春季不同綠地類型對空氣PM2.5削減效果的研究

楊柳 譚志海 高博 韓通 吳創(chuàng) 楊文龍

摘? 要：PM2.5導(dǎo)致的大氣污染問題已經(jīng)成為中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展需共同面臨的問題。城市綠地是削減PM2.5的有效途徑。本文以西安工程大學(xué)臨潼校區(qū)作為研究區(qū)域，系統(tǒng)探討各綠地類型與PM2.5削減率的關(guān)系以及PM2.5削減率與郁閉度、綠地面積和植物高度的相關(guān)性，并通過對西安市綠地的PM2.5年吸附量進(jìn)行研究，試圖得出不同的綠地類型的PM2.5削減率及其量化關(guān)系，從而為西安市綠地配置和PM2.5治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：PM2.5削減率與郁閉度的相關(guān)性最高（相關(guān)性為0.866）;多種綠地類型的組合是降低PM2.5的有效途徑，其中喬灌草類型對PM2.5的消減效果顯著。

關(guān)鍵詞：綠地類型? 削減率? 吸附量? PM2.5

中圖分類號：G40-057? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2021）01（b）-0083-05

Research on the Effect of Different Green Space Types on PM2.5 Reduction in Spring

YANG Liu? TAN Zhihai? GAO Bo? HAN Tong? WU Chuang? YANG Wenlong

（School of Environmental and Chemical Engineering， Xi'an Polytechnic University， Xi'an， Shaanxi Province， 710048 China）

Abstract： Air pollution caused by PM2.5 has become a common problem for China's economic development. Urban green space is an effective way to reduce PM2.5. Based on the engineering at the university of xi 'an campus as the study area， discusses various types of green space system and the relationship between PM2.5 reduction rate and PM2.5 rate cuts and correlation between plant height and canopy density， green space area， and based on the green of PM2.5 in xi 'an to study the adsorption quantity， trying to give different green space types of PM2.5 reduction rate and its quantitative relation， thus provides the basis for the xian Greenland and PM2.5 governance data. The experimental results show that the correlation between PM2.5 reduction rate and canopy density is the highest （0.866）. The combination of various green space types is an effective way to reduce PM2.5， among which the trees， shrubs and grasses have a significant effect on the reduction of PM2.5.

Key Words： Green space type;Reduction rate;Adsorption;PM2.5

PM2.5是空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中顆粒物（粒徑≤2.5μm）濃度限值，主要由水溶性離子、顆粒有機(jī)物和微量元素等組成。研究發(fā)現(xiàn)PM2.5因其粒徑較小、相對于PM10比表面積較大，因此更容易富集空氣中的有機(jī)污染物、酸性氧化物、有毒重金屬、細(xì)菌和病毒。當(dāng)PM2.5被人吸到體內(nèi)時，通過呼吸進(jìn)入血液就可以產(chǎn)生并導(dǎo)致人體呼吸、內(nèi)分泌、心血管、神經(jīng)及免疫等各類系統(tǒng)疾病的發(fā)生。

隨著人類對細(xì)顆粒物PM2.5產(chǎn)生危害認(rèn)識的愈加深入，各個國家都制定了嚴(yán)格的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，尤其是源解析的工作，逐步由粗顆粒物向細(xì)顆粒物轉(zhuǎn)變。1997年美國率先將PM2.5列為空氣質(zhì)量檢測的監(jiān)測指標(biāo)之一，其后國際上主要發(fā)達(dá)國家均已制定PM2.5相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。由于我國對細(xì)顆粒物的監(jiān)測工作開展較晚，對大氣顆粒物的研究主要圍繞可吸入顆粒物展開，與細(xì)顆粒物有關(guān)的研究目前仍然較少。

1? 研究區(qū)概況

西安市地處東經(jīng)10740′-10949′，北緯3339′-3445′之間，位于黃河流域中部關(guān)中盆地中部，南倚秦嶺，北臨渭水，市域總面積10108km2，屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，四季分明。春季干燥多風(fēng)，雨水適中，但比較短暫，且溫度升高快。西安南的秦嶺山地氣候?qū)儆跍貛夂?，基本呈垂直分異，海拔越高氣溫越低，降雨也越多，高山區(qū)屬于寒溫帶氣候。轄境東西長約204km，南北寬約116km，市區(qū)面積1066km2，其中主城區(qū)范圍面積490km2。

