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.     

大气颗粒物对健康的影响

<正>近年来研究发现,大气颗粒物严重影响人体健康,PM2.5每年造成80万人死亡,排在所有致死因素的第13位[1].大气颗粒物是悬浮于空气中颗粒的总称,按照其空气动力学粒径分为总悬浮颗粒物(TSP空气动力学直径小于100μm,下同)、可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)和超细颗粒物(PM0.1)[2].不     

淮南矿区大气及二球悬铃木叶片中重金属含量及其相关性分析

对淮南市污染区(矿区)和对照区(相对清洁区)空气中TSP、PM10-100、PM5-10、PM2.5-5和PM2.5的日均质量浓度进行了测定,并对TSP中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的质量浓度和二球悬铃木〔Platanus×acerifolia(Ait.)Willd.〕叶片中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn含量的动态变化进行了分析,同时对二球悬铃木叶片中重金属含量与TSP中重金属质量浓度和各类空气颗粒物日均质量浓度的相关性进行了分析。结果表明:在60 d采样期内,空气颗粒物日均质量浓度和叶片中重金属含量均呈波动的变化趋势,其中污染区空气中TSP和PM2.5的日均质量浓度均显著高于对照区,污染区PM10-100、PM5-10和PM2.5-5日均质量浓度总体上低于对照区;污染区空气TSP中6种重金属元素的质量浓度均高于对照区,污染区二球悬铃木叶片中的Cd、Cr、Cu、Ni和Zn含量均高于对照区但Pb含量低于对照区。相关性分析结果表明:污染区二球悬铃木叶片中重金属含量与空气TSP中重金属质量浓度多数呈正相关,叶片中重金属含量与空气中PM2.5日均质量浓度也均呈正相关,其中叶片中Cd含量与PM2.5日均质量浓度的相关性达显著水平。研究结果表明:在淮南矿区,可将二球悬铃木叶片中的重金属含量作为空气PM2.5污染状况的监测指标。     

污染过程和不同天气下PM2.5质量浓度变化特征

从北京市环境保护监测中心发布的35个PM2.5监测点中选取6个监测点, 包括3对郊区与城区点, 分析了不同监测点PM2.5质量浓度污染过程和不同天气下的变化特征。结果发现: 污染过程时, 伴随着PM2.5质量浓度和AQI值增大、减小的过程, PM2.5质量浓度和AQI值在污染的各个阶段均表现为海淀北京植物园小于海淀万柳, 当PM2.5质量浓度较大时, 风速却较小, 较小的风速不利于大气污染物扩展稀释, 也无法带走水汽, 使得空气相对湿度较大; 在晴天、降雨过程和大风天气下PM2.5质量浓度表现为郊区小于城区; 晴天下, 郊区PM2.5质量浓度相对城区具有滞后性, 降雨过程和大风天气下无滞后性; 晴天下, 郊区PM2.5质量浓度变动相对城区较小, 降雨过程雨前雨中变化较大, 雨后变动较小, 大风天气下变动范围无明显变化。     

模拟降雨对常绿植物叶表面滞留颗粒物的影响

降雨能够冲洗植物表面滞留的颗粒物并将其带入土壤中,使植物表面恢复滞尘能力。本文采用人工模拟降雨,以木犀(Osmanthus fragrans)、海桐(Pittosporum tobira)、女贞(Ligustrum lucidum)、石楠(Photinia serrulata)、荷花玉兰(Magnolia grandiflora)和白皮松(Pinus bungeana) 6种常绿植物为研究对象,选取60和90 mm·h~(-1)两个雨强,历时60 min,从不同粒径颗粒物(被孔径10μm滤膜截留的颗粒物,标记为PM_(10);通过孔径10μm滤膜而被2.5μm截留的颗粒物标记为PM_(2.5～10);通过孔径2.5μm滤膜的颗粒物标记为PM_(2.5))的洗脱率、滞留颗粒物阈值、建立拟合关系3个方面阐述了降雨和颗粒物之间的动态关系。结果表明:降雨对叶面各粒径颗粒物均有明显的洗脱作用,PM、PM_(10)、PM_(2.5～10)和PM_(2.5)的洗脱率分别为54.55%～95.07%、49.83%～96.00%、63.15%～93.63%和75.80%～91.84%;且90mm·h~(-1)雨强对PM和PM_(10)的洗脱率较60 mm·h~(-1)高(P0.05);降雨强度对PM_( 10)的洗脱率影响显著,对于PM_(2.5～10)和PM_(2.5)的影响不明显; 6种植物滞留PM和PM_(10)的阈值由大到小为白皮松女贞荷花玉兰石楠海桐木犀;降雨初期,叶表面颗粒物洗脱率随降雨历时先急剧上升,随后趋于平稳;降雨量与颗粒物洗脱率有良好的拟合关系,随着降雨量的增大,颗粒物的洗脱率呈对数升高,并且在降雨初期30 min内颗粒物洗脱率上升较快,随后上升趋势趋于平缓。     

