夏季南京雨花臺景區(qū)不同綠地類型與大氣污染的關(guān)系1)

張 靜 趙文標(biāo) 魯小珍 林 蔭 龍海艷 趙育鵬 陳永江

(南京林業(yè)大學(xué)，南京，210037) (南京雨花臺烈士陵園管理局) (南京林業(yè)大學(xué))

全球氣候環(huán)境惡化已是不爭的事實，大氣污染嚴(yán)重危害著人類健康。為了維護自身及后代安全，人們的環(huán)境保護意識愈來愈強烈，尤其體現(xiàn)在城市居民對綠地的需求。城市綠地生態(tài)系統(tǒng)在城市系統(tǒng)中起著“吐故納新”負(fù)反饋調(diào)節(jié)的作用，為城市居民提供了良好的居住環(huán)境，促進人與自然的和諧共生［1］。城市綠地具有多方面的生態(tài)效益，植物通過蒸散作用改變著城市的大氣環(huán)境，影響居民的熱舒適性［2-6］。但迫于居住和商業(yè)活動等用地的壓力，城市綠地在逐漸變小［7］。為了使現(xiàn)有的區(qū)域發(fā)揮最大的生態(tài)效益，人們正在尋求綠地植物的最優(yōu)化配置方式，以便更好地凈化大氣污染。大氣污染主要是由于人類的生產(chǎn)、生活活動造成的有害物質(zhì)在自然界積聚的結(jié)果。我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—1996)，規(guī)定了二氧化硫(SO2)、總懸浮顆粒物(TSP)、可吸入顆粒物(PM10)、氮氧化物(NOx)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)、鉛(Pb)、苯并［a］芘(B［a］P)、氟化物(F)等污染物的濃度限值［8］。本文針對南京雨花臺景區(qū)內(nèi)5種不同的綠地類型，結(jié)合南京大氣污染的特點，主要從SO2、NO2及PM10的角度，探討不同綠地類型與大氣污染的關(guān)系，為優(yōu)化城市綠地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、保護和改善城市環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

雨花臺景區(qū)位于南京中華門外1 km處，地理坐標(biāo)為東經(jīng) 118°46'～118°47'，北緯 31°59'～32°，海拔高度為 0～37.8 m，占地面積 153.7 hm2，有各類林木30余萬株，絕大部分屬于人工林，綠化覆蓋率90%。雨花臺風(fēng)景區(qū)共分為烈士紀(jì)念區(qū)、名勝古跡區(qū)、游樂活動區(qū)、雨花茶文化區(qū)、雨花石文化區(qū)和生態(tài)密林區(qū)6大特色功能區(qū)。南京屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，每年初夏，受鋒面雨帶影響，南京進入梅雨季節(jié)。梅雨過后，天氣晴燥，常會形成伏旱。

綜合綠地結(jié)構(gòu)、儀器運輸、儀器使用要求等因素，本研究選取的雨花臺景區(qū)內(nèi)5個不同結(jié)構(gòu)類型綠地分別為：南門外無林地、南門內(nèi)草坪、生態(tài)文明館疏林草地、北門道路綠地及雨花博物館密林地。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查

2011年7月11 日至7月23日，對雨花臺景區(qū)內(nèi)不同結(jié)構(gòu)類型的綠地進行植物群落調(diào)查及環(huán)境監(jiān)測。設(shè)置5塊面積為20 m×30 m的樣地，每塊樣地內(nèi)設(shè)置6個10 m×10 m的小樣方進行喬木、灌木層植被組成的調(diào)查;在每個10 m×10 m的小樣方中設(shè)置3個2 m×2 m的草本樣方。記錄喬木種類、胸徑、高度、冠幅，灌木、草本種類、高度、蓋度。

2.2 大氣采樣與試驗

針對南京大氣污染的特點，選擇 SO2、NO2、PM103項指標(biāo)進行監(jiān)測，測點距地面1.5 m高，每個樣地監(jiān)測時長為3 d。

用TH—110F型大氣采樣儀進行大氣采樣，設(shè)定采樣時間1 h，進氣流量0.5 L/min，采樣體積為30 L。每天進行 3 次采樣：上午 8：00—9：00，中午13：00—14：00，晚上 18：00—19：00。每天對樣品進行試驗處理，根據(jù)甲醛溶液吸收——鹽酸副玫瑰苯胺比色法，測定大氣中的SO2質(zhì)量濃度;根據(jù)鹽酸萘乙二胺分光光度法，測定大氣中的NO2質(zhì)量濃度。

