植物有效吸附和移除空气中的颗粒物的同时也遭受着由颗粒物带来的不利影响,探明植物与大气颗粒物的互作效应是深入理解生态平衡、微环境气候及改善环境质量的关键.目前系统阐述植物对大气颗粒物的吸附作用及响应机制的综述性文献较少.基于此,本文梳理和归纳了大气颗粒物的成因和组成,以及植物对大气颗粒物的吸附方式和影响因素,并阐述了植物响应大气颗粒物胁迫的表型特征、生理特性和分子机制.最后,针对现存问题展望了未来研究方向:1)选择适应能力强、滞尘量大的植物物种,综合考虑植物群落结构、街道形态、栽种空间等因素,提出普适性强的绿化滞尘方案;2)未来应该将研究范围从城市延伸到农牧区的多种复层植物群落结构,系统分析不同植物配置群落的综合滞尘能力;3)应将植物滞尘量与其自身抗性有效结合,探索植物响应大气颗粒物胁迫的生理、分子机制,建立完善的评价体系和评判标准;4)利用原位标记检测技术从细胞水平上灵敏地示踪、量化大气颗粒物在植物有机体内的动态过程.

城市自生草本植物的物种多样性和功能多样性直接影响城市生态系统的功能和稳定性,但目前相关研究依然很缺乏.以深圳市为例,基于建成区600个1hm2样地的现场调查数据,分析自生草本植物的群落结构、物种多样性、群落功能特征及功能多样性.结果显示:①调查共记录自生草本植物61科178属273种,其中多年生草本占54.6％,乡土植物占65.6％.②占明显优势的功能特征有中小型叶(91.85％)、草质叶(42.59％)、纸质叶(32.96％)、叶片无毛或近无毛(56.67％)、中等密度绒毛(40.37％)、叶面较粗糙(52.59％)、花期4-6个月(50.78％)、果期4-6个月(49.22％)、干果(86.03％).③群落类型间功能丰富度FDp、功能离散度Rao二次熵差异极显著(P＜0.01)、功能均匀度FEve差异显著(P＜0.05).④公园绿地的物种多样性指数明显高于其他三类绿地;不同绿地类型间的功能丰富度和功能离散度在滞尘、降噪、降温增湿及生物多样性保护方面都有极显著差异(P＜0.01),功能均匀度只在滞尘及生物多样性保护方面差异极显著(P＜0.01).⑤各功能多样性指数均与Margalef指数、Simpson指数及Shannon-Wiener指数呈极显著正相关关系(P＜0.01).研究结论和方法为维护城市生态系统稳定性、建设生态宜居城市、促进城市可持续发展提供理论依据.

尽管城市绿地能够改善空气质量,但由于实践中缺乏统一的绿地分类系统,很难从优化绿地植被结构的角度出发调节城市空气质量.因此,为了探究北方城市不同绿地削减大气颗粒物浓度效果的差异,构建了一套融入植被结构因子和物种组成的绿地分类系统,基于该分类系统,在北京、西安、宝鸡选取了 5类共同常见的植被结构绿地类型,通过卫星图像判读与实地监测相结合的方式,探究了不同本底环境、植被结构、植物多样性、气象因子和时间因子对大气颗粒物浓度(PM2.5与PM10)的影响.结果表明:(1)城市绿地率对大气颗粒物浓度造成显著影响,绿地率越高的本底环境内颗粒物浓度越低,即多绿本底＜灰绿参半本底＜灰色本底;(2)植被结构和植物多样性水平显著影响绿地的滞尘能力,北方城市中半开敞绿地的滞尘能力最好,其次为半闭合绿地与闭合绿地,开敞绿地滞尘能力最弱,植物多样性的增加将导致绿地内颗粒物浓度增加;(3)不同植被结构绿地内的大气颗粒物浓度受气象因素的显著影响,随温度和风速的增大而减小,随湿度的增大而增大;(4)北方城市绿地大气颗粒物浓度存在明显的季节和日变化规律,一年内大气颗粒物浓度在夏季最低,冬季最高;一天之内颗粒物浓度在8:00-10:00最低.上述研究结果以期为今后不同本底环境下以削减大气颗粒物浓度为导向的北方城市绿地规划与设计提供理论依据和实践方法.

