CN104155202B - 一种植物滞留细颗粒物质量的检测方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种植物滞留细颗粒物质量的检测方法，通过“干洗法”获取植物叶片单位叶面积的滞留物质量，根据电镜扫描图片获取植物叶片滞留物中细颗粒物的比例，基于以上参数以及单株植物绿量可以获得单株植物滞留细颗粒物的质量，通过比较该参数可以对于不同种类的园林植物消除空气中细颗粒物能力进行比较和评估。

Description

一种植物滞留细颗粒物质量的检测方法

技术领域

本发明涉及环保检测技术，具体涉及一种植物滞留细颗粒物质量的检测方法，可用于评估和检测植物滞留细颗粒物的能力。

背景技术

颗粒物，在环境科学中指悬浮在空气中的固体颗粒或液滴，是空气污染的主要来源之一。其中，空气动力学直径(以下简称直径)小于或等于10微米的颗粒物称为可吸入颗粒物(PM10)；直径小于或等于2.5微米的颗粒物称为细颗粒物(Particulate matter less than2.5，PM2.5)。颗粒物能够在大气中停留很长时间，并可随呼吸进入体内，积聚在气管或肺中，影响身体健康。

细颗粒物由于危害人体健康、携带病菌和污染物、且沉降困难影响范围广，控制和治理难度大，已经成为国内外公众政府和学者共同关注的重要问题。由于目前尚不能完全依赖污染源治理以解决环境问题，借助自然界的清除机制是缓解城市大气污染压力的有效途径，城市园林绿化就是其一，也即，利用园林植物吸附和滞留悬浮在空气中的颗粒物，降低空气中颗粒物的浓度。

但是，目前对于植物滞留细颗粒物能力的研究较为欠缺，对于植物滞留的细颗粒物质量缺乏简易可操作的检测方法。

发明内容

有鉴于此，提供一种植物滞留细颗粒物质量的检测方法，其可以应用于评估不同种类的植物对细颗粒物的吸附滞留能力，解决了目前缺乏行之有效的检测方法的问题。

所述植物滞留细颗粒物质量的检测方法包括：

按照预定周期多次采集预定数量的植物叶片，并分组为第一组植物叶片和第二组植物叶片，所述第一组植物叶片和第二组植物叶片表面带有包括细颗粒物的滞留物；

检测并计算所述第一组植物叶片单位叶面积的滞留物质量；

计算所述第一组植物叶片单位叶面积的滞留物质量和单株植物绿量的乘积获得单株植物的滞留物质量；

对第二组植物叶片进行电镜扫描获取植物叶片表面滞留物的图片；

根据所述植物叶片表面滞留物的图片计算滞留物总体积和细颗粒物体积；

根据所述细颗粒物体积和所述滞留物总体积计算细颗粒物质量百分比；

根据所述单株植物的滞留物质量和所述细颗粒物质量百分比计算获得单株植物滞留细颗粒物的质量，根据所述单位叶面积的滞留物质量和所述细颗粒物质量百分比计算获得单位叶面积滞留的细颗粒物质量。

优选地，检测并计算所述第一组植物叶片单位叶面积的滞留物质量包括：

用蒸馏水浸洗所述第一组植物叶片获得浸洗液；

对滤纸进行第一次称重，获得第一重量；

利用所述滤纸抽滤所述浸洗液，将抽滤有浸洗液的滤纸烘干，进行第二次称重，获得第二重量；

计算所述第二重量和所述第一重量的差值获得所述第一组植物叶片的滞留物质量；

检测并计算所述第一组植物叶片的叶面积；

计算所述植物叶片的滞留物质量和所述叶面积的比值获得所述单位叶面积的滞留物质量。

优选地，所述将滤纸烘干包括：将滤纸在80℃下烘24小时。

优选地，对第二组植物叶片进行电镜扫描获取植物叶片表面滞留物的图片包括：

将所述植物叶片随机裁剪为多个直径小于70mm的观测叶片；

将电子显微镜电压设置为15KV，放大倍数设置为1200倍，利用电子显微镜获取每一个观测叶片的图片。

优选地，根据所述植物叶片表面滞留物的图片计算滞留物总体积和细颗粒物体积包括：

对每一个观测叶片的图片进行图像增强后提取出颗粒物的栅格图像，再对栅格图像进行二值化获得每一个观测叶片的二值化图像；

根据所述二值化图像获取每一个观测叶片上所有滞留物的粒径；

根据所述每一个观测叶片上所有滞留物的粒径计算滞留物总体积；

根据所述所有滞留物的粒径获取每一个观测叶片上细颗粒物的数量和粒径；

根据每一个观测叶片上细颗粒物的数量和粒径计算细颗粒物体积。

优选地，按照预定周期多次采集预定数量的植物叶片，并分组为第一组植物叶片和第二组植物叶片包括：

在雨量大于15mm的雨后七天时对特定树种从上、下不同高度各采集叶片30-300片，每种植物在3株生长状况良好的个体重复采样3次，将每次采集获得的叶片分组为第一组植物叶片和第二组植物叶片，采集时选择向阳、叶面朝上生长并且面向道路一侧的叶片。