3 結(jié)果與分析

3.1 綠地類型

物種多樣性是衡量群落結(jié)構(gòu)與功能復(fù)雜性的重要指標(biāo)，多樣性指數(shù)數(shù)值大，說明植物群落由多樹種組成，物種豐富，組成復(fù)雜［9］。表1反映了5種綠地結(jié)構(gòu)類型的基本情況。從表1可以看出，物種豐富度表現(xiàn)為南門外＜南門內(nèi)＜北門=生態(tài)文明館＜雨花博物館，即無林地＜草坪＜道路綠地=疏林草地＜密林地;郁閉度則表現(xiàn)為無林地=草坪=0＜疏林草地＜道路綠地＜密林地。由于道路綠地的特殊性質(zhì)，其植被主要為灌木，草本基本為稀疏的雜草，因此其結(jié)構(gòu)為喬灌型。密林地結(jié)構(gòu)為喬灌草型。

表1 雨花臺景區(qū)內(nèi)各綠地類型基本狀況

3.2 SO2質(zhì)量濃度與綠地類型的關(guān)系

二氧化硫(SO2)作為酸雨和細(xì)粒子的前體物，對空氣質(zhì)量和人體健康乃至氣候與環(huán)境的影響十分重要。質(zhì)量濃度高的SO2會導(dǎo)致空氣質(zhì)量惡化，并且可以通過氣粒轉(zhuǎn)化過程形成氣溶膠，降低大氣能見度。同時SO2也會導(dǎo)致酸雨，降低農(nóng)作物產(chǎn)量、破壞生態(tài)系統(tǒng)以及水環(huán)境［10］?？諝庵械腟O2主要來源于原煤及化石燃料燃燒和化肥、硫酸等工業(yè)。根據(jù)我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—1996)的規(guī)定，SO2日平均質(zhì)量濃度限值的一級標(biāo)準(zhǔn)為 0.05 mg/m3。

園林植物是城市生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，對于一定濃度范圍內(nèi)的大氣污染物，不僅具有一定程度的抵抗力，而且也具有相當(dāng)程度的吸收能力。植物通過其葉片上的氣孔和枝條上的皮孔，將大氣污染物吸入體內(nèi)，在體內(nèi)通過氧化還原過程進行中和而成無毒物質(zhì)(即降解作用)，或通過根系排出體外，或積累貯藏于某一器官內(nèi)。植物對大氣污染物的這種吸收、降解和積累、排出，實際上起到了對大氣污染的凈化作用［11］。此外，降水對大氣的凈化作用也十分明顯。

3.2.1 晴天不同綠地類型的SO2質(zhì)量濃度

晴天，SO2日平均質(zhì)量濃度表現(xiàn)為無林地＞喬灌結(jié)構(gòu)的道路綠地＞喬灌草結(jié)構(gòu)的密林地(表2)。無林地位于南門外硬質(zhì)地面，該樣地SO2質(zhì)量濃度最高，達(dá)到0.030 mg/m3。道路綠地位于北門，樣地內(nèi)物種豐富度指數(shù)較高，但由于該樣地臨近公路，SO2質(zhì)量濃度為0.029 mg/m3，比無林地稍低。密林地位于雨花博物館內(nèi)，物種豐富度指數(shù)及郁閉度最高，且喬木樹種較多，生長茂盛，尤其香樟對SO2有較強的吸收、消化攝取作用，因此該樣地SO2質(zhì)量濃度最低，為0.020 mg/m3。此外，作為防護綠地，道路綠地的樹種選擇主要采用喬木及灌木，形成喬灌型的群落結(jié)構(gòu)，相對于密林地喬灌草型的群落結(jié)構(gòu)，其環(huán)境效應(yīng)較弱。喬灌草復(fù)層結(jié)構(gòu)的綠地，其單位面積上綠量較高，生態(tài)位分布較為合理，從而提高了城市空氣質(zhì)量，具有最佳的環(huán)境效應(yīng)［3］。根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，3個樣地的SO2日平均質(zhì)量濃度均符合國家一級標(biāo)準(zhǔn)。

