不同群落結(jié)構(gòu)綠地空氣負(fù)離子濃度與顆粒物的關(guān)系

劉宇++董蓉++王曉立等

摘要：通過(guò)對(duì)不同群落結(jié)構(gòu)綠地內(nèi)空氣負(fù)離子濃度、PM2.5、PM10以及溫濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，發(fā)現(xiàn)不同群落結(jié)構(gòu)綠地空氣負(fù)離子濃度日變化均明顯，均值按大小排序?yàn)辄S山欒樹(shù)-紫薇+金鐘花-狗牙根群落、日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群、垂柳-狗牙根群落、雪松群落、紫葉小檗+火棘-高羊茅群落、高羊茅群落、對(duì)照；各綠地內(nèi)PM2.5濃度與空氣PM 10濃度日變化規(guī)律基本相似，空氣負(fù)離子濃度與兩者都呈顯著負(fù)相關(guān)，其中與層次單一的植物群落顯著性更明顯，且與PM2.5濃度的相關(guān)性略大于PM10濃度。

關(guān)鍵詞：群落結(jié)構(gòu)；空氣負(fù)離子；PM2.5；PM10

中圖分類號(hào)： S181文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）11-0465-03

收稿日期：2015-05-09

基金項(xiàng)目：國(guó)家星火計(jì)劃（編號(hào)：2013GA690424）；江蘇省宿遷市科技項(xiàng)目（編號(hào)：z201204）。

作者簡(jiǎn)介：劉宇（1981—），男，安徽安慶人，碩士，講師，主要研究方向?yàn)槌鞘袌@林生態(tài)。E-mail：718111060@qq.com?？諝庳?fù)離子能抑制多種病菌和提高人體免疫力，已成為衡量城市空氣質(zhì)量的重要參數(shù)之一[1-3]，城市綠地中的植物能通過(guò)尖端放電以及光合作用產(chǎn)生高濃度負(fù)離子，從而改善城市環(huán)境，提高人體舒適度[4-5]。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于空氣負(fù)離子的研究頗多，主要集中在空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)[6-8]、時(shí)空分布[9-10]、不同綠地類型負(fù)離子濃度差異[11-13]等方面，但關(guān)于綠地內(nèi)負(fù)離子濃度與空氣顆粒物關(guān)系的研究報(bào)道較少。為此，本調(diào)查從不同群落結(jié)構(gòu)綠地出發(fā)，研究空氣負(fù)離子濃度與可吸入顆粒物（PM10）、細(xì)顆粒物（PM2.5）的關(guān)系，為合理建設(shè)城市綠地、引導(dǎo)城市居民休憩提供科學(xué)參考。

1調(diào)查與研究方法

1.1研究區(qū)概況

本研究地點(diǎn)位于宿遷市宿遷學(xué)院老東門游園、教工餐廳前游園以及1號(hào)教學(xué)樓前綠地，研究地點(diǎn)相鄰。根據(jù)樣地地形條件和植物分布，將樣地大小設(shè)置為10 m×10 m～20 m×20 m，選擇了雪松[Cedrus deodara （Roxb.） G. Don]-狗牙根[Cynodondactylon（Linn.）Pers.]群落、垂柳（Salix babylonica）-狗牙根群落、黃山欒樹(shù)（Koelreuteria integrifoliola）-紫薇（Lagerstroemia indica L. ）+金鐘花（Forsythia viridissima Lindl. ）-狗牙根群落、日本晚櫻（Prunus serrulata var. lannesiana）+紫葉李（Prunus Cerasifera Ehrhar f. atropurpurea （Jacq.） Rehd.）-狗牙根群落、紫葉小檗（Berberis thunbergii var.atropurpurea Chenault）-火棘[Pyracantha fortuneana （Maxim.） Li]+高羊茅（Festuca elata Keng ex E. Alexeev）群落、高羊茅群落，以及沒(méi)有綠化的水泥鋪裝廣場(chǎng)作為對(duì)照（表1）。

1.2研究方法

為消除天氣變化可能帶來(lái)的誤差，選擇天氣晴朗的2014年9月7—13日連續(xù)7 d，在常規(guī)游憩活動(dòng)的時(shí)間內(nèi)（7 ∶00—21 ∶00），每隔2 h在7個(gè)典型群落中心測(cè)定空氣負(fù)離子濃度、PM2.5濃度、PM10濃度、空氣溫度、空氣濕度。采樣高度為1.5 m，每個(gè)樣地每時(shí)間點(diǎn)重復(fù)測(cè)量3次，取平均值為該群落實(shí)測(cè)值。

