Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Оценке возможности удаления частиц дерева листья

6.1K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/58026

⸱

7 октября 2018 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

Метод ультразвуковой очистки был применен к элюировать твердых частиц (ТЧ) сохраняется на поверхности листьев, после вечера был этого eluted путем обычных методов очистки (только очистки воды или очистки воды плюс кисти очистки). Методология может помочь улучшить точность оценки для вечера водоудерживающего потенциала листьев.

Аннотация

Основываясь на обычных методов очистки (воды, очистка (WC) + щетка очистки (BC)), это исследование оценивается влияние ультразвуковой очистки (UC) на сбор различных размера твердых частиц (ТЧ), сохранил на поверхности листьев. Мы далее охарактеризовал эффективность удержания листьев различных размеров вечера, который поможет оценить способности городских деревьев для удаления вечера из окружающего воздуха количественно.

Принимая три широколистных деревьев (гинкго билоба, Софора японская и Ива вавилонская) и двух видов деревьев needleleaf (Pinus tabuliformis и Сабина chinensis) как объекты исследования, лист образцы были собрал 4 дня (короткий срок хранения ПП) и 14 дней (срок хранения длинные вечера) после последнего дождя. Вечера, сохранил на поверхности листьев были собраны посредством WC, BC и UC в последовательности. Затем эффективность удержания листьев (листAE) для трех видов различных размера ТЧ, включая легко снимаемые вечера (ERP), трудно удалить вечера (DRP) и полностью съемные вечера (ГТО), были рассчитаны. Только около 23% - 45% общего листья вечера на можно счистить и собранные WC. Когда листья были очищены через WC + БК, недооценка вечера водоудерживающего потенциала видов различных деревьев был в диапазоне от 29% - 46% для различных размеров PM. почти все вечера, сохранил на листьях могут быть удалены, если UC был дополнен для WC + до н. Э.

В заключение Если UC была дополнена после обычных методов очистки, больше вечера на поверхности листьев может этого eluted и собраны. Процедуры, разработанные в этом исследовании может использоваться для оценки способности удаления вечера видов различных деревьев.

Введение

Способности видов различных деревьев для удаления вечера из окружающего воздуха может быть оценена путем количественного определения массы ТЧ, сохранил на поверхности листьев. Для достижения этой цели, были метод вычитания,1,,2,4,3,мембраны фильтра метод5и весом элюции метод, в сочетании с анализа размера частиц6 применяется к количественно оценить массу PM2.5 (диаметром ≤ 2,5 мкм), пп10 (диаметром ≤ 10 мкм) или всего взвешенных частиц (ОВЧ), сохранил на листьях. Однако точность этих методов в основном зависит от их производительности в сборе вечера, сохранил на поверхности листьев. В настоящее время обычных листьев, очистки метод, используемый в соответствующих исследованиях часто включает в себя один или два шага, а именно только воду стиральная (замочить и промыть листья с помощью деионизированной воды)3,7 или плюс чистки5, 8 , 9. Однако, некоторые исследования по10,11 продемонстрировали, что вечера на поверхности листьев может не быть этого eluted полностью методом обычной уборки. Ультразвуковая очистка имеет преимущества высокая скорость, высокое качество и мало повреждения на поверхности объекта, он имеет большой потенциал, чтобы быть использованы для сбора вечера, сохранил на поверхности листьев с сложными микроструктур. В настоящее время ультразвуковой очистки применялся в некоторых исследованиях для сбора вечера, сохранил на поверхности листьев (т.е., Положите листья в дейонизированной воде и использовать ультразвуковые очистители для элюировать PM)12,13. Однако этот метод используется только в качестве дополнения к лист очистки метод, пока не известно ли ультразвуковой очистки имеет положительное влияние на сбор PM от поверхности листьев и оптимальных рабочих параметров также не ясно. Наши предыдущие исследования показали, что вечера, сохранил на поверхности листьев гинкго билоба может быть полностью этого eluted без разрушения поверхности листьев, если надлежащее ультразвуковой очистки процедура была дополнена в обычных метод очистки11 . Однако стабильность и общая применимость ультразвуковой очистки параметров (ультразвуковой энергии, время и другие сведения) для различных видов растений переживает периоды хранения различных пыли до сих пор не ясно.

