不同綠地結(jié)構(gòu)對(duì)PM2.5和PM10的消減作用

張建設(shè) 馮萬(wàn)富 史曉海 單燕祥 李月鳳 柳勇 張玉虎 周亞運(yùn)

摘要：為研究城市道路中不同綠地結(jié)構(gòu)對(duì)PM2.5、PM10的消減作用，選擇河南省信陽(yáng)市城區(qū)主干道——新五大道、新七大道上不同綠地結(jié)構(gòu)（喬、喬-草、灌-草、喬-灌、喬-灌-草、對(duì)照點(diǎn)）為試驗(yàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)其PM2.5、PM10濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析以及消減率的計(jì)算，結(jié)果表明，不同綠地結(jié)構(gòu)內(nèi)PM2.5、PM10濃度呈現(xiàn)出“早晚高、中午低”的日變化特征，且在08：00左右濃度達(dá)到最大。喬-灌、喬-灌-草綠地結(jié)構(gòu)的PM2.5、PM10濃度顯著低于其他4種綠地結(jié)構(gòu)。不同綠地結(jié)構(gòu)對(duì)PM2.5、PM10消減作用差異顯著，對(duì)PM2.5消減作用規(guī)律為喬-灌-草﹥喬-灌、喬-草﹥灌-草、喬，對(duì)PM10消減作用規(guī)律為喬-灌-草﹥喬-灌、灌-草、喬-草﹥喬，整體上看，綠地對(duì)PM2.5消減率高于PM10。

關(guān)鍵詞：綠地結(jié)構(gòu);PM2.5;PM10;消減能力

中圖分類(lèi)號(hào)： S181文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2019）21-0302-03

收稿日期：2018-07-31

基金項(xiàng)目：國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)（編號(hào)：20130430101）;河南省科技攻關(guān)計(jì)劃（編號(hào)：172102310561）;信陽(yáng)市科技計(jì)劃（編號(hào)：150088）。

作者簡(jiǎn)介：張建設(shè)（1987—），男，河南商城人，碩士，主要從事森林生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵過(guò)程長(zhǎng)期觀測(cè)與模擬以及城市森林凈化環(huán)境空氣功能方面的研究。E-mail：605195219@qq.com。

近30年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)、城市化、工業(yè)化的快速發(fā)展以及汽車(chē)保有量的持續(xù)增加，城市空氣污染日益嚴(yán)重。以PM2.5（細(xì)顆粒物）和PM10（可吸入顆粒物）為主的大氣顆粒物具有廣泛的危害性[1]，已成為我國(guó)大部分城市空氣的首要污染物[2-3]。

城市道路綠地作為“綠色基礎(chǔ)設(shè)施”，是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，不僅為城市居民提供了相對(duì)潔凈的休閑游憩空間，在凈化大氣顆粒物方面也發(fā)揮著獨(dú)特的生態(tài)功能[4]。城市交通污染是大氣顆粒物的首要來(lái)源[5-6]，主干道及其兩側(cè)50 m以?xún)?nèi)、1.7 m以下的低空范圍是受交通污染影響最為嚴(yán)重的空間[7]。道路綠地沿街而建，其范圍恰巧處于污染嚴(yán)重的區(qū)域，在汽車(chē)保有量逐年增加，交通污染日趨嚴(yán)重的城市背景下，道路綠地作為一種消減交通污染源的重要方式正受到越來(lái)越廣泛的重視[8]。近年來(lái)，針對(duì)PM2.5、PM10的研究多集中于其組成、污染特征、與氣象因子關(guān)系、單一植物滯塵能力等方面，雖已有學(xué)者對(duì)北京、青島等城市道路綠地消減大氣顆粒物的能力進(jìn)行了研究[9-10]，但總體來(lái)看，對(duì)不同道路綠地結(jié)構(gòu)對(duì)PM2.5、PM10消減作用的研究還是較少，且不同研究結(jié)果表明：同一區(qū)域內(nèi)，不用道路綠地結(jié)構(gòu)對(duì)大氣顆粒物消減有著明顯差異;不同區(qū)域由于污染來(lái)源、氣候條件以及污染特征不同，加之各地區(qū)的植物配置存在差異，影響因素較多，其消減結(jié)果不盡相同。河南信陽(yáng)是唯一連續(xù)8年入選中國(guó)十佳宜居城市的城市，當(dāng)前，正處于大氣污染治理攻堅(jiān)時(shí)期。鑒于此，本試驗(yàn)對(duì)信陽(yáng)市區(qū)主干道不同綠地結(jié)構(gòu)消減PM2.5和PM10特點(diǎn)與差異進(jìn)行研究，旨在篩選出消減能力較強(qiáng)的群落結(jié)構(gòu)，為信陽(yáng)大氣污染治理以及道路綠地設(shè)計(jì)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域概況

信陽(yáng)地理坐標(biāo)介于113°45′～115°38′E、30°23′～32°27′N(xiāo)之間，地跨淮河，位于中國(guó)亞熱帶和暖溫帶的地理分界線（秦嶺-淮河）上，屬亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡區(qū)，具有典型的大陸性季風(fēng)氣候。年均氣溫15.1～15.3 ℃，年均降水量900～1 400 mm，年平均日照時(shí)數(shù)，北部、中部2 100～2 200 h，山區(qū)1 900～2 000 h，年均相對(duì)濕度77%，常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，無(wú)霜期長(zhǎng)，平均220～230 d。