优选地，所述检测方法还包括：

比较不同种类的植物的单株植物滞留细颗粒物的质量。

通过“干洗法”获取植物叶片单位叶面积的滞留物质量，通过电镜扫描图片获取植物叶片滞留物中细颗粒物的比例，基于以上参数以及单株植物绿量可以获得单株植物滞留细颗粒物的质量，通过比较该参数可以对于不同种类的园林植物消除空气中细颗粒物能力进行比较和评估。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本发明的植物滞留细颗粒物质量的检测方法的流程图；

图2是本发明中用蒸馏水浸洗所述第一组植物叶片获得浸洗液的流程图；

图3是本发明中根据所述植物叶片表面滞留物的图片计算滞留物总体积和细颗粒物体积的流程图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程并没有详细叙述。

图1是本发明的植物滞留细颗粒物质量的检测方法的流程图。如图1所示，所述方法包括：

步骤110、按照预定周期多次采集预定数量的植物叶片，并分组为第一组植物叶片和第二组植物叶片，所述第一组植物叶片和第二组植物叶片表面带有包括细颗粒物的滞留物。

一般认为，15mm的降雨量就可以冲掉植物叶片的降尘，然后重新滞尘。

根据气候特点，可以在雨量大于15mm的雨后七天时对特定种类的植物从上、下不同高度各采集叶片片，每种植物在3株生长状况良好的个体重复采样3次，将每次采集获得的叶片分组为第一组植物叶片和第二组植物叶片，其中每次采集的第一组叶片数量在30-300片之间，第二组叶片数量在3-10片。在进行采集时，选择向阳、叶面朝上生长并且面向道路一侧的叶片。

采集后，立即将叶片封存于干净塑封袋或保鲜盒中以防挤压或叶毛被破坏。

对于不同种类的植物，上层、下层的高度定义不同，其中，乔木的下层采样高度约为树冠最底层，乔木的上层采样高度距下层纵向高度差距在150cm以上，灌木的下层采样高度约为20cm，灌木的上层采样高度距下层纵向高度差距在50cm以上。

