植物吸收净化PM2.5的主要途径

                               黄玉源

 人们都期盼能有清新、优质的空气，清澈的水，优美的植被景观，因为这样人们的生活质量才是高的，或者最好的。而许多国家、或者一些国家的部分地区由于各种原因，如企业的排污、建筑工程的排污、餐饮业的排污，居民烹饪的排污，以及大量汽车尾气的排污等等常常出现各类大气污染的现象，部分国家的状况还相当严重或者明显。在大气污染时，空气中有许多污染物，其中有气态污染物，如NO_x、SO₂、Cl₂、O₃等，也有像比较大的粉尘这样的固体污染物，也有一些成分复杂的、可以是多成分组成的细颗粒物，如PM2.5这类污染物。而PM2.5是可吸入颗粒物，因此，会对人和其他动物构成相对较多的伤害或负面影响。因此在大气污染中，人们在重点防控气体污染的同时，也尤为重视灰霾状况的出现，以防止其中所含的大量的PM2.5物质对人类造成的污染。这里还是要强调，在大气相对湿度一般低于80%的气候条件下，不能称之为“雾霾”，因为没有“雾”，只有“霾”，因此，可叫灰霾，或霾。而当大气相对湿度在80%至90%，甚至更高时，在有霾的情况下，才能称之为“雾霾”；而且都混合的叫“雾霾”的话，则会误导广大民众，把许多纯属于是灰霾的状况，也误以为里面是含了许多的雾的成分。这是不对的。

   那么，当灰霾或者霾已经形成，大气中含了很多的PM2.5物质时，而且大气比较稳定，风小，一个较大的范围在1天多、几天内都被灰霾笼罩时，靠什么来减轻大气中PM2.5的为害呢？笔者的研究表明，只能靠植物的吸收净化作用。其他的方法都基本是没有什么作用的；或者是很高成本、难以大范围使用的（但现在还没研究呢）。

  笔者在1987年就开始进行植物对大气污染物的抗性、吸收净化污染物的研究，虽然那时我国还没有多少大气污染，极大部分地区空气质量很好，企业也很少，但是当时我们预测在以后的经济发展过程中，各类工业企业和其他可排污企业及汽车数量的大幅增加，我国的大气污染会很明显的加重。这里气体污染物是主要的，当然也有粉尘等。因此，开展针对一旦污染物进入大气后，靠什么来减少其含量，减轻其对人群的污染影响方面的研究是很有必要的。当时笔者在广西农业大学（现广西大学）任教，申报和拿到了项目，得到经费的支持，可以专心地进行研究。当时做的是不同组织结构、叶片质地类型的植物对SO₂的吸收净化作用，以及抗性的强弱方面的研究。结果表明，所有的植物都能吸收空气中的二氧化硫污染物，而且不同的组织结构特征、不同的质地的叶片的吸收能力不同，而且其对二氧化硫的抗性能力也不同。有的吸收SO₂的量相当大，有的吸收的量则中等，但是抗性却比较强。这些都为各地区在不同的空气污染特点区域种植何样类型的植物，以及种植的数量，绿化的规划、布局以及植物群落的结构的构建提供了科学依据和理论参考。在1990年和1991年在《广西农学院学报》（即现在的广西大学在当时所办的学报之一）和《西南师范大学学报》（自然科学版）发表了这方面研究成果的论文。

  而其中，我们比较分析了不同的植物其吸收二氧化硫的能力的机制问题，研究表明，植物叶片上的气孔是大气污染物进入叶片的门户和通道，不同的植物，其上下表皮的气孔器的大小、开度、数量（密度）是不同的。但整体而言，各类植物都吸收了不同量的二氧化硫，较多的种类吸收的量很多。而且都与气孔的数量有一定的关系，气孔比较多，而且比较狭长的比气孔数量少、开度小的植物单位时间里吸收净化SO₂的量要多。

  在后来的许多研究工作中，尤其是2003年以后还陆续开展了一些植物对O₃的抗性，吸收土壤、水中的重金属、有机污染物，减少粉尘（PM10）等污染物的研究；随着灰霾状况的大范围的出现，PM2.5的污染已经明显成为人们关注的环境问题，因此，2013年开始，笔者组织团队开展如何把已经排入大气中的PM2.5物质减少，以减轻、减少其对人类的为害作用方面的研究工作。得到了政府科技项目的大力支持，进而保证了项目的顺利开展。在我们的研究中，进行了很多街道、花园、公园、山地的植物群落结构特征与其吸收、消减PM2.5的关系的研究，同时对不同的植物进行了封闭式熏气箱的释放PM2.5的污染处理试验研究。结果表明，层次丰富、结构复杂、生物量大的植物群落其吸收净化PM2.5的能力比层次少、结构简单以及生物量少的要强。而封闭式污染试验研究表明，所有的植物都能较多的吸收净化PM2.5污染物，而且随着植物数量的增加吸收的量明显增加，而且随着污染处理时间的延长，吸收的量明显增加。而对照的、不放置任何植物的熏气箱里，则PM2.5的量还是那样，不减少（从这个角度也进一步证明了：PM2.5是一种悬浮颗粒物，很难以沉降下来）。各植物吸收PM2.5的量与植物的植株数量的正相关关系达到显著和极显著水平。

