Tái khuếch tán của các hạt vật chất khí quyển đã lắng trên lá cây được xác định bởi gió và đặc điểm bề mặt lá

Springer Science and Business Media LLC - Tập 26 - Trang 19606-19614 - 2019
Guiling Zheng1, Peng Li1
1College of Resource and Environment, Qingdao Agricultural University, Qingdao, China

Tóm tắt

Vật chất hạt trong khí quyển (APM) tạm thời lắng đọng trên bề mặt lá của thực vật và sẽ quay trở lại không khí thông qua quá trình tái khuếch tán dưới các điều kiện khí tượng nhất định. Cách mà các đặc điểm bề mặt lá ảnh hưởng đến quá trình tái khuếch tán của APM đã lắng đọng trên bề mặt lá vẫn còn ít được nghiên cứu. Do đó, quá trình tái khuếch tán của APM sau khi lắng đọng trên lá thực vật đã được phân tích bằng cách sử dụng bốn loài cây xanh đô thị phổ biến, bao gồm Prunus triloba, Platanus acerifolia, Lonicera maackii và Cercis chinensis. Kết quả cho thấy mật độ lông trên lá có mối tương quan dương có ý nghĩa thống kê với khả năng giữ lại hạt vật chất tối đa (PM) và khả năng giữ lại PM tự nhiên (p < 0.05). Dưới cùng một tốc độ gió, tỷ lệ của PM tái khuếch tán đã lắng đọng trên bề mặt lá của bốn loài thực vật tăng lên theo thời gian gió thổi. Trong cùng một khoảng thời gian gió thổi, tỷ lệ tái khuếch tán của PM đã lắng đọng trên bề mặt lá của P. triloba, P. acerifolia và L. maackii tăng lên theo tốc độ gió. Mật độ lông trên lá và mật độ khí khổng có mối tương quan âm với tỷ lệ tái khuếch tán PM dưới tốc độ gió 1 m s−1 (p < 0.05), và mật độ khí khổng cũng có mối tương quan âm với tỷ lệ tái khuếch tán PM dưới tốc độ gió 5 m s−1 trong 10 phút hoặc 20 phút (p < 0.05). Tuy nhiên, khi tốc độ gió tăng thêm, các đặc điểm của lá không còn có mối tương quan với tỷ lệ tái khuếch tán PM (p > 0.05). Những kết quả này chỉ ra rằng khi lực gió (tốc độ gió + thời gian gió thổi) nhỏ, mật độ khí khổng và mật độ lông của lá có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình tái khuếch tán APM. Khi lực gió lớn, ảnh hưởng của cấu trúc bề mặt lá đối với tái khuếch tán APM trở nên ít sâu sắc hơn. Quá trình tái khuếch tán APM bị ảnh hưởng một cách toàn diện bởi gió bên ngoài và các đặc điểm bề mặt lá, và hai yếu tố này cùng nhau xác định số phận của PM sau khi chúng lắng đọng trên lá.

Từ khóa

#vật chất hạt trong khí quyển #tái khuếch tán #đặc điểm bề mặt lá #mật độ khí khổng #mật độ lông trên lá

