论文部分内容阅读
随着经济社会的快速发展,环境污染问题,尤其是空气污染问题越来越突出,空气污染对人类健康和生态环境都造成严重危害。园林植物在美化人居环境的同时,可以对空气中的颗粒物起到很好的滞留、吸附作用,从而改善空气质量。本研究选取华东地区代表性城市杭州作为研究地,研究不同植物群体（栽培群体）对PM2.5等大气颗粒物浓度及元素碳/有机碳（EC/OC）的影响规律;对比分析不同园林树木对不同粒径颗粒物(TSP、PM10、PM2.5)滞留能力;采用扫描电子显微镜（SEM）观测树木叶面形貌,探究树木叶面微观形貌与滞留颗粒物质量的关系;结合X射线能谱仪（EDX）、电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）测定叶面滞留颗粒物元素及样地土壤元素,分析叶面颗粒物来源。主要研究结论如下:（1）对香樟纯林、黄山栾树纯林、日本晚樱纯林、锦绣杜鹃纯林及草地内PM2.5浓度季节变化的比较研究表明,黄山栾树纯林、日本晚樱纯林、锦绣杜鹃纯林及草地的PM2.5浓度排序均为冬季>秋季>春季>夏季,香樟纯林则是夏季较高,春季最低。夏、秋、冬这3个季节各样地的PM2.5浓度日变化均表现为先降后升的总体趋势。PM2.5浓度最高值一般在上午8:00,最低值会在下午或夜间出现。夏季（有叶期）PM2.5浓度与乔木郁闭度、平均高度和种植密度呈显著正相关,相对于冬季（无叶期）,夏季PM2.5浓度与植物群落结构特征相关性更强;冬季污染源及气象条件对PM2.5浓度变化影响更大。研究表明,PM2.5浓度与温度及风速呈极显著负相关、与相对湿度呈极显著正相关。气象因子与PM2.5浓度的相关性大小排序为相对湿度>温度>风速。（2）香樟纯林、黄山栾树纯林、锦绣杜鹃纯林及草地的EC浓度的季节变化均表现为冬季>秋季>春季>夏季,而日本晚樱纯林的EC浓度夏季要高于春秋两季;5个样地的OC浓度均为冬季>秋季>春季>夏季。春、夏、秋这3个季节5种植物群体的EC及OC浓度的日变化均为“一日双峰”型。EC与OC相关系数r分别是春季0.85、夏季0.78、秋季0.81、冬季0.53。春、夏、秋3个季节EC与OC相关系数值较高,表明样地PM2.5中EC及OC来源相似,而冬季的EC及OC来源较复杂,除汽车尾气排放外,还有煤炭燃烧和生物质燃烧等。OC/EC的浓度比值为春季2.92、夏季2.67、秋季3.11、冬季3.07。秋冬两季样地的OC/EC浓度比值大于3,说明大气中有二次有机碳（SOC）产生。（3）对21种园林树木滞留颗粒物能力研究表明,春季厚皮香、杨梅和厚叶石斑木叶片单位叶面积滞留TSP能力较强,蜡梅、黄山栾树和羽毛枫滞留能力较弱;秋季梧桐、枫杨和杨梅滞留TSP能力较强,羽毛枫、十大功劳和香樟滞留能力较弱。春秋两季金边胡颓子、枫杨、杨梅和金钱松叶片单位叶面积滞留PM10和PM2.5能力较强,黄山栾树和羽毛枫能力较弱。除春季金钱松、香樟、羽毛枫和秋季枫杨外,其他树木叶片上粒径>10μm的颗粒物比重均超过50%,表明大多数树木叶片滞留大颗粒物能力强。2个季节乔木和灌木的叶表面、蜡质层和叶片单位叶面积滞留TSP能力明显强于PM10和PM2.5,叶片滞留TSP、PM10和PM2.5平均质量均为乔木>灌木。（4）叶片表面不同微观结构对树木滞留颗粒物能力有重要影响。秤锤树、梧桐、杨梅和香樟叶片滞留PM2.5数量多、质量高。枫杨、朴树、三角枫、金边胡颓子、十大功劳、木芙蓉和宁波溲疏叶片上表面纵横交错的枝条状结构与表面的凹陷、褶皱和沟槽等构成复杂的空间结构,这些结构最底层滞留了大量PM2.5,表明树木叶片表面具有凹陷、褶皱和沟槽等结构,有利于滞留PM2.5。杨梅、梧桐和锦绣杜鹃叶表面包裹着一层分泌物,其滞留TSP和PM2.5质量均较高,说明叶片能分泌粘液油脂,更利于颗粒物滞留。叶表面形态各异的绒毛有利于滞留颗粒物,但这些绒毛滞留颗粒物的能力因其结构差异而有较大区别,相比而言,更易滞留PM2.5等细颗粒物。（5）研究发现,春季树木叶片上下表面颗粒物中共含有12种元素,重叠元素7种,上表面含有的元素比下表面多3种;秋季叶片上下表面颗粒物共有37种元素,上表面元素比下表面多4种。春秋两季叶片表面滞留颗粒物与土壤都含有重叠的元素,秋季重叠元素比春季多8种。叶片表面颗粒物元素与土壤元素含量存在弱负相关性,春季的相关性比秋季大。研究表明,春季叶片表面颗粒物元素与土壤元素较吻合,推断叶片上颗粒物主要来自土壤;秋季叶片上颗粒物中除了部分土壤元素外,还有Nb、Cl、Br、Pd、Ga、Rb等,这些元素大部分来自建筑水泥尘、煤烟尘等非自然界。本研究监测和分析了不同植物群体（栽培群体）内PM2.5浓度及其碳组分变化;对比不同树木叶片滞留大气颗粒物能力;观测树木叶面微观形貌并测定叶片滞留颗粒物元素成分等。在城市空气污染加剧的背景下,研究成果可为相同气候带及植被类型地区人居环境建设中优良园林植物材料应用及城市植物景观营建提供基础理论依据。