随着我国经济的高速发展和社会化进程的加快,城市大气污染越来越突出.华北地区已成为我国四大灰霾地频发之一[1],特别是日益增加的机动车辆,释放有毒有害气体的同时还伴有扬尘,对城市环境造成更大的压力.作为城市绿化的主体,植物可以通过吸附、黏着等方式缓解城市颗粒物污染[2 -4],国内外学者在植物滞尘方面开展了广泛的研究.但研究依然存在不足: 我国学者对许多大城市( 如北京[5]、哈尔滨[6]、南京市[7]) 等的主要绿化树种滞尘能力进行研究,但对兴起的新型工业园区的绿化树种研究甚少.
目前新型工业区在中国的发展方兴未艾,作为工业区内重要的基础服务设施之一,绿地系统在生态环境改善、提升产业区吸引力和竞争力方面扮演重要的角色.因此,通过分析产业区内绿化树种滞尘能力及滞尘效益,筛选出滞尘能力强的绿化树种对工业区内生态环境改善及绿化树种的选择具有重要的指导性意义.
天津空港经济区经过十年的发展,已成为一个高度开放的外向型经济区域.截止 2011 年底,经济区绿化覆盖面积约 559hm²,绿化覆盖率为 27. 78%.但是,空港经济区作为物流加工区,交通流量大,地面扬尘等污染程度较高,因此,文中拟以华北地区新型工业区中具有代表性的天津空港经济区为研究对象,对区域内常见绿化树种滞尘能力进行分析,以期选出滞尘能力较强的植物,为经济区甚至是华北地区新型工业区园林绿化树种的选择与配置提供一定理论指导与参考,为城市绿地设计提供一定的基础数据,进而为改善环境提供重要保障.
1 材料与研究方法
1. 1 研究区概况
天津空港经济区属温暖带大陆性季风气候,四季分明,春季短而少雨干燥,蒸发量大,盛行西南风,夏季高温多雨,盛行南风,秋季短,冷暖适中,盛行西南风,冬季受蒙古 - 西伯利亚高压控制,盛行西北风,寒冷,常年主导风向为南风,平均风速 3. 4m/s; 平均气温 11. 7℃,平均温差 30. 7℃,极端最高气温 40. 3℃,极端最低气温 -20. 3℃; 无霜期 206 天; 全年平均降水量为 584. 5mm,主要集中于夏季,约占全年降水量的76% ,最大日降水量为 240. 3mm; 年蒸发量为 1469. 1mm,是降水量的 2. 4 倍,蒸发量以 5 月最大,为 184.6mm,12 月最小 28. 5mm.
1. 2 材料与方法
1. 2. 1 样品采集及方法
一般认为雨量大于 15mm 或者是风速大于 17m/s 时,可冲掉植物叶片上的降尘,然后重新滞尘[8,9].
本采样区为天津市空港经济区.样品采集于 2012 年 9 月 18 日进行,( 9 月 8 日有阵雨,一般在雨后十天采集,认为雨后十天叶面尘量变化不大) .通过调查选取经济区内 20 种数量占优势、分布较广的植物树种( 表 1) 作为研究对象,每个采样点内每个树种选取平均标准株 3 棵,从树冠周围及上、中、下各个部位多点采样,所采样本小心封存于塑料袋中,做好标记,带回实验室进行处理分析.
1. 2. 2 树种的选择( 表 1)
1. 2. 3 测定方法
叶片的滞尘量采用重量差值法[6,10]进行分析测定: 将采集的叶子放于盛蒸馏水烧杯中浸泡 2h,用毛刷刷下叶片表面的颗粒物,并用小毛刷轻轻刷洗装叶片的保鲜袋,然后将叶片取出.用已烘干称量( W1)的滤纸过滤浸洗液,再将滤纸于 60℃下烘 24h 后用 1/10000 天平称量( W2) ,两次质量之差( W2- W1) 即为采样叶附着颗粒物的总重量.样品叶面积 A 用打孔称重法[11]测定,整株数木的叶片总量采用分层取样法估算.
( 1) 样品叶片面积测定方法: 将叶片清洗干净,用打孔器在每片叶片中部和边缘打孔,打下叶片的小圆面积为定值,将小圆片称重,再将全部叶片称重,小圆片的重量和面积与全部叶片的重量和面积的比例即叶片的全部叶面积.
( 2) 单株树木叶片总量计算方法: 先用目测法将所调查的植株进行分区、分层.把几个大枝归为几等分,接着对各主枝进行继续等分分级,一直到可以容易计算叶片的标准小枝为止.知道标准小枝的叶片数量后再计算全株叶量.