2結(jié)果與分析

2.1不同群落結(jié)構(gòu)綠地空氣負(fù)離子濃度日變化特征

由表2可見(jiàn)，不同群落結(jié)構(gòu)綠地及對(duì)照內(nèi)空氣負(fù)離子濃度日變化均明顯，最高點(diǎn)和最低點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間多不一致。總體上，09：00—13：00期間的空氣負(fù)離子濃度較低，07：00左右和21：00左右濃度較高，高羊茅群落的最低點(diǎn)出現(xiàn)在15：00左右，雪松群落和日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群落最高點(diǎn)分別出現(xiàn)在15：00 和17：00左右。一天中，對(duì)照內(nèi)空氣負(fù)離子濃度變化幅度最小，僅為88個(gè)/cm3，日變化幅度為39.64%，而黃山欒樹(shù)-紫薇+金鐘花-狗牙根群落日變幅最大，達(dá)到305個(gè)/cm3，日增幅為93.85%，其中日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群落日變幅也相對(duì)較大，為281個(gè)/cm3。吳楚才等研究表明，綠地內(nèi)空氣負(fù)離子濃度與郁閉度呈一定的正相關(guān)，而與群落內(nèi)樹(shù)種的胸徑和高度無(wú)關(guān)[14]，黃山欒樹(shù)-紫薇+金鐘花-狗牙根群落和日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群落植物種植密集且郁閉度大，對(duì)群落內(nèi)空氣負(fù)離子濃度水平的提高和空氣質(zhì)量的改善具有一定的作用。

2.2不同群落結(jié)構(gòu)綠地空氣負(fù)離子濃度方差分析與多重比較

對(duì)不同群落結(jié)構(gòu)綠地及對(duì)照內(nèi)空氣負(fù)離子濃度進(jìn)行方差分析與多重比較，結(jié)果（表3）表明，負(fù)離子濃度均值按大小排序是黃山欒樹(shù)-紫薇+金鐘花-狗牙根群落>日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群>垂柳-狗牙根群落>雪松群落>紫葉小檗+火棘-高羊茅群落>高羊茅群落>對(duì)照點(diǎn)。黃山欒樹(shù)-紫薇+金鐘花-狗牙根群落、日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群、垂柳-狗牙根群落、雪松群落、紫葉小檗+火棘-高羊茅群落空氣負(fù)離子濃度均顯著高于高羊茅群落和對(duì)照（P<0.05）；黃山欒樹(shù)-紫薇+金鐘花-狗牙根群落負(fù)離子濃度極顯著高于垂柳-狗牙根群落、雪松群落、紫葉小檗+火棘-高羊茅群落、高羊茅群落、對(duì)照點(diǎn)（P<0.01）；對(duì)于同樣是喬草結(jié)構(gòu)的日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群落顯著高于垂柳-狗牙根群落（P<0.05）。這可能是垂柳-狗牙根群落中垂柳的分支點(diǎn)較高，通風(fēng)效果較好，且這種疏林草地類型較能吸引游人進(jìn)入林內(nèi)活動(dòng)與休憩，而日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群落觀賞性強(qiáng)，植物種植密集使空氣負(fù)離子相對(duì)損耗較小。

