王卓越，姜泉良，孫 偉，徐 靜

(宿州學(xué)院環(huán)境與測(cè)繪工程學(xué)院，安徽 宿州 234000)

目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)正處于快速發(fā)展階段，人民的物質(zhì)生活水平也有了顯著提高。然而，在這經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和物質(zhì)生活質(zhì)量不斷提升的背后，我們所依賴的環(huán)境正在面臨更嚴(yán)重的挑戰(zhàn)[1]。隨著城市化和工業(yè)化的推進(jìn)，大氣承受著巨大的污染壓力，甚至對(duì)人類的身體健康造成了威脅，給我們的后代留下了不可逆轉(zhuǎn)的環(huán)境問題。

皖北地區(qū)是指位于安徽北部的亳州、阜陽(yáng)、淮北、宿州、蚌埠、淮南六個(gè)地級(jí)市[2]，大部分區(qū)域位于淮河以北，是安徽地勢(shì)最平坦的地區(qū)，地形以平原為主，除淮南、淮北有部分丘陵外，其他區(qū)域均為平原。此外，皖北地區(qū)以煤炭型城市為主，近年來工業(yè)化進(jìn)程明顯加快，大氣污染成為嚴(yán)重威脅皖北人居環(huán)境的重要因素。為了適應(yīng)當(dāng)?shù)氐拇髿猸h(huán)境，通常會(huì)選擇種植各種樹木，包括常綠喬木、落葉喬木、常綠灌木以及落葉灌木等。植物葉面的滯塵能力是城市不同功能區(qū)生態(tài)功能的重要研究?jī)?nèi)容。過去的研究主要集中在研究植物種類、葉面結(jié)構(gòu)以及植物生活型對(duì)滯塵能力的影響。由于植物葉面形態(tài)和特性以及生長(zhǎng)環(huán)境的差異，不同樹種葉面的滯塵量相差數(shù)十倍[3]。

為了更深入地研究不同功能區(qū)的植物葉片滯塵能力，我們將本次研究區(qū)域劃分為工業(yè)區(qū)、居民區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)三個(gè)大類。通過采集各功能區(qū)內(nèi)不同種類樹木的葉片，并在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)葉片上滯留的顆粒物進(jìn)行更深層次的測(cè)量和研究。這樣可以探究不同功能區(qū)葉面滯塵量及污染特征的表征，對(duì)于定量評(píng)估城市大氣污染指數(shù)、精確追溯污染源并進(jìn)行定點(diǎn)管控具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域與樣品采樣

本項(xiàng)研究選擇了宿州市埇橋區(qū)的三大功能區(qū)(居民區(qū)、農(nóng)業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū))作為研究對(duì)象。在研究過程中，我們充分考慮了宿州市埇橋區(qū)的植被類型、園林應(yīng)用、植物生長(zhǎng)狀況以及葉片特征等因素。為了篩選出適合園林綠化的樹木，我們選擇了21種常用的園林綠化樹木進(jìn)行研究?？紤]到不同植物的生長(zhǎng)周期不同，我們選擇了成年穩(wěn)定期的喬木和灌木作為研究對(duì)象。

喬木的樹齡大約為20年左右，而灌木和喬木處于同一生長(zhǎng)階段，即成年期。我們選擇了健康無(wú)脫皮、樹形飽滿、枝葉繁茂的植株作為研究對(duì)象，并采集了完整狀態(tài)的成熟葉片。常綠樹木一年四季都具有綠葉，壽命在兩三年甚至更久，每年都會(huì)有新葉長(zhǎng)出，同時(shí)部分舊葉會(huì)脫落[4]。因此，我們盡可能采集當(dāng)年生的新葉，以確保采集的常綠樹木和落葉樹木的葉片生長(zhǎng)時(shí)間基本一致。

夏季和冬季的氣象條件變化較大，經(jīng)常出現(xiàn)極端氣溫、干旱、炎熱、降雨和降雪等情況，這些都會(huì)對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生不利影響。另外，在冬季，落葉樹木處于落葉期，無(wú)法采樣。因此，我們選擇在春季(4-5月)或秋季(10-11月)進(jìn)行葉片采集。每種樹木我們采集了15片葉片。在進(jìn)行葉片采集之前，我們確保最近一周內(nèi)沒有發(fā)生降雨、大風(fēng)等極端天氣情況。采集時(shí)，我們選擇天氣晴朗、溫度適宜、風(fēng)速較低的情況下進(jìn)行，以避免外界因素如風(fēng)的影響導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)誤差。

