南京城市綠地阻滯吸附PM2.5的健康效益評估

徐歡　李紅

摘要：以江蘇省南京市為研究對象，通過收集分析數(shù)據(jù)信息和前人的研究成果，測算出南京市城市綠地阻滯吸附PM2.5的總量；然后運用環(huán)境健康風險評估模型和環(huán)境健康價值評估方法，對其健康效益進行評估，并且比較分析了不同類型綠地單位面積的健康效益。研究結(jié)果表明，南京市城市綠地全年阻滯吸附PM2.5的總量為23.94 t，日均可減少病例總數(shù)為249.9例；每年產(chǎn)生的健康效益約為51.74億元，約占南京市2014年GDP總量的0.59%；喬灌草結(jié)構(gòu)綠地單位面積健康效益值最高，為21.8元，草坪最低，為0.1元。建議適當減小草坪面積，將部分草坪改造成灌草、喬草等復合綠地結(jié)構(gòu)，有助于改善城市空氣質(zhì)量和提高城市綠地的健康效益。

關(guān)鍵詞：城市綠地；PM2.5；健康效益；阻滯吸附

中圖分類號： TU986 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）19-0271-04

收稿日期：2016-05-04

基金項目：國家自然科學基金（編號：31500575、31500579）；江蘇省自然科學基金（編號：BK20150231）。

作者簡介：徐 歡（1984—），男，山東菏澤人，博士，講師，主要研究方向為園林綠地生態(tài)效應(yīng)與評價。E-mail：xuhuan84@126.com。

通信作者：李 紅，博士，講師，主要研究方向為城市生態(tài)與屋頂綠化。E-mail：lihong8303@126.com。 細顆粒物PM2.5指環(huán)境空氣中空氣動力學當量直徑 ≤ 2.5 μm 的顆粒物。它能較長時間懸浮于空氣中，具有粒徑小、含有大量有毒有害物質(zhì)且輸送距離遠等特點，是危害人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的最主要空氣污染物之一，甚至已經(jīng)成為影響城市發(fā)展、人民幸福生活的首要環(huán)境限制。已有研究證明，細顆粒物PM2.5可以損害呼吸系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)，引發(fā)呼吸系統(tǒng)、心腦血管疾病和其他疾病，從而增加死亡率[1-2]，PM2.5濃度每升高10 μg，肺癌死亡率、心臟病死亡率和全死因死亡率的危險性將分別增加8%、6%和4%[3]。

植物對空氣中的顆粒物有明顯的阻滯[4]和吸附[5]作用，現(xiàn)階段關(guān)于城市公園綠地植物、道路綠帶的滯塵能力、效率等已有較多研究[6-8]，對城市綠地阻滯吸附細顆粒物的相關(guān)量化研究中，Nowark等估算出每年美國的城市植被吸附PM2.5的總量為214 900 t[9]；Powe等估測出每年英國植物吸收PM2.5約為85 695～596 916 t和SO2約為7 715～11 215 t[10]；童明坤等估算出北京市道路綠地每年阻滯吸附PM2.5的總量為1.09 t[11]。但是城市綠地阻滯吸附PM2.5總量與健康效益方面的研究還比較少，因此，本研究在總結(jié)分析城市綠地阻滯吸附PM2.5的實測成果基礎(chǔ)上，采用泊松回歸相對風險度模型和環(huán)境健康價值評估方法，定量測算了南京市城市綠地阻滯吸附PM2.5總量并對其健康效益進行了評估，以期為提高城市綠地的健康效益和區(qū)域大氣霧霾治理提供重要依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

江蘇省南京市位于長江下游中部地區(qū)（31°14″～32°37″N，118°22″～119°14″E），屬亞熱帶季風氣候，四季分明，年平均溫度15.4 ℃，年主導風為東風，靜風頻率年均16.7%。年均降水1 106 mm，降水量多集中在春夏季，秋冬季降水較少。截至2014年年底，全市建成區(qū)面積為734 km2，常住人口為821.6萬人，其中城鎮(zhèn)常住人口為665萬人[12]。