В настоящее время масса PM2.5, пп10или TSP на единицу листовой поверхности часто использовались для оценки способности видов различных деревьев для удаления вечера из окружающего воздуха14,15. В естественных условиях, PM, сохранил на поверхности листьев могут быть разделены на две части: первая часть вечера, который может упасть листья из-за воздействия ветра и осадков, в то время как другая часть вечера, которая жестко привязан к лист поверхностей и не может быть ea ролик смывается осадков. Однако несколько исследований были сосредоточены на массу обоих типов вечера на поверхности листьев. Кроме того сроки хранения пп листьев в различных исследованиях отличают преогромно. Таким образом сопоставимость результатов этих исследований будет плохим, если массы ТЧ, сохранил на единицу поверхности листьев принимается для оценки способности вечера удаления деревьев16. Следовательно, эффективность удержания PM (масса ТЧ, сохранил на единицу листовой поверхности на единицу времени), в качестве альтернативы было предложено оценить последствия вечера очистки городских деревьев5,17. В общем есть все еще отсутствие исследований в этом аспекте. Это крайне необходимо провести соответствующие исследования для видов различных деревьев обеспечить поддержку методологической basic и данных для оценки способности удаления вечера видов различных деревьев точно.

Здесь были отобраны три широколистных деревьев (G. билоба, Софора японскаяи Ива вавилонская) и двух видов деревьев needleleaf (Pinus tabuliformis и Сабина chinensis) оценить их удаление PM способности двух периодов хранения пп. Лист выборка сайт был в парке Xitucheng (39.97° С.ш., 116.36° E), расположенный в районе с тяжелым загрязнением в Пекине. Три конкретных цели этого исследования были: (1) для оценки эффективности очистки методы (очистки воды (WC), щетка очистки (BC) и ультразвуковой очистки (UC)) в элюирующие вечера на листьях, (2), чтобы проверить эффект ультразвуковой очистки на различных листьев элюирующие вечера и (3), чтобы оценить эффективность сохранения видов различных деревьев PM1, PM2.5,5PM, PM10и Ч.Л.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. лист коллекции, элюирование и измерения массы ТЧ

  1. Выберите пять здоровых отдельных деревьев (т.е. пять реплицирует) каждого вида дерева с аналогичными диаметром в груди. Собрать четыре крупных ветвей случайным образом из четырех направлений внешнего купола в слое среднего навесом и отрезать все листья нетронутым.
    Примечание: Все растения для выборки лист должен быть расположен тесно в озеленение полосе длиной и шириной около 250 и 60 м, соответственно, чтобы обеспечить одинаковые условия окружающей среды (свет, ветер и дождь) этих деревьев. Листья используются в протоколе были собраны на 15 октября (период хранения (SDR) короткий пыли) и 25 октября (длительного хранения (LDR) пыли) в 2014 году, которые были 4 и 14 дней после последнего дождя (> 15 мм), соответственно. Средний уровень вечера под короткие и длинные пыли период хранения (т.е. интервал времени между последней осадков и время отбора проб листьев) в нашем эксперименте были 26 (2,5м), 57 (10вечера) и 111 (2,5м), 160 мкг/м3 (10м), соответственно.
    1. Пробы листья в обозначенные клапанные мешки и транспортные мешки в лабораторию сразу. В холодильнике Храните образцы листьев.
  2. Вымойте и высушите мензурки в 80 ° C духовке. Сбалансировать мензурки до комнатной температуры и влажности воздуха и весят пустые стаканы (W1).
  3. Случайным образом выбрать определенное количество листьев из листьев образцов и положить листья в 1000 мл стакан (стакан A).
    Примечание: Площадь листа составляет около 2000 см2, который может гарантировать все листья можно быть полностью погружен в воду и eluted пыли имеет достаточный вес, чтобы точно взвешивают.
  4. Добавить 270 мл обессоленной воды в стакан A и погрузить листья в воде полностью.
    1. Перемешайте воду для 60 s с стеклянной палочкой в одном направлении (частота: 2 секунд на один оборот). Затем налить элюента в трех небольших стаканах 100 мл (стакан) равномерно.
    2. Промыть листья с помощью тонкой наконечником бутыль с 30 мл деионизированной воды и передачи вымытые листья 1000 мл стакан (стакан B). Налейте три небольших стакан 100 мл элюента (стакан) равномерно.
  5. Добавьте 270 мл обессоленной воды в стакан B и погрузить листья в воде снова. Затем используйте щетку нейлона скраб поверхности листа (размещение на плоские тонкие пластиковые пластины) с дейонизированной водой и избежать разрушения микроструктуры поверхности листа. Залейте элюента в трех небольших стаканах 100 мл (стакан b).
    1. Промыть листья с помощью податливый бутылка с тонкой кончиком с 30 мл деионизированной воды и передачи листья в 1000 мл стакан (стакан C). Налейте элюента три небольших стакан 100 мл (стакан b).
  6. Добавьте стакан C 270 мл деионизированной воды и погрузить листья в воде снова.
    1. Положите стеклянной тары в ультразвуковой чистки машины. Используя ультразвуковой мощность 500 Вт, чистой за 3 мин и 10 мин для листья широколистных и needleleaf пород деревьев, соответственно. Добавьте листья с стеклянный стержень в одном направлении (частота: 2 секунд для одного круга) одновременно.
    2. Промыть листья с помощью податливый бутылка с тонкой кончиком с 30 мл деионизированной воды и вылить элюента в трех небольших стаканах 100 мл (стакан c).
  7. Обложка кусок чистой фильтровальной бумаги (диаметр = 11 см, площадь = 94,99 см2) на каждом стакане (a, b, c) и сухой мензурки в 80 ° C духовке примерно 5 дней до тех пор, пока масса мензурки становится постоянной.
    1. Положите мензурки в камере баланс, чтобы сбалансировать температуры и влажности в течение 30 мин и весят массы каждого 100 мл мензурки (W-2). Вычислите массу этого eluted путем каждой очистки шаг 2W-W1PM.

