榆叶梅>黄刺玫>金叶女贞，其中玫瑰的滞尘能力最高、金叶女贞最低。

表3 灌木树种滞尘能力多重检验结果

3.2.3 园林绿化树种的滞尘能力比较

将测得的园林绿化树种的滞尘能力进行综合分析发现：①8种园林绿化树种的滞尘能力有较大差异，灌木树种中玫瑰的滞尘能力最高，约为滞尘能力最低的金叶女贞的2.23倍；乔木树种中洋白蜡的滞尘能力最高，约为滞尘能力最低的垂柳的11.5倍。②在8种园林绿化树种中，灌木的滞尘能力多大于乔木，其平均值约为乔木的3.1倍。③造成灌木的滞尘能力大于乔木的主要原因，可能是由于乔木与灌木的高度不同，高大的乔木在植被中主要起到阻滞、过滤外界粉尘的作用，而较密、低矮的灌木则能有效减少地面的扬尘。大气中的粉尘受到较高的乔木树干、枝叶的阻挡、摩擦，加之空气的黏性影响，就会有较多的尘埃沉降到灌木上，因此附着在灌木叶片上的粉尘量也就较多。

4 结 论

(1)在同一采样周期，3种杨树(新疆杨、河北杨、小叶杨)林缘处叶片滞尘量均远远大于林内叶片的滞尘量。

(2)新疆杨林内叶片滞尘量和林缘叶片滞尘量总体上均分别远大于河北杨和小叶杨。

(3)在同一采样点，叶片滞尘量均随着采样时间的增加而变化，新疆杨林内和林缘的叶片滞尘量随采样时间的增加呈现上升趋势，而小叶杨和河北杨林内叶片的滞尘量随采样时间的增加而上升，林缘叶片滞尘量则随采样时间的增加明显下降。这说明，新疆杨的滞尘效率更高一些。

(4)8种园林绿化树种的滞尘能力存在着一定的差异，灌木平均滞尘量为乔木的3.1倍。灌木树种的滞尘能力排序为金叶女贞<黄刺玫<榆叶梅<玫瑰，玫瑰约为金叶女贞的2.4倍；乔木树种滞尘能力排序为垂柳<香花槐<国槐<洋白蜡，洋白蜡的滞尘量约为垂柳的11.5倍。

[1] 周晓炜,亢秀萍.几种校园绿化植物滞尘能力研究[J].安徽农业科学,2008,36(24):10431-10432.

[2] SCHABEL H G.Urban forestry in the Federal Republic of Germany[J].Journal of Arboriculture,1980,6(11):281-286.

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[4] BECKETT K P,FREER-SMITH P H,TAYLOR G.Urban woodlands:their role in reducing the effects of particulate pollution[J].Environmental Pollution,1998,99(3):347-360.

[5] 黄慧娟.保定常见绿化植物滞尘效应及尘污染对其光合特征的影响[D].保定:河北农业大学,2008:17-28.

[6] 陈芳,周志翔,郭尔祥,等.城市工业区园林绿地滞尘效应的研究——以武汉钢铁公司厂区绿地为例[J].生态学杂志,2006,25(1):34-38.

[7] 柴一新,祝宁,韩焕金.城市绿化树种的滞尘效应——以哈尔滨市为例[J].应用生态学报,2002,13(9):1121-1126.

[8] 高金晖.北京市主要植物种滞尘影响机制及其效果研究[D].北京:北京林业大学,2007:6.

(责任编辑 徐素霞)

S727.28;X173

A

1000-0941(2017)07-0059-04

胡雪(1984—)，男，吉林双辽市人，助理工程师，学士，主要从事水土保持方案编制、水土保持监测、小流域治理工作。

2017-05-12