農業與生物學院劉春江團隊提出凝並效應:植物葉片上吸納細顆粒物的...

摘要：凝並效應和幹沉降的共同作用促使顆粒物高效的滯留在葉片上，有效的從大氣環境中去除。

近年來，亞微米顆粒物由於對人體健康危害大且難以從空氣中去除，受到了廣泛關注。城市植物葉片被認為是淨化顆粒物和減輕空氣汙染的重要器官，大量研究關注了不同植物的滯塵能力和水平，但對於植物滯塵機制，特別是顆粒物從大氣遷移到葉片表面時的粒徑變化，卻鮮有報導。

農業與生物學院教授劉春江團隊近期對亞微米顆粒物（粒徑介於0.1-1μm）在植物葉片上的粒徑變化進行了量化表徵，利用模擬滯塵實驗，首次提出亞微米顆粒物從大氣遷移到葉片表面的過程中，粒徑顯著增長，即發生了「凝並效應」：平均粒徑從發射時的0.48微米，增大至葉面上的3.40-3.70微米，亞微米顆粒物數量佔比從95%下降至不足20%。該項成果於2020年2月正式發表於環境科學領域重要期刊Environmental Pollution（IF=5.714）上。

原文來源：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

主要結果：

基於掃脫-再懸浮方法的葉面顆粒物粒徑分布：

顆粒物從大氣轉移到葉片上後，分布明顯向大粒徑處移動，在5μm、10μm、20μm三處達到了質量濃度峰值。 

基於X射線顯微鏡法的葉面顆粒物粒徑分布：

在各介質中的凝並效應指標。上圖為顆粒物不同粒徑段佔比，1μm~2.5μm微米顆粒物數量佔比由在大氣中發射時的80%左右，降低到在葉面上的37%，小顆粒顯著地向大粒徑轉化；下圖為顆粒物平均粒徑，顆粒物平均粒徑由0.48μm，增長到3.70μm左右。

討論：

兩種測定方法的比較研究：

經過對葉片上微米級顆粒物分段佔比和平均粒徑兩項凝並指標的檢驗，發現兩種方法測得的結果無顯著性差異，因此本研究科學有效的證實了顆粒物的凝並效應的存在，且開發的兩種測定方法均可廣泛應用在凝並效應的量化中。

X射線顯微鏡下的模擬滯塵後的葉片

凝並效應的作用機理：

過往植物滯塵研究著眼於幹沉降這一過程，但本研究發現凝並效應也是植物滯留顆粒物的重要機制。葉片邊界層的氣流運動與大氣不同，較小尺寸的顆粒會受到氣流變化的幹擾，在邊界層中碰撞、粘附，從而表現出凝並效應。凝並效應使顆粒物粒徑增大，可加速幹沉降過程；而已經通過幹沉降滯留在葉片上的顆粒也受到葉片特性的影響，進一步促使小顆粒在大顆粒表面發生凝並。因此，對於亞微米顆粒物來說，幹沉降和凝並其實是滯塵過程中同時發生、相互作用的兩步，兩者共同作用促使顆粒物高效的滯留在葉片上，有效的從大氣環境中去除。

這一發現補充和深化了植物葉片滯塵機理，為進一步研究凝並的影響因素奠定了基礎。由於凝並效應的強弱影響不同樹種的顆粒物去除能力，因此在燃煤源、冶金化工源、道路等顆粒物汙染源附近，可以將凝並效應納入考量，優化樹種選擇，更加科學的進行植物配置。

上海交通大學農業與生物學院副教授殷杉和碩士生呂俊瑤為本文共同第一作者，通訊作者為劉春江教授。本研究得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃以及上海市綠化和市容管理局科研項目的支持。

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