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Articolo metodologico

Valutare le capacità di rimozione del particolato di albero foglie

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DOI:

10.3791/58026

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7 ottobre 2018

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1Key Laboratory of Silviculture and Conservation of Ministry of Education, Beijing Forestry University, 2School of Environment, Key Laboratory for Yellow River and Huai River Water Environment and Pollution Control, Ministry of Education, Henan Key Laboratory for Environmental Pollution Control, Henan Normal University

* These authors contributed equally

In questo articolo

Sommario

Il metodo di pulizia ad ultrasuoni è stato applicato per eluire il particolato (PM) conservato su superfici foglia dopo PM è stato eluito dei metodi convenzionali di pulizia (lavaggio solo con acqua o acqua di pulizia più spazzola di pulizia). La metodologia può contribuire a migliorare l'accuratezza della stima per PM capacità di ritenzione delle foglie.

Abstract

Basato sui metodi di pulizia convenzionali (acqua pulizia (WC) + spazzola di pulizia (BC)), questo studio ha valutato l'influenza di lavaggio ad ultrasuoni (UC) sulla raccolta di varie dimensione particolato (PM) mantenuto su superfici di foglia. Più ulteriormente abbiamo caratterizzato l'efficienza di ritenzione delle foglie di varie dimensioni PM, che aiuterà a valutare le capacità di alberi urbani per rimuovere quantitativamente PM dall'aria ambiente.

Prendere tre specie di alberi di latifoglie (Ginkgo biloba, Estratto di Sophora japonica e Salix babylonica) e due specie di aghifoglie albero (Pinus tabuliformis e Sabina chinensis) come gli oggetti di ricerca, sono stati campioni di foglia raccolti 4 (breve periodo di conservazione del PM) e 14 giorni (periodo di conservazione lungo PM) dopo le ultime piogge. PM mantenuto sulle superfici foglia è stato raccolto per mezzo di WC, BC e UC in sequenza. Quindi, l'efficienza di ritenzione delle foglie (AEfoglia) a tre tipi del PM di dimensioni varie, tra cui PM facilmente rimovibili (ERP), difficile da rimuovere PM (DRP) e totalmente rimovibile PM (TRP), sono stata calcolata. Solo circa il 23% - 45% del totale PM mantenuto su foglie potrebbe essere pulito fuori e raccolte da WC. Quando le foglie sono state pulite attraverso WC + BC, la sottovalutazione delle capacità di ritenzione di PM di varie specie di alberi era nella gamma del 29% - 46% per varie dimensioni del pomeriggio quasi tutti i PM mantenuto sui fogli potrebbe essere rimosso se UC è stata completata per WC + BC.

In conclusione, se l'UC è stato completato dopo i metodi di pulizia convenzionali, più PM su superfici foglia potrebbe essere eluite e raccolti. La procedura sviluppata in questo studio può essere utilizzata per valutare le capacità di rimozione di PM di varie specie di alberi.

Introduzione

Le abilità delle varie specie di alberi per rimuovere PM da aria ambiente possono essere valutate attraverso la quantificazione della massa di PM mantenuto su superfici di foglia. Per raggiungere questo obiettivo, sono stati la sottrazione metodo1,2, la membrana filtro metodo3,4,5e il metodo di eluizione di pesatura accoppiato con particella dimensione analisi6 applicati per valutare quantitativamente la massa di PM2.5 (diametro ≤ 2,5 µm), PM10 (diametro ≤ 10 µm) o particolato sospeso totale (TSP) mantenuto sulle foglie. Tuttavia, la precisione di questi metodi dipende fondamentalmente dalle loro performance nella raccolta PM mantenuto sulle superfici di foglia. Allo stato attuale, la foglia convenzionale utilizzato in studi correlati spesso il metodo di pulizia include uno o due passaggi, vale a dire solo acqua lavaggio (ammollo e sciacquare le foglie con acqua deionizzata)3,7 o più spazzolatura5, 8 , 9. Tuttavia, alcuni studi10,11 hanno dimostrato che PM su superfici di foglia, potrebbe non essere completamente eluito secondo il metodo convenzionale di pulizia. Come pulizia ultrasonica presenta i vantaggi di ad alta velocità, alta qualità e poco danno alla superficie dell'oggetto, ha grande potenziale per essere utilizzato per raccogliere il PM mantenuto su superfici di foglia con microstrutture complesse. Allo stato attuale, il lavaggio ad ultrasuoni è stato applicato in alcuni studi per raccogliere PM mantenuto su superfici di foglia (vale a dire, mettere le foglie in acqua deionizzata e utilizzare il pulitore ad ultrasuoni per eluire PM)12,13. Tuttavia, questo metodo viene utilizzato solo come complemento di una foglia di metodo, di pulizia, mentre non è noto se la pulizia ad ultrasuoni ha un effetto positivo sulla raccolta PM dalle superfici di foglia e propri parametri di funzionamento ottimale non sono chiare. La nostra ricerca precedente ha indicato che il PM trattenuto sulla superficie della foglia di Ginkgo biloba potrebbe essere eluito completamente senza distruggere le superfici di foglia, se una corretta procedura di pulizia ad ultrasuoni è stata completata per il metodo di pulizia convenzionale11 . Tuttavia, la stabilità e l'applicabilità generale della pulizia ad ultrasuoni parametri (potenza ultrasonica, tempo e altre informazioni) di specie di piante diverse, vivendo periodi di conservazione diversi polvere non sono ancora chiari.