北京大兴南海子公园PM2.5 和PM10 质量浓度变化特征

对北京南海子公园PM2.5 和PM10 的浓度水平进行了研究, 并讨论了PM2.5 和PM10 的时间变化特征及其受气象因素的影响, 分析了南海子公园空气质量浓度差异。结果表明: 南海子公园PM2.5 和PM10 平均质量浓度分别为(110.22±19.19) μg·m3和(125.58±3.62) μg·m3, 南海子公园大气颗粒物主要是以细粒子为主, PM2.5 超标46.96 %, PM10 未超标; 南海子公园PM2.5 和PM10质量浓度的日变化以夜间低, 白天高为主, 呈现明显的双峰型, 南海子公园的PM2.5和PM10质量浓度变化幅度较大; 从不同月份来看, 南海子公园PM2.5 质量浓度6 月最大、8 月最低; 温度、风和降水与PM2.5 和PM10 质量浓度呈负相关关系, 湿度与PM2.5 和PM10 质量浓度呈正相关关系, 大风和降雨能有效的清除颗粒物, 特别是细颗粒物。     

北京常见阔叶绿化植物滞留PM2.5能力与叶面微结构的关系

叶片是植物滞留大气颗粒物的主要载体,对城市环境质量的改善发挥着巨大作用。该文用洗脱法测定了北京市20种常见阔叶绿化植物单位叶面积滞留总悬浮颗粒物(TSP)及PM2.5(颗粒直径≤2.5μm)的质量,并利用扫描电子显微镜观察了叶表面的微结构,分析比较了20种道路绿化植物叶片去除TSP与PM2.5的能力,以探讨典型植物叶表面微结构特征对大气颗粒物拦截效果的影响机理。结果显示:(1)不同植物单位叶面积滞留TSP和PM2.5的量均存在显著差异,变化范围分别为0.40~3.44g/m2和0.04~0.39g/m2。(2)叶表面沟槽宽度的不同可能是不同植物滞留TSP和PM2.5差异的主要原因,沟槽宽度过宽和过窄均不利于叶片捕集颗粒物,且颗粒物滞留量随沟槽深度增加而增大。(3)气孔密度较大的叶片表面颗粒物滞留量较大。研究表明,灌木与藤本植物单位叶面积对TSP和PM2.5的平均滞留量均大于乔木;叶表面沟槽宽度为5μm左右时对PM2.5滞留量较大;悬铃木(Platanus acerifolia)、木槿(Hibiscus syriacus)和大叶黄杨(Buxus sinica)单位叶面积滞留TSP与PM2.5量与其他供试植物相比均较大。     

林带内PM_(10)、PM_(2.5)污染特征及其与气象条件的关系

为了研究林带对颗粒物的阻滞作用,2013年5月在北京市北五环南侧奥林匹克森林公园南园生态廊道附近观测不同林带内PM10与PM2.5的浓度变化以及气象因素,分析林带内外的PM10和PM2.5的浓度变化特征,以及气温、相对湿度对其影响。结果表明:PM10与PM2.5的变化规律基本一致,7:00左右最高,17:00左右出现最低值;林带对PM10的阻滞作用明显;林带对PM2.5的阻滞作用比较复杂,榆树林带和混交林带内PM2.5浓度降低,但杨树林带情况完全相反,林带内PM10和PM2.5的浓度随气象因素变化而变化,二者与气温呈负相关,气温升高,大气垂直对流作用加剧,有利于颗粒物扩散,PM10和PM2.5浓度降低;PM10和PM2.5的浓度与相对湿度呈正相关。     

