植物吸收凈化PM2.5的主要途徑

| 作者：黃玉源

人們都期盼能有清新、優質的空氣，清澈的水，優美的植被景觀，因為這樣人們的生活質量才是高的，或者最好的。而許多國家、或者一些國家的部分地區由於各種原因，如企業的排污、建築工程的排污、餐飲業的排污，居民烹飪的排污，以及大量汽車尾氣的排污等等常常出現各類大氣污染的現象，部分國家的狀況還相當嚴重或者明顯。在大氣污染時，空氣中有許多污染物，其中有氣態污染物，如NOx、SO2、Cl2、O3等，也有像比較大的粉塵這樣的固體污染物，也有一些成分複雜的、可以是多成分組成的細顆粒物，如PM2.5這類污染物。而PM2.5是可吸入顆粒物，因此，會對人和其他動物構成相對較多的傷害或負面影響。因此在大氣污染中，人們在重點防控氣體污染的同時，也尤為重視灰霾狀況的出現，以防止其中所含的大量的PM2.5物質對人類造成的污染。這裡還是要強調，在大氣相對濕度一般低於80%的氣候條件下，不能稱之為「霧霾」，因為沒有「霧」，只有「霾」，因此，可叫灰霾，或霾。而當大氣相對濕度在80%至90%，甚至更高時，在有霾的情況下，才能稱之為「霧霾」；而且都混合的叫「霧霾」的話，則會誤導廣大民眾，把許多純屬於是灰霾的狀況，也誤以為裡面是含了許多的霧的成分。這是不對的。

那麼，當灰霾或者霾已經形成，大氣中含了很多的PM2.5物質時，而且大氣比較穩定，風小，一個較大的範圍在1天多、幾天內都被灰霾籠罩時，靠什麼來減輕大氣中PM2.5的為害呢？筆者的研究表明，只能靠植物的吸收凈化作用。其他的方法都基本是沒有什麼作用的；或者是很高成本、難以大範圍使用的（但現在還沒研究呢）。

筆者在1987年就開始進行植物對大氣污染物的抗性、吸收凈化污染物的研究，雖然那時我國還沒有多少大氣污染，極大部分地區空氣質量很好，企業也很少，但是當時我們預測在以後的經濟發展過程中，各類工業企業和其他可排污企業及汽車數量的大幅增加，我國的大氣污染會很明顯的加重。這裡氣體污染物是主要的，當然也有粉塵等。因此，開展針對一旦污染物進入大氣後，靠什麼來減少其含量，減輕其對人群的污染影響方面的研究是很有必要的。當時筆者在廣西農業大學（現廣西大學）任教，申報和拿到了項目，得到經費的支持，可以專心地進行研究。當時做的是不同組織結構、葉片質地類型的植物對SO2的吸收凈化作用，以及抗性的強弱方面的研究。結果表明，所有的植物都能吸收空氣中的二氧化硫污染物，而且不同的組織結構特徵、不同的質地的葉片的吸收能力不同，而且其對二氧化硫的抗性能力也不同。有的吸收SO2的量相當大，有的吸收的量則中等，但是抗性卻比較強。這些都為各地區在不同的空氣污染特點區域種植何樣類型的植物，以及種植的數量，綠化的規劃、布局以及植物群落的結構的構建提供了科學依據和理論參考。在1990年和1991年在《廣西農學院學報》（即現在的廣西大學在當時所辦的學報之一）和《西南師範大學學報》（自然科學版）發表了這方面研究成果的論文。

而其中，我們比較分析了不同的植物其吸收二氧化硫的能力的機制問題，研究表明，植物葉片上的氣孔是大氣污染物進入葉片的門戶和通道，不同的植物，其上下表皮的氣孔器的大小、開度、數量（密度）是不同的。但整體而言，各類植物都吸收了不同量的二氧化硫，較多的種類吸收的量很多。而且都與氣孔的數量有一定的關係，氣孔比較多，而且比較狹長的比氣孔數量少、開度小的植物單位時間裡吸收凈化SO2的量要多。

在後來的許多研究工作中，尤其是2003年以後還陸續開展了一些植物對O3的抗性，吸收土壤、水中的重金屬、有機污染物，減少粉塵（PM10）等污染物的研究；隨著灰霾狀況的大範圍的出現，PM2.5的污染已經明顯成為人們關注的環境問題，因此，2013年開始，筆者組織團隊開展如何把已經排入大氣中的PM2.5物質減少，以減輕、減少其對人類的為害作用方面的研究工作。得到了政府科技項目的大力支持，進而保證了項目的順利開展。在我們的研究中，進行了很多街道、花園、公園、山地的植物群落結構特徵與其吸收、消減PM2.5的關係的研究，同時對不同的植物進行了封閉式熏氣箱的釋放PM2.5的污染處理試驗研究。結果表明，層次豐富、結構複雜、生物量大的植物群落其吸收凈化PM2.5的能力比層次少、結構簡單以及生物量少的要強。而封閉式污染試驗研究表明，所有的植物都能較多的吸收凈化PM2.5污染物，而且隨著植物數量的增加吸收的量明顯增加，而且隨著污染處理時間的延長，吸收的量明顯增加。而對照的、不放置任何植物的熏氣箱里，則PM2.5的量還是那樣，不減少（從這個角度也進一步證明了：PM2.5是一種懸浮顆粒物，很難以沉降下來）。各植物吸收PM2.5的量與植物的植株數量的正相關關係達到顯著和極顯著水平。

