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近年来,随着城市化和工业化进程的加快,环境污染问题愈发严重,其中秋冬季节多地频发的雾霾天气使空气污染成为人们高度关注的重大问题[1]。目前,空气中悬浮的颗粒物不仅加剧城市“热岛效应”,影响气候变化,恶化人们生活环境,甚至还影响人类身体健康,引起呼吸系统和心脑血管系统疾病[2-3]。研究表明:园林植物能够有效吸滞空气中的微小颗粒,从而改善空气环境质量[4-6]。丁香是木犀科Oleaceae丁香属Syringa的落叶灌木或小乔木,其植株秀丽多姿,花色淡雅,花香怡人,抗逆性极强[7],作为独特的观赏树种在西北园林中扮演着重要的角色。但是不同的树种综合滞尘能力均有差异,且关于园林植物的滞尘能力与调控机制的研究大多集中在不同城市常见园林植物[8-13]。XU等[14]研究表明紫丁香S. oblata对不同粒径颗粒物都表现出较强的吸滞能力,黄靖懿[15]对哈尔滨市12种常见树木滞尘能力进行研究发现丁香的滞尘能力可以排在第2位,于宁[16]对青岛市居住区19种主要灌木树种的滞尘能力等生态作用进行测定,发现丁香属植物具有较高的生态价值,可以较好地吸滞细颗粒物。丁香属很多分类群的性状变异非常复杂[17],其单位叶面积和微形态结构都具有很大差异[18],但是目前缺少对不同种丁香间的滞尘效应差异研究,因此,本研究测定6种丁香属植物在满叶期对不同粒径颗粒物的滞留量,分析评价丁香属植物对不同粒径颗粒物的滞留能力,同时通过扫描电镜对植物叶表面微观结构进行观察,探究微观结构对植物滞尘能力的影响,以期筛选出滞尘能力较强的丁香属植物,为丁香在城市绿化中的合理利用提供科学依据。
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供试材料为6种丁香属植物(表1)叶片采自西北农林科技大学南校区,该地区属于暖温带半湿润气候区,年均降水量为637.6 mm,7—10月为多雨季节[19],试验于2020年10月24日至11月2日进行。
树种 株高/m 冠幅/m 周边环境 什锦丁香Syringa chinensis 2.75~3.45 2.40~3.35 道路(南)、道路(西) 欧丁香S. vulgaris 3.55~4.85 3.20~3.95 道路(东)、群植玉兰(南) 紫丁香S. oblata 3.70~4.65 3.05~4.02 道路和建筑(南)、雪松(西) 北京丁香S. pekinensis 4.50~5.50 3.97~5.03 道路(南)、群植金银木(北) 暴马丁香S. reticulata var. amurensis 4.75~5.78 4.04~5.15 道路(南)、群植金银木(北) 白丁香S. oblata var. alta 3.50~3.97 3.40~4.11 道路(东)、群植玉兰(南) 说明:玉兰Magnolia denudata,雪松Cedrus deodara,金银木Lonicera maackii Table 1. Basic information of six species of Syringa
通过3级滤膜过滤法[20]进行6种丁香属植物叶面滞尘量的测定,并且使用扫描电镜[21]对丁香属植物叶片微观结构进一步观察。滤膜由北京海成世洁过滤器材有限公司提供。
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采样日期选择在降雨后第7天(累积降雨量达27 mm以上),采样时间段为9:00—11:00,采样高度离地面约2 m,选择3株生长状况一致的树种,在树冠外围东南西北共4个方位,上中下取健康完整叶片,每包叶片的采集面积控制在约200 cm2,重复3次,小心封样后立即带回实验室进行处理。
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预处理微孔滤膜,即微孔滤膜材料均用蒸馏水充分浸泡24 h,于105 ℃下烘干至恒量,用万分之一天平称量待用。将采集的叶片材料浸泡2 h后,软毛刷清洗叶片正反面粉尘,洗涤3次,洗涤工具同样再冲洗3次,收集全部洗液待用,然后使用10.0、2.5、0.2 μm孔径的聚脂膜过滤,在恒温干燥箱干燥(60 ℃)后,用万分之一天平称量直至质量无变化。材料所吸附的各粒径颗粒物的质量为微孔滤膜过滤前后差值,将洗净的全部样品叶片贴于塑料板上,使用活体叶面积仪(LI-3000C)测单叶面积,样品总面积为植物单叶面积之和。计算各植物总悬浮颗粒物(TSP)、直径大于10.0 μm的颗粒物(PM>10)、直径为2.5~10.0 μm的颗粒物(PM10)、直径为0.2~2.5 μm的颗粒物(PM2.5) 滞留量与叶片总面积的比例,得到单位叶面积上各粒径颗粒物的滞留量。
