园林植物吸附细颗粒物(PM_(2.5))效应研究进展

园林植物具有显著消减空气颗粒物(PM)污染的作用,能有效地改善城市环境质量。但迄今为止,国内外的大量研究都集中在园林植物对总悬浮颗粒物(TSP)或者粗颗粒物(PM10)的阻滞效应上,植物吸附空气细颗粒物(PM2.5)的研究尚处于探索阶段。本文概述了植物叶片吸附空气PM的方式,叶片PM2.5化学物质的转移过程以及植物吸附PM2.5的周期性,探讨了植物叶片对空气不同粒径颗粒物的吸附特征,园林植物吸附空气PM2.5的能力与机制,并从植物吸附PM2.5的测定方法、园林植物吸附PM2.5能力的测定和评价、高吸附PM2.5能力的园林植物筛选、园林植物吸附PM2.5的机制与影响因素等方面提出了园林植物吸附PM2.5的研究重点与趋势,以期为深化植物吸附PM2.5的机制研究及高吸附PM2.5能力的园林植物筛选提供依据。     

细颗粒物(PM2.5)与植被关系的研究综述

细颗粒物即PM,2.5,粒径小,沉降困难,危害严重,植被在一定程度上有助于减轻颗粒物污染.本文从阐述PM2.5的沉降机理出发,分析PM2.5与植被之间的相互作用.植被的阻滞吸收作用对大气颗粒物移除存在积极影响,而过多的空气颗粒物滞留对植物生长起到一定的负面作用,但以植被对大气颗粒物的移除为主导作用.以此为基础,从林分尺度-环境特性、单木尺度-树种特性和叶片尺度-颗粒物种类和分布特性这3个角度出发,结合外界影响因素(气象学要素、空气动力学要素、大气颗粒浓度水平、植物物候变化)、气室实验以及滞留颗粒物特征等阐述植被林冠、枝干及叶片等对移除PM2.5的影响.最后,文章指出今后的研究应当向定量化方向发展,注重不同树种移除PM2.5能力的对比分析及系统研究,并针对研究区域确定防治大气PM2.5污染的优势树种.     

亚热带常绿树种对不同粒径颗粒物的滞留能力

可吸入颗粒物和细颗粒物是大部分城市的首要污染物,对人体健康和环境都有重要影响;而城市植物能吸附大气颗粒物,进而有效降低大气颗粒物浓度。为了深入探究不同树种叶表面特征与自身滞尘效益之间的关系,该研究以浙江省三种常见城市绿化树种(青冈、冬青、红花檵木)为对象,采用重量法提取各样本在3个粒径上(8~100,2.5~8,0.45~2.5μm)的单位叶面积滞尘量(μg·cm~(-2)),并结合叶面积指数估测全株滞尘量。结果表明:三种供试植物叶片对颗粒物平均单位叶面积滞留量在30.4~63.7μg·cm~(-2)之间,而平均单木滞尘量每株在1.36-9.36 g之间。红花檵木因其叶表粗糙、具有绒毛等特征,对颗粒物(0.45~100μm)有最大的吸附能力(63.74±12.0μg·cm~(-2));对于大颗粒物(8~100μm)和细颗粒物(0.45~2.5μm),三种植物叶片均对其分别具有最大(40.9%~57.5%)、最小(15.6%~20.6%)的吸附能力;对于单木滞尘量,青冈因其具有较大叶面积指数等特征,对颗粒物总吸附效果更佳(每株9.36g)。该研究结果表明城市绿化树种对减缓大气颗粒物污染起到重要作用。     

森林植被与大气颗粒物的关系

近年来,大气颗粒物成为我国城市大气的主要污染物,其中细颗粒物（PM_2.5）粒径小、沉降困难,对环境的危害已成为亟待解决的问题。森林植被可显著消减空气颗粒物,有效改善空气环境质量。本文概述了植被对颗粒物的移除过程和方法,探讨了大气颗粒物与森林植被的相互关系。从单叶、单木及群落3个尺度,结合气象因素讨论了植被对移除大气颗粒物的影响,分析了颗粒物的后续再悬浮过程及对植被的危害。最后,从植被吸附颗粒物的能力测定和评价、本土高吸附PM_2.5能力植被的筛选及综合研究不同植被配置结构的吸附效应等方面提出了植被吸附颗粒污染物,尤其是细颗粒物的研究重点与趋势。     

