CN109544046A - 一种城市森林滞尘能力强的植物配置模式筛选方法 - Google Patents

一种城市森林滞尘能力强的植物配置模式筛选方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种城市森林滞尘能力强的植物配置模式筛选方法，包括步骤：根据大气污染程度的不同划分样地，在各样地分别选择园林绿化植物配置作为分析对象；分别对各植物配置进行叶片采集；测定每一植物配置的单位叶面积PM10、PM2.5吸附量；测定每一植物配置的单位叶面积滞尘量；构建以滞尘能力、林相景观、环境适应性、生长特性为准则层的综合评价指标体系，对各样地植物配置的滞尘能力进行排序；其中滞尘能力的评价指标为步骤S3‑S4测定的单位叶面积PM10、PM2.5吸附量和单位叶面积滞尘量。根据污染程度不同划分样地，构建多层次综合评价指标体系，利用区域和层次分析的方法对测试植物配置的滞尘能力进行了排序，评价结果可靠性高、针对性强，为城市森林建设和大气污染防治提供指导。

Description

一种城市森林滞尘能力强的植物配置模式筛选方法
技术领域
本发明涉及大气污染防治技术领域，具体涉及一种城市森林滞尘能力强的植物配置模式筛选方法。
背景技术
目前，许多国家都采用植树造林的方法降低大气污染程度，植被对降低空气中细颗粒物浓度的作用非常明显。城市园林绿化植物作为城市生态环境的重要组成部分，主要通过降低风速、阻挡和吸滞颗粒物等方式将空气中的颗粒物有效的滞留在植被表面，从而达到降低大气中颗粒物浓度、净化空气的目的。
国内外学者在城市植被滞留大气PM的能力和滞尘效益等方面已经进行了一系列研究报道。在上海的一项研究发现，与外部城市林地相比，在距离50m-100m的林区颗粒物浓度、SO2和NO2的浓度分别降低了9.1％、5.3％和2.6％；在北京的一项研究发现城市中心的树木一年可以移除772tPM10。在芝加哥，11％的城市林每年能移除234t PM10，在整个美国城市林木和灌木每年可以移除大约21500t PM10。根据在英国城市的研究，McDonald等(McdonaldAG,Bealey WJ,Fowler D,et al.AtmosphericEnvironment,2007,41:8455-8467.)计算城市植树面积占城市面积1/4时，可以减少2％-10％的PM10浓度。以上研究均表明城市植被对PM2.5等颗粒物的吸附有积极的正效应。
尽管如此，现有研究多集中于叶面滞留PM的总量或粒径组成，难以将理论研究与城市森林生态建设的实际需求相结合，基于此，提出一种城市森林净化大气环境能力强的植物配置模式筛选方法，对降低城市大气颗粒物污染和提高空气质量有着重要意义，有利于最大限度地发挥森林生态系统对大气环境的净化功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城市森林滞尘能力强的植物配置模式筛选方法，结合植物配置生物学特性和生态学特性进行实验与调查分析，利用层次分析的方法对测试植物配置的滞尘能力进行排序，构建植物配置模式筛选的综合评价指标体系，充分发挥城市森林生态系统在大气环境污染防治方面的作用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种城市森林滞尘能力强的植物配置模式筛选方法，包括步骤：
S1、根据大气污染程度的不同划分样地，在各样地分别选择园林绿化植物配置作为分析对象；
S2、分别对各植物配置进行叶片采集；
S3、测定每一植物配置的单位叶面积PM10、PM2.5吸附量；
S4、测定每一植物配置的单位叶面积滞尘量；
S5、构建以滞尘能力、林相景观、环境适应性、生长特性为准则层的综合评价指标体系，对各样地植物配置的滞尘能力进行排序；其中滞尘能力的评价指标为步骤S3-S4测定的单位叶面积PM10、PM2.5吸附量和单位叶面积滞尘量。
优选的，林相景观的评价指标包括植被景观、叶色景观、花果景观；环境适应性的评价指标包括耐寒性、抗病虫害、耐干旱性、耐水湿性、耐高温性；生长特性的评价指标包括速生性、冠幅浓密、载叶时间。
优选的，步骤S1中，根据大气污染程度由重至轻将样地划分为交通区、文教区和远郊林场区。