1.2研究方法

按照喬、喬-草、灌-草、喬-灌、喬-灌-草5種道路綠地結(jié)構(gòu)類(lèi)型，并以無(wú)綠化的水泥路面為對(duì)照，且基于對(duì)綠地生態(tài)效益輻射距離[11]要求的考慮，在信陽(yáng)城區(qū)新五大道、新七大道中為5種綠地結(jié)構(gòu)以及對(duì)照各選擇3處監(jiān)測(cè)樣地，各樣地規(guī)格為10 m（垂直于道路）×15 m（平行于道路），每個(gè)樣地的監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)在樣地幾何中心，距離主干道10 m。不同綠地結(jié)構(gòu)中喬木主要有香樟[Cinnamomum camphora （L.）Presl.]、法桐（Platanus orientalis L.）;灌木有迎春花（Jasminum nudiflorum）、夾竹桃（Nerium indicum Mill.）、衛(wèi)矛（Euonymusalatus）、木槿（Hibiscus syriacus L.）、紫薇（Lagerstroemia indica L.）、榆葉梅[Amygdalus triloba （Lindl.） Ricker];草本種類(lèi)主要有沿階草（Ophiopogon bodinieri Levl.）、絡(luò)石[Trachelospermum jasminoides （Lindl.） Lem.]、萱草[Hemerocallis fulva （L.） L.]、三葉草（Trifolium repens L.）、萬(wàn)壽菊（Tagetes erecta L.）等。各綠地結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)表1。

于2017年5—7月，選著晴朗無(wú)風(fēng)或微風(fēng)天氣，進(jìn)行PM2.5、PM10濃度監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，定點(diǎn)、同步監(jiān)測(cè)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離地面1.5m處的PM2.5和PM10濃度。監(jiān)測(cè)時(shí)間段為08：00—17：00，每次連續(xù)監(jiān)測(cè)10 h，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每月持續(xù)監(jiān)測(cè)3 d。試驗(yàn)儀器采用英國(guó)Turnkey儀器公司生產(chǎn)、符合粉塵監(jiān)測(cè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的Dustmate粉塵檢測(cè)儀。

不同綠地結(jié)構(gòu)對(duì)PM2.5、PM10的消減能力（消減率）計(jì)算公式如下：

P=C0-CmC0×100%。

式中：P為消減率，%;C0為對(duì)照點(diǎn)大氣顆粒物質(zhì)量濃度，μg/m3;Cm為不同綠地結(jié)構(gòu)大氣顆粒物質(zhì)量濃度，μg/m3。

1.3數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析，并用最小顯著差數(shù)法（LSD）檢驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的差異性，用Excel 2003繪圖。

2結(jié)果與分析

2.1不同綠地結(jié)構(gòu)PM2.5、PM10濃度的日變化

由圖1、圖2可以看出，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM2.5、PM10濃度日變化基本一致，呈現(xiàn)出“雙峰單谷”型，即早晚高、午間低，表明不同綠地結(jié)構(gòu)不會(huì)影響空氣PM2.5、PM10濃度的日變化總體趨勢(shì)。不同時(shí)段，大氣顆粒物濃度值差異較大。在監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)，08：00前后，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM2.5、PM10濃度最高，隨后開(kāi)始下降，13：00前后，達(dá)到最低，之后，又開(kāi)始上升。一天中，PM2.5、PM10濃度變化受人們的生產(chǎn)活動(dòng)、氣溫、污染源排放等多個(gè)因素影響[12-16]。08：00是上班高峰，車(chē)流量大，尾氣排放多，此時(shí)氣溫也相對(duì)低，加之夜晚大氣層較穩(wěn)定，不利于污染物擴(kuò)散，前夜的空氣污染物有所積累，導(dǎo)致此時(shí)PM2.5、PM10濃度居高。此后，隨氣溫上升、車(chē)流量減少，PM2.5、PM10濃度下降，到17：00后，因下班高峰等原因，其值又開(kāi)始上升。

2.2不同綠地結(jié)構(gòu)PM2.5、PM10濃度分析

由表2看出，在不同綠地結(jié)構(gòu)以及對(duì)照中，PM2.5日均濃度由大到小依次為對(duì)照點(diǎn)﹥喬﹥灌-草﹥喬-草﹥喬-灌﹥喬-灌-草，PM10日均濃度由大到小依次為對(duì)照點(diǎn)﹥喬﹥喬- 草﹥灌-草﹥喬-灌﹥喬-灌-草，二者略有不同。不同綠地結(jié)構(gòu)PM2.5、PM10濃度均低于對(duì)照，說(shuō)明無(wú)論何種綠地結(jié)構(gòu)都有著降低PM2.5、PM10作用。對(duì)對(duì)照點(diǎn)和不同綠地結(jié)構(gòu)內(nèi)PM2.5、PM10日均濃度進(jìn)行方差分析和多重比較，二者均表現(xiàn)為對(duì)照點(diǎn)、喬、喬-草、灌-草的日均濃度顯著高于喬-灌、喬-灌-草綠地結(jié)構(gòu)，因?yàn)橐话銌棠镜捏w積、冠幅大，能有效降低風(fēng)速，阻滯空氣中揚(yáng)塵，同時(shí)，喬木葉多，也可有效吸附空氣中污染物，而灌木則對(duì)空氣中降塵有著有效阻滯作用[17]，有喬木、灌木組成的郁閉度大、蓋度高以及復(fù)層明顯的綠地結(jié)構(gòu)能有效降低大氣顆粒物質(zhì)量濃度，改善空氣質(zhì)量。

