“城市森林”凈化大氣功能的研究進(jìn)展

聶蕾

（安徽省化工研究院，安徽 合肥 230041）

“城市森林”的概念最早源于美國，Gobster[1-3]把“城市森林”定義為城市內(nèi)及人口密集的聚集區(qū)周圍的所有木本植物及其相伴的植物，是一系列街區(qū)林分的總和。

我國引入“城市森林”的概念相對(duì)較晚，近年來由于我國城市化進(jìn)程的加快，使得生態(tài)環(huán)境問題日益突出，人們才逐漸重視對(duì)“城市森林”的建設(shè)。我國學(xué)者對(duì)“城市森林”的定義為生長在城市并對(duì)環(huán)境有明顯改善作用的林地及相關(guān)植被。

目前國內(nèi)外許多學(xué)者針對(duì)“城市森林”對(duì)環(huán)境治理的貢獻(xiàn)提出了新的環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法，并廣泛運(yùn)用于環(huán)境科學(xué)研究領(lǐng)域[4-14]。Louis等[15]估計(jì)每公頃云杉林可固定塵土32噸；美國芝加哥的庫克和杜佩齊市區(qū)，城市森林平均每天吸收CO21 200 t，SO23.7 t，NOX4.2 t。

1 國內(nèi)外對(duì)“城市森林”功能研究進(jìn)展與現(xiàn)狀

“城市森林”不僅可以改善環(huán)境質(zhì)量，還可以平衡城市生態(tài)系統(tǒng)二氧化碳，改善野生動(dòng)植物的生存環(huán)境等[16-20]。因此可以根據(jù)對(duì)“城市森林”的植物組成、種植層次等結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)不同的環(huán)境質(zhì)量改善目標(biāo)。

1.1 “城市森林”對(duì)大氣中的SO2、NOX的凈化研究

SO2具有刺激性，會(huì)對(duì)眼、鼻腔黏膜產(chǎn)生刺激性作用，具有損害呼吸器官等危害，因此對(duì)大氣中SO2的治理極為重要?？諝庵泻难趸镉蠳O2、NO、N2O、N3O2等，其中主要成分是NO2和NO，以氮氧化物表示。氮氧化物與SO2一樣，是酸雨形成的主要原因之一。酸雨不僅會(huì)影響農(nóng)作物的生長，同時(shí)還會(huì)使土壤、水源等人們賴以生存的環(huán)境酸化，因此對(duì)氮氧化物的治理也是刻不容緩。

關(guān)于大氣中SO2、NOX污染的監(jiān)測(cè)，以往使用化學(xué)方法較多。近年來隨著“城市森林”的不斷建設(shè)，越來越多的研究集中在利用植物來測(cè)定大氣中SO2、NOX的濃度，因?yàn)橹参锞哂幸韵聨讉€(gè)特點(diǎn)：①植物具有固定生長的特點(diǎn)，便于監(jiān)測(cè)與管理；②植物的固定生長使其無法避免遭受污染物的侵害；③植物通過其龐大的葉面積與環(huán)境進(jìn)行氣體交換，利用植物監(jiān)測(cè)大氣污染物濃度更為準(zhǔn)確。因此可以利用葉片含硫量、含氮量與大氣中二氧化硫、氮氧化物含量的相關(guān)性來確定哪些樹木可以用來測(cè)定大氣中的污染物。通過單因素方差分析和系統(tǒng)聚類分析，比較各樹種間對(duì)大氣SO2、氮氧化物吸收積累能力的差異性，以篩選出對(duì)SO2、氮氧化物凈化能力強(qiáng)的樹種。

李珍珍等[21]對(duì)沈陽東陵公園、隕石山森林公園進(jìn)行實(shí)測(cè)分析，其中沈陽東陵公園是以灌木為主的城市森林公園，而隕石山森林公園是以喬木為主的城市森林公園，結(jié)果表明，隕石山森林公園大氣中SO2的環(huán)境質(zhì)量要優(yōu)于沈陽東陵公園大氣中SO2的環(huán)境質(zhì)量。趙勇、陳志林等[22]通過對(duì)平頂山上不同植物葉片中含硫量的分析，得到喬木對(duì)大氣中SO2的吸收總量要優(yōu)于其他植物對(duì)大氣中SO2的吸收總量。

關(guān)于“城市森林”對(duì)大氣中氮氧化物凈化作用的研究，目前我國已測(cè)算針葉林對(duì)NOX的凈化能力大約為6 kg·hm-2·a-1；同時(shí)張學(xué)星等[23]研究了不同群落結(jié)構(gòu)對(duì)氮氧化物的凈化效益，結(jié)果表明，以喬木為主的群落結(jié)構(gòu)對(duì)大氣中氮氧化物的凈化效益為最佳，達(dá)到66.8 μg/m3。

由此可知，“城市森林”當(dāng)以喬木為主要組成成分時(shí)，其對(duì)大氣中SO2、NOX的凈化效益為最佳。因此根據(jù)這些研究結(jié)果可以選擇最優(yōu)的結(jié)構(gòu)配置建造“城市森林”，從而達(dá)到最佳的凈化效果。

