嚴寒地區(qū)老舊小區(qū)宅旁綠地植物對PM10濃度的影響

齊偉民，房宏琦，趙彥博

(吉林建筑大學藝術與設計學院，130118，長春)

0 引言

隨著城市改造的逐漸變遷與更迭，老舊小區(qū)居住環(huán)境中植物景觀與空氣質量的關系常常容易被忽視。可吸入顆粒物(PM10)可以進入人體肺泡，攜帶大量有毒有害物質，對人體危害程度遠大于其他大氣顆粒物[1]。老舊小區(qū)是城市老齡居民常駐地，而老舊小區(qū)植物景觀配置的可調(diào)控性差從而影響植物滯塵能力較弱，對居民身體健康存在隱患。小區(qū)宅旁綠地，是小區(qū)綠地面積分布最廣的一種形式[2-6]。但老舊小區(qū)中的綠地空間十分有限，因綠地面積很少且年限時間久而管理不當導致的綠化覆蓋率低，所以盡可能利用有限的空間，高效發(fā)揮植物的凈化功能是近年來越來多的學者專家研究與關注的重要方向。植物景觀在自然循環(huán)機制與人體健康關系中有著不可或缺的作用[8-9]，植物修復受損環(huán)境與滯塵能力各有不同，而更佳的合理植物配置可以有效降低PM10濃度，單一結構層次的植物配置對于PM10的滯塵能力遠不如層混交結構的植物配置[10]。

目前針對植物滯塵方面的研究，主要集中在單一植物個體的滯塵能力、生態(tài)能力和對顆粒物的吸附能力以及功能性綠地、綠地覆蓋率等方面對顆粒物的消減[12-15]。王譽潔等[1]研究表明居住區(qū)內(nèi)道路綠地應設計復層、郁閉度高的群落結構；宅旁綠地應以單一結構且郁閉度低的植物群落為主；在居住區(qū)邊界設置復層植物群落結構的綠地，而內(nèi)部宜采用通透、舒朗的群落結構。本文主要以長春市老舊小區(qū)為對象，對小區(qū)內(nèi)宅旁植物配置景觀PM10進行實地監(jiān)測，研究小區(qū)內(nèi)不同類型植物配置對PM10濃度的影響和氣象因子間的影響因素，使植物景觀配置的滯塵能力及可操控量在老舊小區(qū)的有限空間內(nèi)發(fā)揮最大作用，避免因過度追求植物的滯塵作用而盲目進行配置，為改造老舊小區(qū)植物景觀內(nèi)最佳滯塵植物配比提供理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 觀測地點選擇

以長春市為例，對長春市主城區(qū)內(nèi)187個老舊小區(qū)進行綜合調(diào)研，選取了植物配置較為系統(tǒng)全面和代表性的老舊小區(qū)為研究對象。監(jiān)測的區(qū)域范圍選定在小區(qū)樓房為行列式布局、圍合式及混合式布局的宅旁植物景觀，監(jiān)測地風向以從南測吹過的風為迎風向，樓房布局、主導風向與其夾角及植物配置詳情如表1。統(tǒng)一選取郁閉度較高植物疏密度一致的宅旁綠地與樓房間隙靠南設置采樣點，水平方向每間隔1.5 m同向設置一處采樣點，共設置3處采樣點，高度均為1.5 m(1.5m為人均呼吸高度)；垂直方向在宅旁綠地對應的樓房每層的窗臺處設置一處采樣點，共設置6處采樣點。

表1 監(jiān)測地點詳情

1.2 研究方法

數(shù)據(jù)采集時間點為2020年11—12月(此階段為植物凋零季)、2020年6-7月(此階段為植物繁茂季)按冬夏兩季劃分，為避免誤差選取雨天或雪天過后第5日晴朗微風天開始監(jiān)測。采用微電腦激光粉塵儀[BB16-LD-5C( B) ]進行PM10質量濃度的測量。測量時間為12個時間段，每日06:00—18:00進行采樣，每次采樣時間取 1 min，采樣間隔時間為2 h，按測點順序依次采集，每天采集6次(一個時間段一次)，夏冬兩季各采集2周。此外，分別使用水銀溫度計、濕度測量儀以及熱線式風速計采集宅旁綠地的溫度、濕度和風速。