2. Измерение распределения вечера размеров и площади листа

  1. Добавьте 50 мл деионизованной воды каждый весил стакан (a, b, c), упомянутых выше и место эти стаканы в ультразвуковой очистки машина за 30 мин до вечера рассеивается в деионизированной воде.
  2. Добавьте супернатант в стакан (a, b, c) лазерный инструмент гранулярности и измерить распределение по размерам вечера этого eluted путем очистки различных шагов.
    1. Предположим, измеренного объема проценты в массовых процентах (Q) разных размеров частиц. Рассчитайте долю разного размера частиц этого eluted путем очистки каждый шаг, уравнение (1):
      figure-protocol-1(1)
      где Pi, j представляет Массовая доля (%) частиц в пределах класса j Диаметр этого eluted от поверхности листьев путем очистки шаг, я; W,я представляет Общая масса (g) всех размеров частиц этого eluted путем очистки шаг, я; Qi, j представляет массовых процентах (%) частиц в пределах класса j диаметр в общей массе вечера этого eluted путем очистки шаг, я; я это очистки шаг (то есть, WC, BC и UC); и j – диаметр класс, который был установлен на d ≤ 1 мкм (1PM), 1 < d ≤ 2,5 мкм (1-2,5м), 2,5 < d ≤ 5 мкм (2,5-5вечера), 5 < d ≤ 10 мкм (5-10PM), d > 10 мкм (ПП> 10) в настоящем исследовании.
  3. Листья распространения на пластик борт и сканировать листья с высокое качество программы. Используйте автоматическое изображения программное обеспечение анализа оценить площадь и площадь проекции листьев.
    Примечание: Протокол может быть приостановлена здесь.

3. данные представления и анализа

  1. Вычислить общее съемных твердых частиц (ГТО) как сумма ERP и DRP, который может быть этого eluted путем WC + до н.э. + UC.
  2. В периоды хранения различных пыли Вычислите общая масса ТЧ в классе specificdiameter, сохранил на листьях как сумма массы ТЧ в рамках соответствующего класса Диаметр этого eluted путем этапы очистки (то есть, WC, BC и UC).
    1. С помощью этих данных и области данных листа, рассчитайте эффективность удержания (листAE) различных размеров частиц на лист площадь поверхности с помощью уравнения (2):
      figure-protocol-2(2)
      где LZj и j SZ являются массы (g) частиц внутри класса j диаметр сохранил на единицу листовой поверхности под периоды LDR и SDR, соответственно; LT и ST -количество дней в периоды LDR и SDR, соответственно.
  3. Проводить статистический анализ с программным обеспечением SPSS.
    1. Используйте Колмогорова-Смирнова и Левин теста для проверки ANOVA предположения нормальности и однородности дисперсии, соответственно, для элюции доли частиц различного размера и вечера удержания данных.
    2. Примените односторонние дисперсионного анализа для изучения последствий различных очистки шагов на проценты элюции разного размера частиц под различные сроки хранения пыли. Используйте тест Дункан (P = 0,05) обнаружить существенные различия между различными очистки шагов.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Вечера, сохранил на поверхности листьев имел два типа в естественных условиях. PM падает легко от осадков и ветра в естественных условиях определяется как легко снимаемые твердых частиц (ERP). Этот тип вечера была представлена премьера этого eluted путем WC в этом исследовании. Вечера, плотно облегающий лист поверхностей и не могут быть смыты легко до н.э. и UC определяется как трудно для удаления твердых частиц (DRP). Этот вид вечера нельзя этого eluted путем естественных осадков и ветра...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Точное и правильное коллекция вечера, сохранил на поверхности листьев является основой для оценки способности удаления вечера видов различных деревьев. Однако метод обычной очистки (WC или плюс до н.э.) не удается полностью удалить пыль на поверхности листьев, которая была подтверждена путем сканирования электронной микроскопии10. Это далее было четко продемонстрировано настоящего исследования (рис. 1, рис. 2, 

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторы не имеют ничего сообщать.

