冬季綠化樹木對懸浮顆粒物的降解作用研究

陳學(xué)正

摘要：隨著城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，城市生態(tài)環(huán)境的形勢日益嚴(yán)峻，其中最突出的問題是由大氣顆粒物形成的粉塵污染?？諝忸w粒物不僅對環(huán)境造成污染，還嚴(yán)重威脅了人體的健康。綠色植物作為天然的空氣凈化器，在阻滯顆粒物、改善城市空氣質(zhì)量、保護(hù)人體健康中起著不可替代的作用。

本論文通過實(shí)驗(yàn)測定北京市昌平區(qū)沙河水庫濕地公園中六種主要樹種暨北京市常見綠化樹種在當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月份（冬季）樹皮吸附PM2.5的能力。并通過測量單棵樹木樹皮面積并通過計(jì)算得出整個濕地公園六種樹木吸附PM2.5質(zhì)量總和。結(jié)果表明：①不同樹種樹木的樹皮吸附大氣污染物的能力在冬季有顯著差別，能力從強(qiáng)到弱依次排列：銀杏>玉蘭>柳樹>油松>懸鈴木>毛白楊。②六種樹種吸附的顆粒物中粒徑為10～100μm的顆粒物較多。③公園中六種樹木滯塵能力總和約為11.6千克。

測定樹木的滯塵能力可以為公園綠化樹木種植數(shù)量及比例的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，通過平衡高觀賞價(jià)值樹種和高滯塵能力樹種，因地制宜的進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，改善人居環(huán)境、促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：PM2.5，濕地公園，綠化樹種，滯塵能力，冬季

1、緒論

1.1 總懸浮顆粒物簡介

現(xiàn)在大氣中的可吸入顆粒物已成為北京乃至全中國最為關(guān)注的空氣污染物之一，雖然它在大氣中的含量不多，但對環(huán)境和人體的危害都很大，包括生物多樣性降低、人體健康問題、區(qū)域性氣候變化、歷史文明古跡受損等。大氣顆粒物有著極寬的粒徑變化范圍，其粒徑從幾個納米至一百微米，相差4-5個數(shù)量級，空氣動力學(xué)直徑小于100μm懸浮在空氣中的顆粒物稱為總懸浮顆粒物（TSP），其中小于10μm的稱為可吸入顆粒物（PM10），小于2.5μm的稱為可吸入肺顆粒物（PM2.5）[1]。大氣中的顆粒物能夠使空氣污染變得錯綜復(fù)雜，其作為大氣中一些化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)床，通過吸收和散射太陽輻射致使氣候發(fā)生變化。

近年來，PM2.5更是被推向了風(fēng)口浪尖，PM2.5，是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物，它對空氣質(zhì)量和能見度等有重要的影響。PM2.5顆粒物的粗細(xì)不足頭發(fā)的三十分之一從而能夠穿越呼吸道防御結(jié)構(gòu)甚至穿透肺泡進(jìn)入人體血液循環(huán)，其比表面積大，表面極易富集有害金屬和有機(jī)致癌物，可刺激、腐蝕肺泡壁，引發(fā)哮喘、肺氣腫甚至肺癌。[2-3]

PM2.5對于社會經(jīng)濟(jì)亦會造成嚴(yán)重的影響：1、大氣顆粒物尤其是粒徑小于1μm的顆粒物、氣溶膠等都具有對光的散射和吸收等消光作用，造成物體與環(huán)境背景之間的對比度缺失，致使大氣能見度降低[4-5]。2、顆粒物濃度升高使云凝結(jié)核或冰核增加會影響大氣的光化學(xué)效應(yīng)和熱輻射平衡，影響區(qū)域的溫度和降水，直接與間接地導(dǎo)致中國稻米和小麥的產(chǎn)量下降5%～30%。3、還會造成光化學(xué)煙霧、熱島效應(yīng)、生物多樣性降低、文物古跡受損等。