大气颗粒物对植物影响研究进展

大气颗粒物是大气中固态或液态微粒物质的总称。大气颗粒物的增多会对气候、空气能见度、公共卫生等造成重大影响。种植合适的植物成为减轻大气颗粒损害的良好措施,但大气颗粒物覆盖在植物叶片表面及进入植物体内都会对植物造成不同程度的影响。本文围绕大气颗粒物的成因及组成,大气颗粒物对植物生长发育、生理生化、抗病虫性、植物生产力和产量的影响方式及机理与减轻途径等进行了系统综合与评述,并展望了未来的研究趋势。综合发现,大气颗粒物对植物的影响广泛且复杂多样,并受到环境条件、颗粒物浓度及组成、植物种类及研究尺度的影响。通过提前预知大气颗粒物浓度变化、提供充足的营养和水分、及时冲洗叶片、人工补光及合理选择并种植植物等方式可避免或者减轻大气颗粒物所带来的负面效应。未来可增加大气颗粒物影响下景观和造林植物的研究、大尺度植被生理生态、各种化合物和微生物颗粒物对植物影响的研究,研究内容可关注植物生理生态、植物叶片氮分配、叶肉细胞导度及植物遗传育种学等。     

两种常见绿化树种对大气颗粒物的滞留与再悬浮

植物叶片对大气颗粒物的作用机制可分为吸附、再悬浮、雨水淋洗、吸收等过程,但却少有研究探讨大气颗粒物沉降于叶片表面后的再悬浮过程,并对叶片表面吸附的颗粒物含量与叶片内部元素含量之间的相关性进行探讨.本研究选择二球悬铃木和广玉兰两种常见绿化树种,分析其叶表大气颗粒物和叶内元素成分与含量及再悬浮比例.结果表明: 二球悬铃木叶片的单位面积滞尘量(4.98 g·m^-2)明显高于广玉兰(2.65 g·m^-2),这可能与二球悬铃木叶片上下表面均粗糙、有绒毛有关.电感耦合等离子体发射光谱(ICP)分析表明,15种不同的元素均可在二球悬铃木和广玉兰叶表和叶内监测出来,在整体上两树种叶表与叶内元素含量间存在明显的相关性.但仅有Cr、Fe、V等 3种元素在二球悬铃木叶表与叶内间存在显著的相关性,而广玉兰中仅有K、Mn、Si、Ti和Zn 等5种元素没有显著的相关性,说明两树种叶片对不同元素的吸收具有较强的选择性.再悬浮分析表明,无论是随着风速的增加还是随着风力作用时间的延长,大气颗粒物的再悬浮比例均随之显著增加.在研究植物对大气颗粒物滞留效果时,必须考虑到颗粒物的再悬浮,才能准确评估植被与大气颗粒物的沉降关系.     

桂花叶片含硫量分析在监测大气中SO2污染的作用

<正> 利用植物监测大气污染早已为人们所发现,但目前多从植物(如紫花苜蓿、向日葵,地衣等)叶片出现的伤害症状来估测大气受污染的程度。植物能吸收大气中的污染物质,使叶片含污染物质的量增加。并且污染物质在植物体内的含量有一定的稳定性,能比较准确地反映大气的污染程度。利用分析叶片污染物质含量来估测大气的污染状况是切实可行的。 几年来我们研究了植物对大气污染的净化能力,对桂林市内和市郊十多种主要绿化植物叶片污染物质含量进行了分析。并为了利用分析叶片污染物质含量来监测环境。对桂花树叶片含硫量分析监测大气的SO_2污染作了一些工作,现将结果进行整理如下,供参考。     