Благодарности

Эта работа была поддержана фундаментальные исследования средств для университетов Центральной (2017ZY21) и Фонд национальной естественных наук Китая (21607038).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
MSA2258-1CE-DU десятитысячного масштабаSartorius Scientific Instruments (Beijing) Co., Ltd.MSA2258-1CE-DUточность: 0,01
мг Прибор IS13320 лазерной гранулярностиBeckman Coulter, Brea, США IS13320условий работы: жидкие/силовые образцы; диапазон измерения размера частиц: 0,017-2000 мкм; m
Epson Twain Pro высококачественный сканерSeiko Epson, Нагано, Японияexpression1680
Программное обеспечение для автоматического анализа изображений WinRHIZORegent Instruments Inc., Квебек, КанадаWinRHIZO Pro 2013a

Ссылки

  1. Baidurela, A., Halik, U., Aishan, T., Nuermaimaiti, K. Maximum dust retention of main greening trees in arid land oasis cities, Northwest China. Scientia Silvae Sinicae. 51, 57-63 (2015).
  2. Fan, S. Y., et al. Dust capturing capacities of twenty-six deciduous broad-leaved trees in Beijing. Chinese Journal of Plant Ecology. 39, 736-745 (2015).
  3. Dzierzanowski, K., Gawroński, S. W. Use of trees for reducing particulate matter pollution in air. Challenges of Modern Technology. 2, 69-73 (2011).
  4. Przybysz, A., Sæbø, A., Hanslin, H. M., Gawroński, S. W. Accumulation of particulate matter and trace elements on vegetation as affected by pollution level, rainfall and the passage of time. Science of the Total Environment. 481, 360-369 (2014).
  5. Chen, L. X., Liu, C. M., Zou, R., Yang, M., Zhang, Z. Q. Experimental examination of effectiveness of vegetation as bio-filter of particulate matter in the urban environment. Environmental Pollution. 208, 198-208 (2016).
  6. Zhang, Z. D., Xi, B. Y., Cao, Z. G., Jia, L. M. 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. Chinese Journal of Applied Ecology. 25, 2238-2242 (2014).
  7. Zhang, F. Studies on the Existing Shrubs of the Road in Changchun and the Dust Retention Capacity of the Three Shrubs. Jilin Agricultural University. , Changchun. (2013).
  8. Beckett, K. P., Freer-Smith, P., Taylor, G. Effective tree species for local air-quality management. Journal of Arboriculture. 163, 12-19 (2000).
  9. Wang, H. X., Shi, H., Wang, Y. H. Dynamics of the captured quantity of particulate matter by plant leaves under typical weather conditions. Acta Ecologica Sinica. 35, 1696-1705 (2015).
  10. Wang, Z. H., Li, J. B. Capacity of dust uptake by leaf surface of Euonymus Japonicus Thunb. and the morphology of captured particle in air polluted city. Ecology & Environment. 15, 327-330 (2006).
  11. Liu, H. H., et al. 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. Scientia Silvae Sinicae. 52 (12), 133-140 (2016).
  12. Chen, W., et al. Dust absorption effect of urban conifers in Northeast China. Chinese. Journal of Applied Ecology. 14 (12), 2113-2116 (2003).
  13. Li, H., Yang, S. L. Changes of suspended particulates adhering to salt marsh plants. Acta Oceanolo Giga Sinica. 32 (1), 114-119 (2010).
  14. Nguyen, T., Yu, X. X., Zhang, Z. M., Liu, M. M., Liu, X. H. Relationship between types of urban forest and PM2.5 capture at three growth stages of leaves. Journal of Environmental Sciences. 27 (1), 33-41 (2015).
  15. Fan, S. X., Li, X. P., Han, J., Cao, Y., Dong, L. Field assessment of the impacts of landscape structure on different-sized airborne particles in residential areas of Beijing, China. Atmospheric Environment. 166, 192-203 (2017).
  16. Liu, J. Q., et al. 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. Chinese Journal of Applied Ecology. 40, 798-809 (2016).
  17. Yao, X. Y., Hu, Y. S., Liu, Y. H. Dust-retention effect of 8 common greening Tree Species in Beijing. Journal of Northwest Forestry University. 29, 92-95 (2014).
  18. Wang, H. X., Shi, H., Wang, Y. H., Duan, J., Wang, Y. H. Influence of surface structure on the particle size distribution captured by Ligustrum lucidum. Journal of Safety & Environment. 1, 258-262 (2015).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Анализ листьев деревьевультразвуковая очисткапромывка водойочистка щеткойэффективность удержания твердых частицплощадь поверхности листараспределение частиц по размерамгородские виды деревьевсравнение методов очистки
Оценке возможности удаления частиц дерева листья
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.