优选的，步骤S2的采样方法为：以月为单位，在降雨或对植被进行人工清洗的7d之后采样，采样区域涵盖植被的上、中、下部位及东、南、西、北4个方向，每一植物配置分别至少选择3棵(株/丛)生长特性相近的样本，采样频率不低于3次/月，总采样次数不少于18次。
优选的，步骤S3的测定方法包括步骤：将任一植物配置待测叶片放入气溶胶再发生器的料盒，进行搅动、吹风和去静电处理，将叶片上的颗粒物吹起，制成气溶胶，测定所得气溶胶中PM10和PM2.5的质量浓度，计算PM10和PM2.5总吸附量，其与总叶面积的比值即为该植物配置的单位叶面积PM10、PM2.5吸附量；每个植物配置重复测试3次以上。
优选的，PM10和PM2.5的质量浓度采用手持粉尘检测仪测定。
优选的，步骤S4的测定方法包括步骤：将任一植物配置待测叶片用蒸馏水浸泡并充分洗净，浸泡液及洗液过滤，滤出物烘干后称重，得到总滞尘量，其与总叶面积的比值即为该植物配置的单位叶面积滞尘量。更优选的，浸泡时间不少于24h。
本发明的有益效果：
根据污染程度不同划分样地，并构建以滞尘能力、林相景观、环境适应性、生长特性为准则层的综合评价指标体系，利用区域和层次分析的方法对测试植物配置的滞尘能力进行了排序，评价结果可靠性高、针对性强，为城市森林建设和大气污染防治提供科学依据。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明城市森林滞尘能力强的植物配置模式筛选方法，包括步骤：
1、样地、样本选择
选择不同大气污染程度的区域，包括文教区(中等污染)、交通区(污染重)、远郊林场区(污染轻)等，在不同污染程度研究地选择林龄相近的常见园林绿化植物配置。
2、叶片采集
每个植物配置分别选择3棵(株/丛)植被(生长特性相近)采样，在采集植物样叶之前先用喷雾器清洗，在清洗完7d之后采样，采样时避开雨天，遇到降雨时在降雨7d之后采样。采样区域涵盖植物的上、中、下部位及东、南、西、北4个方向，采集的叶片封存于纸质采集袋(无静电)中带回，备用。每月采样不少于3次，总采样次数不少于18次。
3、测定单位叶面积PM10、PM2.5吸附量
已有研究表明，气溶胶再发生器可用于测定叶片的颗粒物吸附量。本发明将待测植物配置叶片放入气溶胶再发生器的料盒，通过搅动、吹风、去静电等处理，将叶片上的颗粒物吹起，制成气溶胶，再结合Dustmate手持粉尘检测仪获取制成气溶胶中PM10、PM2.5的质量浓度，进而推算出叶片上PM10和PM2.5总吸附量(m)，每个植物配置进行3次重复测试；再利用叶面积扫描仪和叶面积软件计算放入料盒中所有叶片的叶面积(S)，由式(1)计算该植物配置的单位叶面积PM10和PM2.5吸附量(M)。
M＝m/S(1)
式中：M为单位叶面积PM10或PM2.5吸附量(μg·cm-2)；m为放入气溶胶再发生器中叶片的PM10或PM2.5吸附量(μg)；S为放入气溶胶再发生器料盒中所有叶片的叶面积(cm2)。
以配置单一树种为例，研究了板栗、柑橘、枣、杜仲、光皮树、杉木、马尾松、青冈栎、苦槠、枫香、刺槐、木荷、泡桐、湿地松、柏木、桤木、白皮松、油松、柳树、五角枫、银杏、山杨的颗粒物吸附量。
以PM2.5吸附量为例，各树种单位叶面积PM2.5吸附量排序为：白皮松(2.44μg/cm2)＞油松(2.4μg/cm2)＞柳树(1.62μg/cm2)＞五角枫(1.23μg/cm2)＞银杏(1.00μg/cm2)＞山杨(0.97μg/cm2)＞板栗(0.144μg/cm2)＞杉木(0.131μg/cm2)＞马尾松(0.041μg/cm2)＞柑橘(0.038μg/cm2)＞青冈栎(0.032μg/cm2)＞枣(0.029μg/cm2)＞杜仲(0.023μg/cm2)＝苦槠(0.023μg/cm2)＞光皮树(0.019μg/cm2)＞枫香(0.016μg/cm2)＞刺槐(0.014μg/cm2)＞木荷(0.013μg/cm2)＞泡桐(0.007μg/cm2)＞湿地松(0.006μg/cm2)＝柏木(0.006μg/cm2)＞桤木(0.005μg/cm2)。
4、测定单位叶面积滞尘量
