一種植物滯留細(xì)顆粒物質(zhì)量的檢測方法
【專利摘要】公開了一種植物滯留細(xì)顆粒物質(zhì)量的檢測方法，通過“干洗法”獲取植物葉片單位葉面積的滯留物質(zhì)量，根據(jù)電鏡掃描圖片獲取植物葉片滯留物中細(xì)顆粒物的比例，基于以上參數(shù)以及單株植物綠量可以獲得單株植物滯留細(xì)顆粒物的質(zhì)量，通過比較該參數(shù)可以對于不同種類的園林植物消除空氣中細(xì)顆粒物能力進(jìn)行比較和評估。
【專利說明】一種植物滯留細(xì)顆粒物質(zhì)量的檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)保檢測技術(shù)，具體涉及一種植物滯留細(xì)顆粒物質(zhì)量的檢測方法，可 用于評估和檢測植物滯留細(xì)顆粒物的能力。

【背景技術(shù)】
[0002] 顆粒物，在環(huán)境科學(xué)中指懸浮在空氣中的固體顆?；蛞旱危强諝馕廴镜闹饕獊?源之一。其中，空氣動力學(xué)直徑（以下簡稱直徑）小于或等于10微米的顆粒物稱為可吸 入顆粒物（PM10);直徑小于或等于2. 5微米的顆粒物稱為細(xì)顆粒物（Particulate matter less than2. 5, PM2. 5)。顆粒物能夠在大氣中停留很長時間，并可隨呼吸進(jìn)入體內(nèi)，積聚在 氣管或肺中，影響身體健康。
[0003] 細(xì)顆粒物由于危害人體健康、攜帶病菌和污染物、且沉降困難影響范圍廣，控制和 治理難度大，已經(jīng)成為國內(nèi)外公眾政府和學(xué)者共同關(guān)注的重要問題。由于目前尚不能完全 依賴污染源治理以解決環(huán)境問題，借助自然界的清除機(jī)制是緩解城市大氣污染壓力的有效 途徑，城市園林綠化就是其一，也即，利用園林植物吸附和滯留懸浮在空氣中的顆粒物，降 低空氣中顆粒物的濃度。
[0004] 但是，目前對于植物滯留細(xì)顆粒物能力的研究較為欠缺，對于植物滯留的細(xì)顆粒 物質(zhì)量缺乏簡易可操作的檢測方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，提供一種植物滯留細(xì)顆粒物質(zhì)量的檢測方法，其可以應(yīng)用于評估不同 種類的植物對細(xì)顆粒物的吸附滯留能力，解決了目前缺乏行之有效的檢測方法的問題。
[0006] 所述植物滯留細(xì)顆粒物質(zhì)量的檢測方法包括：
[0007] 按照預(yù)定周期多次采集預(yù)定數(shù)量的植物葉片，并分組為第一組植物葉片和第二組 植物葉片，所述第一組植物葉片和第二組植物葉片表面帶有包括細(xì)顆粒物的滯留物；
[0008] 檢測并計(jì)算所述第一組植物葉片單位葉面積的滯留物質(zhì)量；
[0009] 計(jì)算所述第一組植物葉片單位葉面積的滯留物質(zhì)量和單株植物綠量的乘積獲得 單株植物的滯留物質(zhì)量；
[0010] 對第二組植物葉片進(jìn)行電鏡掃描獲取植物葉片表面滯留物的圖片；
[0011] 根據(jù)所述植物葉片表面滯留物的圖片計(jì)算滯留物總體積和細(xì)顆粒物體積；
[0012] 根據(jù)所述細(xì)顆粒物體積和所述滯留物總體積計(jì)算細(xì)顆粒物質(zhì)量百分比；
[0013] 根據(jù)所述單株植物的滯留物質(zhì)量和所述細(xì)顆粒物質(zhì)量百分比計(jì)算獲得單株植物 滯留細(xì)顆粒物的質(zhì)量，根據(jù)所述單位葉面積的滯留物質(zhì)量和所述細(xì)顆粒物質(zhì)量百分比計(jì)算 獲得單位葉面積滯留的細(xì)顆粒物質(zhì)量。
[0014] 優(yōu)選地，檢測并計(jì)算所述第一組植物葉片單位葉面積的滯留物質(zhì)量包括：