由于樹木的分枝生長(zhǎng)情況不同，我們需要從樹冠的垂直方向(上部、中部和下部)和水平方向(東、南、西、北)共計(jì)12個(gè)點(diǎn)位分別采集相同數(shù)量的葉片。采集下來的葉片需要及時(shí)裝入事先準(zhǔn)備好的采樣袋中密封，并貼上標(biāo)簽，然后運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行后續(xù)操作。為了減少樹木葉片上顆粒物的脫落，我們?cè)谶\(yùn)送時(shí)避免抖動(dòng)采樣袋。在整個(gè)試驗(yàn)過程中，我們都戴著橡膠手套進(jìn)行操作，以確保實(shí)驗(yàn)的安全性。

為了排除實(shí)驗(yàn)的偶然性，我們進(jìn)行了三次重復(fù)的葉片采集，并且不能在同一天進(jìn)行。這樣可以增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。

1.2 葉面顆粒物的提取與測(cè)量

本次實(shí)驗(yàn)采用水洗-濾膜法測(cè)定葉片對(duì)不同粒徑顆粒物的吸滯量，首先利用裝有蒸餾水的沖洗瓶清洗掉樣品樹葉上的灰塵至量杯中，每份樣品沖洗出400 mL水樣，根據(jù)葉片大小沖洗的葉片數(shù)量也不相同，其中懸鈴木沖洗30片，石楠、月桂等沖洗80片。在得到含塵水樣后在真空泵上分別放置孔徑為0.8 μm、0.45 μm、0.2 μm的濾膜，隨后抽真空，分別過濾出不同粒徑的濾膜樣本，其中在得到每份濾膜樣本時(shí)留取100 mL濾液供后續(xù)實(shí)驗(yàn)使用。

在實(shí)驗(yàn)最開始采用精度為0.000 1的天平稱重得出初始濾膜的質(zhì)量W1，因考慮到烘干時(shí)的損耗，又將濾膜過純水后置于40 ℃烘箱中約1 h，得到質(zhì)量W2，使得最終濾膜的處理環(huán)境與初始濾膜的所處環(huán)境相統(tǒng)一從而排除環(huán)境因素可能造成的差異，保證實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)。最后測(cè)得濾膜過含塵濾液并烘干后的質(zhì)量W3，計(jì)算膜式過濾器前后的質(zhì)量差值。通過第一次稱量濾膜的質(zhì)量(W1)和第二次稱量膜式過濾器質(zhì)量(W2)以及樣品樹葉的總質(zhì)量(H)來計(jì)算顆粒物占實(shí)驗(yàn)樣本比重，計(jì)算公式見公式(1)：

顆粒物質(zhì)量占比=(W1-W2)/H

(1)

1.3 樣本顆粒物溶液紫外光譜的測(cè)量與計(jì)算

1.3.1 樣本顆粒物溶液紫外光譜檢測(cè)

本次實(shí)驗(yàn)紫外光譜檢測(cè)所采用的主要設(shè)備為UV-2600型紫外可見分光光度計(jì)，由日本島津生產(chǎn)制造，與功能強(qiáng)大的操作軟件UVProbe結(jié)合，操作簡(jiǎn)單方便。該設(shè)備波長(zhǎng)范圍為185～900 nm，分辨率0.1nm波長(zhǎng)準(zhǔn)確性在0.3上下浮動(dòng)，使用氘燈作為光源，采用雙光束方式測(cè)光，減少了人員對(duì)臭氧的吸入。在使用前儀器需預(yù)熱半小時(shí)，達(dá)到15～35 ℃后方可使用。操作濕度保證在30%～80%。

