Name: assessing the particulate matter removal abilities of tree leaves
Uploaded: 2018-10-07T15:00:00
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这项工作得到了中央大学 (2017ZY21) 和中国国家自然科学基金 (21607038) 基础研究基金的支持。

1. PM 的叶收集、洗脱和质量测量
<ol><li>选择五个健康的个体树 (即,五复制) 的每个树种在乳房高度相似直径。从中冠层的外冠四方向随机收集四个较大的分支, 并切断所有完整的叶子。 注: 所有用于叶取样的植物, 应分别位于长度和宽度约为250米和60公尺的绿化地带, 以确保这些树木的环境条件 (风、光和雨) 相似。该议定书所用的叶子在 10月15日 (短尘保留期) 和 10月25日 (长尘保留期 (LDR) ?...

<ol>
	<li>Baidurela, A., Halik, U., Aishan, T., Nuermaimaiti, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maximum+dust+retention+of+main+greening+trees+in+arid+land+oasis+cities,+Northwest+China.">Maximum dust retention of main greening trees in arid land oasis cities, Northwest China.</a> Scientia Silvae Sinicae. 51, 57-63 (2015).</li><li>Fan, S. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dust+capturing+capacities+of+twenty-six+deciduous+broad-leaved+trees+in+Beijing.">Dust capturing capacities of twenty-six deciduous broad-leaved trees in Beijing.</a> Chinese Journal of Plant Ecology. 39, 736-745 (2015).</li><li>Dzierzanowski, K., Gawro&#324;ski, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+trees+for+reducing+particulate+matter+pollution+in+air.">Use of trees for reducing particulate matter pollution in air.</a> Challenges of Modern Technology. 2, 69-73 (2011).</li><li>Przybysz, A., S&#230;b&#248;, A., Hanslin, H. M., Gawro&#324;ski, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accumulation+of+particulate+matter+and+trace+elements+on+vegetation+as+affected+by+pollution+level,+rainfall+and+the+passage+of+time.">Accumulation of particulate matter and trace elements on vegetation as affected by pollution level, rainfall and the passage of time.</a> Science of the Total Environment. 481, 360-369 (2014).</li><li>Chen, L. X., Liu, C. M., Zou, R., Yang, M., Zhang, Z. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+examination+of+effectiveness+of+vegetation+as+bio-filter+of+particulate+matter+in+the+urban+environment.">Experimental examination of effectiveness of vegetation as bio-filter of particulate matter in the urban environment.</a> Environmental Pollution. 208, 198-208 (2016).</li><li>Zhang, Z. D., Xi, B. Y., Cao, Z. G., Jia, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exploration+of+a+quantitative+methodology+to+characterize+the+retention+of+PM2.5+and+other+atmospheric+particulate+matter+by+plant+leaves:+Taking+Populus+tomentosa+as+an+example.">Exploration of a quantitative methodology to characterize the retention of PM2.5 and other atmospheric particulate matter by plant leaves: Taking Populus tomentosa as an example.</a> Chinese Journal of Applied Ecology. 25, 2238-2242 (2014).</li><li>Zhang, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+on+the+Existing+Shrubs+of+the+Road+in+Changchun+and+the+Dust+Retention+Capacity+of+the+Three+Shrubs.">Studies on the Existing Shrubs of the Road in Changchun and the Dust Retention Capacity of the Three Shrubs.</a> Jilin Agricultural University. , (2013).</li><li>Beckett, K. P., Freer-Smith, P., Taylor, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effective+tree+species+for+local+air-quality+management.">Effective tree species for local air-quality management.</a> Journal of Arboriculture. 163, 12-19 (2000).</li><li>Wang, H. X., Shi, H., Wang, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+the+captured+quantity+of+particulate+matter+by+plant+leaves+under+typical+weather+conditions.">Dynamics of the captured quantity of particulate matter by plant leaves under typical weather conditions.