2.3不同群落結(jié)構(gòu)綠地空氣PM2.5濃度與PM10濃度日變化規(guī)律

不同群落結(jié)構(gòu)綠地及對(duì)照內(nèi)空氣PM2.5濃度與空氣PM10濃度日變化規(guī)律基本相似（圖1、圖2），整體上白天要高于晚上，空氣PM2.5濃度在不同時(shí)間點(diǎn)的平均濃度范圍在27.8～51.08 μg/m3，最低值是晚上21：00左右出現(xiàn)在雪松群落，最高值是無(wú)綠化的對(duì)照在中午13：00左右測(cè)得?？諝釶M10濃度在不同時(shí)間點(diǎn)的平均濃度范圍在59.6～109.36 μg/m3，最低值和最高值分別出現(xiàn)在19：00的日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群和9：00的對(duì)照內(nèi)。對(duì)不同群落結(jié)構(gòu)綠地和對(duì)照內(nèi)空氣PM2.5濃度與PM10濃度進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，PM2.5濃度日均值按從小到大的順序是日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群落<雪松群落<黃山欒樹(shù)-紫薇+金鐘花-狗牙根群落<垂柳-狗牙根群落<紫葉小檗+火棘-高羊茅群落<高羊茅群落<對(duì)照點(diǎn)。PM10濃度排序基本一致，只有黃山欒樹(shù)-紫薇+金鐘花-狗牙根群落出現(xiàn)變化，為不同群落結(jié)構(gòu)綠地中的最小值。不同群落結(jié)構(gòu)綠地的滯塵能力受植物形體大小和枝葉自身特性的影響[15]，普遍認(rèn)為群落結(jié)構(gòu)豐富，群落內(nèi)植物葉表面比較粗糙，多絨毛的植物滯塵能力強(qiáng)，而表面光滑的滯塵能力較弱[16-17]，黃山欒樹(shù)-紫薇+金鐘花-狗牙根群落屬于喬灌草群落的立體結(jié)構(gòu)，滯塵效果較好，松科植物可以分泌黏性物質(zhì)吸附細(xì)顆粒物，而日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群落植物密集、郁閉度大、濕度高、降塵明顯。

2.4空氣負(fù)離子與顆粒物的相關(guān)性系數(shù)

在不同群落結(jié)構(gòu)的綠地內(nèi)，局部小氣候和環(huán)境因子等對(duì)負(fù)離子濃度水平有重要的影響，基于監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)，對(duì)不同群落結(jié)構(gòu)綠地的溫度、濕度、PM2.5濃度、PM10濃度分別與空氣負(fù)離子濃度進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)空氣負(fù)離子濃度與溫

度呈負(fù)相關(guān)，與濕度呈正相關(guān)，而與PM2.5濃度、PM10濃度都呈顯著負(fù)相關(guān)，其中與垂柳-狗牙根群落、紫葉小檗+火棘-高羊茅群落以及高羊茅群落呈極顯著負(fù)相關(guān)（表3）。

3結(jié)論與討論

本研究表明，不同群落結(jié)構(gòu)綠地及對(duì)照內(nèi)空氣負(fù)離子濃度日變化均明顯，但最高值和最低值出現(xiàn)時(shí)間多不一致。負(fù)離子濃度均值按大小排序是黃山欒樹(shù)-紫薇+金鐘花-狗牙根群落>日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群落>垂柳-狗牙根群落>雪松群落>紫葉小檗+火棘-高羊茅群落>高羊茅群落>對(duì)照點(diǎn)。對(duì)不同群落結(jié)構(gòu)綠地，較高的植物覆蓋率能明顯降溫增濕，而層次豐富的植物葉片在冠層形成的葉幕能消弱光照強(qiáng)度，降低氣溫，同時(shí)受蒸騰拉力作用增加的水分子和光合作用產(chǎn)生的氧氣優(yōu)先形成負(fù)離子，因此具喬、灌、草結(jié)構(gòu)的復(fù)層結(jié)構(gòu)比結(jié)構(gòu)單一的植物群落對(duì)提高環(huán)境中的空氣負(fù)離子濃度發(fā)揮更大的作用，這與前人研究結(jié)論[12，18-19]一致。

不同群落結(jié)構(gòu)綠地及對(duì)照內(nèi)空氣PM2.5濃度與空氣PM10濃度日變化規(guī)律基本相似，空氣負(fù)離子濃度與兩者都呈顯著負(fù)相關(guān)，其中與層次比較簡(jiǎn)單的植物群落顯著性更明顯，且PM2.5濃度的相關(guān)性略大于PM10濃度。通常可吸入顆粒物（PM10）主要靠重力或者慣性作用沉降，而細(xì)顆粒物（PM2.5）常通過(guò)布朗運(yùn)動(dòng)向外擴(kuò)散[5]，因而受氣流環(huán)境因素影響要大于可吸入顆粒物。而多層的群落結(jié)構(gòu)相對(duì)于層次單一或種植稀疏的植物群落，空氣中的顆粒物向外擴(kuò)散能力要弱。

空氣負(fù)離子與顆粒物之間及受其他因素影響頗多，不僅需要從群落結(jié)構(gòu)、溫濕度等角度分析，還需考慮光照、風(fēng)速、植物種類等多種因素，關(guān)于其他氣候因子對(duì)兩者的影響以及植物種植密度和種類搭配等與負(fù)離子和顆粒物的關(guān)系還需進(jìn)一步研究。

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