1.2 研究方法

1.2.1 城市綠地阻滯吸附PM2.5總量測算 綠地植物對PM2.5的阻滯吸附作用主要通過停著、附著和黏附3種方式[13]進行。由于城市綠地中的植物主要是以群落形式存在的，不同類型植物間阻滯吸附顆粒物的效果差異較大，因此基于城市綠地群落結(jié)構(gòu)特征和在無風條件下的研究結(jié)果[14-16]，得出南京市城市綠地年阻滯吸附PM2.5總量的計算公式為：

Mi=Si·Hi·Ci；（1）

SM=D·∑7i=1Mi。（2）

式中：Mi為第i種綠地類型每天阻滯吸附PM2.5的量，μg；Si為第i種綠地類型面積，m2；Hi為第i種綠地類型的有效高度，m；Ci為第i種綠地類型在無風條件下PM2.5的阻滯吸附值，μg/m3；SM為南京市城市綠地1年阻滯吸附PM2.5的總量，μg；D為有效天數(shù)，d；i為綠地結(jié)構(gòu)類型。

1.2.2 健康效益評估方法 基于環(huán)境健康價值評估理論，阻滯吸附PM2.5所帶來的健康效益評估方法分為2個步驟，首先分析測算PM2.5濃度降低所帶來的各個健康終端的健康風險變化，然后對其進行貨幣化評估，測算健康改善帶來的經(jīng)濟效益。各個健康終端的健康風險變化量通過環(huán)境健康風險評估方法來計算，通常結(jié)合流行病學研究得到污染物濃度和健康效應(yīng)之間的暴露-反應(yīng)關(guān)系，使用Poisson回歸相對風險度模型來估算健康風險變化量[17]。評估模型為：

L=∑ni=1Li=∑ni=1Ei·Lpi；（3）

Ei=P[1-1exp（β·ΔC）]ei。（4）

式中：L為城市綠地阻滯吸附PM2.5健康效益總和，萬元；Li為健康終端i對應(yīng)的健康效益，萬元；Ei為健康終端i的健康風險變化量；Lpi為健康終端i的單位健康風險變化對應(yīng)的價值，萬元/例；P為常住居民數(shù)量，萬人；β為暴露-反應(yīng)關(guān)系系數(shù)；ΔC為城市綠地所引起的PM2.5濃度變化量，μg/（m3·d）；ei為實際濃度下健康終端i的健康效應(yīng)；n為健康終端數(shù)。

計算城市綠地阻滯吸附作用所引起的PM2.5濃度變化量ΔC時，參考王蕾等[18]、Nowak 等[19]的研究方法，計算公式為：

ΔC=SMBA·AT·D。（5）endprint

式中：ΔC為城市綠地阻滯吸附作用引起的PM2.5濃度變化量，μg/（m3·d）；SM為南京市城市綠地1年阻滯吸附PM2.5的總量，μg；BA為南京市建成區(qū)面積，m2；AT為PM2.5污染濃度較高的大氣層厚度，m；D為1年天數(shù)，d。

2 結(jié)果與分析

2.1 城市綠地阻滯吸附PM2.5總量

根據(jù)南京市統(tǒng)計年鑒和綠化園林局的統(tǒng)計信息，南京市建成區(qū)綠化覆蓋率為44.1%，建成區(qū)綠地面積為3.24萬hm2，綠地的組成呈多樣化，包括喬灌草結(jié)構(gòu)、喬灌結(jié)構(gòu)、喬草結(jié)構(gòu)、灌草結(jié)構(gòu)、單一喬木、單一灌木和草坪共7 種結(jié)構(gòu)類型（表1），其中以喬灌草結(jié)構(gòu)為主，其次為草坪和灌草，單一灌木類型的面積最少。