Attualmente, la massa di PM2.5, PM10o TSP su unità di superficie di foglia spesso è stata utilizzata per valutare le abilità delle varie specie di alberi per rimuovere PM da aria ambiente14,15. Sotto la condizione naturale, il PM mantenuto su superfici foglia possa essere classificato in due parti: la prima parte è il PM che può cadere foglie a causa degli effetti del vento e pioggia, mentre l'altra parte è il PM che è strettamente rispettato per foglia delle superfici e non può essere ea sily lavato via dalla pioggia. Tuttavia, pochi studi hanno messo a fuoco sulla massa di entrambi i tipi di PM su superfici di foglia. Inoltre, i periodi di conservazione PM di foglie in diversi studi differiscono enormemente. Così, la comparabilità dei risultati di questi studi saranno povera, se la massa di PM trattenuti sulla superficie fogliare unità è adottata per valutare le capacità di rimozione di PM di alberi16. Di conseguenza, l'efficienza di ritenzione PM (la massa di PM trattenuti sulla superficie fogliare unità per unità di tempo), in alternativa, è stato proposto di valutare gli effetti di purificazione di PM di alberi urbani5,17. In generale, c'è ancora una mancanza di ricerca in questo aspetto. È estremamente necessario svolgere studi rilevanti per le diverse specie di fornire dati e metodologico basic supportano per valutare con precisione le capacità di rimozione di PM di varie specie di alberi.

Qui, tre specie di alberi di latifoglie (g. biloba, Estratto di Sophora japonicae Salix babylonica) e due specie di albero di aghifoglie (Pinus tabuliformis e Sabina chinensis) sono stati selezionati per valutare la loro rimozione di PM abilità in due periodi di conservazione PM. Il sito di campionamento foglia era nel parco di Xitucheng (39,97 ° N, 116,36 ° E), situato in una zona con forte inquinamento di Pechino. I tre obiettivi specifici di questo studio erano: (1) per valutare l'efficienza di pulizia metodi (pulizia dell'acqua (WC), pulizia a spazzola (BC) e pulizia ad ultrasuoni (UC)) in medicati il PM sulle foglie, (2) per verificare l'effetto di lavaggio ad ultrasuoni su foglie di diverse eluizione PM e (3) per valutare l'efficienza di ritenzione di varie specie di alberi a PM1, PM2.5, PM5, PM10e TSP.