</a> Acta Ecologica Sinica. 35, 1696-1705 (2015).</li><li>Wang, Z. H., Li, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capacity+of+dust+uptake+by+leaf+surface+of+Euonymus+Japonicus+Thunb.+and+the+morphology+of+captured+particle+in+air+polluted+city.">Capacity of dust uptake by leaf surface of Euonymus Japonicus Thunb. and the morphology of captured particle in air polluted city.</a> Ecology &amp; Environment. 15, 327-330 (2006).</li><li>Liu, H. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+the+Role+of+Ultrasonic+Cleaning+in+Quantitative+Evaluation+of+the+Retention+of+Tree+Leaves+to+Atmospheric+Particles:+A+Case+Study+with+Ginkgo+biloba.">Analysis of the Role of Ultrasonic Cleaning in Quantitative Evaluation of the Retention of Tree Leaves to Atmospheric Particles: A Case Study with Ginkgo biloba.</a> Scientia Silvae Sinicae. 52 (12), 133-140 (2016).</li><li>Chen, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dust+absorption+effect+of+urban+conifers+in+Northeast+China.">Dust absorption effect of urban conifers in Northeast China.</a> Chinese. Journal of Applied Ecology. 14 (12), 2113-2116 (2003).</li><li>Li, H., Yang, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+of+suspended+particulates+adhering+to+salt+marsh+plants.">Changes of suspended particulates adhering to salt marsh plants.</a> Acta Oceanolo Giga Sinica. 32 (1), 114-119 (2010).</li><li>Nguyen, T., Yu, X. X., Zhang, Z. M., Liu, M. M., Liu, X. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationship+between+types+of+urban+forest+and+PM2.5+capture+at+three+growth+stages+of+leaves.">Relationship between types of urban forest and PM2.5 capture at three growth stages of leaves.</a> Journal of Environmental Sciences. 27 (1), 33-41 (2015).</li><li>Fan, S. X., Li, X. P., Han, J., Cao, Y., Dong, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Field+assessment+of+the+impacts+of+landscape+structure+on+different-sized+airborne+particles+in+residential+areas+of+Beijing,+China.">Field assessment of the impacts of landscape structure on different-sized airborne particles in residential areas of Beijing, China.</a> Atmospheric Environment. 166, 192-203 (2017).</li><li>Liu, J. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+based+investigation+on+particulate+size+distribution+and+retention+efficiency+of+particulate+matters+retained+on+tree+leaves-Taking+Ginkgo+biloba+and+Pinus+tabuliformis+as+examples.">Ultrasonic based investigation on particulate size distribution and retention efficiency of particulate matters retained on tree leaves-Taking Ginkgo biloba and Pinus tabuliformis as examples.</a> Chinese Journal of Applied Ecology. 40, 798-809 (2016).</li><li>Yao, X. Y., Hu, Y. S., Liu, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dust-retention+effect+of+8+common+greening+Tree+Species+in+Beijing.">Dust-retention effect of 8 common greening Tree Species in Beijing.</a> Journal of Northwest Forestry University. 29, 92-95 (2014).</li><li>Wang, H. X., Shi, H., Wang, Y. H., Duan, J., Wang, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+surface+structure+on+the+particle+size+distribution+captured+by+Ligustrum+lucidum.">Influence of surface structure on the particle size distribution captured by Ligustrum lucidum.</a> Journal of Safety &amp; Environment. 1, 258-262 (2015).</li></ol>