1.3 數(shù)據(jù)分析

運用Excel和SPSS對采取的樣本數(shù)據(jù)進行歸置處理，得出宅旁綠地PM10濃度分布規(guī)律以及對其的影響，以及PM10濃度變化與氣候相關因素的相關性。

2 結果與分析

2.1 老舊小區(qū)宅旁植物景觀對PM10濃度日變化水平分布的影響

如圖1可知監(jiān)測地1、監(jiān)測地2和監(jiān)測地4與風向夾角相差較小。上午8:00 PM10濃度開始逐漸上升，在10:00達到最大值，中午緩慢回落，在14:00達到最低值。從16:00開始PM10濃度會緩慢上升，但幅度波動較平緩，且低于08:00-10:00的濃度。這可能是由于寒地居住區(qū)早晚供暖以及晝夜溫差較大等因素所造成的。監(jiān)測地3和監(jiān)測地6與風向夾角PM10濃度分布明顯高于其他監(jiān)測地，導致這樣較為明顯差異的原因是宅旁綠地較其他監(jiān)測地綠化覆蓋率低。監(jiān)測地5與風向所成角度區(qū)別于其他監(jiān)測地，PM10濃度分布也有所不同。

圖1 PM10質量濃度日變化

2.2 老舊小區(qū)宅旁植物景觀對PM10濃度垂直分布的影響

如圖2所示，PM10濃度在第2層樓高度時為最低點，但隨高度升高而緩慢上升，這是由于宅旁綠地植物高度影響所致。監(jiān)測地4樓房布局是圍合式布局同時與主導風向夾腳幾乎是垂直角度，風透過宅旁綠地到樓房因夾角所致植物對PM10濃度分布影響較大。監(jiān)測地3和監(jiān)測地6的PM10濃度依然高于其他監(jiān)測地，分析其結果表明：植物能夠一定程度上影響綠地外環(huán)境的 PM10濃度，但不同植物配置結構配比對綠地內(nèi)外環(huán)境的 PM10濃度的均有不同梯度的影響。在1～3層處PM10濃度明顯減少，這是因為植物阻礙了氣流的上下流動，在1～3層為植物生長密集處也是喬灌草復合結構，PM10的擴散很大程度被抑制在地面和喬木樹冠頂蓋之間，顯現(xiàn)出植物的滯塵效應[4]。

圖2 PM10濃度垂直分布變化

2.3 夏冬兩季植物景觀對PM10濃度分布的影響

比較在冬、夏兩季同一時段不同宅旁綠地植物配置的郁閉度情況，如圖3和圖4所示。冬季不同結構體系植物郁閉度對PM10濃度分布影響很小而夏季不同郁閉度對PM10濃度分布影響稍大。冬夏兩季的植物景觀郁閉度排序為：喬灌草>灌草>喬灌>喬草。如圖5和圖6冬季喬灌草型、灌草型、喬灌型植物配置 PM10濃度與植物郁閉度呈明顯正相關?；貧w方程為：