( 3) 计算公式
植物的滞尘能力即叶片单位面积滞尘量 = ( W2- W1) / A
全株滞尘量 = 单叶滞尘量 × 全株估计叶片数.
1. 2. 4 数据处理
采用 Excle 进行树种滞尘能力的数据分析,用 SPSS 软件对滞尘能力进行系统聚类统计分析.
2 结果与分析
2. 1 乔木树种滞尘能力比较
由表 2 可知,9 种乔木中,单位面积的滞尘能力最强的为毛白杨,其滞尘量为 1. 86g/m²; 白蜡最低,其滞尘量为 0. 53g/m²,两者相差约 3. 5 倍.主要原因是毛白杨叶稀疏,有利于发挥每个叶片的滞尘作用,而白蜡叶面较光滑,滞尘量较低.9 种乔木平均滞尘量为1. 29g/m².滞尘能力由大到小的顺序为: 毛白杨 >国槐 > 泡桐 > 青桐 > 悬铃木 > 刺槐 > 栾树 > 旱柳 > 白蜡.
单株滞尘能力最强的为刺槐,其滞尘量为 316. 47g/株,栾树最低,为 14g/株,二者相差约 23 倍.各乔木单株滞尘能力大小依次为: 刺槐 > 悬铃木 > 国槐 > 青桐 > 毛白杨 > 旱柳 > 白蜡 > 泡桐 > 栾树.
2. 2 灌木树种滞尘能力分析
由表 3 可知,11 种灌木中,单位叶面积滞尘能力最强的为紫丁香,其滞尘量为 3. 44g/m²; 紫荆最低,仅为 1. 36g/m²,两者相差约 2. 5 倍.主要原因是紫丁香叶面粗糙、有绒毛,因此能吸附较多粉尘; 而紫荆叶柄较细软,易被风吹动,滞尘量较低.11 种灌木平均滞尘量为 2. 39g/m².单位叶面积滞尘能力从大到小顺序为: 紫丁香 > 棣棠 > 珍珠梅 > 水腊树 > 西府海棠 > 木槿 > 紫叶李 > 紫叶矮樱 > 金银木 > 金叶接骨木> 紫荆.
紫叶矮樱的单株滞尘能力最强,其滞尘量为 29. 95g/株; 紫荆最低,为 2. 59g/株,二者相差约 12 倍,几种灌木单株滞尘能力大小顺序依次为: 紫叶矮樱 > 珍珠梅 > 棣棠 > 金银木 > 紫丁香 > 水腊树 > 木槿 > 紫叶李 > 西府海棠 > 金叶接骨木 > 紫荆.
2. 3 对乔灌木分别进行聚类分析
用 SPSS 对这几种乔灌木叶面的滞尘能力进行了聚类分析,对其滞尘能力进行了分类,以便找出滞尘能力较强的植物类型,聚类结果( 图 1、图 2) .
通过对所选乔木的滞尘能力进行聚类( 图1) ,将其滞尘能力分为 3 类: 第 1 类是青桐、泡桐、国槐、毛白杨和悬铃木,滞尘能力较强; 第 2类是栾树和刺槐,二者滞尘能力一般; 第 3 类是白蜡树和旱柳,二者滞尘能力最差.
通过对 11 种灌木的的滞尘能力聚类分析( 图 2) ,将其滞尘能力分为 3 类: 第 1 类是紫丁香、珍珠梅、水蜡树和棣棠,滞尘能力较强; 第二类是紫荆,其滞尘能力最弱; 剩下的灌木归为第三类,其滞尘能力中等.所以在经济区绿化中,应该在同一类滞尘能力的树种中选择滞尘能力较高的树种进行替换,以更大程度的发挥植物的生态功能.
3 讨论
综上实验结果发现,不同植物个体之间滞尘能力有很大的差异.除了树木本身生物学特征的不同,引起差异的原因还可能有[6,12 -17]:1) 不同树木叶表面结构特征的差异.树木叶片的大小、形状、表面粗糙多皱、叶面多绒毛或多油脂有利于阻挡、吸附和留滞大气颗粒物.叶表粗糙,具绒毛、沟状脊状突起、粘液油脂等植株,可吸附大量飘尘颗粒,叶片光滑无皱褶的树种单位叶面积滞量能力相对较弱,这是由于滞尘时,叶片较光滑者粉尘多为停着,而叶片粗糙有绒毛的,则表现为附着,停着的粉尘容易被风吹走,附着的粉尘经较大的风或雨淋才能被带走.这与柴一新等人[6]研究结果相似.2) 植物的树冠结构、枝条密度和叶面倾角也有一定的关系.苏俊霞等人[18]研究表明雪松等树冠比较开展,有利于滞尘,而园柏枝叶排列紧密,不利于发挥滞尘能力.3) 环境因素的影响.主要是污染程度、区域天气等生态因素的影响,本研究采样区域较小,因此环境因素基本一致,对不同树种滞尘能力的影响可以忽略.
