宋英石
（中环国投（北京）环境信息科技股份有限公司，北京 100089）
绿地在城市中具有多种生态服务功能，植物在改善空气质量方面发挥着重要作用［1］，对空气颗粒物有很好的吸附和净化作用［2-6］。有些细小的颗粒物可以通过叶片气孔进入叶片内部［7，8］，但大部分颗粒物会在植物叶片表面聚积，被植物叶片固定下来。本研究对不同树种对各个径级颗粒物的滞尘量进行分析，并确定影响叶片滞尘的主要因素。
1.1 试验材料
用于分析植物滞尘树种间差异的样品采自生态监测站周围，距生态监测站1 km 范围内，采样时间为2013 年6 月、9 月和11 月，2014 年5 月、8 月和10月。研究树种包括白皮松（Pinus Bungeana）、刺柏（Juniperus Formosana）、侧柏（Platycladus orientalis）和油松（Pinus tabulaeformis）4 种针叶树以及国槐（Sophora japonica）、银杏（Ginkgo biloba）、栾树（Koelreuteria paniculata）、大叶黄杨（Euonymus japonicus）和悬铃木（Platanus acerifolia）5 种阔叶树种。每种选择4 棵生长状况良好、无病虫害的树，采样高度为1.5 m，分别在每棵树的4 个方向用剪刀植物叶片剪下，每棵树采集样品10～20 g，将叶片用牛皮纸袋封装，贴好标签，在实验室常温情况下风干备用。
1.2 叶表颗粒物质量测定方法（冲洗-抽滤法）
将滤膜放在空气相对湿度30%～40%（±5%）和温度20～23 ℃（±2 ℃）环境下，静置24 h，用电子天平（saturious，BT25S）称量滤膜重量。
将每个植物样品放入1 000 mL 烧杯中，加入500 mL 蒸馏水，用超声波清洗器，清洗4 min，用镊子将叶片夹出，并用250 mL 蒸馏水冲洗，将冲洗干净的叶片烘干至恒重，称重并记录。将浸洗液过150目金属筛（孔径106 μm），滤掉直径较大的颗粒物。用过滤器连接真空泵，对浸洗液过滤，首先，通过孔径10 μm 的滤膜（PTFE，Millipore），过滤后的滤液通过孔径2.5 μm 的滤膜（PTFE，Millipore），最后通过孔径0.2 μm 的滤膜（PTFE，Millipore）。通过以上过滤可以将叶面上的颗粒物按粒径分离，3 种滤膜上的颗粒物分别是①大颗粒物，直径为10.0～100.0 μm；
②粗颗粒物，直径为2.5～10.0 μm；
③细颗粒物，直径为0.2～2.5 μm。
滤膜在80 ℃下，烘干12 h。在空气相对湿度25%～45%，温度18～25 ℃的环境下，静置24 h 后用天平称重，2 次差值即为颗粒物的重量。
1.3 树脂内颗粒物的质量测定
树脂内颗粒物质量测定与叶表颗粒物质量测定方法相同。叶片经过蒸馏水冲洗后，用氯仿冲洗1次，氯仿可将叶片表面的树脂溶解，将固定在树脂内的颗粒物析出。用冲洗-抽滤方法，将树脂内的颗粒物按照径级分别测定，过滤完成后，待烧杯中氯仿蒸干，用称重法计算树脂重量。
1.4 叶面积计算
选择部分针叶（10 g 左右），用GXY-A 型根系表面积分析仪扫描（浙江托普仪器有限公司），计算出叶片的表面积Δs，阔叶树可直接利用扫描结果，得出叶面积Δs，将叶片烘干至恒重，用天平精确称重计为Δm。计算单位质量的叶面积A（cm2∕g）；
假设每一样品的质量为M，计算每个样品的总叶面积S。
用不同植物样品上不同粒径范围的颗粒物质量除以样品总面积，即可得出不同植物单位叶面积上不同粒径的颗粒物质量。
1.5 叶面积指数测定
植物的叶面积指数用LAI-2000 型（Li-cor，USA）叶面积指数仪测定。
1.6 叶片粗糙度测定
叶片粗糙度对植物滞尘有重要影响，叶片表面下凹处、褶皱区和气孔周围均是颗粒物聚积的理想位置。表面粗糙度起源于机械加工，是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度。本研究用粗糙度表征叶片表面的起伏程度，植物叶片的粗糙度通过原子力显微镜（AFM）（德国Bruker公司）测定。
