城市森林緩解PM2.5等大氣顆粒物污染研究概況

李秀忠，楊愷林

(1.北京林大林業(yè)科技股份有限公司，北京 100083； 2.北京市園林植物工程技術(shù)研究中心，北京 100083)

城市森林緩解PM2.5等大氣顆粒物污染研究概況

李秀忠1，2，楊愷林1

(1.北京林大林業(yè)科技股份有限公司，北京 100083； 2.北京市園林植物工程技術(shù)研究中心，北京 100083)

城市化建設(shè)導致城市空氣污染日益嚴重，城市森林在滯塵方面的突出表現(xiàn)越來越多受到各界學者的關(guān)注，對綠色植被滯塵能力的研究愈發(fā)深入。適地適樹、精選樹種、營造近自然群落、種植密度合理化、空間組合科學化等均成為城市森林緩解PM2.5等大氣顆粒物污染的有效手段。在前期學者研究的基礎(chǔ)上，針對城市森林緩解大氣顆粒物(以PM2.5為首要)污染效果進行分析，以期為國內(nèi)相關(guān)研究提供參考和借鑒。

大氣污染，PM2.5，緩解，城市森林

隨著城市化在我國的迅速發(fā)展，城市生態(tài)建設(shè)日益受到重視。城市化帶動經(jīng)濟的同時也帶來了諸多環(huán)境問題，如風沙和霧霾等，嚴重危害到人們的身體健康。因此，解決城市日趨嚴重的空氣污染問題刻不容緩。城市森林是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在維護城市生態(tài)平衡和改善環(huán)境方面起著其他基礎(chǔ)設(shè)施無法替代的作用。綠化植物可有效減少空氣中粉塵含量的功效，是目前改善城市環(huán)境的重要手段。植物葉片可以截取和固定大氣顆粒污染物而成為消減城市大氣污染的重要過濾體。因此，利用植物本身的生物學特性，選擇種植滯塵能力強的樹種，對城市森林進行合理配置，對解決當前大氣顆粒物污染問題具有現(xiàn)實意義。

1 PM2.5及城市森林簡介

1.1 PM2.5簡介

大氣顆粒物通常被稱為總懸浮顆粒物(TSP)，其粒徑范圍大約為 0.001～100 μm[1])，是大氣污染的首要污染物[2]。大氣顆粒物的來源可以分為自然來源和人為來源，對于城市來說，顆粒物的主要來源有：地面揚塵、森林火災、尾氣排放、地面揚塵、花粉等[3]，其中交通排放的顆粒物對大氣污染的影響較大。

PM2.5對人類的健康危害十分嚴重，空氣中含有過高的PM2.5不僅會提高心肺系統(tǒng)的發(fā)病率、死亡率[4]，而且對心血管系統(tǒng)的影響十分嚴重[5]，長時間暴露在PM2.5濃度高的空氣中，還會引發(fā)一些中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損的疾病。

1.2 城市森林簡介

城市森林是一個城市森林生態(tài)系統(tǒng)，它是以城市中的樹木為主體，其他綠化植物為輔組成的總和。他除了發(fā)揮森林防風固沙、水源、美化環(huán)境、維持生物多樣性的功能外，還有著凈化城市空氣、減弱城市噪聲、改善城市居民居住環(huán)境等功能。城市森林可以有效減緩空氣污染，有研究證明主要是通過物理方式和化學方式來對大氣顆粒物進行沉降和轉(zhuǎn)化，相當于城市空氣凈化器[6-7]，現(xiàn)在城市森林的滯塵功能愈發(fā)被人們所重視，從樹種選擇到空間配置，有大量學者進行了相關(guān)研究。

2 我國PM2.5污染現(xiàn)狀

2.1 PM2.5標準

世界衛(wèi)生組織WHO規(guī)定PM2.5年平均濃度標準值10 μg/m3，24 h平均濃度標準值為25 μg/m3；美國環(huán)保署(EPA)2012年頒布了新的國家標準，規(guī)定PM2.5年度健康標準為12 μg/m3(一級)，保留了現(xiàn)行的二級年標準(15 μg/m3)、24小時標準(35 μg/m3)，PM10 24小時標準為150 μg/m3；我國環(huán)保部2012年將PM2.5濃度納入常規(guī)空氣質(zhì)量評價體系，在其頒布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》中規(guī)定，PM2.5年度平均值一、二級標準分別為15 μg/m3和35 μg/m3，日平均值一、二級標準分別為35 μg/m3和75 μg/m3，PM10年度平均值一、二級標準分別為40 μg/m3和70 μg/m3，日平均值一、二級標準分別為50 μg/m3和150 μg/m3，TSP年度平均值一、二級標準分別為80 μg/m3和200 μg/m3，日平均值一、二級標準分別為120 μg/m3和300 μg/m3。

