居住區不同植物群落對細顆粒物濃度的影響

王剛，易慧琳，戴偉，楊文麗，譚廣文

(廣州普邦園林股份有限公司，廣東 廣州 510600)

近年來，城市化在快速發展的同時也帶來了一系列城市環境問題，其中空氣污染問題對人們的生活產生直接影響。大氣顆粒物，特別是細顆粒物(PM2.5)污染，直接對人體健康產生危害，會誘發心血管疾病、呼吸道疾病、肺部疾病等[1-2]。居住區綠地是居民日常活動的場所，是最貼近人們生活的自然環境，因此，居住區綠地微氣候的改善有利于提升居民的生活質量[3]。

植物是城市綠化中唯一有生命的元素，在滿足景觀要求的同時，還發揮重要的生態效益。研究表明，園林植物可以通過葉片附著、滯留、黏附等形式消減空氣中的顆粒物，且具有降低溫度和形成小氣候的作用，而降低環境溫度可以減少顆粒物氣溶膠的形成，從而間接改善環境PM2.5質量[1,4]。李新宇等[5]、陳博等[6]研究了植物配置方式對大氣PM2.5的調控作用；陳小平等[7]對園林植物吸附細顆粒物的機制進行了研究；傅凡等[8]對公園內秋季不同位置的溫、濕度和PM2.5濃度變化，以及溫、濕度與PM2.5之間的關系進行了研究。這些研究為明確城市綠化對調控區域小氣候的作用提供了參考。本文選取廣州市光大花園二期居住區為研究對象，分析居住區內5個植物群落的植物組成及氣象因子對空氣中PM2.5濃度分布的影響，旨在為廣州濕熱地區的居住區優化植物景觀配置提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

廣州市地處亞熱帶沿海，屬海洋性亞熱帶季風氣候，夏季長、霜期短，溫暖多雨。全年平均氣溫20～22 ℃，一年中最熱的月份是7月，月平均氣溫達28.7 ℃；最冷月為1月，月平均氣溫在9～16 ℃。一年之中，4—6月為雨季，7—9月天氣受臺風影響較大。廣州市區年降水量約為1 720 mm。因當地植物資源豐富，全年雨量充沛，利于植物生長，廣州素有“花城”之稱。

1.2 樣地及植物群落選擇

通過對廣州市居住區的全面踏勘，遵循區域分布、植物群落類型，以及適生性等原則，初步分析后選取具有代表性的居住區——廣州市海珠區光大花園二期小區作為研究對象。在小區內共設置5個測試點，均為居住區典型植物群落測試點：測試點P1為下沉活動平臺，群落結構為喬灌草，具體組成為大王椰子+火焰木+大葉榕—散尾葵+棕竹+紅花檵木+朱纓花+假連翹—翠蘆莉+花葉冷水花+沿階草+花葉艷山姜；測試點P2為樹陣廣場，群落結構為喬，具體組成為大王椰子；測試點P3為林蔭棧道，群落結構為喬灌草，具體組成為白蘭+杧果+紅花羊蹄甲+桂花—蘇鐵+扶桑+葉子花+鵝掌柴+朱蕉—吉祥草+吊竹梅+海芋+蜘蛛蘭；測試點P4為中庭活動空間，群落結構為喬灌草，具體組成為白蘭+荷花玉蘭+紅花羊蹄甲+雞蛋花+桂花—黃金榕+假連翹+米仔蘭+福建茶+鳳凰竹—合果芋+沿階草+海芋；測試點P5為入口林蔭大道，群落結構為喬灌草，具體組成為細葉榕+散尾葵+羅漢松+桂花—米仔蘭+棕竹+灰莉+狗牙花—鳶尾+春羽+冷水花+翠蘆莉。分別測定植物群落周圍的大氣PM2.5濃度。

1.3 研究方法

選擇晴朗天氣在5處測試點開展監測。對植物群落進行統計分析，主要包括植物組成及群落郁閉度。利用美國萊特浩斯手持式PM2.5測試儀器，采用多點同步數據監測的方法測定PM2.5濃度，監測的時間段為7:00—20:00，每小時測定1次，每次連續讀取3個數據，取平均值，每個數據的采樣時間為60 s，采樣高度距離地面1.5 m。于2018年8—9月完成采樣，共采集3次，分別為8月12日、8月24日和9月3日。