施工设计是关乎整个施工大局的环节，在施工设计中防渗漏设计尤为重要，如果设计不合理，施工材料质量再好，也无法避免渗水漏水问题，在施工设计中，有很多施工单位没有聘用专业的设计师或者设计师没有接受过专业性的技术指导，专业素质不过关，所以在进行设计时考虑不周到，导致防水设计在图纸上体现不周到，施工人员在施工时按照图纸上的粗略设计也进行粗略的施工，例如对窗户接缝处的防水设计经常会被设计师们忽略。或者是设计师在进行设计时，只注重美观而无法顾及防水设计，导致的结果都是防水施工不到位。
1.7 叶片绒毛观测
用显微镜观察叶片表面的绒毛状况并拍照，根据绒毛的多少和聚集程度分5 个等级，1 表示极少，5表示很多。
2.1 不同树种总滞尘量
不同树种总滞尘量不同。植物叶片表面吸附的颗粒物分为2 部分，叶表颗粒物（surface PM，SPM）和树脂内颗粒物（PM in wax，WPM），每个部分又分为细颗粒物、粗颗粒物和大颗粒物。总滞尘量是指叶表和树脂内所有小于100 μm 的颗粒物质量总和。不同树种叶片表面总滞尘量见图1。由图1 可知，栾树2013 年、2014 年总滞尘量均为最高，分别为371、353 μg∕cm2；
针叶树种中总滞尘量最高的为刺柏，2013 年、2014 年分别为321、263 μg∕cm2。2013 年悬铃木总滞尘量最低，为84 μg∕cm2；
2014 年油松总滞尘量最低，为102 μg∕cm2。栾树2013 年的总滞尘量是悬铃木的4.4 倍，2014 年是油松的3.4 倍。2013 年所有树种单位面积总滞尘量为194 μg∕cm2，2014 年所有树种单位面积总滞尘量为183 μg∕cm2，这可能与降水、空气颗粒物浓度、风等因素有关。
图1 不同树种叶片表面总滞尘量
2.2 叶表不同径级颗粒物滞尘量的差异分析
不同树种对不同径级颗粒物滞尘量结果见表1。由表1 可知，不同树种对不同径级的滞尘量不同。2013 年和2014 年栾树对细颗粒物滞尘量分别为8.44、8.24 μg∕cm2；
在2014 年，栾树对细颗粒物的滞尘量要显著高于其他树种。2年间，对细颗粒物滞尘量最低的均为悬铃木，分别为1.21、1.09 μg∕cm2。均显著低于栾树，悬铃木对细颗粒物的滞尘量仅为栾树的13.2%～14.3%。栾树在2 年间对粗颗粒物的滞尘量均显著高于其他树种，分别为91.87、65.43 μg∕cm2；
2013 年对粗颗粒物滞尘量最低的树种是悬铃木，为12.11 μg∕cm2；
2014年最低的为大叶黄杨，为6.25 μg∕cm2。2013 年和2014 年对大颗粒物滞尘量最高均为栾树，分别为246.40、255.38 μg∕cm2；
2014 年栾树对大颗粒物的滞尘量要显著高于其他树种；
2013、2014 年对大颗粒物的滞尘量最低为悬铃木和白皮松，分别为41.05、45.49 μg∕cm2。阔叶树的单位叶面积滞尘量高于针叶树，这可能与叶片的粗糙度和叶片平展程度有关。
表1 2013 年和2014 年不同树种对不同径级颗粒物滞尘量
2.3 不同树种树脂颗粒物滞尘量的差异分析
不同树种树脂颗粒物滞尘量结果见图2。由图2可知，树脂内总滞尘量刺柏最高，为54.7 μg∕cm2，栾树最低，为23.8 μg∕cm2。叶片树脂内细颗粒物和粗颗粒物含量最高的均为刺柏，分别为3.3、25.6 μg∕cm2。树脂中细颗粒物滞尘量最低的为银杏（0.91 μg∕cm2）；
粗颗粒物滞尘量最低的为栾树（7.8 μg∕cm2）。树脂大颗粒物滞尘量最高的为白皮松（34.8 μg∕cm2），最低的为银杏（15.0 μg∕cm2）。针叶树的滞尘量高于阔叶树，这可能与针叶树的树脂含量有关。
图2 不同树种树脂颗粒物滞尘量
2.4 叶表颗粒物与树脂颗粒物比较
不同树种叶表颗粒物与树脂颗粒物占比结果见表2。由表2 可知，在总滞尘量上，叶表大颗粒物占总滞尘量的79%，蜡质中大颗粒物占总量的21%。Popek 等［9］研究发现，叶表颗粒物占总滞尘量的60%；