Tài liệu tham khảo

Aboal JR, Pérez-Llamazares A, Carballeira A, Giordano S, Fernández JA (2011) Should moss samples used as biomonitors of atmospheric contamination be washed? Atmos Environ 45:6837–6840 Ares A, Aboal JR, Carballeira A, Giordano S, Adamo P, Fernández JA (2012) Moss bag biomonitoring: a methodological review. Sci Total Environ 432:143–158 Beckett KP, Freer-Smith PH, Taylor G (1998) Urban woodlands: their role in reducing the effects of particulate pollution. Environ Pollut 99(3):347–360 Boor BE, Siegel JA, Novoselac A (2013) Monolayer and multilayer particle deposits on hard surfaces: literature review and implications for particle resuspension in the indoor environment. Aerosol Sci Technol 47(8):831–847 Fernández V, Sancho-Knapik D, Guzmán P, Peguero-Pina J, Gil L, Karabourniotis G, Khayet M, Fasseas C, Heredia-Guerrero JA, Heredia A, Gil-Pelegrin E (2014) Wettability, polarity and water absorption of Holm oak leaves: effect of leaf side and age. Plant Physiol 166(1):168–180 Fernández J, Boquete M, Carballeira A, Aboal J (2015) A critical review of protocols for moss biomonitoring of atmospheric deposition: sampling and sample preparation. Sci Total Environ 517:132–150 Giess P, Goddard AJH, Shaw G, Allen D (1994) Resuspension of monodisperse particles from short grass swards: a wind tunnel study. J Aerosol Sci 25(5):843–857 Gradoń L (2009) Resuspension of particles from surfaces: technological, environmental and pharmaceutical aspects. Adv Powder Technol 20(1):17–28 Henry C, Minier JP (2014) Progress in particle resuspension from rough surfaces by turbulent flows. Prog Energy Combust Sci 45(4):1–53 Hinds WC (1999) Aerosol technology: properties, behavior, and measurement of airborne particles. Wiley, New York Hwang HJ, Yook SJ, Ahn KH (2011) Experimental investigation of submicron and ultrafine soot particle removal by tree leaves. Atmos Environ 45(38):6987–6994 Ibrahim AH, Dunn PF, Brach RM (2003) Microparticle detachment from surfaces exposed to turbulent air flow: controlled experiments and modeling. J Aerosol Sci 34:765–782 Jiang Y, Matsusaka S, Masuda H, Qian Y (2008) Characterizing the effect of substrate surface roughness on particle-wall interaction with the airflow method. Powder Technol 186:199–205 Kardel F, Wuyts K, Babanezhad M, Vitharana UW, Wuytack T, Potters G (2010) Assessing urban habitat quality based on specific leaf area and stomatal characteristics of Plantago lanceolata L. Environ Pollut 158(3):788–794 Kassab AS, Ugaz VM, King MD, Hassan YA (2013) High resolution study of micrometer particle detachment on different surfaces. Aerosol Sci Technol 47:351–360 Kim Y, Wellum G, Mello K, Strawhecker KE, Thoms R, Giaya A, Wyslouzil BE (2016) Effects of relative humidity and particle and surface properties on particle resuspension rates. Aerosol Sci Technol 50(4):339–352 Leonard RJ, Mcarthur C, Hochuli DF (2016) Particulate matter deposition on roadside plants and the importance of leaf trait combinations. Urban For Urban Green 20:249–253 Liang D, Ma C, Wang YQ, Wang YJ, Zhao CX (2016) Quantifying PM2.5 capture capability of greening trees based on leaf factors analyzing. Environ Sci Pollut Res 23(21):21176–21186 Liu L, Guan DS, Peart MR, Wang G, Zhang H, Li ZW (2013) The dust retention capacities of urban vegetation-a case study of Guangzhou, South China. Environ Sci Pollut Res 20(9):6601–6610 Liu J, Cao Z, Zou S, Liu H, Hai X, Wang S, Duan J, Xi B, Yan G, Zhang S, Jia Z (2018) An investigation of the leaf retention capacity, efficiency and mechanism for atmospheric particulate matter of five greening tree species in Beijing, China. Sci Total Environ 616-617:417–426 Loosmore GA (2003) Evaluation and development of models for resuspension of aerosols at short times after deposition. Atmos Environ 37:639–647 Mo L, Ma Z, Xu Y, Sun F, Lun X, Liu X, Chen J, Yu XX (2015) Assessing the capacity of plant species to accumulate particulate matter in Beijing, China. PLoS One 10(10):1–18 Mukai C, Siegel JA, Novoselac A (2009) Impact of airflow characteristics on particle resuspension from indoor surfaces. Aerosol Sci Technol 43:1–11 Neinhuis C, Barthlott W (1998) Seasonal changes of leaf surface contamination in Beech, Oak, and Ginkgo in relation to leaf micromorphology and wettability. New Phytol 138(1):91–98 Nicholson KW (1993) Wind tunnel experiments on the resuspension of particulate material. Atmos Environ 27:181–188 Ould-Dada Z, Baghini NM (2001) Resuspension of small particles from tree surfaces. Atmos Environ 35(22):3799–3809 Pérez-Llamazares A, Fernández JA, Carballeira A, Aboal JR (2011) Sequential elution technique applied to cryptogams: a literature review. J Bryol 33:267–278 Qian J, Ferro AR (2008) Resuspension of dust particles in a chamber and associated environmental factors. Aerosol Sci Technol 42(7):566–578 Qian J, Peccia J, Ferro AR (2014) Walking-induced particle resuspension in indoor environments. Atmos Environ 89:464–481 Rai A, Kulshreshtha K, Srivastava PK, Mohanty CS (2010) Leaf surface structure alterations due to particulate pollution in some common plants. Environmentalist 30(1):18–23 Ram SS, Majumder S, Chaudhuri P, Chanda S, Santra SC, Maiti PK (2014) Plant canopies: bio-monitor and trap for re-suspended dust particulates contaminated with heavy metals. Mitig Adapt Strat Global Change 19(5):499–508 Salimifard P, Rim D, Gomes C, Kremer P, Freihaut JD (2017) Resuspension of biological particles from indoor surfaces: effects of humidity and air swirl. Sci Total Environ 583:241–247 Song Y, Maher BA, Li F, Wang X, Sun X, Zhang H (2015) Particulate matter deposited on leaf of five evergreen species in Beijing, China: source identification and size distribution. Atmos Environ 105(1):53–60 Spagnuolo V, Giordano S, Pérez-Llamazares A, Ares A, Carballeira A, Fernández JA, Aboal JR (2013) Distinguishing metal bioconcentration from PM in moss tissue: testing methods of removing particles attached to the moss surface. Sci Total Environ 463-464:727–733 Speak AF, Rothwell JJ, Lindley SJ, Smith CL (2012) Urban particulate pollution reduction by four species of green roof vegetation in a UK city. Atmos Environ 61:283–293 Sun X, Li H, Guo X, Sun Y, Li S (2018) Capacity of six shrub species to retain atmospheric particulates with different diameters. Environ Sci Pollut Res 25(3):2643–2650 Tomašević M, Vukmirović Z, Rajšić S, Tasić M, Stevanović B (2005) Characterization of trace metal particles deposited on some deciduous tree leaves in an urban area. Chemosphere 61(6):753–760 Wood RA, Burchett MD, Alquezar R, Orwell RL, Tarran J, Torpy F (2006) The potted-plant microcosm substantially reduces indoor air VOC pollution: office field-study. Water Air Soil Pollut 175(1-4):163–180 Zhang XY, Ahmadi G, Qian J, Ferro A (2008) Particle detachment, resuspension and transport due to human walking in indoor environments. J Adhes Sci Technol 22(5-6):591–621