冬季不同常綠植物對于大氣PM2.5濃度影響的研究

楊靜慧，龐志蕊，黃晗達(dá)，張桂霞，張霞，盧云慧

PM2.5是空氣污染的主要指標(biāo)之一，與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5具有粒徑小，表面積大，活性強(qiáng)，易附帶有毒、有害物質(zhì)的特點[1-2]，能較長時間地懸浮于空氣中，造成能見度降低和氣候變化[3]，嚴(yán)重影響了人們的生產(chǎn)、生活和身體健康。研究表明，PM2.5每增加10 μg/m3，心力衰竭患者的住院率就要增加1.28%[4]，PM2.5對心血管系統(tǒng)危害嚴(yán)重，可以引發(fā)一系列疾病，甚至可以致癌[5]。自2013年以來，以北京、天津為首的全國中東部地區(qū)出現(xiàn)了嚴(yán)重的霧霾天氣，環(huán)境問題已經(jīng)成為了世界關(guān)注的問題，空氣質(zhì)量亟待改善[6]。20世紀(jì)70年代，國外對樹木滯塵能力就有研究，并提出了森林植被是顆粒污染物蓄積庫的說法[7]。園林植物可有效阻滯粉塵、吸收有害氣體，在一定程度上可降低PM2.5的濃度，改善空氣質(zhì)量。城市綠化對于改善空氣質(zhì)量一直都有著很顯著的作用[8]。李新宇等[9]認(rèn)為，不同群落類型的植被對PM2.5的滯塵能力不同，并提出了最適的綠帶寬度和最適的喬、灌、草組合配置。目前，對于北方冬季常綠植物栽植方式和方位與PM2.5吸附之間關(guān)系的研究報道較少。在一年中霧霾最為嚴(yán)重的冬季，進(jìn)行這方面的研究有利于更細(xì)致地了解不同常綠植物對PM2.5吸附的差異，對常綠植物的園林配置和減少北方冬季霧霾具有科學(xué)指導(dǎo)作用。

1 材料與方法

試驗于2017年1月9—19日在天津城建大學(xué)校園內(nèi)進(jìn)行（1月13日風(fēng)級超過4級，不適合手動檢測儀的測定），以北方冬季常綠植物大葉黃楊（Buxus megistophyllaLevl.）、圓柏（Sabina chinensis（L.）Ant.）、白皮松（PinusbungeanaZucc.）、砂地柏（Sabina vulgarisAntoine）為試驗材料。樣地內(nèi)樣株的栽植和生長情況見表1。

由于道路綠地消減PM2.5的有效寬度，在輕度污染條件下為30 m，中重度污染條件下為16～25 m[5]，最佳寬度是24 m[10]，所以選擇樣地長度30 m以上。選擇植株生長一致、健壯、植株栽植較為密集、且分布均勻的地塊為樣地。分別選擇片植（成片）和列植（成排）植株栽植方法，用隨機(jī)取樣法選擇樣株，每處理選擇5株樣株，5次重復(fù)。用博朗通便攜式手持檢測儀測定空氣中PM2.5的濃度。每天均在14：00—15：00測定。觀測期間氣象條件如表2所示。

表1 供試常綠植物植株生長情況

表2 測量期間氣象因子的變化

2 結(jié)果與分析

2.1 常綠植物群落內(nèi)PM2.5濃度的變化

5種植物各方位PM2.5濃度隨大氣污染程度的變化如圖1所示。

圖1 不同植物各方位PM2.5濃度隨大氣污染程度的變化

由圖1可以看出，不同植物群落內(nèi)PM2.5的濃度變化主要取決于大氣中PM2.5濃度大小，與植物種類關(guān)系不大，植物群落各方位的PM2.5濃度變化趨勢與大氣中PM2.5濃度變化趨勢一致。大氣中PM2.5濃度越高，各植物群落內(nèi)PM2.5濃度也越高，且植物群落內(nèi)的PM2.5濃度在1月11日和1月17日變化明顯。

