綠色植物對PM2.5說“不”

鐵錚

這是一個嚴(yán)峻的現(xiàn)實：

近年來中國頻繁遭遇大范圍的霧霾污染。

2013年以來，全國338個地級以上城市中，有265個城市環(huán)境空氣質(zhì)量超標(biāo)，占78.4%；京津冀地區(qū)13個地級以上城市達(dá)標(biāo)天數(shù)比例平均只有52.4%。

PM2.5這個詞，已經(jīng)成為全社會矚目的焦點(diǎn)。有效調(diào)控和消除PM2.5等顆粒物成了呼聲最高、最亟待解決的重大環(huán)境問題。

2013年1月，國家林業(yè)局適時應(yīng)急啟動了國家林業(yè)公益性行業(yè)重大科研專項，開展了森林對PM2.5等顆粒物的調(diào)控功能與技術(shù)研究。這樣的應(yīng)急科研項目的設(shè)立，在林業(yè)科技史上并不多見。

該項目由北京林業(yè)大學(xué)負(fù)責(zé)，聯(lián)合中國林業(yè)科學(xué)研究院、中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心、中國環(huán)境監(jiān)測總站、北京市農(nóng)林科學(xué)院、北京市園林綠化局、廣東省林業(yè)科學(xué)研究院等單位的100多名研究人員協(xié)同開展項目研究工作。

4月17日，主持人、北京林業(yè)大學(xué)教授余新曉告訴記者：2016年，北京市PM2.5平均濃度較2013年下降18.4%。森林作為生態(tài)系統(tǒng)的主體，在防霾治污方面有其獨(dú)特不可替代的作用。

在艱苦攻關(guān)中，4個春秋轉(zhuǎn)瞬而逝。項目組全面完成了項目的預(yù)期目標(biāo)和研究任務(wù)，取得了一系列原創(chuàng)性的成果。

科研人員構(gòu)建了首都圈森林大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，科學(xué)地揭示和評價了森林調(diào)控PM2.5等顆粒物的機(jī)理和功能，篩選出了具有防霾治污功能的適宜樹種，提出了針對城市典型區(qū)域高效滯塵的森林優(yōu)化配置技術(shù)，集成了城市森林調(diào)控PM2.5等顆粒物的技術(shù)體系并開展示范。

有關(guān)專家評價說，這些研究成果為系統(tǒng)認(rèn)識森林防霾治污功能和城市森林營建提供了重要的理論和技術(shù)依據(jù)，對更好地發(fā)揮森林“綠色穹頂”的作用具有重要意義。

植物調(diào)控PM2.5的機(jī)理大揭秘

科研人員建立了覆蓋首都圈的森林環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。他們基于首都圈森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測站，構(gòu)建了相對完備的大氣顆粒物監(jiān)測體系。監(jiān)測站及監(jiān)測范圍包括：10個定位監(jiān)測站、2個監(jiān)測塔、102個監(jiān)測樣地、131種植物種、15種顆粒物化學(xué)組分，區(qū)域涵蓋北京市城區(qū)和郊區(qū)的不同綠化區(qū)、不同污染程度的地區(qū)。

科研人員告訴記者，北京市森林植被對PM2.5的調(diào)控作用年均量為每年每平方公里309.03公斤。其中沉降作用占比最大，為43.57%；其次為阻滯作用，為34.80%；吸附作用為21.50%，吸入作用占比最小，僅為0.13%。在北京地區(qū)混交林調(diào)控PM2.5作用能力最強(qiáng)，其次順序為闊葉林、針葉林和灌木林，草地調(diào)控作用能力最低。

一是沉降作用。大氣顆粒物通過重力沉降和湍流擴(kuò)散等空氣動力作用降落到森林等下墊面中。這一過程主要包括布朗擴(kuò)散、攔截、慣性碰撞和重力沉降等運(yùn)動形式。

研究中發(fā)現(xiàn)，白天PM2.5的沉降量大于晚上的沉降量。這主要是由于白天人為活動使得大氣層擾動程度比夜里大，顆粒物更容易通過碰撞吸附等過程沉降在植物體上。同一時間，鷲峰公園的沉降速度大于奧體公園的沉降速度，主要是因為鷲峰公園的植被覆蓋類型更有利于顆粒物的沉降。

