北京市不同主干道綠地群落對大氣PM2.5濃度消減作用的影響

李新宇，趙松婷，李延明，郭佳，李薇

北京市不同主干道綠地群落對大氣PM2.5濃度消減作用的影響

李新宇，趙松婷，李延明*，郭佳，李薇

北京市園林科學研究院，園林綠地生態功能評價與調控技術北京市重點實驗室，北京 100102

為研究城市道路兩側不同綠化帶寬度及不同植物群落配置模式對消減大氣中PM2.5濃度的作用，選擇北京市四環主干道旁3種典型植物群落配置類型作為試驗監測點，對0 m、6 m、16 m、26 m、36 m不同綠帶寬度下PM2.5濃度分布與變化進行監測，并對其消減能力進行計算，分析PM2.5濃度變化與道路車流量、綠化帶寬度及植物群落配置模式之間的關系。結果表明：（1）PM2.5濃度的日變化與車流量的日變化特征一致，道路綠地空氣中PM2.5濃度的日變化呈現雙峰單谷型特征，即早晚高、白天低，PM2.5濃度在8:00～10:00的交通早高峰期間增加，而后開始下降，到12:00～14:00左右達到最低值，之后呈持續上升狀態，直至晚高峰19:00濃度達一天中的最大值。（2）不同植物群落配置模式對大氣中PM2.5濃度的消減作用不同，群落內郁閉度高的多復層結構綠地對PM2.5消減作用優于郁閉度低的單層配置綠地模式；（3）分別對3類空氣質量條件下，道路綠地對PM2.5消減作用進行評價。無污染或輕度污染（PM2.5＜100 μg·m-3)環境下，綠地對PM2.5消減作用明顯，26 m及36 m的綠帶處消減作用最強，最高可達12.22%；中度污染（101 μg·m-3＜PM2.5＜200 μg·m-3)的環境下，只有群落配置以喬木林為主且郁閉度較高的藍靛廠橋南綠地對PM2.5具有消減作用；重度污染（PM2.5＞201 μg·m-3)天氣條件下3種綠地對PM2.5的消減作用均不明顯。

PM2.5；消減率；道路綠地；綠帶寬度；配置模式

空氣質量的優劣與人的健康息息相關。近幾年，北京市及周邊地區遭遇了嚴重的空氣污染天氣。根據北京市PM2.5監測點數據顯示，2012年北京市空氣中PM2.5年平均質量濃度為106 μg·m-3（北京市環境保護監測中心，2012）。大氣顆粒物污染已經成為城市主要環境問題，在目前尚不能完全依賴污染源治理以解決環境問題情況下，借助自然界的清除機制是緩解城市大氣污染壓力的有效途徑，城市園林綠化就是其一（Freer，1997；Beckett，1998）。道路綠帶作為消減交通污染源的重要方法正受到越來越廣泛的重視（茍亞清和張清東，2008；韓陽等，2005），關于城市綠化樹種滯塵能力、道路綠帶的滯塵能力、效率等已有較多研究（王蕾等，2006；王贊紅和李紀標，2006；柴一新等，2000），但關于城市道路兩側綠地內污染情況與交通源的關系，以及不同大氣污染環境下，不同寬度與植物配置的道路綠地如何影響及消減PM2.5濃度等方面的研究則鮮見報道。本研究通過對北京市交通主干道不同群落類型道路綠地及不同綠帶寬度下PM2.5濃度進行測定，分析其變化規律及影響因素，揭示道路綠地消減PM2.5的作用機理，以期為道路綠地植物配置模式優選和構建提供基礎數據，為城市大氣污染治理提供科學依據。

