近年来，环境问题越来越突出，大气颗粒物(particulate matter，PM)污染已成为许多国家和地区的重要环境问题之一^[1]。PM能降低空气的能见度，导致灰霾天气^[2]，其中粒径≤ 2.5 μm的细颗粒物易携带大量有毒有害物质, 经呼吸道进入人体肺部深处及血液循环，对人体产生更大的危害^[3]。研究表明，植物对PM有显著的削减作用^[4]，因此合理利用植物滞留颗粒物的效应能有效地降低PM的污染。目前，许多学者对植物滞留颗粒物的能力进行了研究^[5-9]，结果表明不同树种滞留颗粒物的差异很大。福州市绿化植物滞留颗粒物的研究多以乔木和灌木为主，草本植物滞留颗粒物的规律研究甚少，而草本植物作为城市绿地建设中的一部分，对滞留大气颗粒物的也起着一定的作用。因此，研究福州市草本植物滞留颗粒物的效应有其必要性。另外，以前的研究更多的是关注植物对PM总的滞留量，对于细颗粒物的关注较少。因此文中测定了福州市白马路15种草本植物的单位叶面积滞留总颗粒物量、粒径＜10 μm和粒径＜2.5 μm的颗粒物量，并通过体视显微镜观察草本植物的叶面结构，探讨草本植物滞留颗粒物的机制，为城市绿化时对草本植物的合理选择提供支撑，也为合理地评价城市绿地滞留颗粒物的效益提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

福州市地处东经118°08′~120°31′，北纬25°15′~26°29′，属于典型的河口盆地，四周被群山峻岭环抱，地貌类型多样，多以丘陵、山地为主。福州市属亚热带季风气候，温暖湿润，冬短夏长，霜少无雪，年平均日照时间1 700~1 980 h，年平均气温20~25 ℃，其中极端气温最高达42.3℃，最低为-2.5 ℃，年平均降雨量为800~2 100 mm^[10]。福州市2016年3月PM_2.5浓度为6~74 μg·m^-3，平均为38 μg·m^-3；PM₁₀浓度为10~135 μg·m^-3，平均为63 μg·m^-3[11]。采样区域位于福州市区二环内，呈南北走向，人流车流密集, 道路一侧为白马河，绿化带沿河布置, 植物配置基本为乔灌草相结合。

1.2 研究方法 1.2.1 供试植物

此次试验的草本植物有15种，具体的采样种类和地点如图 1所示。

1.2.2 样品采集

一般认为，大于15 mm的降水量即可冲掉植物叶片上滞留的颗粒物^[8]。2016年3月30日(雨后7 d), 在白马北路(该道路植物种类丰富，便于集中采样)，进行滞留颗粒物量的测定, 所有样品均在1 d内采集完毕。采样时结合采样点的具体情况，分别在植株的四周及中部采集叶片(大叶30片，小叶60片)，将采集的叶片放入贴好标签的塑封袋中，带回实验室待测。将每种植物的叶片平均分成3组，放入3个烧杯中并分别编号。叶片滞留颗粒物量的测定参考洪秀玲等^[12]的方法。蒸馏水浸泡叶片1 h左右，用软毛刷清洗叶面上的附着物，用镊子将叶片夹出，然后对溶液定容(V₁)，将定容后的悬浊液置于磁力搅拌器上搅拌10 min，用移液管抽取15 mL置于已提前称质量(m₁)的一次性培养皿中，烘干至恒重，称量，获得部分悬浊液中的颗粒物的质量(m₂)。总悬浮液中颗粒物的总质量(M)为

$M = \frac{{{V_1}({m_2} - {m_1})}}{{15}}$

(1)

将10和2.5μm的滤膜置于60 ℃烘箱中，烘干30 min后称质量(m₃)，然后对剩余的悬浊液进行分级过滤处理，通过10和2.5 μm孔滤膜过滤分别得到粒径＞10 μm、2.5 μm＜粒径≤10 μm颗粒物的两张载尘滤膜，再将载尘滤膜置于烘箱中烘干30 min，称质量(m₄)，前后两次质量差(m₄-m₃)，即为滤膜上各粒径范围的质量，通过比例计算出M_{粒径＞10 μm}和M_{粒径2.5~10 μm}。