降雨可以有效清除植物叶片滞纳的大气颗粒物,但降雨强度对不同海拔植物叶面滞尘量的影响研究较缺乏.以九龙山不同海拔侧柏人工林为研究对象,采用传统方法测定不同强度降雨前后植物叶片滞纳大气颗粒物的量,进而研究降水强度对不同海拔侧柏叶片滞纳水溶/非水溶性颗粒物的影响.研究结果表明,中雨(17.5 mm)对不同海拔侧柏叶片滞纳颗粒物的去除效果强于小雨(3.2 mm);中雨后,侧柏叶片滞纳颗粒物的阈值为(0.4248±0.0104)g·m-2,且与海拔、降雨前叶面滞纳颗粒物的量无关;小雨后,不同海拔侧柏叶面非水溶性颗粒物存在明显的小粒径聚集为大粒径现象;在低、中海拔地区,中雨主要影响侧柏叶面大粒径颗粒物的量,而高海拔地区主要影响小粒径颗粒物的量;降雨对非水溶性大粒径颗粒物的影响大于水溶性颗粒物;小雨会增加不同海拔侧柏叶片大粒径水溶/非水溶性颗粒物的百分比,中雨会使低、高海拔侧柏叶片大粒径水溶性颗粒物和高海拔大粒径非水溶性颗粒物的百分比增加,而其他海拔侧柏叶片大粒径水溶/非水溶性颗粒物的百分比下降.

[目的]研究二氧化硅(Silica,SiO2)粉尘对小鼠RAW264.7巨噬细胞凋亡和极化的作用及其发生机制.[方法]实验分为小鼠RAW264.7巨噬细胞对照组和不同浓度SiO2粉尘悬液染尘组,MTT法检测细胞存活率,最终选取0、50、100、200 μg/ml 4个浓度进行后续实验,以0 μg/ml浓度组为对照组;Hoechst33342/PI双荧光染色法检测细胞凋亡;流式细胞术检测细胞周期;免疫荧光和流式细胞术检测巨噬细胞极化标志分子CD11b和CD86的表达;Western blotting检测细胞凋亡及细胞免疫应答相关分子诱导型一氧化氮合酶、肿瘤坏死因子α、Bax、Bcl-2、Caspase 8、p38、p-p38、ERK、p-ERK、NF-κB蛋白的变化.[结果]MTT结果显示,与对照组相比,SiO2粉尘可显著抑制RAW264.7巨噬细胞增殖活力,呈浓度依赖性,差异有统计学意义(P＜0.05);荧光双染色结果显示SiO2粉尘可诱导巨噬细胞凋亡;流式细胞术分析显示SiO2可引起巨噬细胞周期S期阻滞(P＜0.05);巨噬细胞极化标志分子CD11b+CD86+的比例由3.28％上升到20.3％ (P＜0.05);与对照组相比,染尘组细胞iNOS、Bax、TNF-α、Caspase 8、p-p38、p-ERK、NF-κB蛋白表达升高,而Bcl-2表达降低(P＜0.05).[结论]SiO2粉尘可通过线粒体和死亡受体途径介导RAW264.7巨噬细胞凋亡,同时通过激活MAPK信号通路促进巨噬细胞由M0向M1极化.

城市树木和森林植被净化大气颗粒污染物的功能受到了广泛的重视,但由于受多种植被特征与环境因素的影响,定量评价城市植被净化大气颗粒污染物功能非常困难.研究了不同降雨条件下大叶黄杨、银杏、栾树、五角枫、杜仲5种我国北方城市绿化典型树种叶面滞尘量的变化特征.在选定的样树冠层分上、中、下3层和东、南、西、北4个方向,采集成熟叶片,采用刷洗样本叶表,抽取水样及分级抽滤并烘干称重的方法,测定这5种树种降雨后12d(夏季累积滞尘量)、14mm降雨后(小雨)、29mm降雨后(中雨)以及室内模拟降雨30mm/h(15mm雨量)后叶片表面不同粒径大气颗粒污染物的滞留量.研究结果表明:降雨对不同粒径颗粒物去除能力有较大差异,除银杏以外,PM＞10以上颗粒物更容易去除;小雨对颗粒物的冲刷能力有限;中雨可以冲刷掉50％以上总颗粒物;室内模拟强降雨可以冲刷掉90％以上颗粒物,随着降雨增大,各粒径颗粒物随之冲刷量增加;同时叶表结构对抗冲刷能力有显著影响,革质叶片更容易滞尘及冲刷,绒毛结构滞尘能力较低,抗冲刷能力较强;北方大叶黄杨具有综合去除空气中颗粒物优势(小雨TSP冲刷量为(775.06±33.99) mg,/m2),银杏具有去除细颗粒物优势(中雨PM2.5冲刷量为(426.55±40.83.99) mg/m2).