城市绿地空间形态对PM2.5的消减影响——以武汉市为例

缓解大气颗粒物污染、营造清洁健康的城市环境是中国绝大部分城市须解决的问题之一。城市绿地能有效缓解PM2.5,然而当前对绿地空间形态的研究不足,导致能在规划设计中直接应用的成果不多。基于武汉市9个城市绿地空间形态要素量化差异与实地测量的PM2.5浓度大小,探索二者深层的量化关系规律。结果显示：1）PM2.5消减量随绿地规模的增加呈增长趋势,当规模大于5~10 hm2消减量减缓;2）绿地面积、周长及形状指数与PM2.5的消减量显著正相关,分维指数与近圆形形状指数相关性不显著;3）PM2.5的消减效率随绿地规模的增加急剧下降,当绿地规模超过5~10 hm2,消减效率变化不明显。通过量化分析,揭示对PM2.5消减具有显著影响的城市绿地空间形态指标,提出适当的规模、不规则或复杂的绿地形态及分散式的布局等绿地优化策略。     

城市公园大气颗粒物浓度的节假日特征

以杭州西湖风景区花港观鱼公园为研究对象,对比分析节假日与非节假日公园内大气颗粒物（PM2.5、PM10）浓度与游客量、气象因子、植物群落类型的相关性,并从宏观—中观—微观3个层次探究花港观鱼公园大气颗粒物浓度的节假日特征,为城市公园的科学建设提供参考和依据。研究发现：大气颗粒物浓度有明显的节假日效应。宏观方面,杭州主城区元旦节期间大气污染物主要是PM2.5和PM10,节日期间的平均浓度分别为102±41.51μg.m-3、155±64.86μg.m-3,分别是非节日的1.6倍、1.7倍。杭州主城各区受节日影响较大的是余杭区、萧山区和下城区。中观方面,花港观鱼公园节日期间PM2.5和PM10有波峰现象且振幅剧烈呈锯齿状;非节日期间午后出现波谷,上下振幅较小,其影响因子特征表现为：节日期间游客量与大气颗粒物浓度相关性较高,游客游览观光活动对PM10的贡献率更大;气象因子对PM10的影响比PM2.5显著。微观方面,公园内3种不同植物群落类型绿地的PM2.5浓度表现为：密林>纯林>草坪。     

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≤1μm)、PM2.5(d≤2.5μm)、PM5(d≤5μm)、PM10(d≤10μm)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、PM2.5、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%。     

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。     

沈阳东陵公园不同功能分区空气颗粒物与负离子变化

随着城市化进程的加快,城市规模逐渐扩大并产生了一系列的生态环境问题,公园绿地作为城市绿化重要的拓展途径,能够有效缓解和改善城市及其周边的空气质量。本研究以东陵公园为对象,分析了公园内不同功能分区空气颗粒物和空气负离子浓度变化,探究了颗粒物与负离子的关系。结果表明:东陵公园不同功能分区内颗粒物浓度(TSP、PM_(10)、PM_(2.5)和PM_(1.0))日变化中最低值出现在山林生态区13:00—16:00,最高值出现在文化景观区07:00—10:00;月变化中最低值出现在湖畔游憩区,时间为9月,最高值出现在文化景观区,时间为7月;不同功能分区内颗粒物浓度存在显著差异,文化景观区内颗粒物浓度显著高于其他功能分区,不同功能区内负离子浓度无显著性差异,负离子日变化中最低值出现在文化景观区07:00—10:00,最高值出现在山林生态区13:00—16:00;月变化中最低值出现在文化景观区,时间为7月,最高值出现在湖畔游憩区,时间为9月,不同功能分区内空气颗粒物与负离子浓度呈显著负相关(P0.05),TSP、PM_(10)与负离子相关性较高;山林生态区内颗粒物与负离子浓度相关性最强,相关系数分别为-0.698、-0.647、-0.525和-0.485。     