1 數據與方法

1.1 試驗點選擇

根據北京市城市道路綠地的主要類型及城區道路格局分布特點，在四環道路綠地沿垂直城市主風向下側，分別選取姚家園北路（A1）、六郎莊北（A2）、藍靛廠橋南（A3）3種不同綠地配置模式作為試驗點（圖1）。試驗點分布如圖1所示。各試驗點綠地植物配置情況見表l。植物群落配置現狀分別為：姚家園北路由道路邊緣向外呈明顯“草-灌-喬”的配置層次，前層為草本地被，寬度6～8 m；中層為花灌木及小喬木，寬12～14 m，后層為落葉喬木純林，寬度10 m以上；六郎莊北由道路邊緣向外呈“草-灌-喬”的配置層次，前層為草坪，寬度6 m；中層為花灌木及小喬片狀鑲嵌種植，寬20～24 m，后層為常綠喬木片林，寬度6～8 m；藍靛廠橋南由道路邊緣向外呈明顯“喬+灌+草-喬”的配置層次，前層為喬灌草多層次配置，寬度6～8 m，具有一定景觀效果；后層為混交喬木林，寬30 m左右，郁閉度70%左右。

圖1 試驗點分布圖Fig.1 The Distribution Map of Experimental Sites

表1 道路綠地信息表Table 1 Community Configuration Information of Experimental Sites

圖2 監測點設置示意圖Fig.2 Set Diagram of the Monitoring Points

1.2 監測點設置

在周邊開闊地段設置監測點，各試驗點綠地內植物長勢好，且綠帶兩側無障礙物、無建筑物。沿道路垂直方向布設0 m、6 m、16 m、26 m、36 m等5個監測點。其中，0 m監測點設于道路邊緣處；6 m、16 m、26 m、36 m分別代表不同綠地寬度處測距。監測點布設方案如圖2所示。

1.3 監測內容及記錄指標

2012年9月～2013年8月在各試驗點各監測點每月上、中、下旬選擇3天無風(風速＜3級)的天氣，同時對A1（姚家園北路）、A2(六郎莊北)、A3(藍靛廠橋南)3個不同綠帶寬度測點進行PM2.5濃度監測。監測時段為上午（7:00、8:00、10:00），正午前后（12:00、14:00）及傍晚前后（16:00、18:00、19:00）。采用PDR-1500便攜式氣溶膠顆粒物檢測儀測定可吸入顆粒物PM2.5濃度，采樣高度為距離地表1.5 m處（與成人呼吸高度基本一致）；采用Kestrel-4500袖珍式氣候測量儀測定大氣溫度、相對濕度、風速和氣壓等氣象因子。每次監測5 min，每10秒讀取一組數據。

1.4 綠地對PM2.5消減作用計算

綠帶寬度對PM2.5消減作用或凈化百分率的計算公式（郭偉等，2010；王月容等，2013）如下：

式中，Cs是道路邊0 m測距處的PM2.5濃度，Cm是6 m、16 m、26 m、36 m不同綠帶寬度測距處PM2.5濃度。

2 結果與分析

2.1 PM2.5濃度日變化特征

圖3 姚家園（A1）PM2.5濃度的日變化Fig. 3 Diurnal Variation of PM2.5Concentration in Yaojiayuan

圖4 六郎莊（A2）PM2.5濃度的日變化Fig. 4 Diurnal Variation of PM2.5Concentration in Liulangzhuang

各試驗點空氣PM2.5濃度的日變化曲線基本上呈現“雙峰單谷”型，即早晚高、白天低（圖3～圖5）。早上與晚上相比，晚上的PM2.5濃度高于早上。各綠地不同綠帶寬度PM2.5濃度自8:00后增加，10:00后開始濃度一直下降，到12:00～14:00左右達到最低值，之后呈持續上升狀態，直至晚高峰19:00濃度達一天中的最大值。道路車流量日變化與空氣PM2.5濃度的日變化特征保持相對的一致性，即雙峰單谷型，早晨8:00～10:00車流量增加，出現早高峰，12:00～14:00車流量減少，16:00～18:00車流量增加，出現晚高峰。早晚高峰車流量基本相當。而空氣PM2.5濃度在晚19:00點達到全天最高值，說明污染物濃度在無風的天氣維持時，空氣中的污染物質就會不斷的累積，在污染源一致的條件下，傍晚污染物濃度高于清晨。