通过分析知,灌木树种单位叶面积滞尘能力大于乔木,因为植物滞尘能力不仅与植物叶表特性、冠层结构及叶片倾角有关,还与大气中粉尘含量有关,高度不同接受的粉尘量不同.当含尘量较多的气流通过林地时,大气中粉尘由于受到较高的树木、枝叶的阻挡、摩擦等,加之空气的粘性影响,于是较多的尘埃沉降在灌木层; 且灌木所处高度比乔木低,当起风扬尘时,乔木层枝叶滞留的粉尘以及道路上的更易发生二次扬尘,致使灌木层的滞尘能力通常较乔木层高[16];有些乔木多为软叶树种,叶片较薄,风吹易抖动,即使表面有绒毛,大多也会随时间的延长逐渐减少,造成落叶树种的滞尘量相对较小[19].本研究与陈芳等[20]和高君亮等[21]研究结果一致,灌木单位叶片滞尘能力大于乔木,且平均单位叶片面积滞尘量为乔木的 1. 85 倍.
此外,乔木树种单株滞尘能力大于灌木,引起单株树木的滞尘能力差异的原因除了与单位叶面积滞尘量有关,还与单株总叶片面积有关[22].因为有些树种单位叶面积滞尘量虽不高( 如悬铃木、刺槐) ,但它的树冠高大、枝叶茂密、总叶面积大,所以整株滞尘能力显着.本研究结果表明: 乔木单株滞尘能力大于灌木,且单株平均滞尘量为灌木的 9. 56 倍.因此要全面评价某一树种的滞尘能力,既要考虑其单位叶面积的滞尘能力大小,还应考虑其整株总的滞尘能力.
4 结论
( 1) 不同树种单位叶面积滞尘能力、单株树木的滞尘能力均存在很大的差异.9 种乔木树种单位叶面积滞尘顺序为: 毛白杨 > 国槐 > 泡桐 > 青桐 > 悬铃木 > 刺槐 > 栾树 > 旱柳 > 白蜡.单株滞尘顺序为: 刺槐> 悬铃木 > 国槐 > 青桐 > 毛白杨 > 旱柳 > 白蜡 > 泡桐 > 栾树.11 种灌木树种单位叶面积滞尘顺序为: 紫丁香 > 棣棠 > 珍珠梅 > 水腊树 > 西府海棠 > 木槿 > 紫叶李 > 紫叶矮樱 > 金银木 > 金叶接骨木 > 紫荆.单株滞尘顺序为: 紫叶矮樱 > 珍珠梅 > 棣棠 > 金银木 > 紫丁香 > 水腊树 > 木槿 > 紫叶李 > 西府海棠 > 金叶接骨木 > 紫荆.
( 2) 灌木树种单位叶面积滞尘能力整体大于乔木( 2. 38g/m²> 1. 29g / m²) ,且平均单位叶面积滞尘量为乔木的 1. 85 倍; 而就单株个体而言,乔木单株平均滞尘能力整体大于灌木( 115. 97g/株 >12. 13g/株) ,且平均单株滞尘量为灌木的 9. 56 倍.
5 建议
( 1) 文中研究仅仅采用测定不同植物单位叶面积滞尘量,通过估算整株叶片量计算总滞尘量,但是不能全面反映树种在阻挡、截留与吸滞尘埃方面的差异能力,因此为了筛选优良树种,滞尘机理方面有待研究.
( 2) 通过对经济区不同乔、灌木树种间进行聚类分析,发现不同树种滞尘能力可分为不同类别,而且程政红等[24]的研究表明,同种树木均以重度污染区的滞尘量最大,轻度污染区的滞尘量最小.因此在区域内进行绿化时,应根据绿地性质、区域环境选择滞尘能力不同的树种.如对生产要求环境质量高的企业或者污染严重区域进行周边绿化,为了最大限度发挥滞尘作用,降低空气中颗粒物质,应该选择同类树种中滞尘能力较高的树种.
( 3) 刘学全等[25]和 Baker 等[26]研究表明,具有乔 - 灌 - 草立体结构的绿地类型滞尘效果最佳,因此在经济区整个华北地区新型工业区的绿化过程中,兼顾景观效益和其它功能的情况下,尽量多采用乔灌草复层种植形式进行合理配置.
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