參考張靈藝等[4]、王國玉等[14]、趙晨曦[16]、吳志萍等[20]、Erisman等[21]對不同結(jié)構(gòu)類型綠地植物阻滯吸附PM2.5的研究成果，總結(jié)出不同結(jié)構(gòu)類型綠地對PM2.5的阻滯吸附值和有效高度（表2）。由于現(xiàn)有研究成果中缺乏對喬灌和單一灌木的研究數(shù)據(jù)，加上這2個結(jié)構(gòu)類型的面積較少，而且喬灌和單一灌木結(jié)構(gòu)與喬灌草和灌草結(jié)構(gòu)類似度較大，所以使用喬灌草和灌草結(jié)構(gòu)的數(shù)值乘以0.8來確定喬灌和單一灌木結(jié)構(gòu)的數(shù)值。

由于南京市綠地中常綠樹種大概占比40%，落葉樹種為60%。落葉樹種冬季葉片干枯掉落，自然狀態(tài)下阻滯吸附PM2.5的量極少[22]，同時冬季植物群落中常綠樹種的阻滯吸附能力也有所減弱，而且降雨和霧霾組成成分有顯著的負相關(guān)性，可以有效降低PM2.5的濃度，因此把春夏秋三季中非降雨的日數(shù)和冬季中非降水日數(shù)的20%作為城市綠地阻滯吸

由式（1）和式（2）計算得知，南京市城市綠地年阻滯吸附PM2.5總量為23.94 t（表4），其中喬灌草結(jié)構(gòu)綠地阻滯吸附PM2.5能力最強，消減總量最大，達到19.97 t，占總量的 83.44%；喬灌結(jié)構(gòu)和灌草結(jié)構(gòu)分別為1.61 t和1.01 t，占總量的6.72%和4.21%；單喬結(jié)構(gòu)（0.81 t）和喬草結(jié)構(gòu)（0.40 t）分別占吸附總量的3.40%和1.65%；單灌結(jié)構(gòu)（0.12 t）和草坪（0.02 t）所占比重較小，分別為0.51%和 0.08%。以上結(jié)果表明，就阻滯吸附PM2.5的效果來說，城市綠地應(yīng)以喬灌草結(jié)構(gòu)或是喬灌、灌草復合結(jié)構(gòu)為主。

2.2 阻滯吸附PM2.5的健康風險變化量

參照ICD-10國際疾病分類編碼和國內(nèi)已報道的PM2.5健康效益的研究，綜合考慮國內(nèi)流行病學的研究現(xiàn)狀及數(shù)據(jù)的可獲取性，分別從患病、門診、住院和早逝四大類中選取與PM2.5污染相關(guān)的人體健康效應(yīng)終點，其中，患病包括哮喘、慢性支氣管炎和急性支氣管炎；門診包括內(nèi)科門診和兒科門診；住院包括心血管疾病和呼吸系統(tǒng)疾病，為避免重復計算，呼吸系統(tǒng)疾病不包括哮喘、急慢性支氣管炎患??；早逝包括急性死亡、心血管疾病死亡（慢性）和呼吸系統(tǒng)疾病死亡（慢性）。綜合謝鵬等[1]、闞海東等[23]、劉曉云等[24]、謝元博等[25]對中國地區(qū)PM2.5健康效益評估的研究成果，提取出各個健康效應(yīng)終點的暴露-反應(yīng)系數(shù)和基準發(fā)生率（表5）。

2.3 阻滯吸附PM2.5的健康經(jīng)濟效益

目前國際國內(nèi)相關(guān)研究主要采用人力資本法（HCA）、支付意愿法（WTP）或疾病成本法（COI）將大氣污染引起的健康影響進行貨幣化。本研究參考劉曉云等[24]、Zhang等[26]的研究方法和數(shù)據(jù)，依據(jù)北京市2013年、2014年人均可支配收入增長率和2014年南京市與北京市人均可支配收入的比值，經(jīng)過收入水平調(diào)整將現(xiàn)有北京市2012年的研究成果最終修正為南京市2014年各健康效應(yīng)終點的單位經(jīng)濟損失（表6）。