圖3 宅旁綠地冬季郁閉度

圖4 宅旁綠地夏季郁閉度

圖5 PM10濃度受宅旁綠地不同結構冬季郁閉度影響分布

圖6 PM10濃度受宅旁綠地不同結構夏季郁閉度影響分布

y=6.771 4x喬灌草+162.13r2=0.748 2,

y=9.657 1x灌草+159.53r2=0.454 2,

y=7 685x喬灌+168.6r2=0.423 7,

y=9.432 9x喬草+173.8r2=0.329 7。

夏季植物配置 PM10濃度與植物郁閉度呈弱正相關(y=4.828 6x喬灌草+153.6r2=0.230 6,y=5.657x灌草+159.53r2=0.151 1,y=5.4x喬灌+159.6r2=0.159 9,y=5.6x喬草+168.4r2=0.173 8)，這可能是因為喬灌型、喬灌草型及灌草型植物群落整體通透度低，植物在 1.5 m 高度附近生長密集，導致顆粒物進入植物群落內(nèi)部后無法快速排出，喬草型結構單一、通透度高，PM10較易擴散。冬季PM10濃度在一定程度上也受居住區(qū)樓房布局的影響如圖7，冬季寒地城市大量供暖使得空氣質量指數(shù)降低。不同結構樓房布局對應的宅旁綠地植物配置的滯塵效應在冬季體現(xiàn)得更加重要，顯然結構層次豐富且包含喬灌草3種植物配置的植物景觀具有更佳滯塵表現(xiàn)[5]。

圖7 PM10濃度受植物郁閉度影響季變化分布

2.4 伴隨氣象因子植物景觀對PM10分布的影響

考慮到空氣中的PM10濃度的影響因素是復雜變樣的，因此采用回歸分析法探究環(huán)境因子(溫度和相對濕度)對PM10濃度變化的影響。溫度和相對濕度與 PM10濃度的相關性較強，溫度與PM10濃度存在一定負相關關系，相對濕度與PM10濃度存在一定正相關關系[7]。因此得到模型：

y=-3.648×Ta+2.457×RH+5.372R2=0.612<0.01

其中：Ta代表空氣溫度(℃)，RH代表相對濕度(%)，y代表PM10濃度(mg /m3)。

3 討論

國內(nèi)外大量研究表明，城市綠地植物群落有助于改善城市空氣質量，塑造高品質的生活環(huán)境[8-15]，張建設等[16]在不同植物群落對大氣顆粒物濃度的消減作用中發(fā)現(xiàn)，層次合理、植被豐富的綠地配置模式對顆粒物的消減效果明顯。本文研究地選址考慮了老舊小區(qū)樓房布局條件影響，從居住區(qū)環(huán)境入手探究不同季節(jié)植物配置結構內(nèi)的PM10濃度變化與植物郁閉度因素關系，以及不同季節(jié)中不同郁閉度下的植物景觀體系滯塵效益。

因此在優(yōu)化老舊小區(qū)環(huán)境和改善空氣質量中，應將地理環(huán)境要素與植物配置層次結合起來，通過調(diào)節(jié)植物郁閉度，選擇合適的植物配置結構(如考慮喬灌草結構體系或喬灌結構等影響因素)，從而達到植物抑制 PM10濃度和改善空氣質量的生態(tài)效益，進而避免盲目追求空氣質量而進行植物綠化[17-18]。老舊小區(qū)的空氣質量對居民的生活至關重要，本文是對位于寒地城市的老舊小區(qū) PM10濃度變化及影響因素進行研究，未來應加強對老舊小區(qū)的 PM10濃度變化特征進行定量研究，從而能夠更全面地探究老舊小區(qū)有限區(qū)域內(nèi)綠地最佳植物配比的規(guī)劃設計。

4 結論

1)不同樓房布局監(jiān)測地之間的PM10質量濃度水平分布和垂直分布基本一致，在冬夏兩季日變化中均呈早晚高中間低。

2)冬夏兩季不同郁閉度植物配置結構之間PM10質量濃度存在顯著差異性，其中郁閉度低的監(jiān)測地與其他郁閉度高的差異性最顯著，PM10質量濃度均為喬灌草結構影響最大，喬灌結構和灌草結構為其次，且多表現(xiàn)為喬灌樣地大于灌草和喬灌樣地，喬草結構影響最小。

3)研究區(qū)域 PM10質量濃度與溫度呈負相關，與相對濕度呈正相關，與風速呈負相關。