[0015] 用蒸餾水浸洗所述第一組植物葉片獲得浸洗液；
[0016] 對濾紙進(jìn)行第一次稱重，獲得第一重量；
[0017] 利用所述濾紙抽濾所述浸洗液，將抽濾有浸洗液的濾紙烘干，進(jìn)行第二次稱重，獲 得第二重量；
[0018] 計(jì)算所述第二重量和所述第一重量的差值獲得所述第一組植物葉片的滯留物質(zhì) 量；
[0019] 檢測并計(jì)算所述第一組植物葉片的葉面積；
[0020] 計(jì)算所述植物葉片的滯留物質(zhì)量和所述葉面積的比值獲得所述單位葉面積的滯 留物質(zhì)量。
[0021] 優(yōu)選地，所述將濾紙烘干包括：將濾紙?jiān)?0°C下烘24小時。
[0022] 優(yōu)選地，對第二組植物葉片進(jìn)行電鏡掃描獲取植物葉片表面滯留物的圖片包括：
[0023] 將所述植物葉片隨機(jī)裁剪為多個直徑小于70mm的觀測葉片；
[0024] 將電子顯微鏡電壓設(shè)置為15KV，放大倍數(shù)設(shè)置為1200倍，利用電子顯微鏡獲取每 一個觀測葉片的圖片。
[0025] 優(yōu)選地，根據(jù)所述植物葉片表面滯留物的圖片計(jì)算滯留物總體積和細(xì)顆粒物體積 包括：
[0026] 對每一個觀測葉片的圖片進(jìn)行圖像增強(qiáng)后提取出顆粒物的柵格圖像，再對柵格圖 像進(jìn)行二值化獲得每一個觀測葉片的二值化圖像；
[0027] 根據(jù)所述二值化圖像獲取每一個觀測葉片上所有滯留物的粒徑；
[0028] 根據(jù)所述每一個觀測葉片上所有滯留物的粒徑計(jì)算滯留物總體積；
[0029] 根據(jù)所述所有滯留物的粒徑獲取每一個觀測葉片上細(xì)顆粒物的數(shù)量和粒徑；
[0030] 根據(jù)每一個觀測葉片上細(xì)顆粒物的數(shù)量和粒徑計(jì)算細(xì)顆粒物體積。
[0031] 優(yōu)選地，按照預(yù)定周期多次采集預(yù)定數(shù)量的植物葉片，并分組為第一組植物葉片 和第二組植物葉片包括：
[0032] 在雨量大于15mm的雨后七天時對特定樹種從上、下不同高度各采集葉片30-300 片，每種植物在3株生長狀況良好的個體重復(fù)采樣3次，將每次采集獲得的葉片分組為第一 組植物葉片和第二組植物葉片，采集時選擇向陽、葉面朝上生長并且面向道路一側(cè)的葉片。
[0033] 優(yōu)選地，所述檢測方法還包括：
[0034] 比較不同種類的植物的單株植物滯留細(xì)顆粒物的質(zhì)量。
[0035] 通過"干洗法"獲取植物葉片單位葉面積的滯留物質(zhì)量，通過電鏡掃描圖片獲取植 物葉片滯留物中細(xì)顆粒物的比例，基于以上參數(shù)以及單株植物綠量可以獲得單株植物滯留 細(xì)顆粒物的質(zhì)量，通過比較該參數(shù)可以對于不同種類的園林植物消除空氣中細(xì)顆粒物能力 進(jìn)行比較和評估。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036] 通過以下參照附圖對本發(fā)明實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和 優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中：
[0037] 圖1是本發(fā)明的植物滯留細(xì)顆粒物質(zhì)量的檢測方法的流程圖；
[0038] 圖2是本發(fā)明中用蒸餾水浸洗所述第一組植物葉片獲得浸洗液的流程圖；
