北京市4种常见绿化树种叶片吸滞PM2.5机理研究

Vegetation has the role in reducing air particulates, which due to the fact that it can enhance ground surface roughness, reduce wind speed and thus increase the sedimentation rate of air particulates. Meanwhile, the leaves of vegetation canopy can directly absorb air particulates such as PM2.5, and reduce their harm to human health. However, due to different structures of leaves surface such as leaves tomensose, viscous oil, roughness, wettability and increased air humidity as well released negative oxygen iron during the processes of leaf photosynthesis and respiration, which are responsible for varying absorption abilities of different tree species and tree species at different growth stages. Up to date, There are still lack of researches on the mechanisms of leaf absorption of PM2.5 at different growth stages. Therefore, it is urgent to investigate the mechanism of leaves physical absorption of PM2.5 at different time scales, which has significant meaningful to understand the role of forest on regulating PM2.5 and other air particulates and scientific and effective treatment of air pollution.

植被之所以能够减少空气中颗粒物，主要是由于植被能够增加地表粗糙度，降低风速从而提高空气颗粒物的沉降速率。同时，植被可以通过林冠层的叶片表面吸附作用，直接吸附空气中PM2.5等颗粒物，降低其危害的独特功能。但是，每个树种以及同树种在不同生长阶段，由于叶子表面的结构不同，叶片茸毛、分泌粘性的油脂和粗糙度、润湿性，以及树种叶片在进行光合作用和呼吸作用过程中增加的空气湿度、释放的负离子量，导致了其吸附PM2.5等颗粒物能力的不同。然而，目前国内外对于叶片在不同生长阶段，吸附PM2.5的机理研究较少。因此，开展树种叶片在不同的时间尺度上对PM2.5物理吸附机制的研究，对于认识森林对PM2.5等颗粒物调控功能和科学高效的治理PM2.5等颗粒物污染具有重要意义。

空气颗粒物污染对环境以及动植物的生长发育和人类的身体健康都会产生巨大的危害。近年来，北京市空气质量已得到很大的改善，然而污染反弹现象依然存在，空气污染治理任务仍然非常严峻。森林植被通过沉降、阻尘、滞尘和吸入等作用方式来降低大气颗粒物污染，能有效改善空气质量。不同生长阶段由于叶片形态性状的变化，叶片滞纳颗粒物能力也随之变化。本研究以北京市油松（Pinus tabuliformis）、侧柏（Platycladus orientalis）、银杏（Ginkgo biloba）、毛白杨（Populus tomentosa）4个树种为研究对象，利用气溶胶再发生实验室研究不同树种、不同生长阶段叶片滞纳颗粒物的变化规律，运用原子力显微镜和扫描电镜观察叶片形态性状，揭示其对颗粒物的滞纳机理。研究得到：（1）4个树种叶片颗粒物滞纳量存在较大差异，侧柏最大（5.68±0.22 μg cm-2），油松次之（4.31±0.44 μg cm-2），银杏其次（1.47±0.09 μg cm-2），毛白杨最小（0.97±0.21 μg cm-2）。各树种间不同粒级颗粒物所占比例存在显著差异。在叶片滞纳的颗粒物中，PM10占TSP的比例为66.13%～88.44%，PM2.5占PM10的比例为16.90%～51.93%。（2）叶片TSP、PM10和PM2.5滞纳能力随时间的变化规律不同。针叶树种叶片滞纳颗粒物能力呈现出U型规律，阔叶树种则呈现出∩型规律，与树种的生物学特性及颗粒物污染的季节性动态有密切关系。常绿树种的老叶滞纳TSP、PM10、PM2.5和PM1量均高于新叶。（3）不同树种叶片颗粒物滞纳能力与叶片的微观结构密切相关。油松叶片由于气孔密度较大，分泌油脂，侧柏叶表纹理清晰，沟槽明显，粗糙度大，两个树种颗粒物滞纳能力较高。毛白杨和银杏表皮平滑，粗糙度小而颗粒物滞纳能力较低。叶片滞纳颗粒物能力与其粗糙度具有显著的相关性。研究结果为深入理解不同树种对空气颗粒物的滞纳能力的影响以及揭示其叶片微观结构滞纳机理提供科学依据，对于认识森林对颗粒物滞纳功能和科学高效的治理颗粒物污染具有重要意义。