Dzierżanowski 等［10］在测定5 种乔灌植物的滞尘效应中发现叶表颗粒物和树脂中颗粒物占比分别为61%和39%。本研究中叶表颗粒物所占比例较高，可能与当地空气颗粒物浓度和滞尘时间有关。
表2 不同树种叶表颗粒物与树脂颗粒物占比 （单位：%）
2.5 植物特性对植物滞尘的影响
2.5.1 不同物种的叶片特征 植物本身的特性对植物滞尘至关重要，例如叶片的绒毛结构、叶片粗糙度、叶片树脂含量以及叶面积指数等均对植物滞尘有重要影响。叶片绒毛是影响植物滞尘的重要特征，由于绒毛的阻挡作用，大量的颗粒物会在其周围聚集。通过显微镜观察叶片表面的绒毛结构，结果见图3。其中国槐叶片表面绒毛量较多。栾树叶背面主脉上有灰色绒毛。银杏叶正面颜色深绿，有光泽，一般无毛，其背面呈淡绿色，有大量绒毛或纤毛，只有少数无毛。悬铃木嫩枝有黄褐色绒毛，叶片两面幼时有灰黄色绒毛，后变无毛，其余树种绒毛较少。
图3 不同树种叶片绒毛级别
通过原子力显微镜对叶片粗糙度测定发现，栾树的粗糙度最高，为6.7 μm，其次为刺柏，为4.8 μm，白皮松最低，为1.2 μm（图4）。
图4 不同树种叶片粗糙度
叶片树脂含量是影响植物滞尘的重要因子，当颗粒物进入树脂中，会被树脂封存在树脂内部，是一种永久性固定颗粒物的方法。叶片表面树脂含量结果见图5。由图5可知，白皮松的叶片树脂含量最高，为0.32 mg∕cm2，悬铃木树脂含量最低，为0.04 mg∕cm2。
图5 叶片表面树脂含量
树冠的疏密程度对植物滞尘也有重要的影响，冠层越密，越容易产生大气湍流，增加颗粒物与叶片的接触概率。因此能够借用叶面积指数间接反映树冠的疏密程度。不同树种叶面积指数见图6。由图6 可知，叶面积指数最高的为大叶黄杨（3.5），最低的为白皮松（1.0）。
图6 不同树种叶面积指数
2.5.2 植物滞尘量与滞尘特征的关系 植物特征与滞尘量相关性分析见表3。由表3 可知，叶表细颗粒物和粗颗粒物均与叶片粗糙度极显著正相关（P＜0.01），叶表大颗粒物与叶片粗糙度显著正相关。研究发现，表面粗糙的叶片比光滑的叶片滞尘效率高［11-13］。
表3 植物特征与滞尘量相关性分析
叶片粗糙度与植物滞尘量回归分析见图7。由图7 可知，叶表大颗粒滞尘量和粗糙度之间虽关系较弱（r=0.268 8），但也达到了显著性水平，叶表细颗粒物和粗颗粒物均与叶片粗糙度存在线性关系。此外，发现树脂大颗粒物与叶片树脂量极显著相关（图8），而细颗粒物和粗颗粒物均与树脂量显著。
图7 叶片粗糙度与植物滞尘量回归分析
图8 树脂量与树脂大颗粒物回归分析
Popek 等［9］研究发现，树脂中粗颗粒物与叶片表面树脂量显著相关，但其他径级与树脂含量无关；
Dzierżanowski 等［10］研究发现，叶片树脂量与总滞尘量、叶表滞尘量及各个粒径的滞尘量均相关；
Jouraeva 等［14］研究发现，植物滞尘量与叶片树脂量不相关。叶片表面的树脂在植物滞尘过程中发挥的作用可能更多依赖树脂的化学成分和结构，而不是树脂的厚度［15］。而叶片绒毛和叶面积指数均未发现与叶片滞尘量有相关关系。
不同粒径在叶表和蜡质中所占比例不同。随着粒径增大，树脂中颗粒物所占比例减小。树脂中细颗粒物和粗颗粒物所占比例为43%～44%，树脂中大颗粒比例为21%。Sæbø 等［8］研究发现，大颗粒物在叶表的滞尘量高于树脂，但对于粒径较小的颗粒物差别不明显。说明树脂这一特性在叶片吸附小粒径颗粒物过程中更为有效，而大粒径的颗粒物受重力的影响，更容易在叶片表面沉降聚积。
该研究发现，阔叶树种中栾树的滞尘量最高，针叶树种中刺柏的滞尘量最高；
叶表颗粒物中在细颗粒物、粗颗粒物和大颗粒物3 个粒径范围内，栾树的滞尘量均为最高；
树脂颗粒物在细颗粒物和粗颗粒物2 个粒径范围，刺柏的滞尘量最高，在大颗粒物粒径范围内，白皮松的滞尘量最高；
叶表颗粒物与树脂中颗粒物的质量比为4∶1，在细颗粒物和粗颗粒物范围，叶表颗粒物与树脂内的比例接近1∶1，但在大粒径颗粒物范围内，两者比例接近4∶1；
植物叶表滞尘量与叶片粗糙度显著相关，树脂中大粒径颗粒物与树脂层厚度显著相关，其他植物特征与植物滞尘量关系不显著。
