北京西山绿化树种秋季滞纳PM2.5能力及其与叶表面AFM特征的关系

以北京西山6种绿化树种白皮松、油松、柳树、五角枫、银杏、山杨为对象,应用气溶胶再发生器对植物叶片秋季PM_2.5吸附量进行定量研究,同时应用原子力显微镜(AFM)观察叶表面微形态特征,分析了叶表面粗糙度等参数,阐释了各树种叶片吸附PM_2.5的机制.结果表明: 不同树种单位叶面积PM_2.5吸附量排序为白皮松(2.44±0.22 μg·cm^-2)＞油松(2.40±0.23 μg·cm^-2)＞柳树(1.62±0.09 μg·cm^-2)＞五角枫(1.23±0.01 μg·cm^-2)＞银杏(1.00±0.07 μg·cm^-2)＞山杨(0.97±0.03 μg·cm^-2);从秋季不同月份来看,不同树种单位叶面积PM_2.5吸附量表现为11月(2.33±0.43 μg·cm^-2)＞10月(1.62±0.64 μg·cm^-2)＞9月(1.51±0.50 μg·cm^-2).白皮松和油松有大量凹陷和突起,相对高差较大,粗糙度较大,吸滞PM_2.5能力强;柳树和五角枫叶片有褶皱,粗糙度相对较高,分布有大量的突起和凹陷,吸滞PM_2.5能力居中;银杏和山杨因其叶表面平滑、气孔多为长圆形,粗糙度较小,吸滞PM_2.5能力较弱.不同树种正背面粗糙度平均值为白皮松(149.91±16.38 nm)＞油松(124.47±10.52 nm)＞柳树(98.85±5.36 nm)＞五角枫(93.74±21.75 nm)＞银杏(80.84±0.88 nm)＞山杨(67.72±8.66 nm),这与不同树种单位叶面积PM_2.5吸附量排序完全一致,叶片粗糙度与单位叶面积PM_2.5吸附量呈显著正相关(R²=0.9498).为提高城市植被的环境效应,可选择叶表面形态有利于吸滞PM_2.5等颗粒物的树种.     

长沙市不同污染程度区域桂花和香樟叶表面PM2.5吸附量及其影响因素

为阐释不同污染程度下城市绿化植物吸滞PM_2.5机理、解析污染物来源,应用气溶胶再发生器定量测定长沙市常见的2种园林绿化树种(桂花和香樟)植物叶片PM_2.5吸附量,同时应用原子力显微镜(AFM)观察了不同污染区(交通区、文教区、清洁区)植被的叶表面微形态特征,使用离子色谱仪测定样品中水溶性离子含量.结果表明: 污染程度与植物叶表面PM_2.5吸附量呈正相关,不同植物单位叶面积PM_2.5吸附量全年均值表现为交通区(0.56±0.04 μg·cm^-2)＞文教区(0.48±0.06 μg·cm^-2)＞清洁区(0.33±0.02 μg·cm^-2),植物单位叶面积PM_2.5吸附量季节变化为冬季(0.70±0.10 μg·cm^-2)＞春季(0.43±0.14 μg·cm^-2)＞秋季(0.39±0.12 μg·cm^-2)＞夏季(0.31±0.09 μg·cm^-2),桂花的单位叶面积PM_2.5吸附量大于香樟;污染程度轻的区域的植物叶片比较光滑,污染程度重的区域的叶片较粗糙,植物粗糙度排序为交通区(195.45±16.09 nm)＞文教区(176.99±8.45 nm)＞清洁区(131.88±12.98 nm);不同污染程度地区PM_2.5离子含量均表现为冬季最大,其次是春季和秋季,夏季最低;3个污染区PM_2.5离子成分均以Na⁺、NH₄⁺、Cl^-和Br^-这4种离子为主,不同程度污染区PM_2.5污染均以移动源污染为主.     