春季城区道路不同绿地配置模式对大气颗粒物的削减作用

研究城市道路不同绿地类型对大气颗粒物的吸附削减作用,是提高城市绿地大气污染治理功能绿地配置模式优化的重要基础。以位于北京市海淀区的3条典型主干道道路为对象,选取乔木、灌木、草本、乔-灌、乔-草、乔-灌-草6种典型绿地配置模式,在大气颗粒物污染严重以及城市植被发芽、开花、展叶完成的春季(3月中旬至4月上旬),采用Dustmate便携式颗粒物采样器和NK4500手持自动气象仪分1.5m和3m两个高度同步测定距污染源不同位置的大气颗粒物浓度与小气候因子,分析不同绿地配置模式对颗粒物削减能力的差异及其主要影响因素。研究结果表明:复合配置模式比单一配置模式下空气颗粒物浓度稳定程度高,其主要受风速与空气相对湿度的影响;大气颗粒物粒径越大绿地对其削减作用越强;地表覆盖程度是影响不同绿地配置模式对大气颗粒物垂直削减的关键因素,地表覆盖越好垂直削减效果越好,且垂直削减率与温度成正相关关系;草本、灌木对大气颗粒物的垂直削减作用比其他4种配置模式更好;由于受植被郁闭度、疏透度以及配置种类的综合影响,乔-草、灌木绿地配置对大气颗粒物的水平削减作用比其他4种模式更好。     

植物叶片吸滞PM_(2.5)等大气颗粒物定量研究方法初探——以毛白杨为例

以毛白杨为例,提出一种利用激光粒度仪和天平定量评估植物叶片吸滞细颗粒物(PM2.5,直径d≤2.5μm)等大气颗粒物能力的方法——洗脱称量粒度分析法(EWPA),实现了对植物叶片吸滞大气颗粒物质量和粒径分布的直接、准确测定,可操作性强.首先,进行预试验对试验方法的稳定性进行检验;其次,通过对叶片进行清洗、离心洗液、烘干等步骤收集其吸滞的颗粒物,然后对颗粒物称量,并采用激光粒度仪测定颗粒物的粒径分布;最后,利用叶面积和林分叶面积指数数据换算得到单位面积叶片和林分的各径级颗粒物吸滞量.在北京市奥林匹克森林公园内一片毛白杨林分(27 d未经历降雨)中应用该法,测得毛白杨叶片吸滞大气颗粒物的粒径均值为17.8μm,吸滞PM2.5、可吸入颗粒物(PM10,d≤10μm)和总悬浮颗粒物(TSP,d≤100μm)的体积百分比分别为13.7%、47.2%和99.9%;叶片的PM2.5、PM10、TSP和总颗粒物吸滞量分别为8.88×10-6、30.6×10-6、64.7×10-6和64.8×10-6g·cm-2;林分的PM2.5、PM10、TSP和总颗粒物吸滞量分别为0.963、3.32、7.01和7.02 kg·hm-2.     

树皮对空气颗粒物的吸附能力

植物树叶对去除空气颗粒物有重要作用,树皮也能吸附颗粒物,但植物的生物调节功能对树皮表面颗粒物的敏感性相对较低。本文对北京市常见的10种不同植物树皮的吸附能力进行了研究,测定了不同季节树皮对0.2~2.5、2.5~10和10~100μm 3种粒径悬浮颗粒物的单位面积吸附量,并对不同树皮的吸附能力进行分类。结果表明:树皮整体吸附颗粒物量较大,平均达2182.07μg·cm-2,其中10~100μm大颗粒物起到主要作用,占到88%左右;0.2~2.5μm和2.5~10μm的小颗粒物吸附量各占6%。对于不同气象和污染条件,大颗粒物吸附量变化较大,小颗粒物则较小。主要表现为多雾霾、少风雨的季节吸附量较大,多降雨、多大风的季节吸附量较小。树皮表面吸附的颗粒物会有部分二次悬浮,部分被降雨去除,部分继续在树皮表面积累。不同树皮表面颗粒物吸附能力具有显著差异,其受树皮表面的结构和性质影响,主要分为4类:(1)强吸附能力、低水分、少脂质的较粗糙树皮;(2)弱吸附能力、高水分、多脂质的光滑树皮;(3)中等吸附能力、有裂纹或浅纵裂树皮;(4)对不同粒径颗粒物差异性吸附的开裂树皮。本研究证明了树皮可减少空气颗粒物,为今后通过城市绿地规划、减少空气颗粒物对人体的危害提供了相关的理论基础。     