首先確認(rèn)儀器和計(jì)算機(jī)的工作電源已連接好，檢查儀器樣品室應(yīng)無(wú)遮擋光路的物品，樣品室蓋關(guān)閉。確認(rèn)后先開啟計(jì)算機(jī)，然后開啟儀器電源(儀器右下側(cè)的power鍵，開關(guān)按到“1”側(cè)表示打開)，等待儀器自檢(自檢時(shí)不開蓋)，大約5 min后，聽到嘟嘟嘟聲表示自檢完畢，自檢過程中分光光度計(jì)外側(cè)的指示燈狀態(tài)為紅燈閃爍到綠燈閃爍，最終顯示為綠燈不閃爍。之后進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，基線校正。最后進(jìn)行測(cè)定，鼠標(biāo)點(diǎn)擊標(biāo)準(zhǔn)表，標(biāo)準(zhǔn)表激活。對(duì)照室內(nèi)裝去離子水，樣品室內(nèi)從低到高放入各標(biāo)準(zhǔn)濃度點(diǎn)。然后點(diǎn)擊狀態(tài)欄的“讀取”，此時(shí)該波長(zhǎng)處的吸光度值自動(dòng)顯示在相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)表里。標(biāo)準(zhǔn)曲線各點(diǎn)測(cè)定完畢，工作曲線圖上會(huì)自動(dòng)顯示方程式和相關(guān)系數(shù)。與測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線點(diǎn)一樣，在激活樣品表后，用同樣的方法可以測(cè)定未知樣品的吸光度值。

1.3.2 通過可見光譜參數(shù)與紫外的相關(guān)計(jì)算

設(shè)置光譜儀掃描波段為200～800 nm，石英比色皿光程1 cm，間隔0.5 nm。檢測(cè)過程中以去離子水做參比溶液，得到各水樣的光吸收曲線。

1.4 樣本顆粒物溶液熒光光譜的測(cè)量與分析

1.4.1 樣本顆粒物溶液熒光光譜檢測(cè)

本次實(shí)驗(yàn)熒光光譜檢測(cè)采用熒光分光光度計(jì)(日立F4500)和1 cm光程的石英比色皿在室溫下對(duì)21個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)量。日立F4500波長(zhǎng)范圍200～900 nm，掃描速度可達(dá)30 000 nm/min。

首先打開光譜儀電源開關(guān)(power鍵)，5 s后再按下氙燈點(diǎn)燈按鈕，當(dāng)氙燈點(diǎn)燃后，再接通主開關(guān)(MAIN)。此時(shí)主開關(guān)上方綠色指示燈連續(xù)閃動(dòng)三下，然后開計(jì)算機(jī)、顯示器、打印機(jī)。計(jì)算機(jī)進(jìn)入操作系統(tǒng)。運(yùn)行FL-Solution控制軟件。建立試驗(yàn)方法(發(fā)射光譜)，設(shè)置測(cè)量參數(shù)：點(diǎn)擊快捷欄“Method”后，單擊“常規(guī)”按鈕，測(cè)量方式選擇波長(zhǎng)掃描；單擊“儀器條件”按鈕，掃描方式選為發(fā)射波長(zhǎng)掃描。設(shè)置參數(shù)后，將待測(cè)樣品倒入四面通光的石英比色皿中，并將其放入儀器的樣品架中。點(diǎn)擊測(cè)量按鈕，儀器便開始對(duì)樣品進(jìn)行掃描測(cè)量。

1.4.2 樣本顆粒物溶液熒光光譜分析

熒光光譜的掃描發(fā)射波長(zhǎng)(Em)為250～650 nm，間隔10 nm，激發(fā)波長(zhǎng)(Ex)為220～450 nm，間隔為10 nm。Ex與Em的狹縫寬度均設(shè)置為5 nm，光譜的掃描速度為240 nm/min，PMT voltage設(shè)為700 V。對(duì)各組數(shù)據(jù)檢測(cè)并保存，主要是對(duì)熒光指數(shù)、自生源指數(shù)和CDOM相對(duì)濃度等分類歸納并進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 三大功能區(qū)植物單位葉面積滯塵分析