陕西省关中地区主要造林树种大气颗粒物滞纳特征

应用气溶胶再发生器(QRJZFSQ-I),结合关中地区2010—2012年造林工程实际情况和降水数据,研究主要造林树种叶片对不同粒径颗粒物的饱和滞纳量,并量化造林工程的年颗粒物滞纳能力。结果表明,各树种对单位面积叶片的TSP、PM10、PM2.5和PM1.0的饱和滞纳量分别在4.02~36.46、1.22~27.70、0.11~3.71和0.04~0.83μg·cm-2。其中针叶树种高于阔叶树种;针叶树种中,柏类的饱和滞纳量高于松类;阔叶树种中常绿阔叶树种高于落叶阔叶树种。关中地区2010—2012年造林工程每年能够滞纳TSP、PM10、PM2.5和PM1.0分别为455.99×104、368.70×104、70.09×104和18.59×104kg·a-1。     

北方城市绿地对大气颗粒物浓度的削减作用对比研究

尽管城市绿地能够改善空气质量,但由于实践中缺乏统一的绿地分类系统,很难从优化绿地植被结构的角度出发调节城市空气质量。因此,为了探究北方城市不同绿地削减大气颗粒物浓度效果的差异,构建了一套融入植被结构因子和物种组成的绿地分类系统,基于该分类系统,在北京、西安、宝鸡选取了5类共同常见的植被结构绿地类型,通过卫星图像判读与实地监测相结合的方式,探究了不同本底环境、植被结构、植物多样性、气象因子和时间因子对大气颗粒物浓度(PM_2.5与PM₁₀)的影响。结果表明:(1)城市绿地率对大气颗粒物浓度造成显著影响,绿地率越高的本底环境内颗粒物浓度越低,即多绿本底<灰绿参半本底<灰色本底;(2)植被结构和植物多样性水平显著影响绿地的滞尘能力,北方城市中半开敞绿地的滞尘能力最好,其次为半闭合绿地与闭合绿地,开敞绿地滞尘能力最弱,植物多样性的增加将导致绿地内颗粒物浓度增加;(3)不同植被结构绿地内的大气颗粒物浓度受气象因素的显著影响,随温度和风速的增大而减小,随湿度的增大而增大;(4)北方城市绿地大气颗粒物浓度存在明显的季节和日变化规律,一年内大气颗粒物浓度在夏季最低,冬季最高;一天之内颗粒物浓度在8:00-10:00最低。上述研究结果以期为今后不同本底环境下以削减大气颗粒物浓度为导向的北方城市绿地规划与设计提供理论依据和实践方法。     

贵州某燃煤电厂周边春季大气颗粒物的汞污染特征

为分析燃煤电厂周边不同粒径大气颗粒物及其中汞的污染特征,于2017年春季对贵州某燃煤电厂周边TSP、PM_(10)、PM_(2.5)进行样品采集,应用冷原子荧光汞分析仪对颗粒物中汞的浓度进行测定。结果表明:TSP、PM_(10)、PM_(2.5)的体积浓度范围分别为83.7~162、65.2~130、43.6~87.1μg·m-3,超标率分别为0、5.63%、25.7%。汞的体积浓度(Cv(Hg))分别为68.5~102、58.9~84.9、51.4~80.9 pg·m~(-3);汞的质量浓度(Cm(Hg))分别为571~810、627~913、693~1083 ng·g~(-1);从空间分布看,上风向颗粒物样品中汞浓度低于下风向,主导风向高于非主导风向,主要受当地风向和采样点位置影响。汞在颗粒物中的PM_(2.5)/PM_(10)和PM_(10)/TSP值分别为67.5%~95.2%、83.1%~98.8%,明显高于其相应的颗粒物质量浓度比值,表明汞主要在细颗粒物中富集。     