1.2 “城市森林”對(duì)大氣顆粒物的凈化研究

大氣顆粒物是對(duì)大氣中存在的固態(tài)和液體的顆粒物質(zhì)的總稱，分為TSP（Dp≥10 μm），PM10（2.5 μm＜Dp≤10 μm），PM2.5（Dp≤2.5 μm）。大氣顆粒物不僅會(huì)影響人的呼吸系統(tǒng)，還會(huì)與大氣中的其他有害物質(zhì)結(jié)合在一起，進(jìn)入人體后，會(huì)對(duì)人體造成極大的傷害。

根據(jù)大量研究結(jié)果可知，“城市森林”對(duì)大氣顆粒物具有極好的凈化效果[24-26]。但不同結(jié)構(gòu)的“城市森林”對(duì)大氣顆粒物的凈化效率不同；“城市森林”對(duì)不同大氣顆粒物的凈化效果也不相同。根據(jù)柴一新等[27]研究結(jié)果可知，當(dāng)“城市森林”以常綠闊葉林為主時(shí)，對(duì)TSP 和PM10的凈化效果為最優(yōu)；當(dāng)“城市森林”以灌木為主時(shí)，對(duì)PM2.5的凈化效果最佳。

由此，可根據(jù)不同的治理對(duì)象選擇不同的植物配置，從而達(dá)到最優(yōu)化的“城市森林”結(jié)構(gòu)。

1.3 “城市森林”對(duì)噪聲的減噪研究

近年來，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，交通噪聲和建筑噪聲問題日趨突出。噪聲對(duì)人體的危害很大，直接影響人的神經(jīng)中樞，長此以往會(huì)使人出現(xiàn)神經(jīng)衰弱等癥狀，因此對(duì)噪聲的治理極其重要。

植物對(duì)于噪聲降噪作用的因素有很多，包括植物的各種結(jié)構(gòu)因素，如植物的高度、寬度、冠幅、能見度等，因此不同配置的“城市森林”對(duì)噪聲的降噪效果不盡相同。研究表明，采用以喬木為主的“城市森林”結(jié)構(gòu)，對(duì)噪聲的凈化效果為最佳。

1.4 “城市森林”對(duì)大氣氟化物的凈化研究

氟化物不僅對(duì)皮膚、粘膜有強(qiáng)烈的局部刺激作用，還會(huì)對(duì)人體骨骼造成傷害。

“城市森林”對(duì)大氣中的氟化物具有一定的凈化作用。因?yàn)橹参镂沾髿庵械姆镏饕患谌~片中，同時(shí)氟化物并不是植物所必需的物質(zhì)，所以植物葉片上的氟化物含量可以近似看成為大氣中氟化物的含量。

研究表明，葉片較大且植株較高的植物對(duì)大氣中氟化物的凈化效益高；不同類型植物對(duì)大氣中氟化物的凈化效益是不相同的，其中常綠闊葉>常綠喬木>針葉>灌木，因此對(duì)大氣中氟化物的凈化，以常綠闊葉植物為主的“城市森林”為最佳配置。

2 “城市森林”的功能研究展望

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國的城市化水平正在逐步提高，但是我國的城市綠化水平依舊較低，“城市森林”作為改善城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量非常有效的生態(tài)工程[28-39]，目前應(yīng)加快開展以下領(lǐng)域的研究工作：

（1）“城市森林”可與“城市森林”規(guī)劃、景觀設(shè)計(jì)相結(jié)合，不僅提升我國城市綠化水平，還能對(duì)生態(tài)環(huán)境做出有力貢獻(xiàn)。

（2）目前我國大多數(shù)有關(guān)“城市森林”對(duì)大氣環(huán)境影響的研究都集中在北方，主要研究北方冬季燃煤所造成的大氣環(huán)境影響；南方的環(huán)境雖然比北方好，但也不是不需要治理，南方?jīng)]有北方大量燃煤造成的大氣環(huán)境污染，但是工業(yè)施工和大量的機(jī)動(dòng)車尾氣排放對(duì)大氣也有較為嚴(yán)重的污染，并且很多研究對(duì)象是城市綠地、城市行道樹、城市公園等，對(duì)“城市森林”對(duì)大氣環(huán)境的研究還不是很成熟。

3 結(jié)論

“城市森林”作為以林地為主體，同時(shí)又包含城市綠植、園林、水域等其他成分組成的一個(gè)獨(dú)立的生態(tài)系統(tǒng)，其對(duì)大氣中各類污染物均能起到一定的凈化作用，同時(shí)“城市森林”的建設(shè)還可將“城市森林”規(guī)劃和其他規(guī)劃進(jìn)行結(jié)合，不僅能增加城市綠化水平，同時(shí)還能改善生態(tài)環(huán)境。

不同綠化配置結(jié)構(gòu)的“城市森林”對(duì)不同污染物的凈化效果不盡相同：

（1）對(duì)大氣中SO2、NOX的凈化，“城市森林”當(dāng)以喬木為主要組成成分時(shí)為最佳。

（2）當(dāng)“城市森林”以常綠闊葉林為主的結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)TSP 和PM10的凈化效果為最優(yōu)；當(dāng)“城市森林”以灌木為主的結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)PM2.5的凈化效果最佳。

（3）采用以喬木為主的“城市森林”結(jié)構(gòu)，對(duì)噪聲的凈化效益為最佳。

（4）對(duì)大氣中氟化物的凈化，以常綠闊葉植物為主的“城市森林”為最佳配置。

綜上所述，可以根據(jù)不同的污染物，選擇不同的綠化植物進(jìn)行配置，形成最優(yōu)的“城市森林”結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到對(duì)污染物凈化的最佳效果。