森林調(diào)控空氣顆粒物功能及其與葉片微觀結(jié)構(gòu)關(guān)系的研究——以陜西省關(guān)中地區(qū)森林為例.pdf

1、顆粒物滯納功能是森林生態(tài)系統(tǒng)具有的一項(xiàng)重要生態(tài)服務(wù)功能。近年來(lái)霧霾天氣大范圍、頻繁發(fā)生，給人們的生活和健康造成的危害日益凸顯，人們對(duì)空氣顆粒物污染的關(guān)注度越來(lái)越高。森林與空氣顆粒物的關(guān)系成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。
　　本研究采用新型儀器氣溶膠再發(fā)生器（QRJZFSQ-Ⅱ，中國(guó)），檢測(cè)葉片表面顆粒物滯納量;采用Norton VeeJet80100型噴嘴式人工模擬降雨機(jī)，設(shè)置不同的降雨條件處理人工降塵后的葉片，研究不同樹種葉片表面顆粒物充分

2、洗脫所需的降雨量;采用WinSCANOPY調(diào)查不同樹種林分不同林齡階段的葉面積指數(shù)，為顆粒物滯納功能的葉片—林分的尺度轉(zhuǎn)換提供數(shù)據(jù)支持;運(yùn)用分布式測(cè)算方法，結(jié)合關(guān)中地區(qū)的降水?dāng)?shù)據(jù)和相關(guān)森林生態(tài)參數(shù)進(jìn)行林分—森林的尺度轉(zhuǎn)換，對(duì)關(guān)中地區(qū)森林的顆粒物滯納功能進(jìn)行了估算。同時(shí)，本研究還對(duì)不同樹種葉片微觀結(jié)構(gòu)電鏡掃描圖片進(jìn)行量化分析，并采用原子力顯微鏡檢測(cè)獲取不同葉片表面的三維微觀結(jié)構(gòu)圖，分析葉片微觀結(jié)構(gòu)對(duì)葉片顆粒物滯納功能和洗脫特性的影響。主要

3、研究結(jié)果如下:
　　(1)氣溶膠再發(fā)生器分析結(jié)果顯示，各樹種對(duì)TSP的飽和滯納量分布在2.80～17.93μg· cm-2之間，其中圓柏最大，其飽和滯納量是其他樹種的1.05～6.40倍;對(duì)PM10的飽和滯納量分布在1.09～12.44μg·cm-2之間，其中圓柏最大，其飽和滯納量是其他樹種的1.10～11.43倍;對(duì)PM2.5的飽和滯納量分布在0.15～4.74μg·cm-2之間，其中圓柏最大，其飽和滯納量是其他樹種的1.52～

4、30.75倍。在所有測(cè)試樹種中，針葉樹種的顆粒物飽和滯納量總體高于闊葉樹種。
　　(2)采用氣溶膠再發(fā)生器法和水洗稱重法對(duì)相同降塵條件下的葉片顆粒物滯納量進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果證明，氣溶膠再發(fā)生器法能夠?qū)︻w粒物不同顆粒物粒徑組分同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，避免了水洗法無(wú)法檢測(cè)可溶性顆粒物組分的不足，而且該方法實(shí)驗(yàn)周期更短，操作步驟更為簡(jiǎn)單，減少了因繁復(fù)的操作步驟導(dǎo)致的高誤差頻率，能夠較為準(zhǔn)確、快速的檢測(cè)出不同樹種葉片顆粒物滯納量的差異。
　　(

5、3)模擬降雨實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，不同樹種葉片充分洗脫其滯納的顆粒物所需的降雨量不同，在降水強(qiáng)度為0.8 mm·min-1時(shí)，加楊、淡竹和銀杏表面顆粒物充分洗脫需要的降雨量在測(cè)試樹種中最少，為7.9 mm;其次是核桃、旱柳、刺槐、銳齒槲櫟、云杉和冷杉，為11.3 mm;白皮松、油松、樟子松、雪松、華山松、側(cè)柏和圓柏最大，為15.9mm。與闊葉樹種相比，針葉樹種葉片表面顆粒物飽和滯納量較大，所需的降雨量較大，但在相同降雨條件下，針葉樹種的顆粒物洗

6、脫量可能已遠(yuǎn)高于闊葉樹種。隨著降雨量的增加，與PM10和PM2.5相比，TSP在葉片表面的剩余量急劇下降，說(shuō)明與細(xì)顆粒物相比，粗顆粒物更容易被洗脫。
　　(4)單位面積不同林分滯納TSP、PM10、PM2.5功能存在差異，其中顆粒物滯納功能最高的林分對(duì)TSP、PM10、PM2.5滯納功能物質(zhì)量分別為103.19、71.57、27.27 kg·ha-1·a-1。TSP滯納功能最高的林分為圓柏的成熟林，是其他林分的1.06～15.61

7、倍，PM10滯納功能最高的林分為側(cè)柏的成熟林，是其他林分的1.11～14.08倍，PM2.5滯納功能最高的林分為圓柏的成熟林，是其他林分的1.15～58.66倍。針葉樹種林分單位面積的顆粒物滯納功能總體高于闊葉樹種，尤其是柏類樹種林分的顆粒物滯納功能的優(yōu)勢(shì)明顯。
　　(5)葉片表面的形態(tài)結(jié)構(gòu)能夠影響葉片對(duì)顆粒物的滯納作用。電鏡掃描圖片分析結(jié)果表明，分布均勻的蠟質(zhì)層、凸起的表皮細(xì)胞不利于葉片滯納顆粒物，氣孔尺寸大、密度高、凹槽的面積

8、比例大以及表皮毛的存在，有利于葉片滯納顆粒物滯納。葉片表面的三維圖像顯示葉片表面具有大量的凹槽和谷峰區(qū)，這些結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致葉片表面的粗糙度增加、顆粒物與葉片的接觸面積增加，有利于葉片滯納顆粒物。葉片表面顆粒物的洗脫難易程度與葉片表面微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。表皮細(xì)胞突起且覆蓋均勻蠟質(zhì)層，使其滯納的顆粒物更易被洗脫。表皮毛、大尺寸氣孔的高密度分布和高比例的凹槽面積增加了顆粒物被雨水洗脫的難度。
　　(6)關(guān)中地區(qū)森林對(duì)TSP、PM10、PM2.5的