长沙市不同污染程度区域桂花和香樟叶表面PM2.5吸附量及其影响因素

为阐释不同污染程度下城市绿化植物吸滞PM_2.5机理、解析污染物来源,应用气溶胶再发生器定量测定长沙市常见的2种园林绿化树种(桂花和香樟)植物叶片PM_2.5吸附量,同时应用原子力显微镜(AFM)观察了不同污染区(交通区、文教区、清洁区)植被的叶表面微形态特征,使用离子色谱仪测定样品中水溶性离子含量.结果表明: 污染程度与植物叶表面PM_2.5吸附量呈正相关,不同植物单位叶面积PM_2.5吸附量全年均值表现为交通区(0.56±0.04 μg·cm^-2)＞文教区(0.48±0.06 μg·cm^-2)＞清洁区(0.33±0.02 μg·cm^-2),植物单位叶面积PM_2.5吸附量季节变化为冬季(0.70±0.10 μg·cm^-2)＞春季(0.43±0.14 μg·cm^-2)＞秋季(0.39±0.12 μg·cm^-2)＞夏季(0.31±0.09 μg·cm^-2),桂花的单位叶面积PM_2.5吸附量大于香樟;污染程度轻的区域的植物叶片比较光滑,污染程度重的区域的叶片较粗糙,植物粗糙度排序为交通区(195.45±16.09 nm)＞文教区(176.99±8.45 nm)＞清洁区(131.88±12.98 nm);不同污染程度地区PM_2.5离子含量均表现为冬季最大,其次是春季和秋季,夏季最低;3个污染区PM_2.5离子成分均以Na⁺、NH₄⁺、Cl^-和Br^-这4种离子为主,不同程度污染区PM_2.5污染均以移动源污染为主.     

南昌市空气PM2.5和PM10的时空动态及其影响因素

PM_2.5和PM₁₀已成为我国大部分城市空气的首要污染物.本文通过分析南昌市2013—2015年的空气PM_2.5和PM₁₀质量浓度、气象因素、交通流量的监测数据,探讨了空气颗粒物污染的时空动态规律以及气象、交通对颗粒物浓度变化的影响.结果表明: 2013、2014、2015年,南昌市PM_2.5浓度(70.92 μg·m^-3＞53.70 μg·m^-3＞43.65 μg·m^-3)、PM₁₀浓度(119.72 μg·m^-3＞86.11 μg·m^-3＞73.32 μg·m^-3)逐年降低,并呈现出夏季低(PM_2.5和PM₁₀平均浓度分别为36.74、69.20 μg·m^-3)、冬季高(PM_2.5和PM₁₀平均浓度分别为74.29、111.64 μg·m^-3)的季节动态和由城市中心向郊区递减的城乡梯度变化; PM_2.5/PM₁₀值(0.595＞0.584＞0.557)逐年降低,并且表现出城市中心高、城市边缘低的空间分布格局;PM_2.5、PM₁₀浓度受到多种气象因素的影响,与气压、温度、相对湿度、风速、降水量、日照时数显著相关,各种气象因子对PM_2.5、PM₁₀浓度的影响存在差异;车流量会显著提高周边PM_2.5浓度,但对PM₁₀浓度影响不明显.     

南昌市空气PM2.5和PM10的时空动态及其影响因素

PM_2.5和PM₁₀已成为我国大部分城市空气的首要污染物.本文通过分析南昌市2013—2015年的空气PM_2.5和PM₁₀质量浓度、气象因素、交通流量的监测数据,探讨了空气颗粒物污染的时空动态规律以及气象、交通对颗粒物浓度变化的影响.结果表明: 2013、2014、2015年,南昌市PM_2.5浓度(70.92 μg·m^-3＞53.70 μg·m^-3＞43.65 μg·m^-3)、PM₁₀浓度(119.72 μg·m^-3＞86.11 μg·m^-3＞73.32 μg·m^-3)逐年降低,并呈现出夏季低(PM_2.5和PM₁₀平均浓度分别为36.74、69.20 μg·m^-3)、冬季高(PM_2.5和PM₁₀平均浓度分别为74.29、111.64 μg·m^-3)的季节动态和由城市中心向郊区递减的城乡梯度变化; PM_2.5/PM₁₀值(0.595＞0.584＞0.557)逐年降低,并且表现出城市中心高、城市边缘低的空间分布格局;PM_2.5、PM₁₀浓度受到多种气象因素的影响,与气压、温度、相对湿度、风速、降水量、日照时数显著相关,各种气象因子对PM_2.5、PM₁₀浓度的影响存在差异;车流量会显著提高周边PM_2.5浓度,但对PM₁₀浓度影响不明显.     