北京城市森林不同天气状况下PM2.5浓度变化

基于北京市环境保护监测中心植物园空旷地和市区非植被区的PM_(2.5)实时监测数据,结合植物园林内PM_(2.5)监测站数据,分析了2013年3月—2014年2月不同天气状况下的PM2.5质量浓度变化。结果表明:1降雨天气和大风天气下PM_(2.5)质量浓度变化无滞后性,雨前和雨中变动较大,雨后变化较小,雨后1天PM_(2.5)质量浓度降低到最低值((14.88±7.34)μg/m~3,下降了(89.36±4.78)%),雪后第2天达到最低值((13.76±6.73)μg/m~3,下降了(88.53±5.59)%);2大风天气下PM_(2.5)质量浓度波动较小,在东北风和西南风影响下PM_(2.5)质量浓度值较高(80.61μg/m~3),在东南风影响下PM_(2.5)浓度值较低(54.22μg/m~3);3高温高湿天气下PM_(2.5)质量浓度市区非植被区滞后1—2h到达峰值,植物园林内监测站和植物园空旷地高峰无滞后性,植物园林内监测站变动剧烈、消减作用强,市区非植被区和植物园空旷地较为平缓;4不同天气下PM_(2.5)质量浓度均表现为市区非植被区植物园林内植物园空旷地;5城市森林具有强大的净化大气污染物和吸滞PM_(2.5)等颗粒物的功能,森林环境的空气质量优于非植被区,森林空旷地的空气质量优于森林内部。     

天山西部野杏光合作用日变化特征与其生理生态因子的关系

在新疆天山西部伊犁野果林资源发展研究中心的野杏林选定野生成年杏树为样株,用Li-6400光合仪测定晴天和阴天两种天气状况下野杏的光合生理生态特性,并通过相关分析、通径分析、回归分析探讨其净光合速率与生理生态因子的关系。结果显示:(1)野杏的最大净光合速率(Pnmax)和光饱和点(LSP)分别为12.63和1 389.44μmol.m-2.s-1,属喜光的阳生树种。(2)晴天和多云天气下野杏的净光合速率(Pn)日变化最大值和日均值之间差异不显著,晴天Pn日变化为单峰型,而多云为双峰型,具典型的"午休"现象,而且是由非气孔限制因素造成,与叶温(Tl)的降低有关。(3)野杏气孔导度(Gs)与Pn和蒸腾速率(Tr)呈显著正相关;随着其Tl的增加,晴天Pn、Gs和Tr为单峰形;多云Pn和Tr呈线性增加,而Gs呈线性降低;Tl增加超过最适值后Gs的降低是晴天野杏产生严重光抑制的重要原因;气孔的快速关闭降低了Tr,造成Tl增加和Pn降低,在最大程度上控制了水分丢失。(4)晴天和多云天气下影响野杏叶片Pn日变化主导生理因子均为Gs,主要限制因子为胞间CO2浓度(Ci);主导生态因子为空气相对湿度(RH),限制因子为气温(Ta)。研究表明,野杏能够适应高光强环境条件,这是野杏主要分布在较为干旱阳坡上的重要原因之一;多云天气条件对野杏进行光合作用的抑制程度较弱,这为野杏种群天然更新环境条件的人工调节提供一定的理论依据。     

公园绿地不同景观空间PM2.5分布特征及其影响因素研究

研究选取城市公园中6个由不同景观要素构成的空间,通过监测不同空间内PM2.5浓度、空气温度、相对湿度及风速风向,分析不同空间景观要素组成与PM2.5浓度之间的关系,探讨不同空间气象因子变化与PM2.5浓度的相关性。研究结论如下,1）不同景观要素构成的空间中PM2.5浓度存在显著差异（P< 0.05）。2）PM2.5浓度与绿量（D）呈显著负相关（R=－0.966）, 当113.57 m2相似文献   

成都市冬季不同粒径大气颗粒物水溶性无机离子的变化特征

利用Anderson冲击式分级采样器,在2010年冬季采集了成都市城东区不同粒径的大气颗粒物样品,分析了9种水溶性离子(SO42-、NO3-、Cl-、F-、NH4+、Ca2+、Mg2+、K+、Na+)的含量,并探讨其分布变化特征.SO42-、NO3-、NH4+、Cl-、K+、Na+等离子主要集中在粒径为3.3～0.65μm的细颗粒物中,而Ca2+、Mg2+则集中在粒径为11 ～4.7μm的粗颗粒物中.SO42-、NO3-、NH4+、Ca2+是主要的无机离子;在不同天气条件下,5O42-、NO3-的质量浓度按雾天、阴天、雨天递减,且雾天较阴天高2.5倍左右,较雨天高5倍左右,而其他离子也高出2倍左右;在不同粒径颗粒物中[NO3-]/[SO42-]比值均较小(＜1),说明成都市目前仍然以固定(燃煤)污染源为主,移动污染源(汽车尾气)的影响正逐步增强.