大氣污染問題已引起了人們的廣泛關(guān)注。

由上圖[6]可得知，PM2.5的主要來源為化工廠及重工廠所排放出的未清潔達(dá)標(biāo)的廢氣及城鎮(zhèn)中居民過冬取暖時(shí)燃燒煤炭排放出的廢氣。而樹木的葉片、樹皮均具有較強(qiáng)的滯塵能力，可以滯留空氣中大量粉塵。樹木顯著的滯塵能力已被很多研究證實(shí)。很多城市已經(jīng)將利用滯塵能力良好的樹木營建城市綠地景觀應(yīng)用到城市綠地設(shè)計(jì)和道路防護(hù)設(shè)計(jì)中通過植被吸附顆粒物治理大氣污染的研究意義重大。植物對空氣中細(xì)顆粒物的阻滯吸附作用研究也成為近年來的熱點(diǎn)。

1.2 對于植物滯塵作用的基本認(rèn)識

而我所居住的北京市昌平區(qū)沙河鎮(zhèn)冬季空氣污染問題尤為嚴(yán)重，為了更好地分析植物在吸附PM2.5中的不同作用，我閱讀了相關(guān)資料并制作了如下表格[7-8]：

1.3 研究目的

早在2011年，針對市民關(guān)注的北京空氣治理問題，北京市政府經(jīng)常談及PM2.5治理，提出本市將出臺八大措施應(yīng)對PM2.5，改善空氣質(zhì)量，其中植樹造林位居首位[9]。為了更深入的了解我所居住的北京市昌平區(qū)沙河鎮(zhèn)生活區(qū)附近的沙河水庫濕地公園中的綠化及觀賞性植被在吸附以TSP為代表的污染物緩解惡劣天氣所帶來的負(fù)面影響中的作用，我也進(jìn)行了一些研究和實(shí)驗(yàn)旨在加強(qiáng)自身對于生物學(xué)及環(huán)境科學(xué)相關(guān)知識的了解，并通過合理運(yùn)用所學(xué)知識對實(shí)際進(jìn)行解決，在此過程中鍛煉探究能力、對簡單社會問題的理解和解決能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識并增加對周圍環(huán)境及社會的了解，為今后從事專業(yè)研究和創(chuàng)新培養(yǎng)基礎(chǔ)。

2、研究內(nèi)容與方法

2.1 研究內(nèi)容

本實(shí)驗(yàn)旨在探究公園中樹木在冬季對PM2.5的降解作用，所以選取主要研究對象為樹皮，對樹木樹皮進(jìn)行采樣得出數(shù)據(jù)，并通過計(jì)算分析得出：

1、 沙河水庫濕地公園中主要綠化樹木的樹皮在冬季對TSP的吸附能力。

2、 沙河水庫濕地公園中各綠化樹木對不同粒徑大氣污染物的吸附效果。

3、沙河水庫濕地公園中選取樹木在冬季對TSP的吸附量之和。

2.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

經(jīng)過調(diào)查和比較，我選取了公園中六種樹木：

實(shí)驗(yàn)選取樹木名錄

選擇理由如下：

1、 以上六種數(shù)目為沙河水庫濕地公園重要綠化樹種

2、以上樹種中銀杏、油松、柳樹、毛白楊為北京市乃至整個華北地區(qū)主要道路及園林綠化樹種，具有代表性。

2.3 實(shí)驗(yàn)過程

2.3.1 實(shí)驗(yàn)對象

樹皮直接暴露在空氣中，與空氣顆粒物長期連續(xù)接觸，是顆粒物的直接接受體。樹皮作為空氣污染監(jiān)測器具有許多優(yōu)點(diǎn)：

① 樹皮具有足夠大的表面積，可以連續(xù)多年每天都穩(wěn)定暴露在空氣中，在長期連續(xù)對污染監(jiān)測研究具有重要意義；

② 在自然界，樹皮分布廣泛容易獲取，在野外收集也很容易；

③ 在樹皮沖刷收集顆粒物對樹木健康影響不大，不會破壞樹木本身[10]；