冬季綠化樹木對懸浮顆粒物的降解作用研究

陳學正

摘要：隨著城市化進程的快速推進，城市生態環境的形勢日益嚴峻，其中最突出的問題是由大氣顆粒物形成的粉塵污染。空氣顆粒物不僅對環境造成污染，還嚴重威脅了人體的健康。綠色植物作為天然的空氣凈化器，在阻滯顆粒物、改善城市空氣質量、保護人體健康中起著不可替代的作用。

本論文通過實驗測定北京市昌平區沙河水庫濕地公園中六種主要樹種暨北京市常見綠化樹種在當地時間2月份（冬季）樹皮吸附PM2.5的能力。并通過測量單棵樹木樹皮面積并通過計算得出整個濕地公園六種樹木吸附PM2.5質量總和。結果表明：①不同樹種樹木的樹皮吸附大氣污染物的能力在冬季有顯著差別，能力從強到弱依次排列：銀杏>玉蘭>柳樹>油松>懸鈴木>毛白楊。②六種樹種吸附的顆粒物中粒徑為10～100μm的顆粒物較多。③公園中六種樹木滯塵能力總和約為11.6千克。

測定樹木的滯塵能力可以為公園綠化樹木種植數量及比例的設計提供依據，通過平衡高觀賞價值樹種和高滯塵能力樹種，因地制宜的進行合理的結構設計，改善人居環境、促進社會經濟協調發展。

關鍵詞：PM2.5，濕地公園，綠化樹種，滯塵能力，冬季

1、緒論

1.1 總懸浮顆粒物簡介

現在大氣中的可吸入顆粒物已成為北京乃至全中國最為關注的空氣污染物之一，雖然它在大氣中的含量不多，但對環境和人體的危害都很大，包括生物多樣性降低、人體健康問題、區域性氣候變化、歷史文明古跡受損等。大氣顆粒物有著極寬的粒徑變化范圍，其粒徑從幾個納米至一百微米，相差4-5個數量級，空氣動力學直徑小于100μm懸浮在空氣中的顆粒物稱為總懸浮顆粒物（TSP），其中小于10μm的稱為可吸入顆粒物（PM10），小于2.5μm的稱為可吸入肺顆粒物（PM2.5）[1]。大氣中的顆粒物能夠使空氣污染變得錯綜復雜，其作為大氣中一些化學反應的反應床，通過吸收和散射太陽輻射致使氣候發生變化。

近年來，PM2.5更是被推向了風口浪尖，PM2.5，是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物，它對空氣質量和能見度等有重要的影響。PM2.5顆粒物的粗細不足頭發的三十分之一從而能夠穿越呼吸道防御結構甚至穿透肺泡進入人體血液循環，其比表面積大，表面極易富集有害金屬和有機致癌物，可刺激、腐蝕肺泡壁，引發哮喘、肺氣腫甚至肺癌。[2-3]

PM2.5對于社會經濟亦會造成嚴重的影響：1、大氣顆粒物尤其是粒徑小于1μm的顆粒物、氣溶膠等都具有對光的散射和吸收等消光作用，造成物體與環境背景之間的對比度缺失，致使大氣能見度降低[4-5]。2、顆粒物濃度升高使云凝結核或冰核增加會影響大氣的光化學效應和熱輻射平衡，影響區域的溫度和降水，直接與間接地導致中國稻米和小麥的產量下降5%～30%。3、還會造成光化學煙霧、熱島效應、生物多樣性降低、文物古跡受損等。

大氣污染問題已引起了人們的廣泛關注。

由上圖[6]可得知，PM2.5的主要來源為化工廠及重工廠所排放出的未清潔達標的廢氣及城鎮中居民過冬取暖時燃燒煤炭排放出的廢氣。而樹木的葉片、樹皮均具有較強的滯塵能力，可以滯留空氣中大量粉塵。樹木顯著的滯塵能力已被很多研究證實。很多城市已經將利用滯塵能力良好的樹木營建城市綠地景觀應用到城市綠地設計和道路防護設計中通過植被吸附顆粒物治理大氣污染的研究意義重大。植物對空氣中細顆粒物的阻滯吸附作用研究也成為近年來的熱點。

1.2 對于植物滯塵作用的基本認識

而我所居住的北京市昌平區沙河鎮冬季空氣污染問題尤為嚴重，為了更好地分析植物在吸附PM2.5中的不同作用，我閱讀了相關資料并制作了如下表格[7-8]：

1.3 研究目的

早在2011年，針對市民關注的北京空氣治理問題，北京市政府經常談及PM2.5治理，提出本市將出臺八大措施應對PM2.5，改善空氣質量，其中植樹造林位居首位[9]。為了更深入的了解我所居住的北京市昌平區沙河鎮生活區附近的沙河水庫濕地公園中的綠化及觀賞性植被在吸附以TSP為代表的污染物緩解惡劣天氣所帶來的負面影響中的作用，我也進行了一些研究和實驗旨在加強自身對于生物學及環境科學相關知識的了解，并通過合理運用所學知識對實際進行解決，在此過程中鍛煉探究能力、對簡單社會問題的理解和解決能力、培養創新意識并增加對周圍環境及社會的了解，為今后從事專業研究和創新培養基礎。

2、研究內容與方法

2.1 研究內容

本實驗旨在探究公園中樹木在冬季對PM2.5的降解作用，所以選取主要研究對象為樹皮，對樹木樹皮進行采樣得出數據，并通過計算分析得出：

1、 沙河水庫濕地公園中主要綠化樹木的樹皮在冬季對TSP的吸附能力。

2、 沙河水庫濕地公園中各綠化樹木對不同粒徑大氣污染物的吸附效果。

3、沙河水庫濕地公園中選取樹木在冬季對TSP的吸附量之和。

2.2 實驗準備

經過調查和比較，我選取了公園中六種樹木：

實驗選取樹木名錄

選擇理由如下：

1、 以上六種數目為沙河水庫濕地公園重要綠化樹種

2、以上樹種中銀杏、油松、柳樹、毛白楊為北京市乃至整個華北地區主要道路及園林綠化樹種，具有代表性。

2.3 實驗過程

2.3.1 實驗對象

樹皮直接暴露在空氣中，與空氣顆粒物長期連續接觸，是顆粒物的直接接受體。樹皮作為空氣污染監測器具有許多優點：

① 樹皮具有足夠大的表面積，可以連續多年每天都穩定暴露在空氣中，在長期連續對污染監測研究具有重要意義；

② 在自然界，樹皮分布廣泛容易獲取，在野外收集也很容易；

③ 在樹皮沖刷收集顆粒物對樹木健康影響不大，不會破壞樹木本身[10]；