圖5 藍靛廠（A3）PM2.5濃度的日變化Fig. 5 Diurnal Variation of PM2.5Concentration in Landianchang

2.2 道路綠地對PM2.5消減作用

全年無污染或輕度污染（PM2.5＜100 μg·m-3)天氣條件下，道路綠地對PM2.5的消減作用表明（圖6），不同綠地不同寬度測距間PM2.5消減作用有所不同，各測點在6 m、16 m、26 m、36 m的地段均有明顯消減作用，變幅為0.64%～12.22%之間，綠帶消減率排序為：A3(藍靛廠橋南)＞A1（姚家園北路）＞A2（六郎莊北）。三塊道路綠地中，藍靛廠橋南綠地對PM2.5消減作用高于其他兩塊綠地，平均消減率為9.70%，在36 m處消減率最高，達到12.22%。姚家園路綠地對PM2.5平均消減率為2.40%，在26 m處消減率最高，達到4.52%。六郎莊綠地對PM2.5平均消減率為2.12%，在36 m處消減率最高，為3.54%。不同綠帶寬度處消減率排序為36 m＞26 m＞16 m＞6 m。形成這種消減差異的主要原因可能與各點綠帶配置結構與植物種類有關。藍靛廠橋南綠地群落組成多為大型喬木，林內郁閉度高，達到80%，而六郎莊綠地喬木層郁閉度僅為50%，故滯塵能力差異明顯。消減結果表明道路綠地的寬度在26 m及以上能夠取到較好的滯留顆粒物作用。同時，也說明了不同道路綠地植物配置模式可對PM2.5的消減能力產生影響。

圖6 無污染或輕度污染條件下道路綠地對PM2.5的消減能力Fig.6 The Subduction Effect of Green Spaces on PM2.5Concentration under the Weather Condition of Non-pollution or Slight Pollution

中度污染（101 μg·m-3＜PM2.5＜200 μg·m-3)天氣條件下，綠地對PM2.5消減作用表明（圖7），不同地點不同綠帶寬度下道路綠地對PM2.5消減作用不明顯，除藍靛廠橋南綠地對PM2.5有消減作用外，其他兩塊綠地的消減率大多呈負值，這充分說明綠地對PM2.5消減作用的發揮受一定的天氣污染條件制約。同時也表明，在同等的天氣狀況下，不同的植物配置模式對空氣細顆粒物污染狀況存在較大影響。以喬木林為主且郁閉度較高的藍靛廠的植物配置模式在中度污染情況下對道路PM2.5消減率仍為正值，而沒有形成復層結構群落且郁閉度較低的六郎莊和姚家園植物配置模式對PM2.5消減率大多為負值，這說明多復層結構的植物配置模式對空氣細顆粒物污染的消減作用，要明顯優于單層結構植物配置模式。

圖7 中度污染條件下道路綠地對PM2.5的消減能力Fig. 7 The Subduction Effect of Green Spaces on PM2.5Concentration under the Weather Condition of Moderate Pollution

重度污染（PM2.5＞200 μg·m-3)天氣條件下，綠地對PM2.5消減作用表明（圖8），當空氣細顆粒物污染達到重度以上程度時，不同地點不同綠帶寬度下道路綠地對PM2.5消減作用均不明顯，全部呈負值。由此說明，綠地滯塵效果和消減能力有限。在重度污染條件下，基本不能達到消減和滯塵作用。

圖8 重度污染條件下道路綠地對PM2.5的消減能力Fig. 8 The Subduction Effect of Green Spaces on PM2.5Concentration under the Weather Condition of Heavy Pollution

3 討論與結論

3.1 討論

道路綠帶已經成為消除交通污染源的重要方法（王蕾等，2006；王贊紅和李紀標，2006；柴一新等，2000），研究不同寬度與植物配置的道路綠地如何消減PM2.5濃度，可以為城市大氣污染治理提供更多科學依據。