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每种植物采集3片健康完整叶片,避开主叶脉随机切取5 mm×5 mm正方形,使用TM 3000台式扫描电镜观察叶表面微观结构并拍照,统计叶表皮气孔密度、气孔长度、宽度和沟槽宽度等数据。
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采用Excel和SPSS 26.0对数据统计分析,使用Origin 2018作图。
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由图1可知:不同种丁香对不同粒径颗粒物的滞尘能力存在显著差异(P<0.05),6种丁香单位叶面积滞尘能力从大到小依次为什锦丁香、北京丁香、欧丁香、华北紫丁香、暴马丁香、白丁香。什锦丁香的单位叶面积滞尘能力最强,单位叶面积TSP、PM>10、PM10和PM2.5滞尘量均显著高于其他丁香(P<0.05),分别为2.13、1.31、0.82和0.44 g·m−2;北京丁香次之,单位叶面积TSP、PM10和PM2.5滞尘量除什锦丁香外均显著高于其他4种丁香(P<0.05),分别为1.53、0.79和0.37 g·m−2;欧丁香和紫丁香单位叶面积TSP、PM>10、PM10之间无显著差异(P>0.05),欧丁香单位叶面积PM2.5滞尘量显著高于紫丁香(P<0.05);暴马丁香和白丁香最差,白丁香单位叶面积PM10和PM2.5滞尘量均最低,显著低于其他5种丁香(P<0.05),分别为0.23和0.14 g·m−2。
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从图2可以看出:各丁香属植物叶片上表面滞留大粒径颗粒物较多,褶皱处密布粉尘颗粒物,说明叶片上表面是吸附颗粒物的主要部位。什锦丁香的滞尘能力最强,其叶片上表面沟槽明显,起伏程度较大,叶片下表面气孔周围褶皱密集,有助于滞留颗粒物;欧丁香上下表面都较粗糙,尤其是叶片上表面褶皱数量多且密,微小颗粒物被拦截在褶皱凹陷区域;紫丁香上表面沟槽较浅,下表面气孔突出,下表面颗粒物较少;北京丁香叶片上表面具有不规则的凸起,下表面粗糙,有利于滞留粉尘颗粒物;暴马丁香上表面较光滑平整,分布粉尘颗粒物较少,下表面气孔内陷;白丁香沟槽较浅,粉尘颗粒物附着能力较弱。综合来看,主要是叶片上表面承担滞留粉尘颗粒物的作用,什锦丁香叶片上表面的深沟壑有利于粉尘颗粒物的滞留,白丁香和暴马丁香的滞尘能力较差,因为其上表面结构较光滑平整,不易于滞留粉尘颗粒物。
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从表2可以看出:不同植物的叶表微观结构具有显著差异(P<0.05),北京丁香叶片下表皮气孔密度均显著高于其他5种丁香(P<0.05);欧丁香和白丁香的气孔长度显著高于什锦丁香、北京丁香、暴马丁香和紫丁香(P<0.05);紫丁香的气孔宽度均最低;什锦丁香和紫丁香的上表皮沟壑宽度最宽,什锦丁香下表皮沟壑宽度最宽。
树种 SD/(个·视野−1) SL/μm SW/μm GWU/μm GWL/μm UTSP/(g·m−2) UPM2.5/(g·m−2) 什锦丁香 20.00±2.00 cd 23.47±1.84 b 7.82±0.81 ab 7.79±0.72 a 3.43±1.31 b 2.13±0.09 a 0.44±0.04 a 欧丁香 21.30±0.58 cd 25.80±1.46 a 9.00±0.73 a 3.69±0.24 b 2.16±0.15 c 1.35±0.11 c 0.25±0.02 c 紫丁香 22.70±1.53 c 18.73±0.62 c 6.07±0.88 c 7.20±1.93 a 2.78±0.38 bc 1.37±0.06 bc 0.21±0.00 d 北京丁香 55.30±1.15 a 12.15±1.06 d 7.19±0.66 bc 3.05±0.46 b 3.82±0.35 ab 1.53±0.07 b 0.37±0.02 b 暴马丁香 31.30±2.08 b 16.70±1.56 c 7.50±0.50 b 0.00±0.00 c 2.35±0.26 c 0.91±0.15 d 0.19±0.01 d 白丁香 18.70±2.31 d 26.28±0.44 a 6.72±0.39 bc 3.01±0.52 b 4.88±0.41 a 0.80±0.03 d 0.14±0.01 e 说明:SD为下表皮气孔密度,在500倍视野下测量,SL为气孔长度,SW为气孔宽度,GWU为上表皮沟壑宽度,GWL为下表皮沟壑宽度,UTSP为单位叶面积总悬浮颗粒物滞留量,UPM2.5为单位叶面积PM2.5直径为0.2~2.5 μm的颗粒物滞留量。