2.2 在重度霧霾天氣下，片植常綠植物群落內(nèi)PM2.5濃度的變化

重度霧霾天氣下，片植常綠植物群落內(nèi)PM2.5濃度的變化如圖2所示。

圖2 片植植物群落內(nèi)PM2.5濃度的變化

由圖2可以看出，2017年1月11日重度霧霾天氣條件下，不同植物在成片栽植方式下，白皮松與大葉黃楊內(nèi)部中間的PM2.5濃度與其他各方位PM2.5濃度存在顯著差異，砂地柏內(nèi)部中間的PM2.5濃度與西、南邊緣以及表面中間位置的PM2.5濃度存在顯著差異。表現(xiàn)為砂地柏、白皮松、大葉黃楊內(nèi)部中間的PM2.5濃度最低，樣地中央植株上方表面的PM2.5濃度最高。此外，白皮松東邊緣、南邊緣的PM2.5含量居中；大葉黃楊南部、北部邊緣的也較低（僅次于群落內(nèi)中部的PM2.5值）。由圖3可以看出，成片栽植植物的栽植方位與PM2.5的濃度有顯著的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均為R2＞0.8。

圖3 片植植物群落內(nèi)PM2.5濃度與測定方位的相關(guān)性

2.3 在重度霧霾天氣下，列植常綠植物群落內(nèi)PM2.5濃度的變化

重度霧霾天氣下，列植常綠植物群落內(nèi)PM2.5濃度變化如圖4所示。

圖4 列植植物群落內(nèi)PM2.5濃度的變化

由圖4可以看出，2017年1月11日重度霧霾 天氣條件下，在列植栽植方式下，圓柏行列中間的株高1/2內(nèi)部和北株高1/2邊緣處的PM2.5濃度與其他各方位（除南株高1/2邊緣）的PM2.5濃度存在顯著差異，大葉黃楊行列中間的株高1/2內(nèi)部的PM2.5濃度與其他各方位（除東距邊1 m）顯著差異。表現(xiàn)為圓柏植物群落北部近地面的濃度最高，各植株內(nèi)部、行列的中間、株高1/2處的PM2.5濃度低。圖5可以看出，成列栽植的植物的栽植方位與PM2.5濃度呈高度相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均為 R2＞0.9。

圖5 列植植物群落內(nèi)PM2.5濃度與測定方位的相關(guān)性

2.4 在重度霧霾天氣下，大葉黃楊不同栽植方式群落內(nèi)PM2.5濃度的變化

由圖6可以看出，在不同栽植方式下，成列栽植的大葉黃楊各方位的PM2.5濃度低于成片栽植的大葉黃楊各方位的PM2.5濃度，表明成列栽植的大葉黃楊吸附PM2.5的能力要強(qiáng)于成片栽植的大葉黃楊。此外，無論是列栽還是片植，大葉黃楊內(nèi)部中間吸附PM2.5的能力要強(qiáng)于植物邊緣。

圖6 大葉黃楊不同栽植方式群落內(nèi)PM2.5濃度的變化

3 結(jié)論

（1）常綠植物群落周圍的PM2.5濃度主要取決于大氣中PM2.5濃度的大小。

（2）在重度霧霾天氣下，常綠植物具有降低PM2.5的能力，且植物各方位PM2.5濃度有明顯差異，兩者高度相關(guān)。

（3）片植的砂地柏、白皮松、大葉黃楊內(nèi)部中間的PM2.5濃度最低，樣地中央植株上方表面的PM2.5濃度最高；大葉黃楊南部、北部邊緣的也較低（僅次于群落內(nèi)中部的PM2.5值）。列植栽植的北部近地面的濃度最高，植株內(nèi)部、行列的中間、株高1/2處的PM2.5濃度最低。

（4）列植和片植植物的栽植方位與PM2.5的濃度高度相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為R2＞0.9和R2＞0.8。

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