道路兩側的PM2.5濃度變化趨勢與交通流的變化趨勢表現一致，說明PM2.5濃度的日變化特征與早晚高峰道路車流量變化有一定的相關性。這與已有研究揭示的城市道路交通的大氣顆粒物污染特征一致（戴思迪等，2012）。PM2.5濃度的日變化也受到天氣條件的影響。當晴好無風的天氣維持時，空氣中的污染物質就會不斷的累積，空氣質量逐漸下降，致使傍晚PM2.5濃度更高。若匹配適當的濕度條件就會向霧霾天氣演化，直至有新的天氣過程發生而改變（施曉暉和徐祥德，2012）。

研究說明，綠地內的植物配置與植物種類組成影響著綠地對PM2.5的消減作用，其中郁閉度較高的多復層群落結構明顯優于郁閉度較低的單層群落結構，這與植物群落滯塵規律表現一致（殷杉等，2007）。但綠地對PM2.5消減作用有限，尤其在嚴重霧霾天氣條件下，綠地內的PM2.5會不斷累積，隨著距離道路越遠，濃度逐漸增大，林帶內要高于林帶邊緣。

3.2 結論

根據北京城市道路綠地的主要類型及城區道路格局分布特點，在四環道路綠地沿垂直城市主風向下側，分別選取姚家園北路、六郎莊北、藍靛廠橋南3種不同綠地配置模式作為試驗點，對0 m、6 m、16 m、26 m、36 m不同綠帶寬度下PM2.5濃度分布狀況及其對PM2.5的消減能力，PM2.5濃度分布與交通污染源、植物配置間的關系進行了研究。得出了以下主要結論：

道路綠地空氣中PM2.5濃度的日變化與道路車流量均呈現雙峰單谷型特征，即早晚高、白天低，最低值出現在12:00～14:00左右，最高值出現在交通晚高峰后19:00左右，道路兩側的PM2.5濃度變化趨勢與交通流的變化趨勢基本一致。道路車流量越大，空氣中PM2.5濃度越高。

本文分別對3類空氣質量（無污染或輕度污染、中度污染和重度污染）條件下，道路綠地對PM2.5消減作用進行評價。在無污染或輕度污染（PM2.5＜100 μg·m-3)環境、中度污染（101 μg·m-3＜PM2.5＜200 μg·m-3)的環境及重度污染（PM2.5＞201 μg·m-3)等3種環境條件下，道路綠地對PM2.5消減作用不同。無污染或輕度污染環境下，綠地對PM2.5消減作用明顯，不同綠地的消減率不同，但都表現出26 m及36 m的綠帶處消減作用最強，最高可達12.22%；其中藍靛廠橋南綠地對PM2.5的消減作用最明顯，平均消減率達到9.70%。中度污染的環境下，只有藍靛廠橋南綠地對PM2.5具有消減作用；重度污染天氣條件下3種綠地對PM2.5消減作用均不明顯。

BECKETT K P, FREER-SMITH P H, TAYLOR G. 1998. Urban woodlands: their role in reducing the effects of particulate pollution[J]. Environmental Pollution, 99: 347-360.

FREER-SMITH P H, HOLLOWAY S, GOODMAN A. 1997. The uptake of particulates by an urban woodland: site description and particulate composition[J]. Environmental Pollution. 95(1): 27-35.

北京市環境保護監測中心. 2012. 空氣質量實時發布. http://zx.bjmemc.com.cn/(DB/OL).

柴一新, 祝寧, 韓煥金. 2000. 城市綠化樹種的滯塵效應: 以哈爾濱市為例[J]. 應用生態學報. 13(9): 1121-1126.

戴思迪, 馬克明, 寶樂. 2012. 北京城區行道樹國槐葉面塵分布及重金屬污染特征[J]. 生態學報. 32(16):5095-5102.

