亞熱帶森林群落凈化大氣可吸入顆粒物研究

宋緒忠，王 成，楊 華

（1.浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023；2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院，北京 100081）

近年來，隨著城市化進(jìn)程的加快和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市環(huán)境污染問題日益突出，特別是可吸入顆粒物已經(jīng)成為影響城市人居環(huán)境和居民身體健康的城市首要污染物，得到國(guó)家越來越密切的關(guān)注。PM10、PM2.5正逐步進(jìn)入環(huán)境監(jiān)測(cè)體系。可吸入顆粒物是直徑小于10 μm，在空氣中能夠長(zhǎng)期懸浮而不易沉降的顆粒狀物質(zhì)。PM10及PM2.5等對(duì)人體的危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于總懸浮顆粒物（TSP），會(huì)誘發(fā)、引發(fā)許多疾病[1～2]，尤其對(duì)于老人、兒童、呼吸道疾病和心肺病患者[3～5]。

城市森林具有改善環(huán)境、人體保健、教育文化、景觀游憩等多種功能[6～7]，是城市居民日?；顒?dòng)和休憩的主要場(chǎng)所。不同綠地類型的景觀效果和生態(tài)效益是不同的[8～9]。許多研究就森林與灌叢、草坪和曠地等立地類型的滯塵能力進(jìn)行了對(duì)比[10～13]。對(duì)于不同類型綠地空氣PM10濃度在時(shí)間尺度上的變化還缺乏全面系統(tǒng)的研究，開展這方面的研究對(duì)于了解不同類型森林群落及建群樹種的凈化功能，科學(xué)指導(dǎo)綠地建設(shè)和幫助居民開展合理的森林生態(tài)游憩活動(dòng)具有借鑒意義。

1 研究區(qū)概況

研究在浙江杭州市淳安縣九龍?jiān)瓷止珗@，杭州市小和山高教園區(qū)、杭州市苗圃、武林小廣場(chǎng)、西湖北山路，浙江舟山定海的海山公園，林科院樹木園，長(zhǎng)岡山森林公園等地。

在3個(gè)城市選取試驗(yàn)區(qū)8個(gè)，布置監(jiān)測(cè)森林群落樣地39個(gè)（表1），其中涉及建群植物種類23種，包括喬木樹種 19種，灌木 2種，毛竹和草坪草等。群落選取各公園或綠地的典型、較均一植被（群落面積 400m2以上），管理一致，干擾較小。

表1 監(jiān)測(cè)試驗(yàn)樣地布置Table1 Distribution of sample plots

2 研究方法

根據(jù)項(xiàng)目組前期研究結(jié)果和在杭州市PM10全年監(jiān)測(cè)，4月份城市可吸入顆粒物濃度最高，一日之內(nèi)9:00－11:00維持相對(duì)穩(wěn)定的水平。2011年4月，發(fā)生降雨后的第3天，每天9:00－11:00，測(cè)試各樣地內(nèi)大氣可溶性顆粒物濃度，每個(gè)樣地3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)采集氣體10 min，2 min讀取1次數(shù)據(jù)，連續(xù)讀取25個(gè)數(shù)據(jù)，取平均值并記錄。所用儀器為英國(guó)Turnkey公司生產(chǎn)的Dustmate粉塵檢測(cè)儀。監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括TSP、PM10、PM2.5、PM1。每次觀測(cè)時(shí)記錄空氣溫度、濕度和風(fēng)速，同時(shí)觀測(cè)綠地郁閉度。采樣高度為距離地表1.5 m處，與成人呼吸高度基本一致。

3 研究結(jié)果

3.1 不同試驗(yàn)區(qū)差異

對(duì)39個(gè)試驗(yàn)樣地依所在城市進(jìn)行匯總分析，得出3個(gè)城市森林群落顆粒物的基礎(chǔ)水平（圖1）及在不同群落樣地的分布（圖2）。研究首次發(fā)現(xiàn)，3個(gè)城市中淳安TSP最低，舟山PM10、PM2.5及PM1濃度最低，杭州市區(qū)除PM1不是最低外，其他項(xiàng)目都是最高。