1.4 數據處理

運用Excel 2010 和SPSS 18.0軟件對所有數據進行整理與分析。

2 結果與分析

2.1 PM2.5濃度日變化特征

不同測試點的PM2.5濃度日變化如圖1所示。日常時間段內(7:00—20:00)，PM2.5的濃度變化趨勢呈現波浪式，出現早、中、晚3個高峰，具體變化趨勢為：7:00—8：00逐漸上升，并在8:00左右到達第一個峰值，在12:00—13:00到達第二個峰值，然后逐漸下降，在15:00左右到達一天中的最低值，隨后逐漸上升，在20:00達到監測時段的峰值。根據國家標準GB 3095—2012《環境空氣質量標準》：PM2.5濃度在0～35 μg·m-3，空氣質量等級為優；PM2.5濃度在35～75 μg·m-3，空氣質量等級為良。從監測的PM2.5濃度日變化看出，白天居住區PM2.5濃度值都在35 μg·m-3以內，空氣質量都為優，到了晚上20:00左右，PM2.5濃度值大于35 μg·m-3，空氣質量屬于良。

圖1 各測試點的PM2.5濃度日變化

一天之中的早、晚時段出現PM2.5濃度峰值，與早、晚時段上、下班車流高峰有關，汽車尾氣的排放量增加，導致空氣中PM2.5濃度上升。同時，該時間段氣溫、風速較低，空氣濕度較大，在這種情況下，空氣中的細微顆粒較難擴散和運輸。白天隨著氣溫升高和濕度下降，空氣對流增強，空氣中的細微顆粒開始出現大規模的擴散和運輸，使PM2.5濃度逐漸降低。因此，早晚峰值大于中午峰值，并在15:00點左右PM2.5濃度值降到一天之中的最低水平。

2.2 不同植物群落的PM2.5濃度

取5個測試點的PM2.5濃度平均值進行比較，以反映不同植物群落對PM2.5濃度的影響，結果如圖2所示，從數值上來看，P1>P2>P3>P5>P4。結合圖1、圖2，以及各測試點的實際情況做如下分析。測試點P1為下沉活動廣場，植物群落為復層結構，以大王椰子、火焰木、大葉榕為上層結構，中層種植散尾葵，地被有紅背桂、棕竹、翠蘆莉等，群落組合空間較通透，郁閉度在65%，地被覆蓋率為90%，四周較為封閉，受外界溫度和光照的影響較小，無風環境導致擴散條件差，空間內PM2.5較易集聚[2]，早、晚PM2.5濃度值較高，經過中午時段的高溫和低濕條件，在16:00左右降到一天中的最低值。P2為樹陣廣場，為單一群落結構，植物是大王椰子，空間開闊，郁閉度為20%，因植物單一，且下墊面為硬質鋪裝，PM2.5濃度受溫度和風速影響波動較大，在15:00左右PM2.5濃度值降到一天中的最低值。P3為林蔭棧道，屬典型的喬灌草結構，利用植物營造的林下空間，郁閉度較高，較適合居民休閑散步，其中上層為白蘭、杧果，中層為紅花羊蹄甲、桂花等，地被有葉子花、鵝掌柴、朱蕉、吉祥草、吊竹梅等，地被覆蓋率為85%，郁閉度為90%，該群落結構顯著增加了林內濕度，降低林內風速，不利于細顆粒物的擴散。P4為中庭活動空間，東西北為建筑，北面建筑一樓為架空層，形成南北通透空間，綠化以植物組團為主，以觀賞植物外形為主，上層為白蘭、荷花玉蘭，中層為紅花羊蹄甲、雞蛋花、桂花，下層為黃金榕、假連翹、米仔蘭、福建茶等，地被有合果芋、沿階草，地被覆蓋率為50%。該點的PM2.5濃度均值最低，主要是因為測試點位于林緣，PM2.5濃度值受溫度、相對濕度、風速的影響較大。P5為入口林蔭大道，空間較為封閉，上層為原有古樹小葉榕，冠幅豐滿，形成較為封閉的林下空間，郁閉度為85%，林下點綴散尾葵和羅漢松等植物，地被有鳶尾、冷水花、翠蘆莉等，地被覆蓋率為60%，在14:00時PM2.5濃度值降到一天中的最低值。

