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研究成果

Environmental Pollution——凝并效应:植物叶片上吸纳细颗粒物的新的机制

发布时间:2020-03-17 

摘要:凝并效应和干沉降的共同作用促使颗粒物高效的滞留在叶片上,有效的从大气环境中去除。

 

近年来,亚微米颗粒物由于对人体健康危害大且难以从空气中去除,受到了广泛关注。城市植物叶片被认为是净化颗粒物和减轻空气污染的重要器官,大量研究关注了不同植物的滞尘能力和水平,但对于植物滞尘机制,特别是颗粒物从大气迁移到叶片表面时的粒径变化,却鲜有报道。

刘春江教授团队近期对亚微米颗粒物(粒径介于0.1-1μm)在植物叶片上的粒径变化进行了量化表征,利用模拟滞尘实验,首次提出亚微米颗粒物从大气迁移到叶片表面的过程中,粒径显著增长,即发生了“凝并效应”:平均粒径从发射时的0.48微米,增大至叶面上的3.40-3.70微米,亚微米颗粒物数量占比从95%下降至不足20%。该项成果于2020年2月正式发表于环境科学领域重要期刊Environmental Pollution(IF=5.714)上。

 

 

原文来源:Yin S, Lyu J, Zhang X, et al. Coagulation effect of aero submicron particles on plant leaves: Measuring methods and potential mechanisms[J]. Environmental Pollution, 2020,257: 113611. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.113611

 

主要结果:

基于扫脱-再悬浮方法的叶面颗粒物粒径分布:

颗粒物从大气转移到叶片上后,分布明显向大粒径处移动,在5μm、10μm、20μm三处达到了质量浓度峰值。 

 

 

 

基于X射线显微镜法的叶面颗粒物粒径分布:

 

 

在各介质中的凝并效应指标。上图为颗粒物不同粒径段占比,1μm~2.5μm微米颗粒物数量占比由在大气中发射时的80%左右,降低到在叶面上的37%,小颗粒显著地向大粒径转化;下图为颗粒物平均粒径,颗粒物平均粒径由0.48μm,增长到3.70μm左右。

 

讨论:

两种测定方法的比较研究:

经过对叶片上微米级颗粒物分段占比和平均粒径两项凝并指标的检验,发现两种方法测得的结果无显著性差异,因此本研究科学有效的证实了颗粒物的凝并效应的存在,且开发的两种测定方法均可广泛应用在凝并效应的量化中。

X射线显微镜下的模拟滞尘后的叶片

 

凝并效应的作用机理:

过往植物滞尘研究着眼于干沉降这一过程,但本研究发现凝并效应也是植物滞留颗粒物的重要机制。叶片边界层的气流运动与大气不同,较小尺寸的颗粒会受到气流变化的干扰,在边界层中碰撞、粘附,从而表现出凝并效应。凝并效应使颗粒物粒径增大,可加速干沉降过程;而已经通过干沉降滞留在叶片上的颗粒也受到叶片特性的影响,进一步促使小颗粒在大颗粒表面发生凝并。因此,对于亚微米颗粒物来说,干沉降和凝并其实是滞尘过程中同时发生、相互作用的两步,两者共同作用促使颗粒物高效的滞留在叶片上,有效的从大气环境中去除。

 

这一发现补充和深化了植物叶片滞尘机理,为进一步研究凝并的影响因素奠定了基础。由于凝并效应的强弱影响不同树种的颗粒物去除能力,因此在燃煤源、冶金化工源、道路等颗粒物污染源附近,可以将凝并效应纳入考量,优化树种选择,更加科学的进行植物配置。

 

澳门新匍京电子游戏副教授殷杉和硕士生吕俊瑶为本文共同第一作者,通讯作者为刘春江教授。本研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划以及上海市绿化和市容管理局科研项目的支持。

 

文章原文https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.113611

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