植物消减PM2.5等大气颗粒物的试验研究方法综述

摘要：试验是科学研究的基本途径之一，从植物叶片滞留大气细颗粒物的质量，及植物群落消减大气颗粒物浓度的研究发展过程、试验类型、研究尺度出发，综述了植物消减细颗粒物的研究方法和借助手段。现有的试验方法可分为3类：野外试验是目前越来越受到关注和广泛应用的方法；操作試验结果更可靠，但受现实条件的限制更大；模拟试验是克服复杂的试验条件的一个替代途径，并对理论的检验和发展有用。这3类试验方法各自存在不同的优势和局限，彼此难以替代。从研究尺度来讲，操作试验属于微观尺度，主要集中在叶片的微观结构与PM2.5的关系研究；野外试验则更多集中在宏观和中观的植物群落滞尘的研究上；而模拟试验的途径来源于宏观的生态系统，有对自然因素更多的保留和对试验变量的足够控制，因而目前是研究热点。最后介绍了3种试验方法和研究尺度的优缺点、受限性及发展方向，为植物滞尘及消减试验研究提供参考依据。

关键词：植物叶片滞尘；植物群落消减；野外试验；操作试验；模拟试验

中图分类号： X173文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）05-0015-07

近年来大气中PM2.5（空气动力学直径小于2.5 μm的空气颗粒物）等可吸入颗粒物浓度增加形成灰霾天气，对农业、水文和生态系统造成一定的影响，其危害越来越引起人们的关注。目前人们越来越关注园林植物及绿地群落对于细颗粒物的吸收和消减作用[1]。

由于植物自身的复杂性，目前植物滞尘能力的尺度研究大致分为单叶滞尘、单木滞尘、群落滞尘等。这3种尺度的研究过程和结果息息相关。单叶滞尘从微观角度出发，主要研究叶表微结构与滞尘能力的相关性[2]；宏观角度一般研究植物群落的滞尘效益、对细颗粒物的消减率等，多采用浓度监测分析；单木滞尘能力的研究目前主要以滞留大气颗粒物量为主。不同尺度的试验借助的仪器设备不同，试验设计所涉及的问题和解决方法也不尽相同。细颗粒物成分的可变性、植物本身的复杂性以及环境的不稳定性，导致操作和试验设计面临重重困难，而随着科学发展与仪器设备的进步、试验方案的逐渐完善，研究的受限度也越来越小。

1植物滞尘研究发展历史

国外对植物滞尘能力的研究较早，20世纪40年代就已经开始[3]，并提出了森林植被是颗粒态污染物蓄积库的说法。研究重点集中于树木滞纳放射性颗粒物和金属污染物方面。在城市地区，尤其在颗粒物污染源周围，如道路，广泛栽种滞留颗粒物能力高和抗污能力强的树种是提高空气质量的有效手段[4]。20世纪90年代开始用植物作为工具来监测大气环境质量，而且这种跟踪的研究一直持续到今天，并提出在试验的植物组织内部检测到了金属元素，但是很难区分金属元素是来自大气还是土壤，这2个来源应该同时被考虑和进一步研究[5]。

在建立空气质量监测方面，美国自1997年发布PM2.5标准起，历时近10年并于2006年获得了有效的监测数据，2009年开始认定PM2.5自动监测仪器并开展大气污染观测超级站计划。欧盟于1984年建立了远程大气污染输送监测和评估合作计划（EMEP），现有的EMEP体系已覆盖欧盟各国。2000年日本环境省初步制定相关PM2.5自动监测规范，2007年修订，2009年正式公布，并给出关于PM2.5自动监测认定设备名录[6]。[LM]

空气质量监测设备方面，目前世界上有300～400种空气检测仪。生产移动式空气检测仪的公司有几十家，其中德国的德图、英国的凯恩、美国的BNERAC和BARACHE等是实力强大的专业厂商。国外的空气质量检测设备灵敏度高、稳定性好，外观和结构精巧、易于维护[7]。目前，大部分欧洲国家同时监测PM10和PM2.5，但PM2.5监测站点总数量并不多。

我国自2013年1月开始，重度灰霾在全国各地频发。自此我国实施了新的空气质量标准，新增了PM2.5等重要指标。

在学术研究方面，从文献的数量可以看出，2013年为研究滞留PM2.5的分水岭。2013年之前研究者主要对植物叶表面进行观察以及对叶表面颗粒物特性进行描述性研究，包括植物单位叶面积滞尘量的研究，却很少对细颗粒物的尺度进行明确的限定。2013年之后更趋向于定量研究，包括研究具有代表性的植物叶片滞尘量的计算、滞尘多少的分级、植物滞尘能力判断、滞尘的普遍规律的研究等。

植物滞尘的研究已经从单纯的物理层面的研究，延伸到生态学、水土保持、数学、生物、化学、监测技术、动力学、统计学、植物学等多层面研究领域。戴莉等应用高效液相色谱法测定叶片中多环芳烃的含量，研究不同树种吸收多环芳烃能力的差异[8]。冯少荣等采用非参数统计结合多元回归的方法以及多元统计分析中的因子分析和对应分析方法，对2013年11月全国大范围雾霾现象的主要影响因素进行了相关性实证分析研究[9]。

2012年2月我国颁布了《环境空气质量标准》（GB 3095—2012），将PM2.5纳入了空气质量必测项目。我国已经建立了环境PM10和PM2.5监测网络，但是目前监测站点还是不够优化。增加监测点环境的丰富性、扩大监测范围，并建立规范的体系和标准，逐渐成为大气颗粒物研究的一个重要发展方向[10]。

2012年5月，中国环境监测总站颁发《关于印发PM2.5自动监测仪器技术指标与要求（试行）的通知》文件。在常规空气质量仪器研究创新方面，李磊对单颗粒质谱仪进行研究，并对气溶胶质谱系统进行模拟和改进，引入透镜聚焦系统将质谱对离子检测的灵敏度提高了近2倍[11]。采用β射线法监测时挥发性成分会丢失，造成测量结果存在偏差，杨志远针对这一问题设计了含挥发性颗粒物补偿的β射线式PM2.5监测仪的采样装置[12]。

2植物滞尘的试验方法

科学试验是研究植物滞尘的基本途径之一。植物滞尘的试验方法按性质一般可分为3类：野外试验（监测）、操作试验（实验室）、模拟试验。这3类方法各自存在不同的优势和局限，彼此难以替代。研究中往往是野外观测和操作性试验相互结合共同发挥作用，最近几年，多学科的参与为模拟试验（气室模拟、风洞模拟、流体力学模拟等）提供了有力的基础。

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