同列不同字母表示不同树种间差异显著(P<0.05) Table 2. Leaf surface structure parameters of 6 species of Syringa
由表3可知:从相关系数来看,气孔宽度与UTSP和UPM2.5滞留量可达显著负相关,相关系数和显著性分别为R2=−0.676,P=0.016;R2=−0.679,P=0.015。但是Pearson法对两者进行相关性分析时,偏相关分析法可以有效控制其他相关量,从而排除其他因素的影响,从偏相关系数来看,叶表微结构(气孔密度、气孔长度、气孔宽度、上表皮沟壑宽度和下表皮沟壑宽度)与滞尘量(UTSP和UPM2.5)均未达显著相关(P>0.05)。
影响因素 UTSP UPM2.5 控制变量 相关系数 偏相关系数 相关系数 偏相关系数 SD −0.026 0.098 0.033 0.096 SL、SW、GWU、GWL SL 0.058 0.099 0.009 0.080 SD、SW、GWU、GWL SW −0.676* −0.676 −0.679* −0.657 SD、SL、GWU、GWL GWU 0.312 0.348 0.210 0.213 SD、SL、SW、GWL GWL 0.182 −0.089 0.212 0.005 SD、SL、SW、GWU 说明:SD为下表皮气孔密度,SL为气孔长度,SW为气孔宽度,GWU为上表皮沟壑宽度,GWL为下表皮沟壑宽度,UTSP为单位叶 面积总悬浮颗粒物滞留量,UPM2.5为单位叶面积PM2.5直径为0.2~2.5 μm的颗粒物滞留量。*P<0.05 Table 3. Correlation between microstructure characteristics of leave surface and the dust detention ability of 6 species of Syringa
Dust-retention capability evaluation of six species of Syringa and their leaf surface micromorphology
doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210587
- Received Date: 2021-08-23
- Accepted Date: 2022-06-07
- Rev Recd Date: 2022-05-27
- Available Online: 2022-09-22
- Publish Date: 2022-10-20
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Key words:
- Syringa /
- dust-retention capability /
- leaf surface micromorphology /
- scanning electron microscopy /
- atmospheric particulate matters
Abstract:
Citation: | ZHONG Yuting, ZHANG Ying, ZHAO Bing. Dust-retention capability evaluation of six species of Syringa and their leaf surface micromorphology[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2022, 39(5): 1052-1058. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210587 |