從日沉降量來看，一天中10：00-14：00大氣顆粒物沉降量最大。早上的沉降量大于下午。從季節(jié)來看，夏季大氣顆粒物在森林內(nèi)沉降量最大。

二是阻滯作用。林帶具有復(fù)雜的枝葉結(jié)構(gòu)，通過改變林帶內(nèi)部大氣顆粒物的運(yùn)動形態(tài)，使其運(yùn)動能量和方式發(fā)生變化，從而導(dǎo)致顆粒物在林帶內(nèi)滯留。研究發(fā)現(xiàn)，人工林對PM2.5等細(xì)顆粒物的阻滯效率，下午高于早上。因此研究人員建議，人們在城市森林的晨練應(yīng)變成下午的鍛煉。

三是吸附作用?？蒲腥藛T稱，植物個體捕集到大氣顆粒物，是植物的葉、枝、莖干等各器官表面與顆粒物相互作用的結(jié)果，主要依靠植物葉表面結(jié)構(gòu)和特殊的分泌物沾粘降塵。這種方式最穩(wěn)定。樹種間滯塵能力的差異，由葉表面的特性、樹冠結(jié)構(gòu)、枝條密度等決定。

科研人員按植物葉表面的吸附能力進(jìn)行了排序。第一類單位葉面積吸附顆粒物能力最強(qiáng)的植物，有懸鈴木、構(gòu)樹、栓皮櫟和杜仲；第二類吸附能力較強(qiáng)的植物，有紫葉李、紫葉桃和山楂；第三類吸附能力中等的植物，有欒樹、銀杏、水杉、黃檗、暴馬丁香、七葉樹、火炬樹和核桃；第四類吸附能力較弱的植物，有白玉蘭、白榆、旱柳、元寶楓、龍爪槐、絲棉木、椴樹、加拿大楊和皂莢；第五類吸附能力弱的植物，有白蠟、毛白楊、鵝掌楸、香椿、黃金樹、臭椿、刺槐、國槐和水曲柳。科研人員認(rèn)為，植物葉片吸附顆粒物的能力，受到植物葉表面微觀結(jié)構(gòu)的影響，植物葉片結(jié)構(gòu)隨季節(jié)發(fā)生變化，影響對顆粒物的吸附。

四是吸入作用。大氣顆粒物可以經(jīng)植物葉片氣孔進(jìn)入植物體內(nèi)參與植物代謝反應(yīng)。

科研人員確定了森林調(diào)控PM2.5等顆粒物的影響因素。其中包括葉片粗糙度、葉片著生角度、葉面濕潤性、郁閉度、疏透度、葉面積指數(shù)等。他們對森林植被調(diào)控PM2.5等顆粒物的功能進(jìn)行了評價。評價指標(biāo)包括3個類別10個基本指標(biāo)。

北京城六區(qū)綠地奉獻(xiàn)15個好天氣

經(jīng)過研究，科研人員得出了以下結(jié)論：北京市城六區(qū)所有植物年均總滯塵量為9789噸，其中細(xì)顆粒物滯塵量為105噸、粗顆粒物滯塵量為1227噸、大顆粒物滯塵量為8457噸。

科研結(jié)果表明：按照中國環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，森林植被可以使北京每年達(dá)到二級質(zhì)量的天數(shù)增加15天。

研究中，依據(jù)PM2.5濃度垂直廓線，推算出了北京市城六區(qū)上空不同高度范圍內(nèi)PM2.5的累計產(chǎn)生量。植物葉片吸附固定的PM2.5的量占空氣累計量的4.1%。

按照500米的高度范圍計算，北京市城六區(qū)上空PM2.5的平均存量為56.4噸，因此北京城六區(qū)的植物2014年吸附（35.50噸）和沉降（65.85噸）的PM2.5大約是現(xiàn)存量的2倍。