根據(jù)表1、表2和表3的數(shù)據(jù)，我們選取了三種不同植物樣本在三大功能區(qū)進(jìn)行了分析。我們發(fā)現(xiàn)，同種樹種在不同功能區(qū)的葉片形態(tài)參數(shù)差異不大，但滯塵量存在較大差異。以懸鈴木為例，其長(zhǎng)軸、短軸及長(zhǎng)短軸之比在各功能區(qū)中的差別不大[4]。然而，在居民區(qū)中，懸鈴木葉面的長(zhǎng)軸最長(zhǎng)，達(dá)到了15.62 cm；而在工業(yè)區(qū)中，懸鈴木葉面的長(zhǎng)軸最小，只有14.37 cm。從單葉面積來看，各功能區(qū)之間的差距也不大，相差范圍在0.001 m2內(nèi)。然而，滯塵量卻存在較大差異。工業(yè)區(qū)的滯塵量最大，達(dá)到了18.24 g/m2；而農(nóng)業(yè)區(qū)的滯塵量最小，只有5.18 g/m2。

表1 懸鈴木在不同功能區(qū)的滯塵量Table 1 Dust retention of sycamore in different functional areas

表2 月桂在不同功能區(qū)的滯塵量Table 2 Dust retention of laurel in different functional areas

表3 石楠在不同功能區(qū)的滯塵量Table 3 Dust retention of photinia in different functional areas

綜上所述，我們可以得出結(jié)論：同種樹種在不同功能區(qū)的葉片形態(tài)參數(shù)差異不大，但滯塵量存在較大差異。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于研究植物在不同環(huán)境下的適應(yīng)能力和生態(tài)功能具有重要意義。

通過對(duì)月桂在不同功能區(qū)的滯塵量分析，發(fā)現(xiàn)其長(zhǎng)軸、短軸及長(zhǎng)短軸之比相差不大。在居民區(qū)，月桂的長(zhǎng)軸與長(zhǎng)短軸之比最大；而在農(nóng)業(yè)區(qū)，月桂的長(zhǎng)軸與短軸之比最??；而在工業(yè)區(qū)，月桂的長(zhǎng)短軸之比最小。此外，月桂的單葉面積都相差不大，誤差在0.000 1 m2內(nèi)。根據(jù)滯塵量來看，工業(yè)區(qū)的月桂單位面積滯塵量最大，為52.34 g/m2；而農(nóng)業(yè)區(qū)的月桂單位面積滯塵量最小，為18.93 g/m2。這兩者相差2.8倍。

通過對(duì)石楠在不同功能區(qū)的滯塵量分析，發(fā)現(xiàn)其長(zhǎng)軸、短軸與長(zhǎng)短軸之比差別不大，這與懸鈴木和月桂的特征相似。三種植物的單葉面積在三個(gè)功能區(qū)之間的差異也很小，僅在0.000 2 m2的范圍內(nèi)。工業(yè)區(qū)的滯塵量最大，是農(nóng)業(yè)區(qū)的2.1倍。然而，滯塵量與長(zhǎng)軸、短軸以及長(zhǎng)短軸之比和單葉面積之間并沒有明顯的相關(guān)關(guān)系。這表明我們選擇的這三種植物能夠有效地分析不同功能區(qū)葉面顆粒物的來源和組成特征。

2.2 功能區(qū)顆粒物DOM紫外光譜特征分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，本研究使用紫外分光光度計(jì)對(duì)葉面顆粒物浸出液的吸收光譜進(jìn)行測(cè)定。我們掃描了200～800 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)每1 nm的吸光度，并結(jié)合表4中的一系列模型，研究了宿州埇橋區(qū)葉面顆粒物的光譜特征。

表4 紫外-光譜特征參數(shù)描述Table 4 Description of UV-spectrum characteristic parameters

2.2.1 CDOM相對(duì)濃度分析

根據(jù)圖1所示，三大功能區(qū)葉面顆粒物的CDOM相對(duì)濃度存在較大差異。通過數(shù)據(jù)分析可知其中，位于居民區(qū)的政務(wù)中心具有最高的CDOM相對(duì)濃度，達(dá)到了20.04，樹種為日本晚櫻。而農(nóng)業(yè)區(qū)的戚家溝則具有最低的CDOM相對(duì)濃度，僅為1.15，樹種為月桂。其他功能區(qū)的CDOM相對(duì)濃度均在2～12之間?？傮w來看，農(nóng)業(yè)區(qū)的CDOM相對(duì)濃度最低，工業(yè)區(qū)次之，而居民區(qū)的CDOM相對(duì)濃度最高。農(nóng)業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)和居民區(qū)的CDOM相對(duì)濃度均值分別為3.45、7.83和11.20?？梢钥闯觯蠊δ軈^(qū)的CDOM相對(duì)濃度的最大均值與最小均值相差224%，這可能與不同功能區(qū)所承載的功能特質(zhì)有關(guān)。