這給了很多讀者極大的興趣，那麼有一個問題，常常是他們想問的，就是這些植物是通過什麼途徑來吸收PM2.5的呢？那麼以前曾說的植物葉片的阻滯、粘附（也即所講的「吸附」）是不是有誤呢？這樣的問題，在項目的驗收會上，以及在前天，即5月26日的碩士生答辯會上，我的弟子Chen Zhijie的關於植物吸收凈化PM2.5方面研究的答辯過程中，都有專家問到這個問題。當然小陳的回答只是說有的報道認為是通過表皮的滲入作用等進入葉片組織內的。這不能怪他，因為以前確實報道極少，雖然我在一些會議上說過。但是途徑雖然說的不同，但不影響他所做的研究工作的成果。顯然，這些方面缺乏報道。從本團隊的系列研究表明，植物的如此大量的消減了PM2.5，不可能是靠PM2.5從空氣中沉降下來被葉片阻擋和阻滯、或者所謂的「吸附」在葉片表面的。而且，極大多數植物的葉片表面是比較光滑的，即便少數帶毛狀物的，那也不會有多少液態的帶濕度的成分在也表面，因此，所謂的粘附或者叫「吸附」的可能性很小。以往進行的植物對粉塵的阻滯、滯塵的研究，把葉片表面的粉塵掃下來稱重、或者把沒有放置在粉塵污染區的植物葉片與在粉塵污染區的葉片稱重比較，說明是植物葉片表面的滯塵作用，那麼前者可以說極大部分的粉塵是大的粉塵，一般在PM10、PM5等；而直徑等於和小於2.5μm的細顆粒物，是極少的。因為PM2.5是懸浮顆粒物，很少有那樣與大的粉塵一起沉降的，這些細顆粒物常常幾周、一個月，乃至幾個月都在大氣中，當風比較大時而被吹到其他地方，而且大部分都是與大氣中的水汽相結合形成降雨而降到地面的。

那麼，這些很多的PM2.5是怎麼在1小時、2小時之內僅僅幾盆至10盆小的植物，就能把其含量減少了80多、110~130多μg/m3，當12盆，熏染4小時時，吸收量可達200多μg/m3，甚至更多，（當大氣中PM2.5濃度達到70μg/m3就可構成對人類的污染性影響，一些國家還制定了更低一些的濃度控制標準）。筆者認為，植物吸收PM2.5的途徑就是植物葉片上那許多的氣孔器，植物的呼吸等作用從大氣中吸收氣體進入到植物組織中，進而通過各種生化反應，進入到葉肉和輸導組織等組織中，參與植物的代謝活動。因為，不管何種植物，其氣孔一般的開度都會遠大於PM2.5的直徑的。許多植物氣孔口的開度可以達到4~6μm，多數的也在2.8~3.5μm之間，有的開度更大，可以達到近8~9μm，那麼大氣中的PM2.5污染物是指直徑等於和小於2.5μm，即含了2μm、1μm等等直徑的污染物。因此，這些污染物是可以很容易通過氣孔進入到植物的葉片的組織中的。

本項目組的在不同季節里的封閉式污染試驗的結果表明，在溫度高的夏季，同樣的種類、大小和植株數的植物，其吸收PM2.5的量會明顯高於冬季，也高於春季和秋季，在溫度較高的秋季，則植物吸收Pm2.5的量也高於溫度較低的春季和冬季。由於植物的呼吸作用、光合作用等等生理生化反應的強度與氣溫有著直接的正相關的關係，因此，這進一步表明，植物吸收PM2.5的量與其生理代謝活動的強弱程度直接相關。當各代謝活動強度大時，單位時間吸收PM2.5的量就會明顯提高。

從本研究的幾株至12多株很小的植物，就能在幾小時內吸收空氣中的150~200多μg/m3PM2.5的物質，那麼可以估算，當一片較大的各層次及結構組成都很好或相當好的樹林，如此大的生物量會在幾小時內吸收很大量的空氣中的PM2.5的污染物。這是很重要的內容和啟示，對於指導各地的城市綠地系統的構建、造林綠化工程的規劃、施工過程中如何選取植物種類、如何構建更好的植物群落結構，進而有效地提高植物吸收凈化大氣PM2.5的能力，改善當地生態環境方面將具有很重要的理論參考和實踐的指導作用。

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