表2 二氧化硫及二氧化氮日平均質(zhì)量濃度 mg·m-3

3.2.2 雨天不同綠地類型的SO2質(zhì)量濃度

降雨不僅能凈化空氣，而且能淋溶樹木葉片的表層污染物，使葉片吸附能力更強。從表2可以看出，雨天大氣中SO2質(zhì)量濃度較晴天低。草坪物種豐富度指數(shù)為9，而疏林草地物種豐富度指數(shù)達(dá)到17，將近草坪的2倍，且疏林草地植被為喬灌草結(jié)構(gòu)型，喬木種數(shù)繁多，單位面積綠量較純草坪結(jié)構(gòu)的綠地高。但由于降雨的影響，草坪大氣中的SO2質(zhì)量濃度為 0.013 mg/m3，疏林草地為 0.011 mg/m3，兩者差距不大。

首先，要將政治上可靠的人選用在中層管理崗位上。我們的大學(xué)是黨領(lǐng)導(dǎo)下的社會主義大學(xué)，所以在選用干部時一定要看他們政治上是否可靠，具體而言即是否具有政治意識、大局意識和責(zé)任意識。

3.3 NO2質(zhì)量濃度與綠地類型的關(guān)系

二氧化氮(NO2)是一種棕紅色有刺激性臭味的氣體，主要來自于車輛廢氣、火力發(fā)電站和其他工業(yè)的燃料燃燒及硝酸、氮肥、炸藥的工業(yè)生產(chǎn)過程，具有腐蝕性和生理刺激作用。NO2是形成光化學(xué)煙霧的主要因素之一，也是酸雨的來源之一［11］?？諝庵械腘O2質(zhì)量濃度是判斷一個地區(qū)空氣環(huán)境污染程度的重要標(biāo)志。根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—1996)的規(guī)定，NO2日平均質(zhì)量濃度限值的一級標(biāo)準(zhǔn)為 0.08 mg/m3。

3.3.1 晴天不同綠地類型的NO2質(zhì)量濃度

如表2所示，晴天不同綠地的NO2日平均質(zhì)量濃度高低為無林地＞喬灌結(jié)構(gòu)的道路綠地＞喬灌草結(jié)構(gòu)的密林地。與SO2日平均質(zhì)量濃度分布規(guī)律相似，其質(zhì)量濃度也受綠地植被類型的影響。由于道路綠地臨近公路和停車場，車流量大，人為干擾嚴(yán)重，且機動車尾氣是NO2的主要來源，道路綠地的NO2質(zhì)量濃度為 0.038 mg/m3，無林地為 0.039 mg/m3，因此道路綠地的NO2質(zhì)量濃度較無林地稍低。密林地喬灌草結(jié)構(gòu)復(fù)雜，植物生長茂盛，以闊葉樹為主，葉面積指數(shù)大，因此對NO2有較強的吸收作用，該樣地NO2質(zhì)量濃度最低，為0.023 mg/m3。根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，3個樣地的NO2日平均質(zhì)量濃度均達(dá)標(biāo)。

3.3.2 雨天不同綠地類型的NO2質(zhì)量濃度

由于降雨對大氣的凈化作用，污染物濃度均有所下降。如表2所示，草坪及疏林草地的NO2質(zhì)量濃度基本相同，為0.032 mg/m3，雨天植物對大氣污染物的吸收作用并不明顯。由于草坪及疏林草地附近有機動車輛干擾，而密林區(qū)無車輛干擾，因此兩地的NO2質(zhì)量濃度較密林高。

3.4 PM10質(zhì)量濃度與綠地類型的關(guān)系

粉塵可分為兩類：直徑大于10μm的可以較快地落到地面，通常稱降塵;直徑小于10μm的可以幾小時甚至幾年在空中飄浮，一般稱飄塵或可吸入顆粒物(PM10)。PM10對人體健康有顯著影響，可能引發(fā)呼吸道疾病、肺病、降低肺功能等。我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—1996)規(guī)定，PM10的日平均質(zhì)量濃度限值一級標(biāo)準(zhǔn)為0.05 mg/m3，二級標(biāo)準(zhǔn)為 0.15 mg/m3。

