不同綠地結構對PM2.5和PM10的消減作用

張建設 馮萬富 史曉海 單燕祥 李月鳳 柳勇 張玉虎 周亞運

摘要：為研究城市道路中不同綠地結構對PM2.5、PM10的消減作用，選擇河南省信陽市城區主干道——新五大道、新七大道上不同綠地結構（喬、喬-草、灌-草、喬-灌、喬-灌-草、對照點）為試驗監測點，對其PM2.5、PM10濃度進行監測、分析以及消減率的計算，結果表明，不同綠地結構內PM2.5、PM10濃度呈現出“早晚高、中午低”的日變化特征，且在08：00左右濃度達到最大。喬-灌、喬-灌-草綠地結構的PM2.5、PM10濃度顯著低于其他4種綠地結構。不同綠地結構對PM2.5、PM10消減作用差異顯著，對PM2.5消減作用規律為喬-灌-草﹥喬-灌、喬-草﹥灌-草、喬，對PM10消減作用規律為喬-灌-草﹥喬-灌、灌-草、喬-草﹥喬，整體上看，綠地對PM2.5消減率高于PM10。

關鍵詞：綠地結構;PM2.5;PM10;消減能力

中圖分類號： S181文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）21-0302-03

收稿日期：2018-07-31

基金項目：國家林業公益性行業科研專項（編號：20130430101）;河南省科技攻關計劃（編號：172102310561）;信陽市科技計劃（編號：150088）。

作者簡介：張建設（1987—），男，河南商城人，碩士，主要從事森林生態系統關鍵過程長期觀測與模擬以及城市森林凈化環境空氣功能方面的研究。E-mail：605195219@qq.com。

近30年來，隨著我國經濟、城市化、工業化的快速發展以及汽車保有量的持續增加，城市空氣污染日益嚴重。以PM2.5（細顆粒物）和PM10（可吸入顆粒物）為主的大氣顆粒物具有廣泛的危害性[1]，已成為我國大部分城市空氣的首要污染物[2-3]。

城市道路綠地作為“綠色基礎設施”，是城市生態系統的重要組成部分，不僅為城市居民提供了相對潔凈的休閑游憩空間，在凈化大氣顆粒物方面也發揮著獨特的生態功能[4]。城市交通污染是大氣顆粒物的首要來源[5-6]，主干道及其兩側50 m以內、1.7 m以下的低空范圍是受交通污染影響最為嚴重的空間[7]。道路綠地沿街而建，其范圍恰巧處于污染嚴重的區域，在汽車保有量逐年增加，交通污染日趨嚴重的城市背景下，道路綠地作為一種消減交通污染源的重要方式正受到越來越廣泛的重視[8]。近年來，針對PM2.5、PM10的研究多集中于其組成、污染特征、與氣象因子關系、單一植物滯塵能力等方面，雖已有學者對北京、青島等城市道路綠地消減大氣顆粒物的能力進行了研究[9-10]，但總體來看，對不同道路綠地結構對PM2.5、PM10消減作用的研究還是較少，且不同研究結果表明：同一區域內，不用道路綠地結構對大氣顆粒物消減有著明顯差異;不同區域由于污染來源、氣候條件以及污染特征不同，加之各地區的植物配置存在差異，影響因素較多，其消減結果不盡相同。河南信陽是唯一連續8年入選中國十佳宜居城市的城市，當前，正處于大氣污染治理攻堅時期。鑒于此，本試驗對信陽市區主干道不同綠地結構消減PM2.5和PM10特點與差異進行研究，旨在篩選出消減能力較強的群落結構，為信陽大氣污染治理以及道路綠地設計提供一定的科學依據。

1材料與方法

1.1研究區域概況

信陽地理坐標介于113°45′～115°38′E、30°23′～32°27′N之間，地跨淮河，位于中國亞熱帶和暖溫帶的地理分界線（秦嶺-淮河）上，屬亞熱帶向暖溫帶過渡區，具有典型的大陸性季風氣候。年均氣溫15.1～15.3 ℃，年均降水量900～1 400 mm，年平均日照時數，北部、中部2 100～2 200 h，山區1 900～2 000 h，年均相對濕度77%，常年主導風向為東北風，無霜期長，平均220～230 d。

