太原市城市綠化BVOCs 產(chǎn)生量的估算

董宇輝

（太原市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與科學(xué)研究中心，山西 太原 030002）

城市綠化在現(xiàn)代城市規(guī)劃和建設(shè)中，占有非常重要的地位。城市綠化植物的增加，可以有效地減少噪音和顆粒物的排放量，同時(shí)還可以凈化空氣，增加氧氣供應(yīng)量，改善城市的居住環(huán)境。在植物的生長(zhǎng)過(guò)程中，為了傳遞生物化學(xué)信息，調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)、繁衍和抵御病蟲(chóng)害，植物會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs），即植物揮發(fā)性有機(jī)物（BVOCs）。本研究通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，估算太原市的城市綠化植被構(gòu)成及數(shù)量、面積，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果，對(duì)太原市城市建成區(qū)2020 年綠化植被BVOCs 排放情況進(jìn)行研究，為進(jìn)一步研究太原市城市綠化的變化對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量造成的影響提供基礎(chǔ)資料[1]。

1 BVOCs 排放量的計(jì)算模型

植物產(chǎn)生排放的BVOCs 種類(lèi)較多，其中排放量大的是異戊二烯和單萜烯，且其化學(xué)活性強(qiáng)[2]，在夏季容易參與大氣化學(xué)反應(yīng)。本研究中將BVOCs 分為異戊二烯、單萜烯和其他BVOCs（醇、有機(jī)酸、低碳烷烴等多種）3 類(lèi)。在分別計(jì)算各種植物的排放量后相加，并最終得到太原市建成區(qū)各類(lèi)植物BVOCs的總排放量。單種植物的排放量計(jì)算公式采用謝揚(yáng)飏等[2]在計(jì)算北京市植被BVOC 排放量時(shí)使用的方法來(lái)計(jì)算。植物的BVOCs 排放主要通過(guò)CHL（葉綠體）和DST（防御專屬組織）[3]這兩種重要的方式和途徑。BVOCs 當(dāng)中的異戊二烯屬于葉綠體排放，采用CHL 算法計(jì)算；單萜烯和其他BVOCs 通過(guò)DST算法計(jì)算。

1.1 CHL 算法[見(jiàn)式（1）]

式中：EISOP為一段時(shí)間內(nèi)的異戊二烯排放量；N 為單株植物的數(shù)量：t 為時(shí)間；ε 為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下[溫度為30℃，PAR 為1 000 μmol/（m2·s）]的基本排放速率，μg/（g·h）；M 為單株植物的平均葉生物量，kg/株；ρ為溢出效率（即BVOC 溢出到大氣中的量在其排放總量中的占比）；γp、γt、γa為環(huán)境校正因子，分別為光輻射影響因子、溫度影響因子和葉齡影響因子。因植物葉齡基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不可得，故不考慮γa的影響，γa的賦值為1。本研究中只考慮光輻射影響因子γp和溫度影響因子γt，其計(jì)算方法如下式（2）。

式中：a、CL為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，可取為0.0027 和1.066；Q為當(dāng)前的光量子密度[PPFD,μmol/（m2·s）]，來(lái)源于太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)。γt計(jì)算公式見(jiàn)式（3）。

式中：T 為當(dāng)前植物葉表面溫度（K），可簡(jiǎn)單等于樹(shù)冠外的溫度；TS=303 K；R 為氣體常數(shù)（8.314 J/K）；CT1、CT2、TM是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，CT1=95000J/mol，CT2=230000J/mol，TM=314 K。

1.2 DST 算法[見(jiàn)式（4）]

式中：ETMT，EOVOC分別為植物在一段時(shí)間內(nèi)單萜烯和其他種類(lèi)VOCs 的排放量。式中γt=exp[β（T-Ts）]，經(jīng)驗(yàn)常數(shù)β=0.09K-1。

2 城市綠化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2.1 綠化植被數(shù)據(jù)

本研究主要研究的城市植被范圍為太原市建成區(qū)，綠化數(shù)據(jù)來(lái)源于太原市統(tǒng)計(jì)公報(bào)、統(tǒng)計(jì)年鑒及實(shí)地調(diào)查。太原市建成區(qū)綠化覆蓋面積15 840 hm2，園林綠地14 004 hm2，公園綠地4716 hm2，建成區(qū)綠化覆蓋率44%，綠地率38.9%。綠地植物種類(lèi)包括樹(shù)木、草坪、宿根花卉等。植物種類(lèi)分為常喬、落喬、常灌落灌、草坪等。本研究計(jì)算中使用的各種類(lèi)樹(shù)木的株樹(shù)、草坪面積及宿根花卉的數(shù)量、分布區(qū)域的數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)地調(diào)查、各相關(guān)行業(yè)環(huán)境影響評(píng)價(jià)書(shū)及統(tǒng)計(jì)公報(bào)進(jìn)行估值。