圖1 不同試驗(yàn)區(qū)顆粒物水平Figure1 PM concentration in different areas

圖2 不同試驗(yàn)樣地顆粒物水平Figure2 PM concentration in different sample plots

考察不同試驗(yàn)樣地的TSP、PM10、PM2.5、PM1發(fā)現(xiàn)，不同城市的群落間的差異明顯，同一城市的不同樣地之間組成規(guī)律相對(duì)一致，能反映出立地特點(diǎn)。在杭州市，小和山高教園區(qū)以學(xué)校、農(nóng)村社區(qū)為主，無污染企業(yè)、汽車保有量較少，植被較好，各級(jí)顆粒物整體水平較低；杭州市苗圃鄰近杭州市汽車西站，武林小廣場(chǎng)為重要商圈，汽車保有量大，各級(jí)顆粒物水平最高；北山路緊靠西湖，雖車輛較多，但植被較好，同時(shí)西湖湖面開闊能稀釋或吹散顆粒物。淳安的九龍森林公園是千島湖西南庫區(qū)的森林公園，車流量少，環(huán)境好，TSP最低；舟山的3個(gè)試驗(yàn)樣地均為森林公園，以海山公園、林科院樹木園、長(zhǎng)岡山森林公園的順序，離市中心越來越遠(yuǎn)，植被越來越好，其顆粒物整體較低，尤其是小顆粒物分布低，可能是因?yàn)榈靥幒＿?，海風(fēng)直接稀釋的結(jié)果。研究組監(jiān)測(cè)過海風(fēng)顆粒物水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其分布極低?？梢?，稀釋是緩解顆粒物危害的可行途徑之一。

3.2 降低顆粒物的林帶寬度效應(yīng)

基于杭州市苗圃梯度監(jiān)測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)林分降低顆粒物具有寬度效應(yīng)。即隨著林帶寬度的增加，顆粒物的濃度水平整體下降。趨勢(shì)模擬（圖3）顯示，降低顆粒物的效益上TSP（方程斜率14.669）優(yōu)于PM10（方程斜率5.6445），進(jìn)一步優(yōu)于PM2.5（方程斜率0.428 5），PM1降低效益最低，變化最?。ǚ匠绦甭?.082 9）。說明，植被對(duì)PM2.5及以上徑級(jí)的顆粒物作用明顯，更小的顆粒物影響則較小。香樟、桂花同種群落顆粒物水平比較結(jié)果（圖4）進(jìn)一步印證了林帶寬度效應(yīng)的存在。

圖3 林帶不同位置顆粒物水平Figure3 PM concentration in different place of the forest

3.3 植被群落降低顆粒物作用

以群落類型比較了植被降低顆粒物效益的差別，發(fā)現(xiàn)高大植被如竹子、喬木林具有最低的 TSP、PM10、PM2.5，灌木TSP、PM10、PM2.5最高，草坪次之，此結(jié)果與之前研究略有不同，PM1在群落間差異不大。高大森林群落中，竹子顆粒物水平整體最低，喬木林差異不明顯，但常綠闊葉樹林優(yōu)于針葉林和落葉闊葉林。

4 結(jié)論與討論

可吸入顆粒物是城市首要污染物，治理難度大。城市森林植被具有凈化可吸入顆粒物的作用，人類呼吸高度的可吸入顆粒物水平較低，是城市居民規(guī)避城市可吸入污染，開展生態(tài)游憩的理想場(chǎng)所。理論上，喬木、灌木樹種降低可吸入顆粒物的能力應(yīng)該優(yōu)于草坪，喬木樹種降低可吸入顆粒物的能力應(yīng)該優(yōu)于竹子，然而監(jiān)測(cè)沒有得出這種理想的結(jié)果，可能是因?yàn)椴萜嚎臻g開闊、竹林通風(fēng)較好，它們都處在林區(qū)，可吸入顆粒物得到了清潔空氣的稀釋而較低。

圖4 不同香樟及桂花群落寬度的顆粒物水平Figure4 PM concentration in different width of Cinnamomum camphora and Osmanthus fragrans plantation

圖5 不同植被類型顆粒物水平Figure5 PM concentration in different types of vegetation

稀釋可能是緩解城市可吸入顆粒物污染的可行途徑之一。沿海城市或?yàn)I湖地區(qū)都可以利用好清潔空氣對(duì)城區(qū)可吸入顆粒物的稀釋、清潔作用，創(chuàng)造良好的人居環(huán)境。城市森林建設(shè)也可以合理布局，形成連貫并通透的整體，提高森林降低可吸入顆粒物的功能。

本文是在分析全年定位監(jiān)測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，選取穩(wěn)定時(shí)間段開展的植物群落顆粒物監(jiān)測(cè)研究，要獲得更加穩(wěn)健的結(jié)果，還需要開展全天甚至年際變化動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)。同時(shí)，研究中正值杜鵑花開花盛期，我們監(jiān)測(cè)到靠近杜鵑花群落的植被小顆?？晌腩w粒物水平增高的趨勢(shì)。有研究者認(rèn)為，植物本身通過散發(fā)孢子、花粉、甚至揮發(fā)物產(chǎn)生可吸入顆粒物，是植源性污染。本項(xiàng)內(nèi)容也值得關(guān)注和研究。

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