將各健康效應(yīng)終點的健康風險變化量進行貨幣化后，南京市城市綠地阻滯吸附PM2.5的健康效益日均約為1 417.53萬元，每年的健康效益約為51.74億元，約占南京市2014年GDP總量（8 820.75萬億元）的0.59%。其中減少患病產(chǎn)生的健康效益為30.03億元（58.04%），減少早逝產(chǎn)生的健康效益為20.59億元（39.79%），減少住院產(chǎn)生的健康效益為0.8億元（1.55%），減少門診產(chǎn)生的健康效益為0.32億元（0.62%）。由此看來城市綠地對于減少居民患急慢性支氣管炎和哮喘的效益最為明顯，早逝由于單位經(jīng)濟損失價值較高，所以健康效益總值也比較高，雖然減少門診的病例數(shù)是最多的，但是由于單位經(jīng)濟損失價值最低，所以效益總值也最低。

2.4 綜合分析

從不同結(jié)構(gòu)類型綠地產(chǎn)生的健康效益看，南京市喬灌草結(jié)構(gòu)綠地效益最高，為43.17億元，其次是喬灌結(jié)構(gòu)綠地，效益值為3.47億元，然后依次是灌草結(jié)構(gòu)（2.81億元）、單喬結(jié)構(gòu)（1.76億元）、喬草結(jié)構(gòu)（0.86億元）；單灌結(jié)構(gòu)和草坪的健康效益值最低，分別為0.26億元和0.04億元。將不同結(jié)構(gòu)類型綠地產(chǎn)生的健康效益換算成單位面積健康效益（圖1），喬灌草結(jié)構(gòu)綠地單位面積健康效益值最高，為21.80元，其次為喬灌結(jié)構(gòu)和喬草結(jié)構(gòu)，分別為17.44元和13.62元，然后依次是單喬結(jié)構(gòu)（9.89元）、灌草結(jié)構(gòu)（5.80元）、單灌結(jié)構(gòu)（464元），草坪的單位面積健康效益值最低，為0.10元。因此，適當減小草坪面積，將部分草坪改造成灌草、喬草等復合綠地結(jié)構(gòu)，提高城市綠地結(jié)構(gòu)層次，有助于提高城市綠地阻滯吸附的效率，從而提高城市綠地的健康效益，較好改善城市空氣質(zhì)量。

3 結(jié)論

本研究通過收集分析南京市統(tǒng)計局、園林局和氣象局等部門發(fā)布的數(shù)據(jù)信息，以及總結(jié)不同結(jié)構(gòu)類型綠地植物阻滯吸附PM2.5的研究成果，計算出南京市城市綠地全年阻滯吸附PM2.5的有效時間為205.5 d，年阻滯吸附PM2.5總量為 23.94 t，其中喬灌草結(jié)構(gòu)綠地阻滯吸附PM2.5能力最強，占總量的83.44%，然后依次為喬灌結(jié)構(gòu)（6.72%）、灌草結(jié)構(gòu)（4.21%）、單喬結(jié)構(gòu)（3.40%）、喬草結(jié)構(gòu)（1.65%）、單灌結(jié)構(gòu)（0.51%）和草坪（0.08%）。從阻滯吸附的效果看，城市綠地應(yīng)以喬灌草結(jié)構(gòu)或是喬灌、灌草復合結(jié)構(gòu)為主。endprint