${M_{粒径 > 10{\rm{ \mathsf{ μ} m}}}} = \frac{{{V_1}\left( {{m_4} - {m_3}} \right)}}{{{V_1} - 15}}$

(2)

${M_{粒径2.5 \sim 10{\rm{ \mathsf{ μ} m}}}} = \frac{{{V_1}\left( {{m_4} - {m_3}} \right)}}{{{V_1} - 15}}$

(3)

根据公式(4)、(5) 计算出总悬浮液中粒径＜2.5 μm的颗粒物的质量(M_{粒径＜2.5 μm})和粒径＜10 μm的质量(M_{粒径＜10 μm})。

${M_{粒径 ＜ 2.5{\rm{ \mathsf{ μ} m}}}} = M - {M_{粒径2.5 \sim 10{\rm{ \mathsf{ μ} m}}}} - {M_{粒径 > 10{\rm{ \mathsf{ μ} m}}}}$

(4)

${M_{粒径 ＜ 10{\rm{ \mathsf{ μ} m}}}} = {M_{粒径2.5 \sim 10{\rm{ \mathsf{ μ} m}}}} + {M_{粒径 ＜ 2.5{\rm{ \mathsf{ μ} m}}}}$

(5)

采用单位叶面积滞留颗粒物质量来衡量植物叶片的滞留颗粒物的能力。叶面积的测定参考肖强等^[13]的方法，建立面积与像素之间的数学关系，求得总叶面积。以总颗粒物量除以总叶面积即得出单位叶面积滞留颗粒物的量。

1.3 叶面结构观察

采集草本植物的成熟叶片，置于体视显微镜(SZ760B2L，重庆奥特光学仪器有限责任公司)下观察叶片的上下表面的显微结构，并选取合适的视野拍照。

1.4 数据处理

采用Excel 2003软件进行数据整理和图表制作。采用SPSS18.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，用最小显著性差异(least-significant difference，LSD)检验其差异显著性。

2 结果与分析 2.1 不同草本植物滞留的颗粒物量

单位叶面积总颗粒物滞留量为0.7405~3.083 8 g·m^-2，平均为1.512 2 g·m^-2。其中麦冬最大，为3.083 8 g·m^-2，其次为沟叶结缕草和海芋，分别为2.362 1和2.239 3 g·m^-2，芭蕉最少，为0.740 5 g·m^-2，麦冬滞留总颗粒物量是芭蕉的4.2倍。单位叶面积滞留粒径＜10 μm的颗粒物量为0.588 7~2.399 7 g·m^-2，平均为1.235 4 g·m^-2。其中麦冬最大，为2.399 7 g·m^-2，其次为沟叶结缕草和海芋，分别为2.234 7和2.034 5 g·m^-2，鹤望兰最少，为0.588 7 g·m^-2，麦冬吸附粒径＜10 μm的颗粒物量是鹤望兰的4.1倍。单位叶面积滞留粒径＜2.5 μm的颗粒物量为0.460 2~2.149 3 g·m^-2，平均为1.130 3 g·m^-2。其中沟叶结缕草最大，为2.149 3 g·m^-2，其次为麦冬和海芋，分别为2.021 7和1.893 8 g·m^-2，鹤望兰最少，为0.460 2 g·m^-2，沟叶结缕草吸附粒径＜2.5 μm的颗粒物量是鹤望兰的4.7倍。方差分析表明, 不同植物间单位叶面积滞留颗粒物量的差异显著(P＜0.05)。

2.2 不同草本植物叶面的颗粒物粒径

表 2为15种草本植物的叶面颗粒物粒径分级情况，每种植物对不同粒径范围颗粒物的滞留能力存在差异。15种草本植物叶面颗粒物主要是细颗粒物，粒径＜2.5μm和粒径＜10 μm的颗粒物的比重均超过了50%。而15种草本植物叶面颗粒物的粒径累积量也存在差异，例如麦冬叶面颗粒物中小于2.5 μm的占到66%，小于10 μm的占到78%；鹤望兰叶面颗粒物＜2.5 μm的占到67%，而小于10 μm的占到75%，小于麦冬。