玛纳斯河流域土壤斥水性及其影响因素

土壤斥水性(SWR)阻碍入渗及再分布过程.虽然斥水土壤在世界广泛存在,但其产生机理并不明确.本文采用滴水穿透时间(WDPT)法、酒精摩尔浓度(MED)法和接触角(θ)法测定了新疆玛纳斯河流域典型土壤的SWR指标,其中θ的测定采用高度法和质量法.对WDPT是否受烘干及不同容重的影响进行对比,探讨各SWR指标之间的联系,并分析了SWR的关键理化性质影响因子,探讨土壤斥水的机理和原因.结果表明: 高容重土壤的WDPT值更大,烘干土壤的WDPT值比风干土壤大;3种SWR指标(WDPT、MED及θ)之间有一定的相关关系,但MED与θ的相关性并不明显,表明各SWR指标之间虽有一定联系,但表征方面具有差异性;采用高度法和质量法测量水与土壤的θ值时,高度法的θ值大于质量法,高度法之间重复差异小于质量法;使用正辛烷作为参比溶液测量水与土壤的θ值时,其重复的差异较小,低于无水乙醇;在多种理化性质中,黏粒含量比其他土壤属性更显著地影响WDPT和θ;[K⁺]、[Na⁺]均与θ呈正相关;蒙脱石含量与WDPT、MED呈负相关.综上,土壤SWR的测定方法中,WDPT法操作简单但易受影响;MED法缩短了入渗时间但试验过程耗时;接触角法操作复杂,结果相对精确,采用正辛烷作为参比溶液的高度法更可靠.建议采用多种指标综合表征土壤斥水性.     

内蒙古锡林河流域植物功能群组成及其水分利用效率的变化--依水分生态类群划分

依照植物水分生态类群,将锡林河流域主要植物种划分为6个植物功能群:呈生植物、中旱生植物、旱中生植物、中生植物、湿中生植物和湿生植物.沿土壤水分梯度,我们调查了8个植物群落的功能群组成及其δ13C值.结果表明:1)在水分状况不同的8个群落中,植物功能群的组成有很大差异.在较湿润生境中(沼泽化草甸和盐化草甸),湿中生和湿生植物成为优势种并构成地上生物量的主要部分;在干旱生境中(草甸草原、典型草原和退化草原),旱生和中旱生植物占绝对优势并构成群落生物量的90%以上;2)不同功能群δ13C值表现为:旱生植物(26.38‰)=中旱生植物(26.51‰)＞旱中生植物(-27.02‰)＞中生植物(-27.56‰)=湿中生和湿生植物(-27.80‰),表明随着不同水分生态类群所适应生境从干旱到湿润逐渐转变,植物的水分利用效率显著降低;3)在土壤水分状况不同的生境下,旱生植物始终维持相对较高的δ13C值和水分利用效率;而中旱生植物的δ13C值表现出较大的变化幅度,表明其对土壤水分的改变更敏感;4)旱生植物叶片脯氨酸含量最高;旱中生、中旱生和中生植物次之;湿中生和湿生植物脯氨酸含量最低.不同水分生态类群脯氨酸含量与其δ13C值和地上生物量呈显著正相关关系.     

基于通量塔净生态系统碳交换数据的植被物候遥感识别方法评价

选择北美洲72座通量塔观测的净生态系统碳交换（NEE）数据来计算植被物候,并以此作为参考数据,从可行性和准确性两方面对阈值法、移动平均法和函数拟合法三大类常用的植被物候遥感识别方法进行了综合评价.结果表明： 基于局部中值的阈值法对植被物候识别的可行性和准确性均最优;其次为Logistic函数拟合法中的一阶导数方法;移动平均法对植被物候识别的可行性和准确性与移动窗口的大小有关,对于16 d合成的归一化差值植被指数（NDVI）时间序列数据来说,移动窗口大小为15时能获得较优的结果;而全局阈值法对植被物候识别的可行性和准确性均最差;Logistic函数拟合法中的曲率变化率方法在识别植被物候时虽然与基于NEE数据得到的植被物候在数值上存在较大偏差,但二者之间具有较高的相关性,说明基于曲率变化率方法识别出的植被物候能较真实地反映植被物候在时空上的变化趋势.     