圖1 埇橋區(qū)不同功能區(qū)葉面顆粒物CDOM相對(duì)濃度Fig.1 Relative concentrations of CDOM in different functional areas of Yongqiao district

居民區(qū)的CDOM相對(duì)濃度較高，可能是由于人為活動(dòng)排放等因素的影響。工業(yè)區(qū)由于承載著城市的各種規(guī)模的輕工業(yè)和重工業(yè)，大量的污染物排放導(dǎo)致大氣顆粒物中含塵量增加，從而使CDOM相對(duì)濃度較高。而農(nóng)業(yè)區(qū)遠(yuǎn)離城市，且植被覆蓋率較高，受化學(xué)氣體和現(xiàn)代化工業(yè)的干擾較少，因此環(huán)境質(zhì)量明顯優(yōu)于其他兩個(gè)功能區(qū)。

同時(shí)，從圖1中還可以觀察到，在同一功能區(qū)中，不同樹種的CDOM相對(duì)濃度也存在明顯差異。值得注意的是，無(wú)論是在居民區(qū)、農(nóng)業(yè)區(qū)還是工業(yè)區(qū)，CDOM相對(duì)濃度均遵循月桂<日本晚櫻<石楠<女貞的規(guī)律。這可能與不同樹種的葉面滯塵能力有關(guān)，植物葉面的微結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)空氣中顆粒物的吸附能力產(chǎn)生影響。

2.2.2 自生源分析

根據(jù)圖2所示，三大功能區(qū)葉面顆粒物自生源特征差異顯著，有明顯的比較價(jià)值。我們通常用SR數(shù)值來反映DOM的組成特征，SR數(shù)值較低說明高分子量、芳香性強(qiáng)。SR>1時(shí)，說明DOM主要是生物源，SR<1時(shí)，DOM主要為外源；從圖2可以看出，在農(nóng)業(yè)區(qū)(戚家溝)中，光譜斜率比值的月桂值最大，并且是唯一一個(gè)大于1的值，為1.94。這與該區(qū)域被劃分為農(nóng)業(yè)區(qū)密不可分。因?yàn)镾R數(shù)值大于1，說明該區(qū)域的DOM主要來自生物源，也就是說農(nóng)業(yè)區(qū)的生物量比居民區(qū)和工業(yè)區(qū)更大，這符合常規(guī)情況。另外，位于居民區(qū)(政務(wù)中心)的石楠值最小，為0.024，反映了該區(qū)域的DOM主要來自外源。而位于工業(yè)區(qū)(中元化工)的石楠值也較小，為0.044。其余的光譜斜率比值都相差較小，在0.17～0.68之間，說明可能受到外源有機(jī)質(zhì)輸入的影響較大[5]。

圖2 埇橋區(qū)不同功能區(qū)葉面顆粒物自生源特征Fig.2 Autogenous characteristics of particulate matter in different functional areas of Yongqiao district

2.2.3 芳香性與疏水性分析

SUVA254參數(shù)是指單位有機(jī)碳含量在254 nm波長(zhǎng)處的吸光度?？捎糜跍y(cè)量DOM(溶解有機(jī)物)的芳香性。一般來說，SUVA254的值越高，DOM的芳香性越強(qiáng)。此外，SUVA260參數(shù)可用于確定DOM中疏水成分的含量。SUVA260值越高，疏水成分越多。

根據(jù)圖3中的數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論，芳香性和疏水性之間存在顯著的正相關(guān)性。這兩個(gè)指數(shù)與吸收系數(shù)之間也有很強(qiáng)的相關(guān)性。芳香性的最大值和最小值與疏水性的最大值和最小值一一對(duì)應(yīng)。其中，芳香性和疏水性的最大值都出現(xiàn)在工業(yè)區(qū)，分別為4.8和4.1，對(duì)應(yīng)女貞的種類。最小值出現(xiàn)在農(nóng)業(yè)區(qū)，分別為0.43和0.40，對(duì)應(yīng)月桂樹的種類。