2.3 叶表面结构

植物滞留颗粒物的量与其本身的叶貌形态有很大的关系^[14]。试验选取的9种植物叶片在体视显微镜下的观察结果如图 2和图 3所示。其中麦冬叶面上下表面有多条沟壑(图 2A、图 3A)，其滞留颗粒物的能力最强，单位叶面积滞留总颗粒物的量达到了3.0838 g·m^-2；海芋叶面粗糙(图 2B、图 3B)，滞留颗粒物的量也较多；水鬼蕉和酢浆草叶面满布瘤状突起(图 2C、D和图 3C、D)，但水鬼蕉滞留颗粒物的量比酢浆草大；花叶良姜和鹤望兰叶面都具浅的平行沟壑(图 2E、H和图 3E、H)，但其滞留颗粒物的量存在差异；合果芋叶面较为粗糙(图 2F、图 3F)，滞留颗粒物的量一般；蟛蜞菊叶面疏被短糙毛(图 2G、图 3G)，滞留颗粒物的量较少；龟背竹叶面光滑(图 2I、图 3I)，滞留颗粒物的量也较少，单位叶面积滞留总颗粒物的量为1.004 0 g·m^-2。

3 结论与讨论

植物滞留是减少大气颗粒物的有效途径，而草本植物作为城市绿化中必不可少的一部分，也有着重要的生态作用。研究表明，福州市15种草本植物单位叶面积滞留总颗粒物、粒径＜10 μm和粒径＜2.5μm的颗粒物的能力差异均比较大。其中春羽、花叶良姜、银边吊兰、合果芋、鹤望兰处于十字路口，车辆和行人的活动频繁，但其滞留颗粒物的量并不是最多的，说明植物的滞留颗粒物能力是多种影响因素共同作用的结果。除麦冬和沟叶结缕草之外, 单位叶面积滞留粒径＜10 μm和粒径＜2.5 μm的颗粒物的规律相同，但与滞留总颗粒物的能力表现的规律不完全相同。对粗颗粒物滞留能力较差的蟛蜞菊、翠芦莉表现出了较强的滞留细颗粒物的能力，而对粗颗粒物有较强滞留能力的银边吊兰、合果芋在滞留粒径＜10 μm的颗粒物时表现一般。15种草本植物叶表面颗粒物大多为细颗粒物。刘玲等^[15]的研究表明，植物叶表面滞留的颗粒物主要是粒径范围在0~10 μm之间；而梁丹等^[7]和洪秀玲等^[12]在对北京市的植物滞留颗粒物的试验结果却表明，叶面主要为粗颗粒物。这可能是由于不同地区的污染状况不同，南方沿海地区空气中总悬浮颗粒物明显小于北方内陆；也可能与所测季节不同造成的，同一地区不同季节大气颗粒物浓度有所不同^[16]。文中研究发现，生长密集、叶片较厚、叶面有沟壑、具瘤状突起的草本植物滞留颗粒物的能力较强。鹤望兰虽然有平行沟壑，但其叶片大多为垂直于地面，并不利于颗粒物的滞留；蟛蜞菊上下表面均被短糙毛，但其滞留颗粒物的量却较少，这是由于其叶片柔软，被绒毛滞留的颗粒物容易被风刮落且试验中所采的蟛蜞菊距道路相对较远造成的。这也表明植物滞留颗粒物的机制比较复杂，在研究滞留颗粒物的规律时应综合考虑叶面特征、叶面倾角及植物所在的具体环境。综上所述，沟叶结缕草、麦冬等草坪地被和海芋、水鬼蕉、春羽、花叶良姜等观花观叶草本对大气颗粒物的滞留效果较好。生长密集、叶片较厚、叶面有沟壑、具瘤状突起的草本植物滞留颗粒物的能力较强；叶面光滑的植物滞留颗粒物的能力较弱。从利用植物改善大气环境方面来考虑，福州市可优先考虑在地被层增加沟叶结缕草、麦冬、海芋、水鬼蕉、春羽、花叶良姜的比例，也可选择一些生长密集、叶片粗糙的草本，这样才能更好地滞留环境中对人体有害的大气颗粒物，有效地缓解车道附近的环境污染，提高城市生态化建设水平。

致谢: 感谢福建农林大学园林学院王强、陈琳，金山学院魏少锋等同学在在试验过程中的大力协助。