為了方便研究不同綠地類型對PM2.5的作用關(guān)系，研究地點(diǎn)選取在西安工程大學(xué)臨潼校區(qū)。西安工程大學(xué)臨潼校區(qū)位于西安市臨潼區(qū)，校區(qū)內(nèi)綠化良好，多為喬木、灌木和草坪的組合類型綠地，遂選取校區(qū)內(nèi)三種典型綠地類型作為監(jiān)測對象（喬灌草、純喬木林、草坪），以空地作為對照。

1.1 研究方法

采用Mini大氣采樣器進(jìn)行收集PM2.5，流量為5L/min;選取4月和5月無強(qiáng)降雨和大風(fēng)天氣的日子，從早7：00至晚7：00進(jìn)行連續(xù)12h監(jiān)測;為了避免道路的邊界效應(yīng)和減少位置差異可能造成的影響，采集地點(diǎn)均在離道路距離相近的范圍內(nèi)選擇，架設(shè)高度為1.5m（與正常成年人呼吸高度一致）;采得樣品后立即將其裝入保鮮袋中，便于后續(xù)處理。

采用重量法測定PM2.5濃度。其原理是分別通過一定切割特征的采樣器，以恒定速度抽取定量體積空氣，使環(huán)境空氣中的PM2.5被截留在已知質(zhì)量的濾膜上，根據(jù)采樣前后濾膜的質(zhì)量差和體積，計(jì)算出PM2.5的濃度。

每天在進(jìn)行PM2.5采集前，先對玻璃纖維濾膜進(jìn)行預(yù)烘干。烘干方法為將玻璃纖維濾膜放入450℃的馬弗爐中焙燒4h，以消除濾膜中的濕度本底，后立即用錫箔紙包裹放入干燥器中平衡24h，用精度為0.00001g的分析天平進(jìn)行稱量，測量三次取平均值，用大氣采樣器進(jìn)行收集12h后，再次對濾膜進(jìn)行上述處理，進(jìn)行稱重，測量三次取平均值。重量法測定PM2.5質(zhì)量濃度的計(jì)算公式如下：

（1）

式中W1為樣品濾膜重量（mg），W0為空白濾膜重量（mg），T為采樣時間（min），QN為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的采樣流量（m3/min）。

2? 結(jié)果與分析

2.1 不同綠地類型PM2.5削減率的關(guān)系

通過對西安工程大學(xué)臨潼校區(qū)的草坪、喬灌草、喬草進(jìn)行采樣，來研究不同綠地類型PM2.5削減率的關(guān)系。對四種綠地類型的削減率利用Origin9.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分散情況的分析。

由圖1可知，三種綠地類型對PM2.5的削減率明顯高于空地，表明綠地在PM2.5削減方面發(fā)揮著重要作用。比較三種綠地類型，喬灌草類型的PM2.5削減率最高，其削減率中位數(shù)為30.57%，草坪類型的綠地PM2.5削減率最低，其削減率中位數(shù)為11.22%，且三種綠地類型的削減率數(shù)值都較為集中，表明三種綠地類型對PM2.5削減作用與空地相比受其他因素的影響較小，可見，不同綠地類型配置與PM2.5削減率之間具有密切關(guān)系。

利用SPSS軟件，對削減率與綠地面積、植物高度和郁閉度進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析，結(jié)果見表1。

由表2可知，綠地面積、植物高度和郁閉度與PM2.5削減率之間均為正相關(guān)關(guān)系。削減率與郁閉度的相關(guān)性最高，相關(guān)性為0.866;與植物高度的相關(guān)性最低，相關(guān)性為0.702;綠地面積與削減率的相關(guān)性為0.713?？梢?，綠地面積、植物高度、郁閉度都會影響PM2.5削減率。

2.3 西安市各綠地類型對PM2.5的吸附量研究

根據(jù)西安市統(tǒng)計(jì)年鑒和市建委的統(tǒng)計(jì)信息，西安市建成區(qū)綠化覆蓋率為40.79，建成區(qū)綠地面積為3.07萬hm2，綠地的組成呈多樣化，包括喬灌草結(jié)構(gòu)、喬灌結(jié)構(gòu)、喬草結(jié)構(gòu)、灌草結(jié)構(gòu)、單一喬木、單一灌木和草坪共7種結(jié)構(gòu)類型，其中以喬灌草結(jié)構(gòu)為主，其次為草坪和灌草，單一灌木類型的面積最少。