圖3 埇橋區(qū)不同功能區(qū)葉面顆粒物芳香性(SUVA254)與 疏水性(SUVA260)特征Fig.3 Characteristics of aroma and hydrophobicity of particulate matter (SUVA254 and SUVA260) in different functional areas of Yongqiao district

圖4 埇橋區(qū)不同功能區(qū)葉面顆粒物DOM分子量Fig.4 Dom molecular weight of particulate matter in different functional areas of Yongqiao district

從各功能區(qū)的平均值來看，工業(yè)區(qū)的平均芳香性和疏水性最高，其次是居住區(qū)，農(nóng)業(yè)區(qū)的平均值最低。具體來說，工業(yè)區(qū)平均芳香性為2.43，居民區(qū)為2.25，農(nóng)業(yè)區(qū)為0.77。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，同一樹種在不同功能區(qū)的數(shù)值也存在差異。比如月桂樹的芳香性在居民區(qū)最高，工業(yè)區(qū)次之，農(nóng)業(yè)區(qū)最低。工業(yè)區(qū)石楠的芳香性最高，居民區(qū)次之，農(nóng)業(yè)區(qū)最低。疏水性和芳香性的區(qū)域特征表現(xiàn)出相似的特征。

這些結(jié)果表明，不同功能區(qū)對(duì)芳香性的影響不是絕對(duì)的，也有可能結(jié)構(gòu)受到紫外輻射衰減的影響。

2.2.4 DOM分子量分析

E2/E3是用于測(cè)量有機(jī)物腐殖化程度的指標(biāo)。該值越低，腐殖化程度越低。根據(jù)本次研究結(jié)果，埇橋區(qū)各功能區(qū)葉片顆粒物中溶解有機(jī)質(zhì)(DOM)的分子量較大，最大值和最小值差異不顯著，分布較為均勻。其中，農(nóng)業(yè)區(qū)石楠的DOM分子量最高，為5.86；居民區(qū)石楠的DOM分子量最小，為2.65。此外，從整個(gè)功能區(qū)來看，三個(gè)主要功能區(qū)的DOM平均分子量為：居民區(qū)<農(nóng)業(yè)區(qū)<工業(yè)區(qū)，居民區(qū)最低，為3.30，農(nóng)業(yè)區(qū)次之，為4.41，工業(yè)區(qū)最高，為4.48。這表明居民區(qū)的有機(jī)質(zhì)腐殖化程度相對(duì)較低，而工業(yè)區(qū)的腐殖化程度相對(duì)較高。其中，人為因素對(duì)腐殖化程度影響顯著。居民區(qū)人口密集，人為干預(yù)較多，及時(shí)處理枯枝落葉，導(dǎo)致其有機(jī)質(zhì)腐殖化程度相對(duì)較低。位于工業(yè)區(qū)的樹木始終處于野生狀態(tài)，人為干預(yù)較少，則腐殖化程度相對(duì)較高?？傮w來看，各功能區(qū)DOM的分子量變化相對(duì)穩(wěn)定。

2.3 熒光光譜分析

三維熒光光譜是一種可以同時(shí)獲得激發(fā)波長(zhǎng)和熒光發(fā)射波長(zhǎng)變化的熒光強(qiáng)度信息的技術(shù)。與二維平面圖像相比，三維熒光光譜具有更多的坐標(biāo)，因此具有高選擇性和高靈敏度等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它可用于多組分混合物的定性和定量分析。

通過熒光光譜圖，我們可以直觀地觀察到熒光峰的位置、高度等光譜特征。DOM(溶解有機(jī)物)的三維熒光峰位通?？梢苑譃榱?。其中，類富里酸熒光峰包括熒光峰A(激發(fā)波長(zhǎng)范圍310～360 nm，發(fā)射波長(zhǎng)范圍370～450 nm)和熒光峰B(激發(fā)波長(zhǎng)范圍240～270 nm，發(fā)射波長(zhǎng)范圍370～440 nm)。熒光峰A位于可見光區(qū)，而熒光峰B位于紫外區(qū)。這兩個(gè)熒光峰與腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)中的羰基和羧基密切相關(guān)。此外，熒光峰C(激發(fā)波長(zhǎng)范圍350～440 nm，發(fā)射波長(zhǎng)范圍430～510 nm)和熒光峰D(激發(fā)波長(zhǎng)范圍280～288 nm，發(fā)射波長(zhǎng)范圍420～455 nm)屬于類腐殖酸熒光峰。熒光峰E(激發(fā)波長(zhǎng)范圍270～290 nm，發(fā)射波長(zhǎng)范圍300～350 nm)和F(激發(fā)波長(zhǎng)范圍270～290 nm，發(fā)射波長(zhǎng)范圍300～320 nm)是類蛋白質(zhì)熒光峰[5]。其中熒光峰E與類色氨酸熒光峰有關(guān)，熒光峰F與類酪氨酸熒光峰有關(guān)，這些熒光峰均與DOM中的芳環(huán)氨基酸結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