准确、正确地收集叶片表面的 pm 是评价不同树种的 pm 去除能力的基础。然而, 传统的清洗方法 (WC 或加 BC) 不能完全去除叶片表面的灰尘, 这已经证实了扫描电镜10。本研究进一步表明了这一点 (图 1、图 2、 图 3、图 4和图 5)。研究表明, 如果只将 WC 应用?...

不同树种从环境空气中去除 pm 的能力可以通过量化在叶表面保留的 pm 质量来评估。为了达到这个目的, 减法方法1,2, 膜过滤法3,4,5, 和洗脱称量法加上粒度分析6已用于定量估算 pm2.5 (直径≤2.5 µm)、pm10 (直径≤10µm) 或总悬浮微粒 (TSP) 在叶片上的质量。然而, 这些方法的准确性主要取决于它们在叶表面上的收集 PM 的性能。目前, 在相关研究中使用的常规叶清洗方法通常包括一到两个步骤, 即只有水洗 (使用去离子水浸泡和冲洗叶子)3,7或加刷5,8,9. 然而, 一些研究10,11表明, 在叶表面 PM 不能完全洗脱的传统清洗方法。超声波清洗具有速度快、质量高、对物体表面损伤小等优点, 具有很大的应用潜力, 可用于收集具有复杂显微组织的叶片表面的 PM。目前, 超声波清洗已被应用于一些研究中, 以收集在叶表面保留的 PM (即把叶子放到去离子水中, 并使用超声波清洗剂洗脱 pm)12,13。然而, 这种方法仅作为一种对叶清洁方法的补充, 而不知道超声波清洗对从叶表面收集 PM 是否有积极影响, 其最佳操作参数也不清楚。我们以前的研究表明, 在银杏叶表面保留的 PM 可以完全洗脱, 而不破坏叶片表面, 如果适当的超声波清洗程序补充到常规清洗方法11.然而, 超声波清洗参数 (超声波功率、时间等信息) 对不同植物种类的稳定性和一般适用性仍不清楚。
目前, 单位叶面积 pm2.5、pm10或 TSP 的质量经常被用来评估不同树种从环境空气14、15中去除 pm 的能力。在自然条件下, 在叶表面保留的 pm 可分为两部分: 第一部分是由于风和降雨的影响, 可脱落叶的 pm, 而另一部分是紧附着在叶表面的 pm, 不能是 easily 被雨水冲走了。然而, 很少有研究集中在两种类型的 PM 在叶表面的质量。此外, 在不同的研究中, 叶的保持期有很大差异。因此, 如果采用单位叶面积的 pm 质量来评估16树的 pm 去除能力, 则这些研究结果的可比性将较差。因此, 提出了 pm 保留效率 (单位叶面积的 pm 质量) 作为替代方案, 以评估城市树木5、17的 pm 净化效果。总的来说, 在这方面还缺乏研究。对不同树种进行相关研究是非常必要的, 为准确评价不同树种的 PM 去除能力提供方法基础和数据支持。
在这里, 选择了三种阔叶林树种 (垂柳、槐、柳) 和两种 needleleaf 树种 (tabuliformis 松、柏草) 评价其 PM 去除两个 PM 保持期的能力。西土城公园 (39.97° N, 116.36° E) 的叶片取样点位于北京一个污染严重的地区。本研究的三个具体目标是: (1) 评估不同的叶清洁方法 (水清洗 (WC), 刷清洗 (BC) 和超声波清洗 (UC) 的效率, 在洗脱的 PM 在叶子上, (2), 以验证的效果, 超声波清洗对洗脱 pm, (3) 评估不同树种对 pm1、pm2.5、pm5、pm10和 TSP 的保留效率。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1519px;" width="1518">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:349px;">MSA2258-1CE-DU ten-thousandth scale</td>
			<td style="width:328px;">Sartorius Scientific Instruments (Beijing) Co., Ltd.</td>
			<td style="width:153px;">MSA2258-1CE-DU</td>
			<td style="width:688px;">precision: 0.01 mg</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;">The IS13320 laser granularity instrument</td>
			<td>Beckman Coulter, Brea, USA</td>
			<td>IS13320</td>
			<td>working conditions: liquid/power samples; particle size range of measurement: 0.017-2000 &#956;m</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">Epson Twain Pro high-quality scanner</td>
			<td>Seiko Epson, Nagano, Japan</td>
			<td>expression1680</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">Automatic image analysis software WinRHIZO</td>
			<td>Regent Instruments Inc., Quebec, Canada</td>
			<td>WinRHIZO Pro 2013a</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assessing the particulate matter removal abilities of tree leaves

根据传统的清洗方法 (水清洗 (WC) + 刷子清洗 (BC)), 本研究评估了超声波清洗 (UC) 对收集各种大小颗粒物质 (PM) 在叶片表面保留的影响。进一步对不同大小的 pm 叶的保留效率进行了表征, 这将有助于评估城市树木从环境空气中定量去除 pm 的能力。
以三种阔叶树种 (银杏、槐、 柳垂柳) 和两 needleleaf 树种 (tabuliformis 松、柏草) 为研究对象, 对叶片样品进行了收集了4天 (短期 pm 保留期) 和14天 (长 pm 保留期) 后的最新降雨量。用 WC、BC 和 UC 等方法收集了在叶表面保留的 PM。然后, 计算了叶片 (AE叶) 对三种不同尺寸 pm 的保留效率, 包括易于拆卸的 pm (ERP)、难以移除的 pm (DRP) 和完全可移动的 pm (激进党)。只有大约 23%-45% 的总 PM 保留在叶子可以被清除和收集由 WC。当叶片通过 wc + bc 清洗时, 对不同树种的 pm 保留能力的估计在不同大小的 pm 的范围内为 29%-46%. 如果 UC 被补充到 WC + bc, 几乎所有保留在叶子上的 PM 可以被去除。
总之, 如果在传统的清洗方法后补充 UC, 可以洗脱和收集更多的叶表面 PM。本研究开发的程序可用于评价不同树种的 PM 去除能力。

