Environmental Pollution——凝并效應(yīng)：植物葉片上吸納細(xì)顆粒物的新的機(jī)制
摘要：凝并效應(yīng)和干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(huán)境中去除。
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近年來(lái)，亞微米顆粒物由于對(duì)人體健康危害大且難以從空氣中去除，受到了廣泛關(guān)注。城市植物葉片被認(rèn)為是凈化顆粒物和減輕空氣污染的重要器官，大量研究關(guān)注了不同植物的滯塵能力和水平，但對(duì)于植物滯塵機(jī)制，特別是顆粒物從大氣遷移到葉片表面時(shí)的粒徑變化，卻鮮有報(bào)道。
劉春江教授團(tuán)隊(duì)近期對(duì)亞微米顆粒物（粒徑介于0.1-1μm）在植物葉片上的粒徑變化進(jìn)行了量化表征，利用模擬滯塵實(shí)驗(yàn)，首次提出亞微米顆粒物從大氣遷移到葉片表面的過(guò)程中，粒徑顯著增長(zhǎng)，即發(fā)生了“凝并效應(yīng)”：平均粒徑從發(fā)射時(shí)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(shù)量占比從95%下降至不足20%。該項(xiàng)成果于2020年2月正式發(fā)表于環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域重要期刊Environmental Pollution（IF=5.714）上。
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原文來(lái)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
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主要結(jié)果：
基于掃脫-再懸浮方法的葉面顆粒物粒徑分布：
顆粒物從大氣轉(zhuǎn)移到葉片上后，分布明顯向大粒徑處移動(dòng)，在5μm、10μm、20μm三處達(dá)到了質(zhì)量濃度峰值。?
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基于X射線顯微鏡法的葉面顆粒物粒徑分布：
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在各介質(zhì)中的凝并效應(yīng)指標(biāo)。上圖為顆粒物不同粒徑段占比，1μm~2.5μm微米顆粒物數(shù)量占比由在大氣中發(fā)射時(shí)的80%左右，降低到在葉面上的37%，小顆粒顯著地向大粒徑轉(zhuǎn)化；下圖為顆粒物平均粒徑，顆粒物平均粒徑由0.48μm，增長(zhǎng)到3.70μm左右。
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討論：
兩種測(cè)定方法的比較研究：
經(jīng)過(guò)對(duì)葉片上微米級(jí)顆粒物分段占比和平均粒徑兩項(xiàng)凝并指標(biāo)的檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)兩種方法測(cè)得的結(jié)果無(wú)顯著性差異，因此本研究科學(xué)有效的證實(shí)了顆粒物的凝并效應(yīng)的存在，且開(kāi)發(fā)的兩種測(cè)定方法均可廣泛應(yīng)用在凝并效應(yīng)的量化中。
X射線顯微鏡下的模擬滯塵后的葉片
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凝并效應(yīng)的作用機(jī)理：
過(guò)往植物滯塵研究著眼于干沉降這一過(guò)程，但本研究發(fā)現(xiàn)凝并效應(yīng)也是植物滯留顆粒物的重要機(jī)制。葉片邊界層的氣流運(yùn)動(dòng)與大氣不同，較小尺寸的顆粒會(huì)受到氣流變化的干擾，在邊界層中碰撞、粘附，從而表現(xiàn)出凝并效應(yīng)。凝并效應(yīng)使顆粒物粒徑增大，可加速干沉降過(guò)程；而已經(jīng)通過(guò)干沉降滯留在葉片上的顆粒也受到葉片特性的影響，進(jìn)一步促使小顆粒在大顆粒表面發(fā)生凝并。因此，對(duì)于亞微米顆粒物來(lái)說(shuō)，干沉降和凝并其實(shí)是滯塵過(guò)程中同時(shí)發(fā)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(huán)境中去除。
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這一發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充和深化了植物葉片滯塵機(jī)理，為進(jìn)一步研究凝并的影響因素奠定了基礎(chǔ)。由于凝并效應(yīng)的強(qiáng)弱影響不同樹(shù)種的顆粒物去除能力，因此在燃煤源、冶金化工源、道路等顆粒物污染源附近，可以將凝并效應(yīng)納入考量，優(yōu)化樹(shù)種選擇，更加科學(xué)的進(jìn)行植物配置。
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上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)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(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃以及上海市綠化和市容管理局科研項(xiàng)目的支持。
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文章原文：https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.113611
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