2.3不同綠地結(jié)構(gòu)對(duì)PM2.5、PM10的消減作用

如表3所示，不同綠地結(jié)構(gòu)對(duì)PM2.5、PM10消減率均存在顯著差異。其中，喬-灌-草對(duì)PM2.5消減率最高，為11.15%?顯著高于喬-灌、喬-草綠地結(jié)構(gòu)，喬-灌、喬-草對(duì)PM2.5消減率分別為8.30%、6.19%，又顯著高于灌-草、喬2種綠地結(jié)構(gòu)。喬-灌-草對(duì)PM10消減率為9.39%，顯著高于喬-灌、灌-草、喬-草3種綠草地結(jié)構(gòu)，喬-灌、灌-草、喬-草對(duì)PM10消減率分別為6.92%、5.22%、447%，都顯著高于喬結(jié)構(gòu)綠地。整體上看，綠地對(duì)PM2.5消減率高于PM10，表明大氣顆粒物粒徑越小，植被對(duì)其消減作用越強(qiáng)，本研究結(jié)果與孫曉丹等研究結(jié)果[9]一致，與楊貌等研究結(jié)果[10]相出入，也進(jìn)一步說(shuō)明了不同區(qū)域由于污染源、污染特征、氣候條件等不同，綠地對(duì)大氣顆粒物消減規(guī)律不盡相同。

道路綠地對(duì)PM2.5、PM10的消減作用，一是通過(guò)減小風(fēng)速而達(dá)到減塵作用，二是通過(guò)枝葉對(duì)粉塵進(jìn)行吸附、滯留，實(shí)現(xiàn)滯塵效應(yīng)。影響道路綠地對(duì)PM2.5、PM10消減作用的因素主要有綠地綠量、植物豐富度、復(fù)層結(jié)構(gòu)、葉片特性等因素。不同綠地結(jié)構(gòu)中，喬-灌-草（香樟-法桐+木槿-紫薇-榆葉梅+絡(luò)石-萱草-萬(wàn)壽菊）植物豐富度最高、綠量最大，又是多復(fù)層結(jié)構(gòu)，故而對(duì)PM2.5、PM10的消減能力最強(qiáng)。喬-灌（香樟+法桐-迎春花+夾竹桃+衛(wèi)矛）植物豐富度、綠量、復(fù)層小于喬-灌-草，但是大于其他綠地結(jié)構(gòu)，對(duì)PM2.5、PM10的消減作用次之。喬-草（香樟-沿階草+絡(luò)石+萱草）、灌-草（迎春花+夾竹桃-沿階草+三葉草）二者植物豐富度、綠量、復(fù)層均較低，對(duì)PM2.5、PM10的消減作用較小。喬結(jié)構(gòu)綠地僅有香樟組成，植物豐富度、綠量最小，又為單層結(jié)構(gòu)，因而對(duì)PM2.5、PM10的消減作用最低。因此，在城市道路綠化中，可優(yōu)先采用喬-灌-草結(jié)構(gòu)以提高其對(duì)PM2.5、PM10的消減作用，更大限度地發(fā)揮道路綠地的生態(tài)功能。

3結(jié)論

不同綠地結(jié)構(gòu)中，PM2.5、PM10濃度變化曲線具有一致性，基本為“早晚高、中午低”的變化規(guī)律，受上班高峰等因素影響，08：00左右二者濃度最高。

不同綠地結(jié)構(gòu)中，PM2.5濃度由大到小為對(duì)照點(diǎn)﹥喬﹥ 灌-草﹥喬-草﹥喬-灌﹥喬-灌-草，PM10濃度由大到小依次為對(duì)照點(diǎn)﹥喬﹥喬-草﹥灌-草﹥喬-灌﹥喬-灌- 草。PM2.5、PM10在不同綠地結(jié)構(gòu)中濃度差異顯著，均表現(xiàn)為對(duì)照點(diǎn)、喬、喬-草、灌-草顯著高于喬-灌、喬-灌- 草。

不同綠地結(jié)構(gòu)對(duì)PM2.5、PM10消減率差異顯著，PM2.5消減率呈現(xiàn)為喬-灌-草﹥喬-灌、喬-草﹥灌-草、喬的規(guī)律，PM10消減率呈現(xiàn)為喬-灌-草﹥喬-灌、灌-草、喬-草﹥ 喬的規(guī)律。整體上看，綠地對(duì)PM2.5消減率高于PM10。

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