在自然条件下, 在叶表面保留的 PM 有两种类型。在自然条件下, 由于降雨和风力, PM 容易脱落, 被定义为容易移动的微粒物质 (ERP)。此类 pm 由 WC 在本研究中的洗脱代表。严格遵守叶表面, 不容易被 BC 和 UC 洗掉的 PM 被定义为难以去除的微粒物质 (DRP)。这种 PM 不能被自然降雨和风力洗脱。
不同清洗步骤对不同大小的 PM 洗脱的质?...

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Assessing the Particulate Matter Removal Abilities of Tree Leaves

树叶颗粒物去除能力的评价

采用超声波清洗法对洗脱后的颗粒物 (pm) 进行了洗脱, 采用常规清洗方法 (仅水清洗或水清洗加刷清洗)。该方法有助于提高叶片 PM 保持能力的估计精度。

Based on the conventional cleaning methods (water cleaning (WC) + brush cleaning (BC)), this study evaluated the influence of ultrasonic cleaning (UC) on ...

该方法有助于回答城市森林与颗粒物污染领域关系中的关键问题，如如何选择具有高颗粒物去除能力的树种。该技术的主要优点是，通过完全收集保留在叶面上的PM，可以准确定量地评估树木的PM去除能力。首先，在每个树种的乳房高度选择五棵直径相似的健康个体树。然后，随机收集四个较大的分支从四个方向的外冠在中间的树冠层，并切断所有完整的叶子。将叶子放在标有的阀门袋中，然后将袋子运送到实验室并存放在冰箱中。接下来，在80摄氏度的烤箱中清洗和干燥烧杯。在称重之前，将烧杯与室温和湿度平衡。在此之后，将随机选择的叶子放入其中一个大烧杯中。然后，加入270毫升DI水烧杯 A，并完全浸入叶子。用玻璃棒在一个方向上搅拌水60秒。然后，均匀地将水闸倒入三个较小的烧杯中。接下来，将270毫升DI水加入不同的大型烧杯中，将叶子再次浸入水中。使用尼龙刷，用 DI 水擦洗叶表面，注意避免破坏叶微观结构。接下来，用可挤压的瓶子将叶子用一个精致的尖端清洗，然后将它们转移到一个新的大型烧杯中。在此之后，将洗净剂倒入一组干净的三个小烧杯中。将 270 毫升 DI 水加入大烧杯，然后再次将叶子浸入水中。然后，将烧杯放在超声波清洗机中 3 至 10 分钟，然后用玻璃棒向一个方向搅拌叶子。然后，将叶子转移到一个新的大烧杯。接下来，将水闸倒入一套新的三个小烧杯中。用干净的滤纸覆盖三台小烧杯的每套，并在烘干炉中将烧杯干燥五天，或直到烧杯的质量保持不变。之后，将烧杯放在实验室的长椅上 30 分钟，并测量每个烧杯的质量。首先，在每个小烧杯中加入50毫升DI水。然后，将烧杯放在超声波清洗机中 30 分钟，直到 PM 在液体中分散。将烧杯中的上一液添加到激光粒度仪器中，并测量各种清洁步骤中洗脱的 PM 的大小分布。接下来，将叶子铺在塑料板上，然后用扫描仪扫描叶子。最后，使用图像分析软件估计树叶的表面面积和投影面积。在这项研究中，PM通过不同的清洁方法从五种树的叶子上洗出。在补充超声波清洁到水清洁加刷子清洁后，从叶表面洗出大量不同尺寸的 PM。在短的防尘和长的防尘期下，五种树种不同大小PM的平均洗除比例分别是41%和36%。在尝试此程序时，必须记住严格控制超声波脉冲和超声波时间。按照此过程，可以执行其他方法，如收集保留在蜡状叶层中的 PM，以便回答其他问题，如表面和蜡状叶层中 PM 质量的产生。该技术开发后，为森林和颗粒物污染领域的研究铺平了道路，以探索在选择具有微粒物质去除能力的树种时留在树叶上的颗粒物。

Research

JoVE Journal

Environment

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