2.2 BVOCs 的標(biāo)準(zhǔn)排放因子

排放因子的確定按照植物種類(lèi)來(lái)確定。根據(jù)實(shí)地走訪調(diào)查，落葉喬木以楊樹(shù)、柳樹(shù)為主，占比可達(dá)到70%，常綠喬木以松、柏為主，占比可達(dá)20%，其他喬木以果樹(shù)、槐樹(shù)和銀杏樹(shù)為主，因此本研究確定以上8 種植物近似代表太原市喬木整體分布情況。以上8 種植物及其他植被的的排放速率采用北京地區(qū)和昆明地區(qū)BVOCs 排放速率實(shí)測(cè)值[3-4]。文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化為標(biāo)態(tài)下的基本排放速率，不考慮季節(jié)變化的因素。

楊樹(shù)、柳樹(shù)、槐樹(shù)等植物的異戊二烯排放速率較高，草地、松樹(shù)、果樹(shù)等植物的單萜烯排放速率較高，灌木類(lèi)的植物主要排放的是單萜烯[5-6]。

2.3 葉生物量

單株植物的平均葉生物量的數(shù)據(jù)通過(guò)3 種方式獲得，第一種是通過(guò)相近地區(qū)植物的單株葉生物量實(shí)測(cè)值，第二種是葉生物量密度與植物葉面積的乘積，第三種是草地的葉生物量通過(guò)植被占地面積、葉面積指數(shù)和生物量密度的乘積。其中，葉生物量密度由相關(guān)文獻(xiàn)得到。

3 結(jié)論與討論

3.1 排放總量

3.1.1 不同種類(lèi)植物的排放總量

經(jīng)計(jì)算，太原市建成區(qū)綠化植被BVOCs 的年總排放量為2.83 萬(wàn)t，其中，異戊二烯為2.28 萬(wàn)t，單萜烯為0.43 萬(wàn)t，其他類(lèi)為0.12 萬(wàn)t，這3 類(lèi)BVOCs 占比分別為80.6%、15.2%和4.2%。按植物種類(lèi)統(tǒng)計(jì)，落葉喬木主要排放的是異戊二烯；草地排放的主要為單萜烯；常綠喬木主要排放單萜烯，僅少量排放異戊二烯；灌木排放的BVOCs 很少。

3.1.2 單種植物排放量比較

對(duì)單種植物BVOCs 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可知楊樹(shù)排放的異戊二烯最多，為1.51 萬(wàn)t；其次為柳樹(shù)，其排放量為0.4 萬(wàn)t。楊樹(shù)、柳樹(shù)排放其他類(lèi)BVOCs 的量也是最高的，分別為0.022 萬(wàn)t、0.009 萬(wàn)t。單萜烯排放最多的是草地，全年共排放0.27 萬(wàn)t，占單萜烯總排放量的62.8%。

由以上可見(jiàn)，太原市建成區(qū)綠化植被中BVOCs主要排放者是喬木，楊樹(shù)和柳樹(shù)的排放量較大，常綠喬木的排放量相對(duì)較少。

3.2 季節(jié)排放特點(diǎn)

太原市為北方城市，四季明顯，植物的生長(zhǎng)受季節(jié)變化的影響很大，植物的生長(zhǎng)周期與其BVOCs 排放息息相關(guān)。在夏季，溫度和太陽(yáng)輻射較強(qiáng)，BVOCs排放量最多，相反在冬季為最少。表1 為各個(gè)季節(jié)BVOCs 排放量的統(tǒng)計(jì)。

表1 四季BVOCs 排放量統(tǒng)計(jì) 萬(wàn)t

4 結(jié)論

在本次研究中，通過(guò)搜集到的公開(kāi)資料，結(jié)合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，對(duì)太原市建成區(qū)綠化植被BVOCs 的排放量進(jìn)行估算，得出以下結(jié)論：

1）BVOCs 年排放量為2.83 萬(wàn)t，其中，中異戊二烯為2.28 萬(wàn)t，單萜烯為0.43 萬(wàn)t，其他類(lèi)為0.12 萬(wàn)t。

2）BVOCs 排放源以喬木為主，其排放物以異戊二烯為主，喬木中又以楊樹(shù)和柳樹(shù)為主要排放源。常綠喬木和灌木BVOCs 排放的量較低。單萜烯的排放以草地為主。

3）太原市為北方城市，一年當(dāng)中，夏季的溫度最高，太陽(yáng)輻射最強(qiáng)，植物生長(zhǎng)也最為旺盛，所以BVOCs 的排放量以夏天的為主，冬天達(dá)到最低值。

由于本研究中使用的太原建成區(qū)綠化數(shù)據(jù)當(dāng)中，各類(lèi)植物的數(shù)量、草地的面積為估算值，且未考慮到植物葉子在成長(zhǎng)期和成熟期的BVOCs 排放速率不一樣，故本研究的計(jì)算結(jié)果偏大。