由此，保证采集的叶片具有较好的代表性，在需要在多个不同种类的植物之间进行比较时，最好采集位于同一区域内的植物。

步骤120、检测并计算所述第一组植物叶片单位叶面积的滞留物质量。

具体地，步骤120的流程图如图2所示，其包括：

步骤121、用蒸馏水浸洗所述第一组植物叶片获得浸洗液。

在步骤121中，可以将植物叶片在蒸馏水中浸泡2个小时或以上，并使用不掉毛的软毛刷刷掉叶片上残留的滞留物，由此保证植物叶片上带有的滞留物均洗入浸洗液。

由此获得的浸洗液中包括第一组植物叶片上几乎全部的滞留物。

步骤122、对滤纸进行第一次称重，获得第一重量W1。第一重量W1代表干净的、已烘干滤纸的质量。优选地，可以使用1/10000精度的天平进行称重。

步骤123、利用所述滤纸抽滤所述浸洗液，将抽滤有浸洗液的滤纸烘干，进行第二次称重，获得第二重量W2。

进行滤纸抽滤操作会使得浸洗液中的颗粒物附着在滤纸上，将带有浸洗液的滤纸置于80℃温度下烘24小时。由此，滤纸带有第一组植物叶片上的滞留物。

将烘干后的滤纸进行第二次称重，此时获得的第二重量W2为滤纸以及第一组植物叶片上的滞留物的质量之和。

步骤124、计算所述第二重量W2和所述第一重量W1的差值(W2-W1)获得所述第一组植物叶片的滞留物质量。

步骤125、检测并计算所述第一组植物叶片的叶面积。

叶面积，是指叶片单面面积，其可以通过传统的格点法和方格法求取，也可以通过描形称重法求取，还可以通过现有的叶面积仪测量。

在本实施例中，可以将浸洗后的植物叶片用叶面积仪测量叶面积，并进而将第一组植物叶片的叶面积求和获得第一组植物叶片的叶面积A。

步骤126、计算所述植物叶片的滞留物质量(W2-W1)和所述第一组植物叶片的叶面积A的商获得所述单位叶面积的滞留物质量LW，也即：

LW＝(W2-W1)/A

步骤130、计算所述第一组植物叶片单位叶面积的滞留物质量LW和单株植物绿量G的乘积获得单株植物的滞留物质量PW，也即：

PW＝LW*G

其中，绿量是指植物叶片面积总量的大小。其可以对植物材料个体的叶面积与胸径、冠高或冠幅进行实际测量，并将各参数代入现有的园林植物绿量的回归模型进行计算后得出不同种植物的绿量值(G)。也可以根据已有的统计数据估算获得。

步骤140、对第二组植物叶片进行电镜扫描获取植物叶片表面滞留物的图片。

优选地，步骤140可以包括如下子步骤：

步骤141、将所述植物叶片随机裁剪为多个直径小于70mm的观测叶片。

步骤142、将电子显微镜电压设置为15KV，放大倍数设置为1200倍，利用电子显微镜获取每一个观测叶片的图片。

具体地，可以使用Hitachi台式TM3000型电子显微镜进行相片获取，图片存储格式可以设置为TIFF。

由此，可以获取得到每一个观测叶片表面滞留物的图片。

步骤150、根据所述植物叶片表面滞留物的图片计算滞留物总体积和细颗粒物体积。

优选地，步骤150的流程图如图3所示，其可以包括如下子步骤：

步骤151、对每一个观测叶片的图片进行图像增强后提取出颗粒物的栅格图像，再对栅格图像进行二值化获得每一个观测叶片的二值化图像。

二值化图像可以方便分辨植物叶片和颗粒物。上述步骤中的图像增强、提取栅格图像以及进行二值化操作可以利用现有的图像算法实现也可以利用Erdas、Photoshop等图像处理软件对影像进行增强处理，提取出颗粒物的栅格图像，再利用ArcGIS软件进行二值化处理。

步骤152、根据所述二值化图像获取每一个观测叶片上所有滞留物的粒径。

进一步地，利用ArcGIS软件可以自动统计和计算二值化图像中代表颗粒物的部分的粒径以及面积。

步骤153、根据所述每一个观测叶片上所有滞留物的粒径计算滞留物总体积V。

在本发明中，假设所有滞留物为球体，因此，基于滞留物的粒径和数量既可以计算滞留物的总体积V。

当然，本领域技术人员可以理解，以上操作可以通过计算机程序自动处理电镜扫描图像执行。

步骤154、根据所述所有滞留物的粒径获取每一个观测叶片上细颗粒物的数量和粒径。

例如，利用ArcGIS软件可以对二值化图像进行在分类，甄选出粒径小于2.5微米的颗粒，也即，细颗粒物。

步骤155、根据每一个观测叶片上细颗粒物的数量和粒径计算细颗粒物体积SV。

在本发明中，假设所有滞留物为球体，因此，基于细颗粒物的粒径和数量就可以计算细颗粒物体积SV。

当然，本领域技术人员可以理解，以上操作可以通过计算机程序自动处理电镜扫描图像执行。

步骤160、根据所述细颗粒物体积和所述滞留物总体积计算细颗粒物质量百分比。

在本发明中，假设颗粒物的密度均相同，因此，细颗粒物体积与滞留物总体积的比值SV/V等于细颗粒物的质量百分比。

步骤120-130和步骤140-160分别对于不同组别的植物叶片进行处理，它们可以同时分别实施，也可以以任意的先后关系实施。

步骤170、根据所述单株植物的滞留物质量和所述细颗粒物质量百分比计算获得单株植物的滞留细颗粒物质量PW_2.5，根据所述单位叶面积的滞留物质量和所述细颗粒物质量百分比计算获得单位叶面积滞留细颗粒物质量LW_2.5，也即：

PW_2.5＝PW*SV/V

LW_2.5＝LW*SV/V

由此，可以获得特定种类植物的单位叶面积滞留的细颗粒物质量和根据统计规律估算的单株植物的滞留的细颗粒物质量。基于以上数据可以在不同种类的园林植物对于减少空气中的细颗粒的能力。