2.2 PM2.5的污染現(xiàn)狀

目前，我國使用的標準還停留在WHO規(guī)定的第一階段的排放濃度標準，2012-05-24環(huán)保部公布了《空氣質(zhì)量新標準第一階段監(jiān)測實施方案》，要求全國74個城市在當年10月底前完成PM2.5“國控點”監(jiān)測的試運行。74個城市中包括北京、上海等直轄市，京津冀、珠三角、長三角三大城市群的部分城市，以及各省會城市。2013年底，出爐了這批城市完整和連續(xù)的PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)在全國納入監(jiān)測范圍的 74 座城市中，發(fā)現(xiàn)其中只有不到十成的城市PM2.5年均濃度到達了國家的標準，其中32所城市的PM2.5年均濃度是國家標準的2倍以上，污染程度最嚴重的10個城市中，其PM2.5年均濃度已超過國家標準的3倍以上[8]。我國的東部和南部是大氣污染發(fā)生最為嚴重的區(qū)域，尤其是臨海發(fā)展的城市，其空氣污染狀況都相當突出，有些甚至達到80 μg/m3的高濃度。由于大氣污染的擴散性，現(xiàn)在一些西部的城市，其年均濃度也遠遠超過了我國的標準，我國的空氣污染問題面臨著巨大的挑戰(zhàn)[9]。

3 城市森林對PM2.5的緩解作用

3.1 城市森林的物理降塵作用

3.1.1 城市森林的動力阻塞機制

城市森林由于其巨大的葉表面積，復雜的枝葉機構(gòu)，可以成為城市空氣顆粒物的“濾網(wǎng)”，當氣流受到樹木的阻礙時，其方向會發(fā)生改變，速度會減慢，有些大粒徑的顆粒物就會由于重力沉降作用而降落，進而可以減少空氣中的PM10和TSP等大粒徑顆粒物，但是對PM2.5等可吸入顆粒物沒有明顯影響[7]。

3.1.2 葉面的顆粒附著、粘附力

不同的植物葉片有不同的表面特征，有些植物葉片表面多溝槽、氣孔以及可以分泌大量黏液[10]，這樣就可以通過這些超微結(jié)果牢牢吸附住大氣顆粒物；甚至有一些有機顆粒物，具有較強的可溶性，對人體的危害極大，這類可溶性物質(zhì)可以被植物的蠟質(zhì)層吸附進入葉片內(nèi)部[11]，即使通過大風和降水也無法將其吹入和沖刷進入空氣中，這類吸附能力對PM2.5的清除能力較強。

3.1.3 城市森林巨大的滯塵葉面積

一切城市建筑也能滯納一定的粉塵，但是相比于植物來說，建筑物基本上都十分光滑，面積也是固定的，其滯納的大氣顆粒物基本都是暫時的，一旦有風經(jīng)過，大氣顆粒物及其容易重返空氣中，而城市森林的滯納作用就能有效的避免二次揚塵。城市森林基本配置都是喬灌草的復層結(jié)構(gòu)，有著巨大的滯塵葉面積以及復雜的空間結(jié)構(gòu)，既有利于大氣顆粒物的滯納，還可以有效的避免地面揚塵的發(fā)生。

3.2 城市森林的化學除塵作用

3.2.1 城市森林內(nèi)空氣負離子的中和作用

森林可以創(chuàng)造大量的負氧離子，負氧離子可以吸附大量的PM2.5，空氣中的負氧離子越高，大氣中的PM2.5濃度越低[12]。城市森林的負氧離子濃度顯著高于城市的其他區(qū)域，當空氣中的負氧離子達到2.5萬個/m3時，空氣中PM2.5的含量可以減到原來的一半，凈化力度十分大，而且森林的覆蓋面積越大，負氧離子的含量越高，因此綠化較好的城市森林對大氣顆粒物的凈化有著巨大的貢獻。

3.2.2 城市森林內(nèi)植物有機揮發(fā)物的作用

大氣顆粒物尤其是可吸入顆粒物，其粒徑小，比表面積大，十分容易攜帶各種病菌、病毒等，當空氣濕度較大時，大氣顆粒物攜帶的有害物質(zhì)數(shù)量會增加。城市森林不僅可以通過自身的吸附凈化大氣，還可以釋放出很多有益的有機物質(zhì)，具有抑制細菌繁殖、使病菌失去活性的作用，可以有效地降低大氣顆粒物攜帶有害物質(zhì)的毒性，可以有效減少傳染病的發(fā)生。

3.2.3 城市森林的“吸收消化”功能

城市森林通過光合作用和呼吸作用進行生長，其通過氣孔進行呼吸時，很多有害物質(zhì)都可以被吸收進入葉片內(nèi)部，通過植物一系列的代謝反應排除植物體外或者積累于植物內(nèi)部。相當于把有害顆粒物“消化吸收”，降低大氣顆粒物的危害。

4 提高城市森林滯塵效率的配置要點

4.1 生態(tài)科學性

1)適地適樹。適地適樹是建造城市森立時，選擇樹種的一個基本原則，只有選擇適應當?shù)丨h(huán)境和氣候的樹種，積極推廣鄉(xiāng)土樹種的發(fā)展，才能使樹木更好地發(fā)揮其滯塵效能。