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Protocollo

1. foglia collezione, eluizione e misurazione della massa di PM

  1. Selezionare cinque sani singoli alberi (vale a dire, cinque repliche) di ogni specie di albero con diametro simile a petto. Raccogliere quattro rami più grandi in modo casuale da quattro direzioni del baldacchino esterno nello strato centrale baldacchino e tagliare tutte le foglie intatte.
    Nota: Tutte le piante per il campionamento di foglia dovrebbero trovarsi strettamente in una striscia di inverdimento con lunghezza e larghezza di circa 250 e 60 m, rispettivamente, per garantire che le condizioni ambientali (vento, luce e pioggia) di questi alberi sono simili. Le foglie utilizzate nel protocollo sono stati raccolti il 15 ottobre (periodo di conservazione (SDR) polvere breve) e il 25 ottobre (lungo periodo di conservazione (LDR) polvere) nel 2014, che erano 4 e 14 giorni dopo l'ultima pioggia (> 15 mm), rispettivamente. I livelli medi di PM sotto a breve e lungo polvere periodo di mantenimento (cioè, l'intervallo tra l'ultima pioggia e il tempo di campionamento di foglia) nel nostro esperimento sono stati 26 (PM2.5), 57 (PM10) e 111 (PM2.5), 160 µ g/m3 (PM10), rispettivamente.
    1. Mettere le foglie campionate in sacchi a valvola con etichetta e trasportare i sacchetti al laboratorio immediatamente. Conservare i campioni di foglia in frigo.
  2. Lavare e asciugare i bicchieri nel forno a 80 ° C. Equilibrare i becher a temperatura ambiente e umidità e pesare i bicchieri vuoti (W1).
  3. Selezionare una certa quantità di foglie dai campioni di foglia e mettere le foglie in un becher da 1000 mL (Beaker A) in modo casuale.
    Nota: L'area di foglia è circa 2000 cm2, in grado di garantire tutte le foglie possono essere completamente immerso nell'acqua e la polvere eluita ha un peso sufficiente per essere pesato accuratamente.
  4. Aggiungere il bicchiere A 270 mL di acqua deionizzata e immergere le foglie in acqua completamente.
    1. Mescolare l'acqua per 60 s con una bacchetta di vetro in una direzione (frequenza: 2 secondi per una rotazione). In seguito, versare l'eluente in tre bicchieri piccoli di 100 mL (Beaker una) in modo uniforme.
    2. Lavare le foglie utilizzando una bottiglia squeeze mancia bene con 30 mL di acqua deionizzata e trasferire le foglie lavate in un becher da 1000 mL (Beaker B). Versare l'eluente tre bicchiere piccolo di 100 mL (Beaker una) in modo uniforme.
  5. Aggiungere 270 mL di acqua deionizzata al Beaker B e immergere le foglie in acqua nuovamente. Quindi è possibile utilizzare una spazzola in nylon per strofinare la superficie fogliare (immissione sul piatto sottile piatto di plastica) con acqua deionizzata ed evitare di distruggere la microstruttura della superficie fogliare. Versare l'eluente in tre bicchieri piccoli di 100 mL (Beaker b).
    1. Lavare le foglie con la bottiglia squeezable punta fine con 30 mL di acqua deionizzata e trasferire le foglie in un becher da 1000 mL (Becher C). Versare l'eluente in tre piccole becher da 100 mL (Beaker b).
  6. Aggiungere 270 mL di acqua deionizzata al Becher C e immergere le foglie in acqua nuovamente.
    1. Inserire il contenitore di vetro della macchina di pulizia ultrasonica. Utilizzando una potenza ultrasonora di 500 W, pulito per 3 min e 10 min per le foglie delle specie arboree latifoglie e aghifoglie, rispettivamente. Mescolare le foglie con una bacchetta di vetro in una direzione (frequenza: 2 secondi per uno cerchio) contemporaneamente.
    2. Lavare le foglie con la bottiglia squeezable punta fine con 30 mL di acqua deionizzata e versare l'eluente in tre bicchieri piccoli di 100 mL (Becher c).
  7. Coprire un pezzo di carta da filtro pulito (diametro = 11 cm, superficie = 94,99 cm2) su ogni bicchiere (a, b, c) e asciugare i bicchieri nel forno a 80 ° C per circa 5 giorni fino a quando la massa di bicchieri diventa costante.
    1. Mettere i bicchieri in una camera di equilibrio per equilibrare la temperatura e l'umidità per 30 min e pesare la massa di ciascun becher da mL 100 (W2). Calcolare la massa di PM eluiti di ogni fase di pulizia da W2-W1.