待测植物配置叶片用适量蒸馏水进行浸泡，浸泡过程经常搅拌，以保证尘埃充分洗入水中。连续浸泡24h后，用毛刷冲洗叶片，将终洗液用滤纸(已烘干称重)过滤，过滤完成，滤出物(尘埃)与滤纸一同烘干至恒重后再次称量，计算总滞尘量，其与总叶面积的比值即为该植物配置模式的单位叶面积滞尘量。
5、植物配置筛选
以筛选各样地滞尘能力强的植物配置作为目标，构建以滞尘能力、林相景观、环境适应性、生长特性为准则层的综合评价指标体系，对各样地植物的滞尘能力进行排序。其中，滞尘能力的评价指标包括步骤3-4测定的单位叶面积PM10、PM2.5吸附量和单位叶面积滞尘量；林相景观的评价指标可以为植物景观、叶色景观、花果景观等；环境适应性的评价指标可以为耐寒性、抗病虫害、耐干旱性、耐水湿性、耐高温性等；生长特性的评价指标可以为速生性、冠幅浓密、载叶时间等；准则层及各指标权重值可以在参考相关文献并听取专家意见的基础上确定。
本实施例以城市常见园林绿化植物为研究对象，针对植物配置生物学特性和生态学特性进行了实验与调查分析，利用区域和层次分析的方法对测试植物配置的滞尘能力进行了排序，评价结果可靠性高、针对性强，为城市森林建设和大气污染防治提供科学依据。
基于上述方法，在长沙不同污染区域采集多个城市绿化植物配置叶片进行分析测试，结果表明，不同污染程度针叶混交林和乔灌草搭配的颗粒物吸附能力较高，而阔叶纯林的吸附能力较弱。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种城市森林滞尘能力强的植物配置模式筛选方法，其特征在于，包括步骤：
S1、根据大气污染程度的不同划分样地，在各样地分别选择园林绿化植物配置作为分析对象；
S2、分别对各植物配置进行叶片采集；
S3、测定每一植物配置的单位叶面积PM10、PM2.5吸附量；
S4、测定每一植物配置的单位叶面积滞尘量；
S5、构建以滞尘能力、林相景观、环境适应性、生长特性为准则层的综合评价指标体系，对各样地植被的滞尘能力进行排序；其中滞尘能力的评价指标为步骤S3-S4测定的单位叶面积PM10、PM2.5吸附量和单位叶面积滞尘量。
2.根据权利要求1所述的城市森林滞尘能力强的植物配置模式筛选方法，其特征在于，林相景观的评价指标包括植被景观、叶色景观、花果景观；环境适应性的评价指标包括耐寒性、抗病虫害、耐干旱性、耐水湿性、耐高温性；生长特性的评价指标包括速生性、冠幅浓密、载叶时间。
3.根据权利要求1所述的城市森林滞尘能力强的植物配置模式筛选方法，其特征在于，步骤S1中，根据大气污染程度由重至轻将样地划分为交通区、文教区和远郊林场区。
4.根据权利要求1所述的城市森林滞尘能力强的植物配置模式筛选方法，其特征在于，步骤S2的采样方法为：以月为单位，在降雨或对植被进行人工清洗的7d之后采样，采样区域涵盖植被的上、中、下部位及东、南、西、北4个方向，每一植物配置分别至少选择3棵或3株或3丛生长特性相近的样本，采样频率不低于3次/月，总采样次数不少于18次。
5.根据权利要求1所述的城市森林滞尘能力强的植物配置模式筛选方法，其特征在于，步骤S3的测定方法包括步骤：将任一植物配置待测叶片放入气溶胶再发生器的料盒，进行搅动、吹风和去静电处理，将叶片上的颗粒物吹起，制成气溶胶，测定所得气溶胶中PM10和PM2.5的质量浓度，计算PM10和PM2.5总吸附量，其与总叶面积的比值即为该植物配置的单位叶面积PM10、PM2.5吸附量；每个植物配置重复测试3次以上。
6.根据权利要求5所述的城市森林滞尘能力强的植物配置模式筛选方法，其特征在于，PM10和PM2.5的质量浓度采用手持粉尘检测仪测定。
7.根据权利要求1所述的城市森林滞尘能力强的植物配置模式筛选方法，其特征在于，步骤S4的测定方法包括步骤：将任一植物配置待测叶片用蒸馏水浸泡并充分洗净，浸泡液及洗液过滤，滤出物烘干后称重，得到总滞尘量，其与总叶面积的比值即为该植物配置模式的单位叶面积滞尘量。
8.根据权利要求7所述的城市森林滞尘能力强的植物配置模式筛选方法，其特征在于，浸泡时间不少于24h。
9.根据权利要求5-8任一项所述的城市森林滞尘能力强的植物配置模式筛选方法，其特征在于，总叶面积通过叶面积扫描仪获取叶面图像后利用叶面积软件计算得到。
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