3.4.1 晴天不同綠地類型的粉塵變化

植物葉片的表面特性和本身的濕潤性決定植物具有很大的滯塵能力。在重力或風(fēng)的作用下，粉塵可以沉降在植物表面，當(dāng)含塵氣流經(jīng)過樹冠時，顆粒較大的灰塵會被枝葉阻擋而降落。綠地起著減少空氣含塵量、凈化空氣的作用［12］。

如圖1，晴天PM10質(zhì)量濃度變化基本呈現(xiàn)早晚高中午低的趨勢。早晚時間段PM10質(zhì)量濃度偏高，是因為該時段的車流量及人流量大;中午由于綠地的影響，空氣中濕度較大，粉塵質(zhì)量濃度減輕。此外，無林地下午15：00至17：00期間受旅游車輛及人流的影響，粉塵質(zhì)量濃度偏高。

圖1 可吸入顆粒物質(zhì)量濃度日變化

晴天，PM10日平均質(zhì)量濃度表現(xiàn)出喬灌草結(jié)構(gòu)的密林地＜喬灌結(jié)構(gòu)的道路綠地＜無林地(表3)。密林區(qū)有較多枝葉粗糙、葉脈凹凸、側(cè)脈較多、葉片寬大的植物，如柿樹、桂花、八角金盤等，對粉塵有較強的吸附作用。道路綠地粉塵質(zhì)量濃度偏高，一方面由于該樣地位于公路及停車場旁，早晚時段車流量大;另一方面，該區(qū)的植物樹種對粉塵的吸附作用并不強，如棕櫚、合歡枝葉較少，小葉黃楊葉片小且光滑;此外，喬灌結(jié)構(gòu)的道路綠地的生態(tài)效益較弱于喬灌草復(fù)層結(jié)構(gòu)的綠地。無林地為硬質(zhì)廣場，且位于景區(qū)的南門外，人為干擾嚴(yán)重，粉塵質(zhì)量濃度較高?？傮w看來，調(diào)查區(qū)內(nèi)的PM10日平均質(zhì)量濃度均未達(dá)到環(huán)境空氣質(zhì)量一級標(biāo)準(zhǔn)，但符合二級標(biāo)準(zhǔn)。

表3 可吸入顆粒物日平均質(zhì)量濃度 mg·m-3

3.4.2 雨天不同綠地類型的粉塵變化

大氣中及滯留在枝葉表面的粉塵，由于雨水的沖洗，降落到地表。如圖1和表3，由于雨水對大氣中粉塵的凈化作用，草坪及疏林草地的粉塵普遍較低，均達(dá)到環(huán)境空氣質(zhì)量一級標(biāo)準(zhǔn)，且PM10質(zhì)量濃度大致相同，日變化幅度較小。從圖1可以看出，雨天綠地對PM10的吸附作用不明顯。

4 結(jié)論與討論

夏季是植物生長的旺盛季，樹木的葉面積指數(shù)大，又因為雨熱同期的氣候特點，植物對大氣污染物的吸收、吸附能力最強。南京雨花臺景區(qū)大氣中的SO2和NO2的質(zhì)量濃度均符合國家《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—1996)中的一級標(biāo)準(zhǔn)，PM10的質(zhì)量濃度符合國家的二級標(biāo)準(zhǔn)。

晴天，不同綠地結(jié)構(gòu)下，大氣污染物SO2、NO2及PM10的質(zhì)量濃度差異顯著，各污染物的質(zhì)量濃度均表現(xiàn)為喬灌草結(jié)構(gòu)的密林地＜喬灌結(jié)構(gòu)的道路綠地＜無林地。喬灌草復(fù)合結(jié)構(gòu)的綠地可充分利用自然空間增加葉面積指數(shù)，較多地吸收凈化大氣污染物，最大限度地發(fā)揮生態(tài)效益，是最理想的綠地結(jié)構(gòu)。

雨天，由于降水對大氣污染物的凈化作用，綠地對大氣污染物的凈化作用表現(xiàn)不明顯。

由于儀器設(shè)備原因，本研究是根據(jù)人呼吸帶高度(0.8～1.5 m)在離地面1.5 m垂直高度水平上進行白天的大氣采樣。對于不同垂直高度梯度及夜晚時段，不同結(jié)構(gòu)的綠地對大氣污染的影響，有待進一步探討。

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