茍亞清, 張清東. 2008. 道路景觀植物滯塵量研究[J]．中國城市林業. 6(1)：59-61．

郭偉, 申屠雅瑾, 鄭述強, 等. 2010. 城市綠地滯塵作用機理和規律的研究進展[J]. 生態環境學報. 19(6): 1465-1470.

韓陽, 李雪梅, 朱延姝, 等. 2005. 環境污染與植物功能[M]. 北京: 化學工業出版社. 127-128．

施曉暉, 徐祥德. 2012. 北京及周邊氣溶膠區域影響與大霧相關特征的研究進展[J]．地球物理學報. 55(10): 3230-3239.

王蕾, 高尚玉, 劉連友, 等．2006. 北京市11種園林植物滯留大氣顆粒物能力研究[J]．應用生態學報. 17(4): 597-601．

王月容, 李延明, 李新宇, 等. 2013. 北京市道路綠地對PM2.5濃度分布與消減作用的影響[J]. 湖北林業科技. 6: 4-9.

王贊紅, 李紀標. 2006. 城市街道常綠灌木植物葉片滯塵能力及滯塵顆粒物形態[J]. 生態環境. 15(2): 327-330.

殷杉, 蔡靜萍, 陳麗萍, 等. 2007. 交通綠化帶植物配置對空氣顆粒物的凈化效益[J]. 生態學報. 27(11): 4590-4595．

Abstract：Through selecting road green spaces, which communities in the typical configuration, as experimental monitoring points, PM2.5concentration distribution, subduction and its relationship with changes of traffic flow and configuration mode of plant community were studied under different greenbelt widths of 0 m, 6 m, 16 m, 26 m and 36 m. Meanwhile, respectively under three categories of air quality conditions, the effect of road green spaces on PM2.5abatement were evaluated. The results showed that: 1) Daily changes of PM2.5concentration were consistent with that of traffic flow, furthermore, diurnal variation characteristics of PM2.5concentration in road green spaces was described by the double peak and single valley curve, which were high in morning and night and low in daylight, and the highest values at 19:00 and the lowest values at 12:00. 2) The subduction rates were different in green spaces. And the subduction effect of green spaces on PM2.5concentration, which were more-layer structure types with high canopy density, was better than whose structure types were one-layer with low canopy density. 3) Under the air quality conditions of non-pollution or slight pollution (PM2.5＜100 μg·m-3), the subduction effect of green spaces on PM2.5concentration was very obvious and greenbelt width of 26 m and 36 m had the best subduction effect by 12.22%. Under the air quality conditions of moderate pollution (101 μg·m-3＜PM2.5＜200 μg·m-3), only green spaces of south Landianchang bridge, which communities in the configuration tree forest - oriented, high canopy density, had the subduction effect on PM2.5concentration. However, under the air quality conditions of intense pollution (PM2.5＞200 μg·m-3), the subduction effect was limited.

Subduction effect of urban arteries green space on atmospheric concentration of PM2.5in Beijing

LI Xinyu, ZHAO Songting, LI Yanming*, GUO Jia, LI Wei
Beijing institute of landscape architecture, Beijing Key Laboratory of Ecological Function Assessment and Regulation Technology of Green Space Beijing 100102, China

concentration variation of PM2.5; subduction rate; road green space; green belt width; configuration mode

X173

A

1674-5906（2014）04-0615-07

李新宇，趙松婷，李延明，郭佳，李薇. 北京市不同主干道綠地群落對大氣PM2.5濃度消減作用的影響[J]. 生態環境學報, 2014, 23(4): 615-621.

LI Xinyu, ZHAO Songting, LI Yanming, GUO Jia, LI Wei. Subduction effect of urban arteries green space on atmospheric concentration of PM2.5in Beijing [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(4): 615-621.

國家科技支撐計劃課題（2013BAC17B03）

李新宇（1979年生），女（蒙族），高級工程師，博士，研究方向為城市園林綠地功能評價。E-mail：lxy09618@163.com

*通訊作者：LIyanming-beijing@hotmail.com

2014-02-26