三維熒光光譜分析技術(shù)與傳統(tǒng)的熒光光譜分析方法相比具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它通過同時(shí)掃描激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)，形成熒光激發(fā)發(fā)射光譜矩陣(EEMS)，從而獲得更全面的DOM(溶解有機(jī)物)熒光基團(tuán)信息，該技術(shù)可以揭示不同DOM的來源和組件結(jié)構(gòu)[6]。本研究采用origin2019b軟件對(duì)各組的熒光數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到了一組三維熒光光譜。選取了懸鈴木和石楠兩組有代表性的數(shù)據(jù)，分析了它們?cè)诓煌δ軈^(qū)的三維熒光光譜特征。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析，可以觀察到懸鈴木和石楠在不同功能區(qū)熒光光譜特征的差異，這些差異可能反映了它們?cè)诓煌h(huán)境條件下的生長(zhǎng)和代謝過程，進(jìn)一步研究這些差異可以幫助我們更好地理解相關(guān)植被的生態(tài)適應(yīng)性和生化特性，從而進(jìn)一步為葉面顆粒物的研究打下夯實(shí)基礎(chǔ)。綜上所述，三維熒光光譜分析技術(shù)為我們提供了一種全面了解DOM熒光組信息的方法。通過分析懸鈴木、石楠等植物在不同功能區(qū)的三維熒光光譜特征，可以更深入地探究它們的來源和成分結(jié)構(gòu)，為環(huán)境領(lǐng)域的研究提供有力的工具。

從圖5可以看出，葉片顆粒中DOM的三維熒光光譜呈現(xiàn)鋸齒形特征，有明顯的熒光峰。在工業(yè)區(qū)的懸鈴木樣品中可以觀察到兩個(gè)熒光峰，類腐殖酸峰E和類富里酸峰A。其中E峰更明顯，說明該樣品腐殖化程度更高。這與前面提到的不同功能區(qū)E2/E3值的特征一致。

圖5 埇橋區(qū)不同功能區(qū)葉面顆粒物熒光光譜特征Fig.5 Fluorescence spectra of particulate matter in different functional areas of Yongqiao district

從農(nóng)業(yè)區(qū)懸鈴木樣品來看，有三個(gè)明顯的熒光峰，分別是類富里酸峰A、B和類腐殖酸峰E，其中熒光峰A最為突出，主要是由一些分子量小、熒光效率高的有機(jī)物引起的。這可能與DOM中的羧基有關(guān)，通常表示外源輸入。這與前面提到的對(duì)自生源的特征分析得出的結(jié)論是一致的。

在來自居民區(qū)的懸鈴木樣品中，熒光峰主要為類富里酸峰A，是由小分子量有機(jī)物引起的，也表明有外源輸入，與前面的結(jié)論一致。

在懸鈴木樣品中，農(nóng)業(yè)區(qū)和居民區(qū)熒光強(qiáng)度最高的波長(zhǎng)范圍大致相同，而工業(yè)區(qū)熒光強(qiáng)度最高的波長(zhǎng)范圍較低，這可能與工業(yè)區(qū)的位置有關(guān)，因?yàn)楣I(yè)區(qū)受化學(xué)物質(zhì)污染嚴(yán)重，顆粒中含有較多的有機(jī)物，而農(nóng)業(yè)區(qū)遠(yuǎn)離城市，且植被覆蓋率較高，受化學(xué)氣體和現(xiàn)代化工業(yè)的干擾較少。