1.2研究方法

按照喬、喬-草、灌-草、喬-灌、喬-灌-草5種道路綠地結構類型，并以無綠化的水泥路面為對照，且基于對綠地生態效益輻射距離[11]要求的考慮，在信陽城區新五大道、新七大道中為5種綠地結構以及對照各選擇3處監測樣地，各樣地規格為10 m（垂直于道路）×15 m（平行于道路），每個樣地的監測點設在樣地幾何中心，距離主干道10 m。不同綠地結構中喬木主要有香樟[Cinnamomum camphora （L.）Presl.]、法桐（Platanus orientalis L.）;灌木有迎春花（Jasminum nudiflorum）、夾竹桃（Nerium indicum Mill.）、衛矛（Euonymusalatus）、木槿（Hibiscus syriacus L.）、紫薇（Lagerstroemia indica L.）、榆葉梅[Amygdalus triloba （Lindl.） Ricker];草本種類主要有沿階草（Ophiopogon bodinieri Levl.）、絡石[Trachelospermum jasminoides （Lindl.） Lem.]、萱草[Hemerocallis fulva （L.） L.]、三葉草（Trifolium repens L.）、萬壽菊（Tagetes erecta L.）等。各綠地結構詳見表1。

于2017年5—7月，選著晴朗無風或微風天氣，進行PM2.5、PM10濃度監測試驗。試驗時，定點、同步監測各監測點距離地面1.5m處的PM2.5和PM10濃度。監測時間段為08：00—17：00，每次連續監測10 h，每個監測點每月持續監測3 d。試驗儀器采用英國Turnkey儀器公司生產、符合粉塵監測國家標準的Dustmate粉塵檢測儀。

不同綠地結構對PM2.5、PM10的消減能力（消減率）計算公式如下：

P=C0-CmC0×100%。

式中：P為消減率，%;C0為對照點大氣顆粒物質量濃度，μg/m3;Cm為不同綠地結構大氣顆粒物質量濃度，μg/m3。

1.3數據處理

試驗數據采用SPSS 19.0進行單因素方差分析，并用最小顯著差數法（LSD）檢驗數據之間的差異性，用Excel 2003繪圖。

2結果與分析

2.1不同綠地結構PM2.5、PM10濃度的日變化

由圖1、圖2可以看出，各監測點PM2.5、PM10濃度日變化基本一致，呈現出“雙峰單谷”型，即早晚高、午間低，表明不同綠地結構不會影響空氣PM2.5、PM10濃度的日變化總體趨勢。不同時段，大氣顆粒物濃度值差異較大。在監測時間段內，08：00前后，各監測點PM2.5、PM10濃度最高，隨后開始下降，13：00前后，達到最低，之后，又開始上升。一天中，PM2.5、PM10濃度變化受人們的生產活動、氣溫、污染源排放等多個因素影響[12-16]。08：00是上班高峰，車流量大，尾氣排放多，此時氣溫也相對低，加之夜晚大氣層較穩定，不利于污染物擴散，前夜的空氣污染物有所積累，導致此時PM2.5、PM10濃度居高。此后，隨氣溫上升、車流量減少，PM2.5、PM10濃度下降，到17：00后，因下班高峰等原因，其值又開始上升。