2)高滯塵樹種選擇。植物的外部形態(tài)和葉片結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，而這些植物本身的特性使各個不同的植物間滯塵能力差異十分明顯，不同的植物在不同的季節(jié)、不同的生長時期，其顆粒物滯納能力有著十分顯著地差異，而且不同植物葉片，尤其是針葉樹和闊葉樹對比可以看出，葉片對于滯納顆粒物粒徑的選擇也有所不同[13]，有的樹種能更多的滯納小粒徑顆粒物，而有些樹種滯納大粒徑顆粒物的效果十分優(yōu)秀。不同的葉片結(jié)構(gòu)，例如表面多溝槽、氣孔、絨毛密度大、可分泌黏液等特征，都有助于葉片滯納更多的顆粒物[14]。

3)復層結(jié)構(gòu)營造。城市森林的空間構(gòu)造不同，其滯塵能力差異也相當明顯，單一的草地對于大氣顆粒物的凈化作用相當?shù)谋∪鮗15]，最有效的結(jié)構(gòu)是喬、灌、草的復合結(jié)構(gòu)[16]，這種結(jié)構(gòu)不僅可以充分的發(fā)揮對顆粒物的阻滯作用，而且還可以有效的避免二次揚塵的發(fā)生，合理的配置可以讓城市森林的大氣凈化作用發(fā)揮到最優(yōu)。

4.2 空間合理性

1)種植密度。城市森林在一定范圍內(nèi)，種植密度越高，其葉面積越大，滯塵能力越強，但是如果超過一定的范圍，會導致滯納的大氣顆粒物無法擴散，產(chǎn)生反作用，因此合理的種植密度，不僅提高美景度，也能更好的發(fā)揮城市森林滯納大氣顆粒物的效果。

2)道路林帶寬度與結(jié)構(gòu)。關(guān)于道路林帶調(diào)控空氣顆粒物的研究，目前的學者得出的結(jié)論基本為較寬的道路林帶可以更好的滯納大氣顆粒物[17]。一些學者[7]的試驗表明：在日均車流量超過5萬輛的高速公路上，周邊兩側(cè)的防護林帶在80 m范圍內(nèi)都集中了很多重金屬，為了保證能較好的減緩重金屬等污染物，周圍的道路林帶不能低于40 m。

5 結(jié)語

根據(jù)國內(nèi)外對于城市森林緩解大氣顆粒物污染的研究現(xiàn)狀，今后的研究方向大致有如下幾方面：一方面調(diào)控空氣顆粒物的機理，城市森林對大氣顆粒物的調(diào)控作用十分復雜，有各種各樣的交互效應，影響因素眾多，要加強城市森林內(nèi)大氣顆粒物的源頭解析，并且與城市森林的生理生態(tài)反映和城市內(nèi)的小氣候相結(jié)合，更好的研究城市森林調(diào)控大氣顆粒物的機理[18]；另一方面調(diào)控空氣顆粒物的研究方法，目前對于葉面塵定量的研究，目前采用的方式有水洗法[2]、濾膜法[11]、電鏡掃描法[19]、粒度分析法[20]，但是由于方法和步驟有著很大的差異，導致一些對于葉片滯塵的研究結(jié)果差異十分明顯，有些同樣的樹種甚至得到了相反的結(jié)論，因此規(guī)范研究手段，使用更加精確靈敏的儀器是以后的研究重點[21]。

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MitigationofAtmosphericParticulateMatterPollutionbyUsingUrbanForest

LI Xiuzhong1，2，YANG Kailin1

(1.Beijing Forestry University Forest Science Co, Ltd.，Beijing 100083，China；2.Beijing City Garden Plant Engineering Technology Research Center，Beijing 100083，China)

In the process of urbanization and industrialization, atmospheric particulate matter has become the primary air pollutant. Urban forest as the construction of urban ecological self-purification function of ecological system, can purify atmospheric particulate matter and provide relatively clean leisure space for people… Among this aspect, the optimal tree suitably, selection of tree species and create a nearly natural community, planting density reasonably and scientific space combination and so on are all become the effective methods that can mitigate PM2.5 and other atmospheric particulate matter pollution. In this essay, on the basis of predecessors' research, in view of the urban forest mitigate atmospheric particulate matter (primary for PM2.5 pollution) effect were summarized and analyzed, so as to provide reference for related research.

air pollution；atmospheric particulate matter；mitigation；urban forest

2016 — 03 — 21

李秀忠(1984-)，男，山西忻州人，碩士，助理工程師，主要從事園林設(shè)計方面的工作。

楊愷林(1981-)，男，北京人，本科，助理工程師，主要從事林業(yè)方面的工作。

S 788

A

1003 — 6075(2016)01 — 0010 — 04

10.16166/j.cnki.cn43 — 1095.2016.01.003