[0039] 圖3是本發(fā)明中根據(jù)所述植物葉片表面滯留物的圖片計(jì)算滯留物總體積和細(xì)顆 粒物體積的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0040] 以下基于實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行描述，但是本發(fā)明并不僅僅限于這些實(shí)施例。在下 文對本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有 這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。為了避免混淆本發(fā)明的實(shí)質(zhì)，公知的方法、過 程、流程并沒有詳細(xì)敘述。
[0041] 圖1是本發(fā)明的植物滯留細(xì)顆粒物質(zhì)量的檢測方法的流程圖。如圖1所示，所述 方法包括：
[0042] 步驟110、按照預(yù)定周期多次采集預(yù)定數(shù)量的植物葉片，并分組為第一組植物葉片 和第二組植物葉片，所述第一組植物葉片和第二組植物葉片表面帶有包括細(xì)顆粒物的滯留 物。
[0043] 一般認(rèn)為，15_的降雨量就可以沖掉植物葉片的降塵，然后重新滯塵。
[0044] 根據(jù)氣候特點(diǎn)，可以在雨量大于15mm的雨后七天時對特定種類的植物從上、下 不同高度各采集葉片片，每種植物在3株生長狀況良好的個體重復(fù)采樣3次，將每次采集 獲得的葉片分組為第一組植物葉片和第二組植物葉片，其中每次采集的第一組葉片數(shù)量在 30-300片之間，第二組葉片數(shù)量在3-10片。在進(jìn)行采集時，選擇向陽、葉面朝上生長并且面 向道路一側(cè)的葉片。
[0045] 采集后，立即將葉片封存于干凈塑封袋或保鮮盒中以防擠壓或葉毛被破壞。
[0046] 對于不同種類的植物，上層、下層的高度定義不同，其中，喬木的下層采樣高度約 為樹冠最底層，喬木的上層采樣高度距下層縱向高度差距在150cm以上，灌木的下層采樣 高度約為20cm，灌木的上層采樣高度距下層縱向高度差距在50cm以上。
[0047] 由此，保證采集的葉片具有較好的代表性，在需要在多個不同種類的植物之間進(jìn) 行比較時，最好采集位于同一區(qū)域內(nèi)的植物。
[0048] 步驟120、檢測并計(jì)算所述第一組植物葉片單位葉面積的滯留物質(zhì)量。
[0049] 具體地，步驟120的流程圖如圖2所示，其包括：
[0050] 步驟121、用蒸餾水浸洗所述第一組植物葉片獲得浸洗液。
[0051] 在步驟121中，可以將植物葉片在蒸餾水中浸泡2個小時或以上，并使用不掉毛的 軟毛刷刷掉葉片上殘留的滯留物，由此保證植物葉片上帶有的滯留物均洗入浸洗液。
[0052] 由此獲得的浸洗液中包括第一組植物葉片上幾乎全部的滯留物。
[0053] 步驟122、對濾紙進(jìn)行第一次稱重，獲得第一重量W1。第一重量W1代表干凈的、已 烘干濾紙的質(zhì)量。優(yōu)選地，可以使用1/10000精度的天平進(jìn)行稱重。
[0054] 步驟123、利用所述濾紙抽濾所述浸洗液，將抽濾有浸洗液的濾紙烘干，進(jìn)行第二 次稱重，獲得第二重量W2。
[0055] 進(jìn)行濾紙抽濾操作會使得浸洗液中的顆粒物附著在濾紙上，將帶有浸洗液的濾紙 置于80°C溫度下烘24小時。由此，濾紙帶有第一組植物葉片上的滯留物。
[0056] 將烘干后的濾紙進(jìn)行第二次稱重，此時獲得的第二重量W2為濾紙以及第一組植 物葉片上的滯留物的質(zhì)量之和。
[0057] 步驟124、計(jì)算所述第二重量W2和所述第一重量W1的差值（W2-W1)獲得所述第一 組植物葉片的滯留物質(zhì)量。
[0058] 步驟125、檢測并計(jì)算所述第一組植物葉片的葉面積。
[0059] 葉面積，是指葉片單面面積，其可以通過傳統(tǒng)的格點(diǎn)法和方格法求取，也可以通過 描形稱重法求取，還可以通過現(xiàn)有的葉面積儀測量。