  这给了很多读者极大的兴趣，那么有一个问题，常常是他们想问的，就是这些植物是通过什么途径来吸收PM2.5的呢？那么以前曾说的植物叶片的阻滞、粘附（也即所讲的“吸附”）是不是有误呢？这样的问题，在项目的验收会上，以及在前天，即5月26日的硕士生答辩会上，我的弟子Chen Zhijie 的关于植物吸收净化PM2.5方面研究的答辩过程中，都有专家问到这个问题。当然小陈的回答只是说有的报道认为是通过表皮的渗入作用等进入叶片组织内的。这不能怪他，因为以前确实报道极少，虽然我在一些会议上说过。但是途径虽然说的不同，但不影响他所做的研究工作的成果。显然，这些方面缺乏报道。从本团队的系列研究表明，植物的如此大量的消减了PM2.5，不可能是靠PM2.5从空气中沉降下来被叶片阻挡和阻滞、或者所谓的“吸附”在叶片表面的。而且，极大多数植物的叶片表面是比较光滑的，即便少数带毛状物的，那也不会有多少液态的带湿度的成分在也表面，因此，所谓的粘附或者叫“吸附”的可能性很小。以往进行的植物对粉尘的阻滞、滞尘的研究，把叶片表面的粉尘扫下来称重、或者把没有放置在粉尘污染区的植物叶片与在粉尘污染区的叶片称重比较，说明是植物叶片表面的滞尘作用，那么前者可以说极大部分的粉尘是大的粉尘，即直径在10μm、5μm 以上的粉尘；而直径等于和小于2.5μm的细颗粒物，是极少的。因为PM2.5是悬浮颗粒物，很少有那样与大的粉尘一起沉降的，这些细颗粒物常常几周、一个月，乃至几个月都在大气中，当风比较大时而被吹到其他地方，而且大部分都是与大气中的水汽相结合形成降雨而降到地面的。

  那么，这些很多的PM2.5是怎么在1小时、2小时之内仅仅几盆至10盆小的植物，就能把其含量减少了80多、110~130多μg/m³，当12盆，熏染4小时时，吸收量可达200多μg/m³，甚至更多，（当大气中PM2.5浓度达到70μg/m³就可构成对人类的污染性影响，一些国家还制定了更低一些的浓度控制标准）。笔者认为，植物吸收PM2.5的途径就是植物叶片上那许多的气孔器，植物的呼吸等作用从大气中吸收气体进入到植物组织中，进而通过各种生化反应，进入到叶肉和输导组织等组织中，参与植物的代谢活动。因为，不管何种植物，其气孔一般的开度都会远大于PM2.5的直径的。许多植物气孔口的开度可以达到4~6μm，多数的也在2.8~3.5μm之间，有的开度更大，可以达到近8~9μm，那么大气中的PM2.5污染物是指直径等于和小于2.5μm，即含了2μm、1μm等等直径的污染物。因此，这些污染物是可以很容易通过气孔进入到植物的叶片的组织中的。

 本项目组的在不同季节里的封闭式污染试验的结果表明，在温度高的夏季，同样的种类、大小和植株数的植物，其吸收PM2.5的量会明显高于冬季，也高于春季和秋季，在温度较高的秋季，则植物吸收Pm2.5的量也高于温度较低的春季和冬季。由于植物的呼吸作用、光合作用等等生理生化反应的强度与气温有着直接的正相关的关系，因此，这进一步表明，植物吸收PM2.5的量与其生理代谢活动的强弱程度直接相关。当各代谢活动强度大时，单位时间吸收PM2.5的量就会明显提高。

 从本研究的几株至12多株很小的植物，就能在几小时内吸收空气中的150~200多μg/m3PM2.5的物质，那么可以估算，当一片较大的各层次及结构组成都很好或相当好的树林，如此大的生物量会在几小时内吸收很大量的空气中的PM2.5的污染物。这是很重要的内容和启示，对于指导各地的城市绿地系统的构建、造林绿化工程的规划、施工过程中如何选取植物种类、如何构建更好的植物群落结构，进而有效地提高植物吸收净化大气PM2.5的能力，改善当地生态环境方面将具有很重要的理论参考和实践的指导作用。

                                                                                                              2018.5.28