科研人員對北京地區(qū)森林植被格局與PM2.5濃度分布進(jìn)行了評價。據(jù)了解，依據(jù)北京市環(huán)境監(jiān)測站35個地面定位監(jiān)測站監(jiān)測PM2.5濃度均值，從全年濃度分布中可以看出，北京市的PM2.5污染從空間上呈由西北至東南逐級遞增的趨勢，這與北京地區(qū)植被分布和地勢起伏特征高度吻合。對比各個季節(jié)情況可發(fā)現(xiàn)，整體上北京地區(qū)冬季（供暖季）PM2.5污染要明顯重于其他季節(jié)。植被覆蓋較好的北部山區(qū)污染程度增加并不明顯，而在森林覆蓋率較低的北京南部和東部PM2.5濃度普遍增加了40%左右。

社區(qū)種啥植物有科學(xué)指南

研究人員的研究十分接地氣，特別提出了社區(qū)散生林木高效滯塵樹種的配置技術(shù)模式，可以直接用于社區(qū)綠化。

專家建議，社區(qū)在進(jìn)行高滯塵樹種配置時，要兼顧這樣的原則。

一是最大限度地發(fā)揮其使用功能。除普通草本植物外，還要注重觀賞花木、闊葉喬木、食用果樹、藥用植物和芳香植物等的搭配種植；注重發(fā)揮綠化在整個小區(qū)生態(tài)中的作用，如隔熱、防風(fēng)、防塵、防噪音、消除毒害物質(zhì)、殺滅細(xì)菌病毒的作用，以及從視覺感官和心理上消除精神疲勞。

二是應(yīng)充分考慮到植物的生物學(xué)特性，做到適地適樹。在社區(qū)內(nèi)部進(jìn)行樹種配置時，不能單純考慮滯塵能力，還應(yīng)兼顧不同分區(qū)的功能。例如在住宅區(qū)窗戶旁、休閑娛樂區(qū)等人員較密集并且滯留時間較長的區(qū)域，則不應(yīng)種植滯塵能力強(qiáng)的樹種，因為顆粒物滯留在葉表面，在大風(fēng)天氣時會造成二次揚(yáng)塵，反而取得相反的效果。而在道路兩旁和社區(qū)外污染源之間，則應(yīng)種植滯塵能力強(qiáng)的樹種，阻礙顆粒物擴(kuò)散。

科研人員還分南方、北方兩種地域情況，分別篩選出了不同污染環(huán)境下的建議樹種、社區(qū)不同功能區(qū)的建議樹種，具有較高的實用價值。

社區(qū)綠地如何配置才好？

關(guān)于社區(qū)的綠地配置，科研人員研究后提出了五條具體建議，具有很強(qiáng)的實用性。

一是選擇滯塵能力高、耐瘠薄、耐干旱、壽命長、病蟲害少的樹種作為居住區(qū)綠化的主調(diào)樹種。高層樓樓間綠地應(yīng)主要選擇耐蔭、抗寒、管理粗放、深根性抗風(fēng)植物來增加綠量。應(yīng)以喬灌木樹種為主，適當(dāng)增加常綠針葉喬木的應(yīng)用。懸鈴木雖然滯塵能力強(qiáng)、遮陰效果好，但根系較淺，在高層樓間不宜大面積應(yīng)用。冠幅較小且樹形優(yōu)美的龍柏可與闊葉喬木搭配，作為行道樹列植于道路一側(cè)；側(cè)柏、圓柏、油松、白皮松、青杄等常綠樹種可叢植或自然栽植于群落中，形成種植帶；雪松可進(jìn)行孤植，作為焦點(diǎn)景物起到園林表達(dá)的效果。以多層次復(fù)層植物群落為種植原則，適當(dāng)留出活動空間，保障活動區(qū)綠地空氣流通良好，增加居住區(qū)綠量、豐富植物季相變化。

二是將樓體四周統(tǒng)一成整塊綠地加以設(shè)計配置。綠地具有一定規(guī)模后，能更有效地發(fā)揮生態(tài)功能。居住區(qū)中心區(qū)域以高層、低密度的點(diǎn)式住宅散布，可有效提高綠地的整體性和連貫性。