使用Poisson回歸相對風險度模型計算健康風險變化量得知，南京市城市綠地阻滯吸附PM2.5對城市居民健康影響較為顯著，日均可減少受危害總數(shù)為249.9例。將各健康效應(yīng)終點的健康風險變化量進行貨幣化后，南京市城市綠地阻滯吸附PM2.5的健康效益日均約為1 417.53萬元，每年的健康效益約為51.74億元，約占南京市2014年GDP總量的 0.59%。其中依次為患病30.03億元（58.04%）、早逝20.59億元（39.79%）、住院0.8億元（1.55%）、門診0.32億元（0.62%）。由此看來城市綠地對于減少居民患急慢性支氣管炎和哮喘的效益最為明顯。

從不同結(jié)構(gòu)類型綠地單位面積的健康效益看，南京市喬灌草結(jié)構(gòu)綠地單位面積健康效益值最高，為21.80元，然后依次為喬灌結(jié)構(gòu)（17.44元）、喬草結(jié)構(gòu)（13.62元）、單喬結(jié)構(gòu)（9.89元）、灌草結(jié)構(gòu)（5.80元）、單灌結(jié)構(gòu)（4.64元）、草坪（0.10元）。因此，適當減小草坪面積，將部分草坪改造成灌草、喬草等復合綠地結(jié)構(gòu)，有助于提高城市綠地阻滯吸附的效率，改善城市空氣質(zhì)量，從而提高城市綠地的健康效益。

需要說明的是，不同結(jié)構(gòu)類型綠地阻滯吸附PM2.5值的準確性受氣象條件、觀測位置和儀器設(shè)備等多種因素影響，即便同一結(jié)構(gòu)類型綠地的變化也很大，所以存在一定誤差，在以后的研究中需要開展更多的實地觀測，對不同結(jié)構(gòu)類型綠地的PM2.5阻滯吸附值進行完善修正。健康風險變化量方面，當前有學者已提出分病因的暴露反應(yīng)關(guān)系系數(shù)通常大于不分病因的暴露反應(yīng)關(guān)系系數(shù)，但由于我國醫(yī)療機構(gòu)在門診、急診登記時并未嚴格區(qū)分病種，以致門診健康終點只能按年齡區(qū)分兒科門診和內(nèi)科門診，因此本研究采用的數(shù)據(jù)有可能低估門診健康終點的健康風險變化量。此外在計算過程中，給出了暴露-反應(yīng)關(guān)系系數(shù)的不確定性范圍，使用95%置信區(qū)間來計算健康風險變化量和評估健康效益，以求較好地反映由于數(shù)據(jù)不確定性引入的誤差范圍。

參考文獻：

[1]謝 鵬，劉曉云，劉兆榮，等. 我國人群大氣顆粒物污染暴露-反應(yīng)關(guān)系的研究[J]. 中國環(huán)境科學，2009，29（10）：1034-1040.

[2]陳仁杰，陳秉衡，闞海東. 我國113個城市大氣顆粒物污染的健康經(jīng)濟學評價[J]. 中國環(huán)境科學，2010，30（3）：410-415.

[3]Pope I A，Burnett R T，Thun M J，et al. Lung Cancer，cardiopulmonary mortality，and long-term exposure to fine particulate air pollution[J]. Journal of the American Medical Association，2002，287（9）：1132-1141.

[4]張靈藝，秦 華. 城市道路行道樹綠帶對PM2.5的滯塵效應(yīng)及其變化分析[J]. 中國園林，2015，31（5）：106-110.

[5]陳小平，焦奕雯，裴婷婷，等. 園林植物吸附細顆粒物（PM2.5）效應(yīng)研究進展[J]. 生態(tài)學雜志，2014，33（9）：2558-2566.

[6]王國玉，白偉嵐，董 東，等. 城市綠地消減PM2.5污染植物配置技術(shù)的思考[J]. 農(nóng)業(yè)科技與信息：現(xiàn)代園林，2014，11（2）：23-29.

[7]肖 玉，王 碩，李 娜，等. 北京城市綠地對大氣PM2.5的削減作用[J]. 資源科學，2015，37（6）：1149-1155.