Phosphorus concentrations in the leaves of defoliated white clover affect abscisic acid formation and transpiration in drying soil

Increased leaf phosphorus (P) concentration improved the water-use efficiency (WUE) and drought tolerance of regularly defoliated white clover plants by decreasing the rate of daily transpiration per unit leaf area in dry soil. Night transpiration was around 17% of the total daily transpiration. The improved control of transpiration in the high-P plants was associated with an increased individual leaf area and WUE that apparently resulted from net photosynthetic assimilation rate being reduced less than the reductions in the transpiration (27% vs 58%). On the other hand, greater transpiration from low-P plants was associated with poor stomatal control of transpirational loss of water, less ABA in the leaves when exposed to dry soil, and thicker and smaller leaf size compared with high-P leaves. The leaf P concentration was positively related with leaf ABA, and negatively with transpiration rates, under dry conditions ( P < 0.001). However, leaf ABA was not closely related to the transpiration rate, suggesting that leaf P concentration has a greater influence than ABA on the transpiration rates.     

硅肥对水稻-田面水-土壤氮磷含量的影响

研究硅肥对双季稻产量及土壤氮磷流失的影响,旨在为典型双季稻区施肥结构优化以及农田面源污染综合防控技术提供技术支撑.采用田间试验研究在相同氮磷肥基础上施0、750、1500、2250和3000 kg·hm^-2 (T₀、T₁、T₂、T₃、T₄)硅肥对双季稻产量和氮磷吸收、田面水氮磷含量及土壤有效硅、有机质、碱解氮和有效磷含量的影响.结果表明:与不施硅肥处理(T₀)比较,早、晚稻季水稻稻谷分别增产2.2%～30.4%和3.9%～9.2%;早、晚稻籽粒氮素积累量增加2.4%～47.3%、磷素积累量增加2.2%～41.3%,秸秆氮素积累量增加0.4%～28.3%、磷素积累量增加5.1%～31.0%;施硅肥后第1天,施硅处理田面水总氮(TN)浓度较不施硅肥处理平均降低3.4%～28.8%、铵态氮(NH₄⁺-N)降低10.4%～25.6%、总磷(TP)降低25.5%～29.2%、可溶性总磷(TDP)降低30.8%～38.0%;第45天后施硅各处理田面水总磷和可溶性总磷含量呈现上升趋势,并显著高于T₀处理.施硅肥有利于提高土壤有效硅水平以及有机质和碱解氮含量,以T₁处理效果最好,土壤速效磷含量随硅肥用量增加呈降低趋势.     

Hydraulic redistribution of soil water in two old-growth coniferous forests: quantifying patterns and controls

Although hydraulic redistribution of soil water (HR) by roots is a widespread phenomenon, the processes governing spatial and temporal patterns of HR are not well understood. We incorporated soil/plant biophysical properties into a simple model based on Darcy's law to predict seasonal trajectories of HR. We investigated the spatial and temporal variability of HR across multiple years in two old-growth coniferous forest ecosystems with contrasting species and moisture regimes by measurement of soil water content (theta) and water potential (Psi) throughout the upper soil profile, root distribution and conductivity, and relevant climate variables. Large HR variability within sites (0-0.5 mm d(-1)) was attributed to spatial patterns of roots, soil moisture and depletion. HR accounted for 3-9% of estimated total site water depletion seasonally, peaking at 0.16 mm d(-1) (ponderosa pine; Pinus ponderosa) or 0.30 mm d(-1) (Douglas-fir; Pseudotsuga menziesii), then declining as modeled pathway conductance dropped with increasing root cavitation. While HR can vary tremendously within a site, among years and among ecosystems, this variability can be explained by natural variability in Psi gradients and seasonal courses of root conductivity.     