3 結(jié) 論

本研究通過以宿州市埇橋區(qū)為代表的煤炭型城市不同功能區(qū)葉面顆粒物的總量及光譜信息得到以下結(jié)論：

(1)各功能區(qū)單位葉面積滯塵量差異顯著。工業(yè)區(qū)單位葉面積滯塵量最高，農(nóng)業(yè)區(qū)單位葉面積滯塵量最低。這主要是由于工業(yè)區(qū)內(nèi)集中了大量的工廠、大型發(fā)電廠等污染源設(shè)施。此外，很多工業(yè)區(qū)位于郊區(qū)，遠(yuǎn)離城市，人口相對(duì)較少，環(huán)境清潔度不夠，這也可能是工業(yè)區(qū)樹葉上有大量顆粒物的原因之一。居民區(qū)單位葉面積滯塵量高于農(nóng)業(yè)區(qū)的原因可能與城市中大量人為污染物有關(guān)；

(2)通過分析CDOM的相對(duì)濃度，居住區(qū)與工業(yè)區(qū)相對(duì)濃度狀況相似，而農(nóng)業(yè)區(qū)明顯減少。這與農(nóng)村原始環(huán)境保護(hù)政策密切相關(guān)，而居住區(qū)和工業(yè)區(qū)受現(xiàn)代工業(yè)影響較大，CDOM相對(duì)濃度也較高。從光譜斜率的比值來看，它與CDOM的相對(duì)濃度呈明顯的負(fù)相關(guān)，芳香性與疏水性顯著正相關(guān)。根據(jù)三種功能區(qū)的芳香性和疏水性的平均值得出，依次為工業(yè)區(qū)>居住區(qū)>農(nóng)業(yè)區(qū)。這一結(jié)論是通過對(duì)自身來源的分析得出的。SR值反映DOM的來源和類型。除農(nóng)業(yè)區(qū)月桂的DOM外，其他功能區(qū)各樹種的DOM均為外源性。說明農(nóng)業(yè)區(qū)生物量大于工業(yè)區(qū)和居民區(qū)。E2/E3代表有機(jī)質(zhì)腐殖化程度。其中，居住區(qū)受人類活動(dòng)影響較大，有機(jī)質(zhì)腐殖化程度最低。工業(yè)區(qū)的腐殖化程度最高，有可能受化學(xué)物質(zhì)污染嚴(yán)重，顆粒中含有較多的有機(jī)物，這可能與其人為干預(yù)較少有關(guān)；

(3)通過使用熒光分光光度計(jì)測(cè)得的數(shù)據(jù)可以制作熒光光譜圖，觀察熒光峰的位置和高度，可以很容易地比較不同功能區(qū)的同一物種的熒光光譜。結(jié)果表明，它們非常相似，包括熒光峰的位置，這與理論預(yù)期一致。工業(yè)區(qū)熒光峰主要為類腐殖酸峰E，表明其腐殖化程度較高，這與由E2/E3數(shù)值得出的結(jié)論特征是一致的；居民區(qū)熒光峰突出表現(xiàn)為類富里酸峰A，指示了其外源輸入的特征也與上文保持一致；

(4)本文在前人對(duì)葉面滯塵能力研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了宿州市埇橋區(qū)不同功能區(qū)不同樹種的葉片滯塵能力，為城市建設(shè)綠化工作的規(guī)劃和選擇提供了理論依據(jù)，為葉面滯塵能力相關(guān)的研究提供了有效數(shù)據(jù)依據(jù)。同時(shí)，通過對(duì)葉面顆粒物的紫外光譜分析，對(duì)CDOM的相對(duì)濃度、自生源數(shù)值、芳香性和疏水性、DOM分子量等方面進(jìn)行了探索和分析，更為進(jìn)一步研究宿州市市大氣污染物類別特征和大氣降水的影響機(jī)制提供思路。

綜上所述，通過研究不同功能區(qū)內(nèi)不同木本植物葉片對(duì)顆粒物的滯留能力和光譜特征，可以揭示城市不同功能區(qū)的顆粒物污染現(xiàn)狀，并為選擇適宜的綠化植被類型提供重要參考。同時(shí)，對(duì)工業(yè)區(qū)空氣質(zhì)量的管理也需要加強(qiáng)，以減少葉面顆粒物的含量和復(fù)雜有機(jī)質(zhì)的組成。