北京西山绿化树种PM2.5吸附量及叶表面AFM特征分析

以北京西山针阔叶树种(白皮松Pinus bungeana、油松Pinus tabulaeformis、柳树Salix babylonica、五角枫Acermono、银杏Ginkgo biloba、杨树Populus spp.)为研究对象,应用气溶胶再发生器测定植物叶片夏秋季PM_(2.5)吸附量,同时用原子力显微镜(AFM)观察叶表面微形态特征,并分析叶表面粗糙度等参数,探讨树种叶表面特征与其PM_(2.5)吸附能力间的相关性。结果表明:针叶树种年均单位叶面积PM_(2.5)吸附量(1.70μg/cm~2)阔叶树种(0.48μg/cm~2);各树种年均单位叶面积PM_(2.5)吸附量大小排序为白皮松(1.71μg/cm~2)油松(1.67μg/cm~2)柳树(0.54μg/cm~2)五角枫(0.51μg/cm~2)银杏(0.47μg/cm~2)杨树(0.39μg/cm~2)。针叶树种单位叶面积PM_(2.5)吸附量季节变化趋势为冬(2.86μg/cm~2)春(1.39μg/cm~2)秋(1.13μg/cm~2)夏(0.96μg/cm~2);而阔叶树种则是秋(0.56μg/cm~2)夏(0.55μg/cm~2)春(0.015μg/cm~2)。叶片粗糙度与单位叶面积PM_(2.5)吸附量呈显著线性正相关(P0.01),其中,针叶树种吸附PM_(2.5)能力受粗糙度影响较明显。北京作为国际化大都市,大气环境PM_(2.5)污染趋于严重。因此,分析了北京西山典型针阔叶树种PM_(2.5)吸附量的季节差异及其影响因素,探讨各树种叶片吸附PM_(2.5)机理,根据各树种吸附PM_(2.5)特征及其与叶表面形态的关系,对针阔叶树种进行合理配置,充分发挥城市绿地系统的生态服务功能,为城市绿化树种的科学选择提供参考。     

大庆市6种绿化树种对SO2、NO2的消减及滞尘效应

城市森林在吸收、滞留大气污染物,改善城市生态环境方面具有重要意义。以大庆市6种常见绿化树种为研究对象,采用水洗-滤膜法和熏气试验探究不同树种对总悬浮颗粒物(TSP)、大颗粒物(PM_>10)、粗颗粒物(PM_3—10)和细颗粒物(PM_1—3)的滞留规律以及对大气中SO₂、NO₂的消减效果。研究结果表明：(1)不同树种的滞尘能力差异显著(P<0.05),对TSP的滞留量从大到小依次为：油松(3.82±0.40)g/m²>红瑞木(1.45±0.12)g/m²>紫丁香(1.22±0.17)g/m²>梣叶槭(1.21±0.13)g/m²>大叶杨(0.93±0.17)g/m²>旱柳(0.54±0.14)g/m²;(2)树种间对不同颗粒物的滞留量具有显著差异(P<0.05),供试树种对不同粒径颗粒物滞留的质量占比表现...     