土壤氮水交互对马尾松和杉木COS和CO2通量的影响

羰基硫(COS)和CO_2化学结构相似,且植物对COS和CO_2具有共吸收特性,因此可利用COS作为示踪物来估算生态系统总初级生产力,而不同植物吸收COS和CO_2对环境因子变化的响应差异较大。以南亚热带典型树种马尾松(Pinus massoniana)和杉木(Cunninghamia lanceolata)为研究对象,设置2个氮水平及3个土壤水分梯度处理。采取顶空套袋法采集气体样品,用预浓缩—气质联用仪分析样品COS浓度,同时测量植物光合参数。结果表明:马尾松和杉木吸收COS,吸收速率均值分别为39.58—127.27 pmol m~(-2) s~(-1)和0.81—66.92 pmol m~(-2) s~(-1)。整体而言,施氮可促进植物吸收COS,但除施氮对马尾松COS通量有显著影响外(P0.05),施氮、土壤水分和两者交互作用对马尾松和杉木的COS和CO_2通量及其比值均无显著性影响。施氮情况下,高土壤水分处理促进马尾松COS吸收而低土壤水分处理促进杉木COS吸收。中等土壤水分和高土壤水分条件下马尾松和杉木COS通量与气孔导度呈正相关关系。线性拟合结果表明,植物COS通量(F_(COS))与CO_2通量(F_(CO_2))呈极显著正相关(P0.01),马尾松和杉木F_(COS)/F_(CO_2)值分别为1.48×10~(-6)和1.01×10~(-6)。中等土壤水分条件均可提高马尾松F_(COS)/F_(CO_2)比值,而低土壤水分条件下施氮增加杉木F_(COS)/F_(CO_2)比值,高土壤水分条件下施氮降低杉木F_(COS)/F_(CO_2)比值。低土壤水分和高土壤水分使马尾松蒸汽压亏缺增大,促使气孔导度减小从而降低净光合速率。低土壤水分和高土壤水分下施氮导致杉木气孔导度增加从而增强净光合速率。研究结果不仅对进一步了解区域氮沉降和降水对树木COS通量及F_(COS)/F_(CO_2)的影响有重要意义,而且可为模型估算总初级生产力提供区域性数据支持。     

根系分区灌溉和水分利用效率

根系分区灌溉是指仅仅部分根系受到正常的灌溉,其余根系则受到人为的干旱,两项理论根据指出这种措施可减少植物的水分肖耗,并保持一定的生物产量,其一是植物蒸腾失水与气孔导性是线性关系,而光合作用与气孔导性则是一种渐趋饱和的关系,如果气孔导性从最大值适应调低,可显著降低蒸腾,但对光合影响应小得多,其二是处于干燥土壤中的根系可感觉干旱,产生干旱信号来调节地上部分的气孔开度,显然,这项措施在田间有多大效用值得深入研究。 先是大田作物的蒸腾失水仅部分地受气孔控制,界面层的扩散阻力起很大作用。因此该措施可能对界面层阻力较小的,如果树等作用大些,另外,根系干旱信号可否“长期”地产生和调控气孔仍需试验证明。     

土壤线虫三种分离方法效率比较

比较了蔗糖离心浮选法、改进的贝尔曼漏斗法和浅盘法对土壤线虫的分离效率。蔗糖离心浮选法分离得到的线虫总数分别为贝尔曼漏斗法的 6 1倍和浅盘法的 11 4倍。而且离心浮选法分离得到的虫体大于 5 3μm(>30 0目 )和 5 3～ 4 0 μm(30 0～ 4 0 0目 )的线虫数显著高于贝尔曼漏斗法和浅盘法。离心浮选法对所有功能类群线虫 (包括食细菌、食真菌、植食和杂食线虫 )的分离效率也均显著高于其他 2种方法。贝尔曼漏斗法的分离效率高于浅盘法 ,主要反映在食细菌线虫和虫体在 4 0～ 32 μm(4 0 0～ 5 0 0 )的线虫数。但在达到相同分离效率时 ,浅盘法比贝尔曼漏斗法需要的时间短