[8]楊 貌. 城市道路綠地阻滯吸附大氣顆粒物效益研究[D]. 北京：北京林業(yè)大學，2015.

[9]Nowak D J，Crane D E，Stevens J C. Air pollution removal by urban trees and shrubs in the United States[J]. Urban Forestry & Urban Greening，2006，4（3/4）：115-123.

[10]Powe N A，Willis K G. Mortality and morbidity benefits of air pollution （SO2 and PM10） absorption attributable to woodland in Britain[J]. Journal of Environmental Management，2004，70（2）：119-128.

[11]童明坤，高吉喜，田美榮，等. 北京市道路綠地消減PM2.5總量及其健康效益評估[J]. 中國環(huán)境科學，2015，35（9）：2861-2867.

[12]南京市統(tǒng)計局.南京統(tǒng)計年鑒2015[M]. 北京：中國統(tǒng)計出版社，2015.

[13]張靈藝，秦 華. 城市園林綠地滯塵研究進展及發(fā)展方向[J]. 中國園林，2015，31（1）：64-68.

[14]王國玉，白偉嵐，李新宇，等. 北京地區(qū)消減PM2.5等顆粒物污染的綠地設(shè)計技術(shù)探析[J]. 中國園林，2014，30（7）：71-76.

[15]李新宇，趙松婷，郭 佳，等. 公園綠地不同植物群落對細顆粒物PM2.5濃度的影響[J]. 農(nóng)業(yè)科技與信息（現(xiàn)代園林），2014，11（11）：11-13.

[16]趙晨曦. 基于不同尺度的植物對PM2.5的削減及滯留影響研究[D]. 北京：北京林業(yè)大學，2015.

[17]黃德生，張世秋. 京津冀地區(qū)控制PM2.5污染的健康效益評估[J]. 中國環(huán)境科學，2013，33（1）：166-174.

[18]王 蕾，劉連友，王 志，等. 北京市園林植物吸附PM10與SO2總量及其健康效益[J]. 環(huán)境科學與技術(shù)，2006，29（9）：1-4.endprint

[19]Nowak D J，Hirabayashi S，Bodine A，et al. Modeled PM2.5 removal by trees in ten U.S. cities and associated health effects[J]. Environmental Pollution，2013，178：395-402.

[20]吳志萍，王 成，侯曉靜，等. 6 種城市綠地空氣PM2.5濃度變化規(guī)律的研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)大學學報，2008，35（4）：494-498.

[21]Erisman J W，Draaijers G J. Atmospheric deposition：in relation to acidification and eutrophication[M]. [S.l.]：Elsevier，1995.

[22]季 靜，王 罡，杜希龍，等. 京津冀地區(qū)植物對灰霾空氣中PM2.5等細顆粒物吸附能力分析[J]. 中國科學（生命科學），2013，43（8）：694-699.

[23]闞海東，陳秉衡. 我國大氣顆粒物暴露與人群健康效應(yīng)的關(guān)系[J]. 環(huán)境與健康雜志，2002，19（6）：422-424.

[24]劉曉云，謝 鵬，劉兆榮，等. 珠江三角洲可吸入顆粒物污染急性健康效應(yīng)的經(jīng)濟損失評價[J]. 北京大學學報（自然科學版），2010，46（5）：829-834.

[25]謝元博，陳 娟，李 巍. 霧霾重污染期間北京居民對高濃度PM2.5持續(xù)暴露的健康風險及其損害價值評估[J]. 環(huán)境科學，2014，35（1）：1-8.

[26]Zhang M，Song Y，Cai X. A health-based assessment of particulate air pollution in urban areas of Beijing in 2000—2004[J]. Science of the Total Environment，2007，376（1/2/3）：100-108. 楊好星，邴永鑫，陳思莉，等. 華南地區(qū)水庫消落帶耐旱性草本植物的篩選[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2017，45（19）：275-279.endprint