[0060] 在本實(shí)施例中，可以將浸洗后的植物葉片用葉面積儀測量葉面積，并進(jìn)而將第一 組植物葉片的葉面積求和獲得第一組植物葉片的葉面積A。
[0061] 步驟126、計(jì)算所述植物葉片的滯留物質(zhì)量（W2-W1)和所述第一組植物葉片的葉 面積A的商獲得所述單位葉面積的滯留物質(zhì)量LW，也即：
[0062] Lff= (W2-WD/A
[0063] 步驟130、計(jì)算所述第一組植物葉片單位葉面積的滯留物質(zhì)量LW和單株植物綠量 G的乘積獲得單株植物的滯留物質(zhì)量PW，也即：
[0064] Pff = Lff*G
[0065] 其中，綠量是指植物葉片面積總量的大小。其可以對植物材料個體的葉面積與胸 徑、冠高或冠幅進(jìn)行實(shí)際測量，并將各參數(shù)代入現(xiàn)有的園林植物綠量的回歸模型進(jìn)行計(jì)算 后得出不同種植物的綠量值（G)。也可以根據(jù)已有的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)估算獲得。
[0066] 步驟140、對第二組植物葉片進(jìn)行電鏡掃描獲取植物葉片表面滯留物的圖片。
[0067] 優(yōu)選地，步驟140可以包括如下子步驟：
[0068] 步驟141、將所述植物葉片隨機(jī)裁剪為多個直徑小于70mm的觀測葉片。
[0069] 步驟142、將電子顯微鏡電壓設(shè)置為15KV，放大倍數(shù)設(shè)置為1200倍，利用電子顯微 鏡獲取每一個觀測葉片的圖片。
[0070] 具體地，可以使用Hitachi臺式TM3000型電子顯微鏡進(jìn)行相片獲取，圖片存儲格 式可以設(shè)置為TIFF。
[0071] 由此，可以獲取得到每一個觀測葉片表面滯留物的圖片。
[0072] 步驟150、根據(jù)所述植物葉片表面滯留物的圖片計(jì)算滯留物總體積和細(xì)顆粒物體 積。
[0073] 優(yōu)選地，步驟150的流程圖如圖3所示，其可以包括如下子步驟：
[0074] 步驟151、對每一個觀測葉片的圖片進(jìn)行圖像增強(qiáng)后提取出顆粒物的柵格圖像，再 對柵格圖像進(jìn)行二值化獲得每一個觀測葉片的二值化圖像。
[0075] 二值化圖像可以方便分辨植物葉片和顆粒物。上述步驟中的圖像增強(qiáng)、提取柵格 圖像以及進(jìn)行二值化操作可以利用現(xiàn)有的圖像算法實(shí)現(xiàn)也可以利用Erdas、Photoshop等 圖像處理軟件對影像進(jìn)行增強(qiáng)處理，提取出顆粒物的柵格圖像，再利用ArcGIS軟件進(jìn)行二 值化處理。
[0076] 步驟152、根據(jù)所述二值化圖像獲取每一個觀測葉片上所有滯留物的粒徑。
[0077] 進(jìn)一步地，利用ArcGIS軟件可以自動統(tǒng)計(jì)和計(jì)算二值化圖像中代表顆粒物的部 分的粒徑以及面積。
[0078] 步驟153、根據(jù)所述每一個觀測葉片上所有滯留物的粒徑計(jì)算滯留物總體積V。
[0079] 在本發(fā)明中，假設(shè)所有滯留物為球體，因此，基于滯留物的粒徑和數(shù)量既可以計(jì)算 滯留物的總體積V。
[0080] 當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，以上操作可以通過計(jì)算機(jī)程序自動處理電鏡掃 描圖像執(zhí)行。
[0081] 步驟154、根據(jù)所述所有滯留物的粒徑獲取每一個觀測葉片上細(xì)顆粒物的數(shù)量和 粒徑。