自然状态下栓皮栎林空气负离子与PM2.5的关系

近年来,PM_2.5污染成为大气污染的主要来源,长期暴露在高浓度PM_2.5的环境中会对人体造成严重损害。空气负离子(NAI)作为改善空气质量的“维生素”,是衡量一个地区空气清洁程度的重要指标。然而,气象条件和植被类型的复杂多变,导致PM_2.5与NAI的关系存在诸多不确定性。本研究以暖温带典型造林树种栓皮栎为研究对象,基于2019和2020年6—9月森林植被叶面积相对稳定条件下定位观测获取的NAI、PM_2.5和气象数据,研究气象条件相对稳定状态下PM_2.5和NAI的时空变化特征,确定PM_2.5与NAI的关系,阐明自然状态下PM_2.5对NAI的影响机制。结果表明：NAI随PM_2.5的升高呈指数下降趋势,二者呈显著负相关关系,回归方程为y=1148.79x^-0.123。在PM_2.5浓度为0～20、20～40、40～80、80～100和100～120μg·m^-3     

植物吸滞PM2.5研究进展——从宏观到微观

PM_2.5严重危害环境安全和人体健康,虽然国内外大气PM_2.5状况已有好转,但雾霾天气仍然时有发生。植物能有效吸附和净化大气中PM_2.5,其净化作用受到生态学广泛关注。随着研究内容的深入,该领域研究尺度由宏观尺度转向微观尺度,研究对象由植被区转向植物个体,研究方法由野外监测转向人工控制法。因此在区域尺度上对比了植被、非植被区PM_2.5浓度差异及不同树种单位叶面积PM_2.5吸滞量,以风洞、熏气法两种研究方法归纳了人工控制条件下植物净化PM_2.5的研究成果,在大气PM_2.5浓度和气象因素两方面探讨了环境因素对植物净化PM_2.5的影响机制。得出宏观研究方面很多城市缺乏植被区与非植被区PM_2.5浓度监测数据,微观方面植物个体吸滞PM_2.5机理研究不够深入,缺乏植物吸滞PM_2.5过程与机理的室内模拟外界环境的高精度对比试验,更缺乏环境因素直接影响植物吸收、分...     

城市园林树木叶面微结构特征对大气颗粒物滞留能力的影响

园林植物叶面微结构会影响其截留大气颗粒物的能力。选取乌鲁木齐市主干道10种常见落叶阔叶树种,采用水洗滤膜法测定不同树种单位叶面积对空气总悬浮颗粒物(TSP)、大颗粒物(PM_>10)、粗颗粒物(PM_3—10)和细颗粒物(PM_1—3)的滞纳量,探究不同粒级颗粒物含量及其占总颗粒物含量的百分比;用高倍电子显微镜观察叶表面微形态特征(绒毛长度、气孔半径、凹槽宽度等),分析叶表面在微观结构下各形态特征与其不同粒级颗粒物吸附能力间的相关性。结果表明：不同树种单位叶面积颗粒物滞纳量表现出较大差异,其中榆树总颗粒物滞纳量最高(53.38±0.71)μg,是红瑞木总颗粒物滞纳量(4.90±0.64)μg的10倍;PM_>10颗粒物平均含量占TSP约80%。榆树的PM_3—10、PM_1—3滞纳量最高,达(9.14±1.08)μg和(7.75±0.05)μg,是其他树种的3—5倍。气孔数量与TSP、PM_>10颗粒物含量呈显著正相关性,相关系数...     

基于超声清洗的树木叶面颗粒物粒径分布与吸滞效率研究——以银杏和油松为例

明确在常规叶片清洗方法(泡洗或泡洗+刷洗)上增加超声清洗对叶面各径级颗粒物滞纳量定量评估的影响, 并在此基础上研究叶面颗粒物的粒径分布和吸滞效率, 可进一步提高城市树木大气颗粒物吸滞能力的定量评估精度。该文以城市森林建设常用阔叶树种银杏(Ginkgo biloba)和针叶树种油松(Pinus tabuliformis)为研究对象, 于雨后(降水量>15 mm) 4天(短滞尘时长)和14天(长滞尘时长)分别采集叶样, 并依次对其进行泡洗(WC)、刷洗(BC)、超声清洗(UC)等洗脱程序, 然后对每个清洗步骤下叶片洗脱液中颗粒物的质量和粒径分布进行测试, 并依此估算叶片各径级颗粒物的吸滞效率。结果表明, 以“泡洗+刷洗+超声清洗”清洗流程的测试结果为参照, 若只对叶片进行泡洗, 则银杏和油松对大气颗粒物(PM₁, 粒径d ≤1 µm)、PM_2.5 (d ≤ 2.5 µm)、PM₅ (d ≤ 5 µm)、PM₁₀ (d ≤ 10 µm)吸滞量会分别被低估约一半(54%、53%、53%和53%)和40% (42%、42%、42%和42%); 若只进行“泡洗+刷洗”, 则银杏和油松对相应径级颗粒物的吸滞量仍会分别被低估约15% (17%、16%、15%和15%)和20% (21%、20%、20%和20%)。油松叶面颗粒物粒径分布呈双峰曲线, 而银杏叶面颗粒物粒径则呈单峰分布, 且银杏叶面颗粒物平均粒径在短、长滞尘时长下均大于油松。油松叶片对PM₁、PM_2.5、PM₅、PM₁₀和总悬浮颗粒物的吸滞效率分别为8.96、23.92、23.96、23.96和23.96 mg·m^-2·d^-1, 分别比银杏叶片高112%、73%、34%、37%和42%。     