例如，可以选择北方常用园林树种9种，其中包括5种乔木和4种灌木。其中，乔木分别为：绦柳(Salix matsudanaf.pendula)、国槐(Sophora japonica)、钻石海棠(Malusyunnanensiscv.Sparkler)、杂交马褂木(Liriodendron chinense×L.tulipifera)和银杏(Ginkgobiloba)；灌木分别为：大叶黄杨(Euonymus japonicus)、金叶女贞(Ligustrum×vicaryi)、小叶黄杨(Buxusmicrophylla)和月季(Rosachinensis)。每种植物均选择生长状况良好的成年植株。9种园林植物材料均采自北京市园林科学研究院内，避免不同环境条件下大气污染不同带来的误差。不同树种间滞留PM2.5能力的方差分析与多重比较如下表1所示：

表1

通过方差分析发现，不同树种之间的单位叶面积滞留PM2.5能力差异显著，从大到小排序为：小叶黄杨>大叶黄杨>金叶女贞>国槐>钻石海棠>银杏>月季>杂交马褂木>绦柳。对9种树种之间的滞留PM2.5能力做多重比较发现，当P在0.05水平下，绦柳滞留PM2.5能力显著低于其它8种树种，小叶黄杨、大叶黄杨、金叶女贞和国槐的滞留PM2.5能力较强，并且显著高于其它几种树种。

由此，本发明提供了一种植物滞留细颗粒物质量的检测方法，通过“干洗法”获取植物叶片单位叶面积的滞留物质量，通过电镜扫描图片获取植物叶片滞留物中细颗粒物的比例，基于以上参数以及单株植物绿量可以获得单株植物滞留细颗粒物的质量，通过比较该参数可以对于不同种类的园林植物消除空气中细颗粒物能力进行比较和评估。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种植物滞留细颗粒物质量的检测方法，包括：

按照预定周期多次采集预定数量的植物叶片，并分组为第一组植物叶片和第二组植物叶片，所述第一组植物叶片和第二组植物叶片表面带有包括细颗粒物的滞留物；

检测并计算所述第一组植物叶片单位叶面积的滞留物质量；

计算所述第一组植物叶片单位叶面积的滞留物质量和单株植物绿量的乘积获得单株植物的滞留物质量；

对第二组植物叶片进行电镜扫描获取植物叶片表面滞留物的图片；

根据所述植物叶片表面滞留物的图片计算滞留物总体积和细颗粒物体积；

根据所述细颗粒物体积和所述滞留物总体积计算细颗粒物质量百分比；

根据所述单株植物的滞留物质量和所述细颗粒物质量百分比计算获得单株植物滞留细颗粒物的质量，根据所述单位叶面积的滞留物质量和所述细颗粒物质量百分比计算获得单位叶面积滞留的细颗粒物质量；

其中，检测并计算所述第一组植物叶片单位叶面积的滞留物质量包括：

用蒸馏水浸洗所述第一组植物叶片获得浸洗液；

对滤纸进行第一次称重，获得第一重量；

利用所述滤纸抽滤所述浸洗液，将抽滤有浸洗液的滤纸烘干，进行第二次称重，获得第二重量；

计算所述第二重量和所述第一重量的差值获得所述第一组植物叶片的滞留物质量；

检测并计算所述第一组植物叶片的叶面积；

计算所述植物叶片的滞留物质量和所述叶面积的比值获得所述单位叶面积的滞留物质量。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述将滤纸烘干包括：将滤纸在80℃下烘24小时。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，对第二组植物叶片进行电镜扫描获取植物叶片表面滞留物的图片包括：

将所述植物叶片随机裁剪为多个直径小于70mm的观测叶片；

将电子显微镜电压设置为15KV，放大倍数设置为1200倍，利用电子显微镜获取每一个观测叶片的图片。

4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，根据所述植物叶片表面滞留物的图片计算滞留物总体积和细颗粒物体积包括：

对每一个观测叶片的图片进行图像增强后提取出颗粒物的栅格图像，再对栅格图像进行二值化获得每一个观测叶片的二值化图像；

根据所述二值化图像获取每一个观测叶片上所有滞留物的粒径；

根据所述每一个观测叶片上所有滞留物的粒径计算滞留物总体积；

根据所述所有滞留物的粒径获取每一个观测叶片上细颗粒物的数量和粒径；

根据每一个观测叶片上细颗粒物的数量和粒径计算细颗粒物体积。

5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，按照预定周期多次采集预定数量的植物叶片，并分组为第一组植物叶片和第二组植物叶片包括：

在雨量大于15mm的雨后七天时对特定树种从上、下不同高度各采集叶片30-300片，每种植物在3株生长状况良好的个体重复采样3次，将每次采集获得的叶片分组为第一组植物叶片和第二组植物叶片，采集时选择向阳、叶面朝上生长并且面向道路一侧的叶片。

6.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括：

比较不同种类的植物的单株植物滞留细颗粒物的质量。