JHM|城市森林对大气颗粒物的选择性吸附机制研究

政务   2024-09-06 09:00   湖北  

文章信息

第一作者:陈德乐

通讯作者:殷杉 教授

通讯单位:上海交通大学

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135428

亮点

• 探究了叶片捕获大气颗粒物形态和组分的驱动机制。

• 叶片的生理特征影响捕获颗粒的大小。
• 叶片蜡质中的脂肪酸影响其对有机碳组分颗粒的吸附。
• 叶片蜡质中的烷烃影响其对重金属颗粒的吸附。

• 根据叶蜡特征选择绿化树种有助于针对性减轻PM2.5污染。

研究进展

PM2.5会深入人体肺部并构成健康风险,这一风险与颗粒形态和组分密不可分。在空气污染控制中,城市森林可以起到生物过滤器的作用,有利于降低PM2.5对呼吸系统造成的风险。然而,不同树种捕获颗粒的形态和组分及驱动机制尚不明晰

本研究通过外场实验联合自主研制的颗粒物悬浮室单颗粒气溶胶质谱技术,对城市中典型绿化树种捕获PM2.5颗粒的大小和组分进行了表征,并对叶片的多方面特征进行了量化,旨在探究:1)同一地点不同树种捕获颗粒的形态及组分是趋同还是趋异;2)叶片属性如何影响PM2.5吸附 

结果发现,植物对颗粒物的吸附首先存在粒径选择性:银杏和二球悬铃木善于捕获粒径较大的细颗粒物,而樟树和桂花善于捕获粒径较小的亚微米颗粒。较高的气孔导度和水势等生理活动会显著促进叶片对大颗粒的吸附。

基于自适应共振理论的神经网络算法对大量的颗粒依据质谱特征进行组分鉴别及分类发现,叶片捕获颗粒的化学组分在不同树种间有明显差异,显示出了植物对颗粒物吸附的化学成分选择性:叶片表皮蜡质中的脂肪酸和烷烃分别在吸附富含有机碳组分和重金属组分颗粒中起到关键作用。

本研究的创新性在于:1)使用颗粒物悬浮室联用单颗粒气溶胶质谱仪对叶表颗粒的粒径分布和组成特征进行了量化;2)从叶片物理特征、化学特征及生理特征等角度对叶片属性进行了全面阐释,深化了对叶片选择性吸附大气颗粒的认识。总而言之,本研究将加深对城市大气颗粒物进行植物修复在机制上的理解,为城市林业中的绿化管理工作提供应用指导。

作者介绍

殷杉,上海交通大学教学发展中心副主任,资源与环境系系主任,上海市东方学者特聘教授。担任国家林草局上海城市森林生态站站长,科技部长三角生态环境国家野外科学观测研究站常务副站长,上海市生态学学会青年委员会主任。研究组通过原位连续监测、遥感观测、溯源分析、机理研究、大数据建模等手段,对城市区域的半自然及人工生态系统进行长期动态观测和数据分析,揭示城市生态系统对高强度人为干扰的响应及反馈,提出风险预防和响应机制,及有针对性的生态防控和修复策略。在城市生态和野外观测研究领域发表论文80多篇,获得国家发明专利和软件著作权12项,获上海市科技进步一等奖等省部级奖励5项。

通讯邮箱:yinshan@sjtu.edu.cn
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