大气臭氧浓度升高对银杏叶片活性氧代谢及相关基因表达的影响

采用开顶式气室熏蒸法,设置自然条件下臭氧(O₃)浓度(对照,约40 nmol·mol^-1)、80、160及200 nmol·mol^-14个臭氧浓度,观测了不同浓度臭氧条件下银杏叶片可见伤害、活性氧生成量、抗氧化酶活性及相关基因表达变化情况,分析大气臭氧浓度升高对植物活性氧代谢的影响.结果表明: 160和200 nmol·mol^-1 O₃熏蒸明显伤害银杏叶片,80 nmol·mol^-1与对照无差异,无可见伤害.O₃处理20 d后,160和200 nmol·mol^-1条件下银杏叶片的超氧自由基(O₂^-·)产生速率显著高于80 nmol·mol^-1和对照,而80 nmol·mol^-1与对照无差异;O₃处理40 d后,160和200 nmol·mol^-1熏蒸下叶片过氧化氢(H₂O₂)含量显著高于80 nmol·mol^-1和对照,而过氧化氢酶(CAT)活性显著高于80 nmol·mol^-1和对照,各臭氧处理抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性均低于对照.熏蒸40 d后,CAT、APX基因的转录表达持续加强;防御素(GbD)的表达强度则随着臭氧浓度的增加及熏蒸时间的延长而呈显著加强.高浓度臭氧胁迫可使银杏叶片活性氧生成量增加、抗氧化酶活性下降、相关基因表达水平上调,有明显可见叶片伤害.     

植物叶片表面水溶与非水溶性颗粒物滞纳量分离定量评估——以5种树种为例

为了精确、定量评估植物叶片表面水溶性和非水溶性颗粒物的质量及粒径分布,进一步提高对城市树木大气颗粒物吸滞能力的定量评估精度,本研究以3种阔叶树种(银杏、国槐、垂柳)和2种针叶树种(油松、圆柏)为研究对象,于雨后14 d(降水量>15 mm)采集叶样,依次对其进行泡洗+刷洗(WC+BC)、超声清洗(UC),然后对每个清洗步骤下叶片洗脱液进行离心分离,对上清液与沉淀物进行烘干、称量,测定水溶性和非水溶性颗粒物的质量,采用无水乙醇和去离子水对水溶性和非水溶性颗粒物进行溶解,分别测定其粒径分布,并依此计算叶片表面滞纳不同径级水溶性和非水溶性颗粒物的质量.结果表明: 阔叶和针叶树种叶片表面滞纳水溶性、非水溶性颗粒物质量(比例)分别为480.61(52.3%)、438.91(47.7%)和97.93(12.0%)、715.84 mg·m^-2(88.0%).5种树种叶面水溶性颗粒物粒径分布呈单峰曲线,而叶面非水溶性颗粒物粒径则呈多峰分布,且水溶性颗粒物的平均粒径(40.36 μm)明显小于非水溶性颗粒物平均粒径(105.65 μm).阔叶树种国槐、银杏在空气中含水溶性颗粒物较多的区域具有较高的颗粒物滞纳能力;而针叶树种圆柏在空气中非水溶性颗粒物较多的区域具有较高的颗粒物滞纳能力.     