圖2 光大花園二期各測試點PM2.5濃度均值

研究表明，以喬木為主的復層結構綠地能夠有效降低空氣中可吸入顆粒物的濃度，這與植物葉片本身的特性有關，同時，植物群落、植物種類和郁閉度也發揮一定的作用[9]。復層結構的植物群落對空氣中PM2.5濃度的調節效果明顯優于單一群落結構，尤其是以喬灌草為主的復層結構且郁閉度在75%～85%的植物群落效果較明顯。

2.3 氣候因子與PM2.5濃度變化的關系

居住區內5處測試點的PM2.5濃度與溫度、風速和相對濕度的關系如圖3～5所示。從圖3和圖4可以看出，PM2.5濃度與溫度和風速呈負相關關系，且相關性均達到顯著水平。一天之中，隨著溫度升高，大氣的水平和垂直運動加劇，有利于PM2.5的運輸擴散。當氣溫在22～28 ℃時，PM2.5濃度持續下降，當氣溫超過28 ℃，PM2.5濃度值趨于穩定。

圖3 PM2.5濃度與溫度的關系

圖4 PM2.5濃度與風速的關系

由圖5可知，隨著相對濕度增加，PM2.5濃度也先隨之增加，但當增加到一定值后趨于下降。當相對濕度在40%～65%時，相對應地，PM2.5濃度逐漸增加；但當相對濕度大于66%時，PM2.5濃度趨于下降。

研究表明，綠地具有降低溫度和形成小氣候的作用[10-12]，溫度和風速都會對植物的蒸騰作用產生影響，植物通過蒸騰作用可以增加空氣濕度，在一定范圍內，更大的空氣相對濕度可以加速空氣中細顆粒物的沉降。

圖5 PM2.5濃度與相對濕度的關系

3 小結與討論

對光大花園居住區日常時間段內典型植物群落PM2.5濃度變化進行比較分析，測試點的PM2.5濃度在22.88～38.18 μg·m-3，符合國家城市綠化地區不超過75 μg·m-3的標準，空氣質量屬于優良。一天中PM2.5濃度呈波狀變化，出現3個峰值，且大小為晚上高峰>早上高峰>中午高峰，在15:00左右PM2.5濃度降到最低。這可能是因為居住區被道路環繞，會受到早晚上下班高峰期車流的影響，同時也受到植物生理活動周期變化的影響[1]，使得白天PM2.5濃度呈現出峰谷變化。

研究表明，PM2.5濃度受空間環境影響較大[13-14]。雖然同一居住區內的PM2.5濃度日變化值總體趨勢相近，但不同植物群落配置的組合空間，其PM2.5濃度具體變化也不相同。下沉活動平臺四周圍合，且林間郁閉度高，擴散條件差，空間內細顆粒物易于積聚，因而其PM2.5濃度比其他測試點要高；樹陣廣場是測試點中相對開闊的空間，且群落郁閉度較低，但其緊接主入口，距離道路較近，受到早晚高峰車輛影響，部分時段PM2.5濃度較高。中庭活動空間的南北走向會形成穿堂風，在風力的作用下可以加速細微顆粒物的擴散。林蔭棧道和入口林蔭大道，群落郁閉度較高，植物種植較密，林下濕度較高，通風不暢，不利于細微顆粒物的擴散。以上結果說明，居住區綠地對PM2.5濃度具有調節作用，不同群落結構特征對PM2.5的消減具有不同影響。復層結構的植物群落明顯優于單一群落結構，尤其是以喬灌草為主的復層結構，且郁閉度在75%～85%的群落效果較明顯。

分析PM2.5濃度與氣象因子的相關性可知，PM2.5濃度與溫度和風速呈顯著負相關關系。PM2.5濃度隨相對濕度增加先增加，但當相對濕度為65%以上時，PM2.5濃度又呈下降趨勢。

總體來看，在濕熱地區居住區配置植物群落時需要考慮植物群落上層空間的通透性和郁閉度，以及地被的覆蓋度，并根據周邊建筑的圍合情況以利于風向疏導配置喬木。通過植物群落配置組合的優化可改變微環境中的溫濕度和風速，進而改善微環境中的細顆粒物濃度和分布。