三是居住區(qū)主道兩側(cè)應(yīng)定距種植滯塵能力強(qiáng)、分枝較高的喬木鄉(xiāng)土樹種，能夠有效降低大氣顆粒物濃度、減少噪聲，有利于沿街住宅的安靜與衛(wèi)生。高大喬木林下空間比較寬敞的位置可種植大葉黃楊、紫葉小檗等低矮綠籬，增強(qiáng)道路綠地對地面揚(yáng)塵的凈化作用。道路峽谷的綠化首先應(yīng)考慮通風(fēng)問題，在保障行道樹遮陰效果和景觀效果的前提下，降低植被種植密度和郁閉度，可在道路一側(cè)列植樹冠水平伸展的闊葉喬木作為行道樹。

四是樓旁綠地植物配置時應(yīng)考慮建筑物的朝向及室內(nèi)的通風(fēng)、采光等環(huán)境因素。近窗不宜種植高大喬木，多以小喬木、花灌木及宿根花卉布置；山墻及圍墻可選用美國凌霄、五葉地錦等藤本植物進(jìn)行垂直綠化，增加綠量的同時起到夏季降溫的效果。樓前高大喬木與樓之間應(yīng)保持大于8米的范圍，以減輕對低樓層采光及通風(fēng)的影響。

五是應(yīng)將居住區(qū)廣場綠地、中心綠地等開放活動空間，布置在顆粒物污染較輕或顆粒物不易滯留的區(qū)域，并根據(jù)污染擴(kuò)散的途徑及方式合理配置綠地植物。半封閉式的廣場綠地，在污染物來源方向以喬灌草結(jié)合可阻擋污染物侵入。在污染較輕的方向，留出通風(fēng)口。與開放式廣場綠地和中心綠地相比，合理配置的半封閉式廣場綠地能夠更加有效地改善活動空間的空氣質(zhì)量。

營造森林對霧霾防護(hù)有作用

森林調(diào)控PM2.5等顆粒物是一個動態(tài)變化的過程?？蒲腥藛T通過研究確定了一批針對不同防護(hù)功能區(qū)的高滯塵樹種，篩選出不同典型區(qū)域有效治理PM2.5等顆粒物的適宜樹種。

在研究中，科研人員對防霾治污功能的適宜樹種進(jìn)行了篩選，并進(jìn)行了排行。

根據(jù)北京市的地理氣候特點(diǎn)，經(jīng)過對北京市綠化植物種類和生長狀況進(jìn)行全面調(diào)查，科研人員選擇了最為常見的60種植物作為滯留PM2.5等顆粒物量測定的研究對象。

研究得出的結(jié)論是，針葉樹種的滯塵量要高于闊葉樹種。滯塵能力較強(qiáng)的前十種樹種：雪松、白皮松、油松、圓柏、側(cè)柏、紅松、欒樹、丁香、山桃、刺槐。

通過研究，科研人員確定了最佳的林帶調(diào)控PM2.5等顆粒物的配置結(jié)構(gòu)。研究認(rèn)為，林帶削減顆粒物濃度的最小有效寬度為15～18m。最佳結(jié)構(gòu)為林帶寬度40～50m，郁閉度0.70～0.85，疏透度0.15～0.30。

科研人員認(rèn)為，目前，北京的各類公園、自然保護(hù)區(qū)、百萬畝平原造林工程、京津風(fēng)沙源治理工程和三北防護(hù)林工程所形成的林帶，對北京市的霧霾防護(hù)起到了一定的作用。因此，植樹造林，營造樹種多樣、結(jié)構(gòu)多樣的大中型森林，更能有效地對北京市的整個生態(tài)環(huán)境和霧霾起到調(diào)控作用。

科研人員建議，在首都副中心和雄安新區(qū)林業(yè)建設(shè)中要考慮城市綠地對空氣顆粒物的防污作用，合理規(guī)劃，體現(xiàn)生態(tài)優(yōu)先，打造優(yōu)美生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)大氣與土壤、水污染協(xié)同治理，為打造綠色、森林、智慧、水城一體的新區(qū)和京津冀生態(tài)環(huán)境支撐區(qū)提供有力保障。

科研人員告訴記者，雖然森林調(diào)控顆粒物的作用不能夸大。但如果能夠進(jìn)行合理的樹種選擇，高效的合理配置，森林綠色穹頂?shù)姆丽仓挝?、凈化空氣的作用就能夠發(fā)揮到最大。