2.2不同綠地結構PM2.5、PM10濃度分析

由表2看出，在不同綠地結構以及對照中，PM2.5日均濃度由大到小依次為對照點﹥喬﹥灌-草﹥喬-草﹥喬-灌﹥喬-灌-草，PM10日均濃度由大到小依次為對照點﹥喬﹥喬- 草﹥灌-草﹥喬-灌﹥喬-灌-草，二者略有不同。不同綠地結構PM2.5、PM10濃度均低于對照，說明無論何種綠地結構都有著降低PM2.5、PM10作用。對對照點和不同綠地結構內PM2.5、PM10日均濃度進行方差分析和多重比較，二者均表現為對照點、喬、喬-草、灌-草的日均濃度顯著高于喬-灌、喬-灌-草綠地結構，因為一般喬木的體積、冠幅大，能有效降低風速，阻滯空氣中揚塵，同時，喬木葉多，也可有效吸附空氣中污染物，而灌木則對空氣中降塵有著有效阻滯作用[17]，有喬木、灌木組成的郁閉度大、蓋度高以及復層明顯的綠地結構能有效降低大氣顆粒物質量濃度，改善空氣質量。

2.3不同綠地結構對PM2.5、PM10的消減作用

如表3所示，不同綠地結構對PM2.5、PM10消減率均存在顯著差異。其中，喬-灌-草對PM2.5消減率最高，為11.15%?顯著高于喬-灌、喬-草綠地結構，喬-灌、喬-草對PM2.5消減率分別為8.30%、6.19%，又顯著高于灌-草、喬2種綠地結構。喬-灌-草對PM10消減率為9.39%，顯著高于喬-灌、灌-草、喬-草3種綠草地結構，喬-灌、灌-草、喬-草對PM10消減率分別為6.92%、5.22%、447%，都顯著高于喬結構綠地。整體上看，綠地對PM2.5消減率高于PM10，表明大氣顆粒物粒徑越小，植被對其消減作用越強，本研究結果與孫曉丹等研究結果[9]一致，與楊貌等研究結果[10]相出入，也進一步說明了不同區域由于污染源、污染特征、氣候條件等不同，綠地對大氣顆粒物消減規律不盡相同。

道路綠地對PM2.5、PM10的消減作用，一是通過減小風速而達到減塵作用，二是通過枝葉對粉塵進行吸附、滯留，實現滯塵效應。影響道路綠地對PM2.5、PM10消減作用的因素主要有綠地綠量、植物豐富度、復層結構、葉片特性等因素。不同綠地結構中，喬-灌-草（香樟-法桐+木槿-紫薇-榆葉梅+絡石-萱草-萬壽菊）植物豐富度最高、綠量最大，又是多復層結構，故而對PM2.5、PM10的消減能力最強。喬-灌（香樟+法桐-迎春花+夾竹桃+衛矛）植物豐富度、綠量、復層小于喬-灌-草，但是大于其他綠地結構，對PM2.5、PM10的消減作用次之。喬-草（香樟-沿階草+絡石+萱草）、灌-草（迎春花+夾竹桃-沿階草+三葉草）二者植物豐富度、綠量、復層均較低，對PM2.5、PM10的消減作用較小。喬結構綠地僅有香樟組成，植物豐富度、綠量最小，又為單層結構，因而對PM2.5、PM10的消減作用最低。因此，在城市道路綠化中，可優先采用喬-灌-草結構以提高其對PM2.5、PM10的消減作用，更大限度地發揮道路綠地的生態功能。

3結論

不同綠地結構中，PM2.5、PM10濃度變化曲線具有一致性，基本為“早晚高、中午低”的變化規律，受上班高峰等因素影響，08：00左右二者濃度最高。

不同綠地結構中，PM2.5濃度由大到小為對照點﹥喬﹥ 灌-草﹥喬-草﹥喬-灌﹥喬-灌-草，PM10濃度由大到小依次為對照點﹥喬﹥喬-草﹥灌-草﹥喬-灌﹥喬-灌- 草。PM2.5、PM10在不同綠地結構中濃度差異顯著，均表現為對照點、喬、喬-草、灌-草顯著高于喬-灌、喬-灌- 草。

不同綠地結構對PM2.5、PM10消減率差異顯著，PM2.5消減率呈現為喬-灌-草﹥喬-灌、喬-草﹥灌-草、喬的規律，PM10消減率呈現為喬-灌-草﹥喬-灌、灌-草、喬-草﹥ 喬的規律。整體上看，綠地對PM2.5消減率高于PM10。

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