參考張靈藝等[17]、王國玉等[16]、趙晨曦[18]、吳志萍等[19]對不同結(jié)構(gòu)類型綠地植物阻滯吸附PM2.5的研究成果，總結(jié)出不同結(jié)構(gòu)類型綠地對PM2.5的阻滯吸附值和有效高度（表3）。由于現(xiàn)有研究成果中缺乏對喬灌和單一灌木的研究數(shù)據(jù)，加上這2個結(jié)構(gòu)類型的面積較少，而且喬灌和單一灌木結(jié)構(gòu)與喬灌草和灌草結(jié)構(gòu)類似度較大，所以使用喬灌草和灌草結(jié)構(gòu)的數(shù)值乘以0.8來確定喬灌和單一灌木結(jié)構(gòu)的數(shù)值。

由于西安市綠地中常綠樹種大概占比18%，落葉樹種為82%[20]。落葉樹種冬季葉片干枯掉落，自然狀態(tài)下阻滯吸附PM2.5的量極少[21]，同時冬季植物群落中常綠樹種的阻滯吸附能力也有所減弱，而且降雨和霧霾組成成分有顯著的負(fù)相關(guān)性，可以有效降低PM2.5的濃度，因此把春夏秋三季中非降雨的日數(shù)和冬季中非降水日數(shù)的20%作為城市綠地阻滯吸附PM2.5的有效時間。根據(jù)西安市氣象局的統(tǒng)計(jì)資料分析，西安市春夏秋三季（3～11月）降水天數(shù)為103d，有效時間為170.7d;冬季（12～2月）平均降水天數(shù)為4d，有效時間17.5d，全年有效時間188.2d。

由PM2.5總量測算公式（2）（3）計(jì)算得到西安市城市綠地年阻滯吸附PM2.5總量以及各綠地類型的日阻滯吸附量和年阻滯吸附量（表4）。

由表中可得知，喬灌草結(jié)構(gòu)綠地阻滯吸附PM2.5能力最強(qiáng)，消減總量最大，達(dá)17333.26kg，占總量的83.44%;喬灌結(jié)構(gòu)和灌草結(jié)構(gòu)的削減量分別為1395.05kg和873.83kg，占總量的6.72%和4.21%;單喬結(jié)構(gòu)為（706.16kg）和喬草結(jié)構(gòu)（343.64kg）分別占吸附總量的3.39%和1.65%;單灌結(jié)構(gòu)（105.63kg）和草坪（16.03kg）所占比重最小小，分別為0.51%和0.08%。以上結(jié)果表明，城市綠地對PM2.5的削減作用不容小覷。

3? 結(jié)語

（1）PM2.5削減率與植被覆蓋度密切相關(guān)：由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，草坪、喬灌草和純喬木林三種綠地類型在春季對PM2.5的削減率隨時間在不斷增加，然后趨于穩(wěn)定，這主要與隨著時間的推移，植被量與覆蓋度逐漸增加有關(guān)。

（2）喬灌草綠地類型消減PM2.5效果較好：由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出喬灌草類型的綠地對PM2.5消減率明顯高于純喬木林和草坪，喬灌草的削減率基本可以達(dá)到30.57%，純喬木林綠地消減率可以達(dá)到26.83%，草坪可以達(dá)到11.22%?？梢姡囝愋徒M合的綠地削減PM2.5效果最好。并且綠地面積、植物高度和郁閉度與PM2.5削減率之間存在高度的相關(guān)性。削減率與郁閉度的相關(guān)性最高，相關(guān)性為0.866;與植物高度的相關(guān)性最低，相關(guān)性為0.702;綠地面積與削減率的相關(guān)性為0.713?？梢?，綠地面積、植物高度、郁閉度都會影響PM2.5削減率。

（3）喬灌草綠地類型吸附PM2.5量最高：分析西安市各綠地類型的日吸附量和年吸附PM2.5量結(jié)果可以看出，喬灌草類型的綠地年吸附量最高，達(dá)到17333.26kg。在今后城市綠地配置中，應(yīng)考慮增加喬灌草綠地類型配置。

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