[0082] 例如，利用ArcGIS軟件可以對二值化圖像進(jìn)行在分類，甄選出粒徑小于2. 5微米 的顆粒，也即，細(xì)顆粒物。
[0083] 步驟155、根據(jù)每一個觀測葉片上細(xì)顆粒物的數(shù)量和粒徑計(jì)算細(xì)顆粒物體積SV。
[0084] 在本發(fā)明中，假設(shè)所有滯留物為球體，因此，基于細(xì)顆粒物的粒徑和數(shù)量就可以計(jì) 算細(xì)顆粒物體積SV。
[0085] 當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，以上操作可以通過計(jì)算機(jī)程序自動處理電鏡掃 描圖像執(zhí)行。
[0086] 步驟160、根據(jù)所述細(xì)顆粒物體積和所述滯留物總體積計(jì)算細(xì)顆粒物質(zhì)量百分比。
[0087] 在本發(fā)明中，假設(shè)顆粒物的密度均相同，因此，細(xì)顆粒物體積與滯留物總體積的比 值SV/V等于細(xì)顆粒物的質(zhì)量百分比。
[0088] 步驟120-130和步驟140-160分別對于不同組別的植物葉片進(jìn)行處理，它們可以 同時分別實(shí)施，也可以以任意的先后關(guān)系實(shí)施。
[0089] 步驟170、根據(jù)所述單株植物的滯留物質(zhì)量和所述細(xì)顆粒物質(zhì)量百分比計(jì)算獲得 單株植物的滯留細(xì)顆粒物質(zhì)量PW 2.5，根據(jù)所述單位葉面積的滯留物質(zhì)量和所述細(xì)顆粒物質(zhì) 量百分比計(jì)算獲得單位葉面積滯留細(xì)顆粒物質(zhì)量lw 2.5，也即：
[0090] Pff2 5 = Pff*SV/V
[0091] Lff2.5 = Lff*SV/V
[0092] 由此，可以獲得特定種類植物的單位葉面積滯留的細(xì)顆粒物質(zhì)量和根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律 估算的單株植物的滯留的細(xì)顆粒物質(zhì)量?；谝陨蠑?shù)據(jù)可以在不同種類的園林植物對于減 少空氣中的細(xì)顆粒的能力。
[0093] 例如，可以選擇北方常用園林樹種9種，其中包括5種喬木和4種灌木。其中， 喬木分別為：絳柳（Salix matsudanaf.pendula)、國槐（Sophora japonica)、鉆石海棠 (Malusyunnanensiscv. Sparkler)、雜交馬桂卜木（Liriodendron chinenseXL. tulipifera) 和銀杏（Ginkgo biloba);灌木分別為：大葉黃楊（Euonymus japonicus)、金葉女貞 (LigustrumXvicaryi)、小葉黃楊（Buxusmicrophylla)和月季（Rosa chinensis)。每種植 物均選擇生長狀況良好的成年植株。9種園林植物材料均采自北京市園林科學(xué)研究院內(nèi)，避 免不同環(huán)境條件下大氣污染不同帶來的誤差。不同樹種間滯留PM2. 5能力的方差分析與多 重比較如下表1所示：
[0094]

【權(quán)利要求】
1. 一種植物滯留細(xì)顆粒物質(zhì)量的檢測方法，包括： 按照預(yù)定周期多次采集預(yù)定數(shù)量的植物葉片，并分組為第一組植物葉片和第二組植物 葉片，所述第一組植物葉片和第二組植物葉片表面帶有包括細(xì)顆粒物的滯留物； 檢測并計(jì)算所述第一組植物葉片單位葉面積的滯留物質(zhì)量； 計(jì)算所述第一組植物葉片單位葉面積的滯留物質(zhì)量和單株植物綠量的乘積獲得單株 植物的滯留物質(zhì)量； 對第二組植物葉片進(jìn)行電鏡掃描獲取植物葉片表面滯留物的圖片； 根據(jù)所述植物葉片表面滯留物的圖片計(jì)算滯留物總體積和細(xì)顆粒物體積； 