植物叶表附属物是与大气颗粒物最先接触的结构,但现在少有研究表明这些特殊结构是如何影响大气颗粒物的滞留的.因此,本研究以具有典型叶表面附属物-鳞片的植物-空气凤梨维路提拉为实验对象,通过人工去除鳞片,比较鳞片的有无对其叶片滞尘量的影响,并比较了不同时间、不同风力强度条件下其叶片表面所滞留的大气颗粒物再悬浮的比例.结果表明,未去除叶表鳞片的维路提拉的最大滞尘量(23.24 ±0.11 g·m-2)和自然滞尘量(10.22±0.92g· m-2)均显著高于去除鳞片的植株(P＜0.05).大气颗粒物沉降到叶片表面后,在风力作用下,去除鳞片的空气凤梨植株上超过99.0％的粉尘会被吹起,而未去除鳞片的空气凤梨植株上这一比例仅有28.1％.而且,鳞片去除的越多,大气颗粒物的再悬浮比例越大.以上结果表明维路提拉叶表鳞片对大气颗粒物的作用不仅体现在总滞尘量上,而且体现在大气颗粒物的再悬浮过程中,它会有效降低沉降于叶表面颗粒物的再悬浮,起着促进颗粒物滞留的作用.

植物叶片对大气颗粒物的作用机制可分为吸附、再悬浮、雨水淋洗、吸收等过程,但却少有研究探讨大气颗粒物沉降于叶片表面后的再悬浮过程,并对叶片表面吸附的颗粒物含量与叶片内部元素含量之间的相关性进行探讨.本研究选择二球悬铃木和广玉兰两种常见绿化树种,分析其叶表大气颗粒物和叶内元素成分与含量及再悬浮比例.结果表明:二球悬铃木叶片的单位面积滞尘量(4.98 g·m-2)明显高于广玉兰(2.65 g· m-2),这可能与二球悬铃木叶片上下表面均粗糙、有绒毛有关.电感耦合等离子体发射光谱(ICP)分析表明,15种不同的元素均可在二球悬铃木和广玉兰叶表和叶内监测出来,在整体上两树种叶表与叶内元素含量间存在明显的相关性.但仅有Cr、Fe、V等3种元素在二球悬铃木叶表与叶内间存在显著的相关性,而广玉兰中仅有K、Mn、Si、Ti和Zn等5种元素没有显著的相关性,说明两树种叶片对不同元素的吸收具有较强的选择性.再悬浮分析表明,无论是随着风速的增加还是随着风力作用时间的延长,大气颗粒物的再悬浮比例均随之显著增加.在研究植物对大气颗粒物滞留效果时,必须考虑到颗粒物的再悬浮,才能准确评估植被与大气颗粒物的沉降关系.

绿地滞尘是指大气颗粒物在植物表面的干沉降过程,植物个体特征、绿地结构及环境因素均会对绿地滞尘效应产生影响,模型模拟、实地监测和风洞试验是评估绿地滞尘效应的3种主要方法.现有研究基本上是采用上述方法,从绿地滞尘量或绿地对大气质量的改善作用两方面对城市绿地滞尘效应进行评估,然而评估方法相对单一,影响因素纷繁复杂,评估结果难有定论.为了避免评估方法的滥用和误用,加深对机理的理解,使绿地滞尘研究更好的服务于城市绿地建设,对绿地滞尘效应评估的研究状况进行梳理至关重要.通过仔细分析相关研究的原理及方法发现,绿地滞尘研究多集中在较大尺度上对绿地滞尘量的评估,研究方法虽然一直在更新,且不同方法相互结合已成为趋势,但仍然缺乏大的革新,难以取得较大突破;未来,应加强中小尺度绿地滞尘的研究,深入探讨绿地滞尘机理,在研究方法上寻求创新与突破.

目的 研究气象因素对新疆喀什地区百日咳发病率的影响,建立多元时间序列(ARIMAX)模型对百日咳发病率进行短期预测,为百日咳的预防与控制提供决策依据.方法 利用新疆喀什2011年1月-2016年6月的百日咳每月发病数和同期气象数据,绘制对应残差序列的CCF(互相关函数)图,来确定与百日咳发病率有关的气象因素,建立带有气象因素的ARIMAX模型并预测新疆喀什2016年6-12月的百日咳发病数.预测精度通过均方根误差(RMSE)来评估.结果 滞后4阶的平均气压、滞后4阶的浮尘日数和滞后8阶的扬沙日数与百日咳病例数呈正相关,且纳入这3个气象因素的ARIMAX模型的AIC(最小信息量准则)值最小(AIC=394.72).与一元时间序列ARIMA模型相比,拟合的RMSE降低了5.23％,预测的RMSE降低了4.33％,预测精度明显提高.结论 本研究所建立的带有气象因素的ARIMAX(0,1,0)(0,1,1)12模型在短期内可以很精准的预测出新疆喀什地区百日咳的新发病数.其中平均气压、浮尘日数、扬沙日数可作为预测新疆喀什百日咳发病的指标,为相关政府部门提供可靠信息.