锌在3种乔木中的积累及其亚细胞分布和化学形态

为了探索园林木本植物对重金属锌(Zn)的积累和耐性机制,本研究以栾树(Koelreuteria paniculata)、臭椿(Ailanthus altissima)和银杏(Ginkgo biloba)3种北京常见乔木为试验树种,通过盆栽污染模拟试验,研究不同浓度Zn处理(0、250、500、1000、2000 mg·kg^-1)对3种乔木的叶、枝、根生物量及叶片超微结构的影响,分析各器官中Zn积累含量及Zn在叶、根中的亚细胞分布和化学形态。结果表明: 各浓度Zn处理下3种乔木均能存活,但叶、枝、根的生物量较对照均有所下降。过量的Zn会导致栾树、臭椿的叶片细胞变形、细胞壁破裂、细胞器解体,而银杏叶片细胞尚能保持正常形态,说明银杏对Zn的耐受能力强于栾树和臭椿。随着Zn处理浓度的增加,3种乔木各器官的Zn含量呈上升趋势,栾树和臭椿体内的Zn含量显著高于银杏,说明栾树和臭椿对Zn的积累能力强于银杏。3种乔木叶和根中的Zn主要分布在细胞壁,分别占26.9%～71.8%和28.1%～82.6%,最高浓度Zn处理(2000 mg·kg^-1)下,Zn在可溶性组分(液泡为主)的占比可超过细胞壁。3种乔木叶片中的Zn主要以NaCl、HAc、HCl提取态存在,占57.4%～82.7%,根系中的Zn主要以NaCl、HAc提取态存在,占42.8%～67.2%,均是活性较低的形态。这说明细胞壁固持、液泡区隔化和将Zn以低活性的形态赋存可能是3种乔木积累和耐受Zn的重要机制。     

亚热带红壤侵蚀区马尾松不同套种模式生态系统碳平衡

以福建省长汀县红壤侵蚀区马尾松低效林套种杨梅、无患子、油茶及黄栀子的改造模式林分为研究对象,对林分各组分生物量年净生长量、含碳率及土壤异养呼吸进行定位观测,分析套种模式对低效马尾松林分生态系统碳储量格局及碳平衡的影响。结果表明: 杨梅、无患子、油茶、黄栀子和马尾松不同器官含碳率的变化范围分别为41.1%～50.1%、42.2%～50.6%、45.1%～48.9%、44.7%～49.6%和46.1%～51.9%。不同树种同一器官之间的含碳率存在显著差异。马尾松套种杨梅及马尾松套种无患子模式植被层碳储量及年净增碳储量最高,分别为67.62～68.42 t·hm^-2和9.21～9.45 t·hm^-2·a^-1,马尾松套种油茶和马尾松套种黄栀子模式较小,分别为31.96～36.24 t·hm^-2和4.09～4.16 t·hm^-2·a^-1,马尾松纯林对照最小,分别为17.01 t·hm^-2和2.00 t·hm^-2·a^-1。土壤异养呼吸年通量从高到低依次为马尾松套种杨梅模式(7.41 t·hm^-2·a^-1)>马尾松套种油茶模式(5.89 t·hm^-2·a^-1)>马尾松套种无患子模式(5.86 t·hm^-2·a^-1)>马尾松套种黄栀子模式(4.95 t·hm^-2·a^-1)>马尾松纯林对照(2.45 t·hm^-2·a^-1)。马尾松套种杨梅和马尾松套种无患子模式的年净生态系统碳平衡分别为2.04和3.27 t C·hm^-2·a^-1,表现为“碳汇”,马尾松套种油茶和马尾松套种黄栀子模式及马尾松纯林对照的年净生态系统碳平衡分别为-1.80、-0.80和-0.45 t C·hm^-2·a^-1,表现为“碳源”。总体上,短期内马尾松低效林套种杨梅或无患子能够提升林分的固碳增汇效益。