根據(jù)所述細(xì)顆粒物體積和所述滯留物總體積計(jì)算細(xì)顆粒物質(zhì)量百分比； 根據(jù)所述單株植物的滯留物質(zhì)量和所述細(xì)顆粒物質(zhì)量百分比計(jì)算獲得單株植物滯留 細(xì)顆粒物的質(zhì)量，根據(jù)所述單位葉面積的滯留物質(zhì)量和所述細(xì)顆粒物質(zhì)量百分比計(jì)算獲得 單位葉面積滯留的細(xì)顆粒物質(zhì)量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，檢測并計(jì)算所述第一組植物葉片單 位葉面積的滯留物質(zhì)量包括： 用蒸餾水浸洗所述第一組植物葉片獲得浸洗液； 對濾紙進(jìn)行第一次稱重，獲得第一重量； 利用所述濾紙抽濾所述浸洗液，將抽濾有浸洗液的濾紙烘干，進(jìn)行第二次稱重，獲得第 二重量； 計(jì)算所述第二重量和所述第一重量的差值獲得所述第一組植物葉片的滯留物質(zhì)量； 檢測并計(jì)算所述第一組植物葉片的葉面積； 計(jì)算所述植物葉片的滯留物質(zhì)量和所述葉面積的比值獲得所述單位葉面積的滯留物 質(zhì)量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測方法，其特征在于，所述將濾紙烘干包括：將濾紙?jiān)?0°C 下烘24小時。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測方法，其特征在于，對第二組植物葉片進(jìn)行電鏡掃描獲 取植物葉片表面滯留物的圖片包括： 將所述植物葉片隨機(jī)裁剪為多個直徑小于70mm的觀測葉片； 將電子顯微鏡電壓設(shè)置為15KV，放大倍數(shù)設(shè)置為1200倍，利用電子顯微鏡獲取每一個 觀測葉片的圖片。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測方法，其特征在于，根據(jù)所述植物葉片表面滯留物的圖 片計(jì)算滯留物總體積和細(xì)顆粒物體積包括： 對每一個觀測葉片的圖片進(jìn)行圖像增強(qiáng)后提取出顆粒物的柵格圖像，再對柵格圖像進(jìn) 行二值化獲得每一個觀測葉片的二值化圖像； 根據(jù)所述二值化圖像獲取每一個觀測葉片上所有滯留物的粒徑； 根據(jù)所述每一個觀測葉片上所有滯留物的粒徑計(jì)算滯留物總體積； 根據(jù)所述所有滯留物的粒徑獲取每一個觀測葉片上細(xì)顆粒物的數(shù)量和粒徑； 根據(jù)每一個觀測葉片上細(xì)顆粒物的數(shù)量和粒徑計(jì)算細(xì)顆粒物體積。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，按照預(yù)定周期多次采集預(yù)定數(shù)量的 植物葉片，并分組為第一組植物葉片和第二組植物葉片包括： 在雨量大于15mm的雨后七天時對特定樹種從上、下不同高度各采集葉片30-300片，每 種植物在3株生長狀況良好的個體重復(fù)采樣3次，將每次采集獲得的葉片分組為第一組植 物葉片和第二組植物葉片，采集時選擇向陽、葉面朝上生長并且面向道路一側(cè)的葉片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述檢測方法還包括： 比較不同種類的植物的單株植物滯留細(xì)顆粒物的質(zhì)量。
【文檔編號】G01N5/00GK104155202SQ201410398759
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】李新宇, 趙松婷, 郭佳, 李延明, 許蕊 申請人:北京市園林科學(xué)研究院