2. misurazione della distribuzione dimensionale di PM e Area fogliare

  1. Aggiungere 50 mL di acqua deionizzata in ogni bicchiere pesato (a, b, c) cui sopra e mettere queste coppe in una macchina di pulizia ultrasonica per 30 min fino a quando il PM si disperde in acqua deionizzata.
  2. Aggiungere il supernatante in Becher (a, b, c) per lo strumento di granularità del laser e misurare la distribuzione di dimensione delle PM eluiti di differenti fasi di lavaggio.
    1. Assumere le percentuali di volume misurato per essere massa percentuali (Q) di particelle di diverse dimensioni. Calcolare la percentuale di particelle di diverse dimensioni eluiti di ogni fase di pulizia dall'equazione (1):
      figure-protocol-1(1)
      dove P,i, j rappresenta la massa percentuale (%) delle particelle all'interno della classe di diametro di j eluito dalle superfici di foglia per il pulizia passo io; W rappresenta la massa totale (g) di tutte le particelle di dimensioni eluiti dopo il pulizia passo io; Qi, j rappresenta la percentuale in massa (%) delle particelle all'interno della classe di diametro di j in massa totale PM eluita dopo il pulizia passo io; i è la fase di pulizia (cioè, WC, BC e UC); e j è la classe di diametro, che è stata impostata per d ≤ 1 µm (PM1), 1 < d ≤ 2,5 µm (PM1-2.5), 2.5 < d ≤ 5 µm (PM2,5-5), 5 < d ≤ 10 µm (PM5-10), d > 10 µm (PM> 10) nello studio presente.
  3. Foglie di diffusione sulla plastica bordo e analizzare le foglie con uno scanner di alta qualità. Utilizzare software di analisi automatica dell'immagine per stimare la superficie e la superficie proiettata di foglie.
    Nota: Il protocollo può essere messo in pausa qui.

3. analisi e presentazione di dati

  1. Calcolare il totale rimovibile particolato (TRP) come la somma del ERP e DRP che possono essere eluiti di WC + BC + UC.
  2. Sotto i periodi di conservazione diversi polvere, calcolare la massa totale del PM all'interno di una classe di specificdiameter mantenuta sulle foglie come la somma della massa del PM all'interno della classe di diametro corrispondente eluiti delle diverse fasi di pulizia (cioè, WC, BC e UC).
    1. Utilizzando questi dati e i dati di zona di foglia, calcolare l'efficienza di ritenzione (AEfoglia) di particelle di dimensioni diverse su superficie foglia unitaria utilizzando l'equazione (2):
      figure-protocol-2(2)
      dove LZj e SZj sono la massa (g) delle particelle all'interno della classe di diametro di j mantenuto su unità di superficie foglia sotto i periodi di LDR e SDR, rispettivamente; LT e ST sono i numeri di giorni nei periodi di LDR e SDR, rispettivamente.
  3. Svolgimento di tutte le analisi statistiche con software SPSS.
    1. Utilizzare il test di Kolmogorov-Smirnov e il test di Levene per verificare le ipotesi di ANOVA di normalità e l'omogeneità delle varianze, rispettivamente, per le percentuali di eluizione delle particelle di diverse dimensioni e i dati di capacità di conservazione PM.
    2. Applicare il One-way ANOVA per studiare gli effetti delle diverse fasi di pulizie alle percentuali di eluizione delle particelle di dimensioni diverse in vari periodi di conservazione di polvere. Utilizzare test di Duncan (P = 0,05) per rilevare le differenze significative tra le diverse fasi di lavaggio.

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Risultati

Il PM mantenuto su superfici foglia aveva due tipi in condizioni naturali. Il PM si stacca facilmente dalla pioggia e vento in condizioni naturali è definito come il particolato facilmente rimovibile (ERP). Questo tipo di PM era rappresentato dal PM eluiti di WC in questo studio. Il PM che aderisce strettamente per foglia delle superfici e non può essere facilmente lavato via dalla BC e UC è definito come il particolato difficile da rimuovere (DRP). Questo tipo di PM non può essere eluito...

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Discussione

Raccolta accurata e corretta del PM mantenuto sulle superfici della foglia è la base per valutare le capacità di rimozione di PM di varie specie di alberi. Tuttavia, il metodo di pulizia convenzionale (WC o plus BC) non è possibile rimuovere completamente la polvere su superfici di foglia, che è stata confermata tramite la scansione microscopia elettronica10. Questo è stato ulteriormente dimostrato chiaramente dal presente studio (Figura 1, Figura...

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Dichiarazioni

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Ringraziamenti

Questo lavoro è stato sostenuto dai fondi di ricerca fondamentali per le Università centrale (2017ZY21) e la Fondazione di scienza naturale nazionale della Cina (21607038).

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
MSA2258-1CE-DU scala diecimillesimaSartorius Scientific Instruments (Beijing) Co., Ltd.MSA2258-1CE-DUprecisione: 0,01 mg
Il IS13320 strumento di granularità laserBeckman Coulter, Brea, USAIS13320condizioni di lavoro: campioni liquidi/di potenza; intervallo di misura delle dimensioni delle particelle: 0,017-2000 &; m
Scanner di alta qualità Epson Twain ProSeiko Epson, Nagano, Giapponeexpression1680
Software di analisi automatica delle immagini WinRHIZORegent Instruments Inc., Quebec, CanadaWinRHIZO Pro 2013a

Riferimenti

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