大連市城市植源型污染與人口暴露度研究

李伯惠 張靖 趙琪茉 劉睿 張貽龍

摘? ? 要：城市綠地提供了噪聲消除、雨后排水、娛樂和文化服務等諸多生態和社會價值，但也給城市居民生活帶來了花粉污染、飛毛飛絮和氣味污染等負面影響。筆者以‘高分1號遙感影像為數據源，采用面向對象的圖像分類技術，在獲得大連市城市綠地分布圖的基礎上，使用致敏指數和人口暴露指數分別計算大連市植源型污染分布圖與污染人口暴露度。結果表明：大連市城市建筑物密集區致敏指數值相對較低，區域內綠地面積分布不均勻是造成植源型污染致敏指數分布不均的主要原因;污染暴露度與人口居住密度有關，人口居住密度越高則造成各區居民污染暴露越高。

關鍵詞：植源型污染;致敏指數;人口暴露度;城市綠地;大連市

中圖分類號：X821? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.09.016

Abstract：? Urban green space provides many ecosystem services such as noise elimination， drainage after rain， entertainment and cultural services， but it also brings some negative ecological effects such as pollen sensitization， catkins and odor pollution. In this paper， taking remote sensing imageries of 'GF-1' as data source， object-oriented image classification technology was adopted to digitalize the urban green space distribution map of Dalian. The plant-source pollution distribution map and the exposure degree of polluted population map were calculated by allergenicity index and population exposure index respectively. The conclusions were as follows： The allergenicity index in urban building-intensive areas of Dalian was relatively low， and the uneven distribution of green space was the main reason for the distribution of plant-source pollution; the pollution exposure was related to the population density， and the higher the density， the higher the pollution exposure of residents in each urban district.

Key words： plant source pollution; allergenicity index; population exposure; urban green space; Dalian

城市是以人為中心的“社會-經濟-自然”復合生態系統[1]，是一個高度復合的人工生態系統，其不僅具有自然生態系統的物理屬性、生態屬性，更包含社會屬性和經濟屬性。然而，隨著社會經濟的發展與人口增長，城市建成區面積不斷擴張，城市周邊的綠地、農田和濕地等自然景觀逐漸被瀝青和混凝土等不透水地面和人工建筑所取代[2]，加劇城市熱島、灰霾、雨洪雨污及水體富營養化等生態環境問題，影響城市生態系統服務和人居環境[3]。在此背景下，人們關注的焦點逐漸從關注經濟發展轉移到關注城市的生態作用[4-5]。作為城市綠色景觀，公共綠地、森林、行道樹、濕地等的生態作用受到學者和城市管理人員的關注。城市綠地提供空氣過濾、微氣候調節、噪聲消除、雨后排水、污水處理等生態價值，以及休憩、娛樂和文化服務等社會價值，這些功能對城市居民人居環境的提升有重大影響。

盡管城市綠地是城市中珍貴的公共綠色空間，但部分植物卻作為過敏原威脅著人們的健康[6]。植物體的分泌物、附著物（毛、絮和刺等）給人們的日常生活帶來不便，或對人體健康產生危害的現象被稱作植源型污染[7]，包括花粉污染、飛毛飛絮污染和氣味污染等[8]。致敏植物的花粉飄散于空氣中引起人群過敏反應，楊樹、柳樹的飛絮和懸鈴木果實散開后的飛毛進入人的眼睛、鼻孔，引起易感人群鼻炎、咽炎、支氣管炎等呼吸道疾病和皮膚過敏等問題，威脅城市居民的健康[9-11]。

因此，本研究選取遼寧省大連市作為典型的研究區，遼寧省采用遙感和地理信息系統技術相結合的手段，調查大連市城市森林建設過程中植源型污染植物，通過致敏植物分布格局和物候特征研究，結合地理信息系統空間分析和制圖功能，直觀表現大連城市森林植源型污染的分布情況，以期為提高大連市城市人居環境提供數據支持。

1 研究內容和方法

1.1 城市綠地遙感解譯與致敏植物種類調查

以2018年‘高分1號影像為數據源，采用面向對象的圖像分類技術對遼寧省大連市城市綠地進行解譯，結合實地驗證，獲得遼寧省大連市城市植物分布圖。致敏植物的識別采用實地踏勘和百度街景的形式，對大連市四區 （甘井子、沙河口、西崗區和中山區）內植物種類和數量分布較大的公園、校園、廣場、居住小區、單位場院、道路等進行植物類型調查，明確了大連市城區內植物的種類結構（僅調查喬木和灌木類的致敏植物），并查閱文獻確定大連市致敏植物的物候特征[8， 12-13]。

1.2 城市綠地致敏指數

2 結果與分析

2.1 城市綠地遙感解譯與致敏植物種類調查結果

通過遙感解譯，遼寧省大連市沙河口區、甘井子區、中山區和西崗區城市綠地面積分別為1 543，13 486，2 697和1 070 hm2，所占面積比率分別為36.9%，37.2%，55.7%和40.3%。

調查發現，大連城區內共有致敏植物17科24屬58種（表1），其中裸子植物4科6屬16種，被子植物13科18屬42種。花粉致敏的喬木36種、灌木11種，飛毛飛絮致敏11種。

從其空間分布來看，在公園和廣場綠地中花粉致敏植物種數最為多樣。如針葉樹種有雪松、側柏、油松、黑松、白皮松、水杉;落葉喬木有銀杏、槐樹、光葉櫸、紫花泡桐、構樹;各類花木有西府海棠、日本櫻花、迎春、連翹、丁香、榆葉梅、黃刺玫、木槿;綠籬植物有大葉黃楊、檜柏、紫葉小檗、鼠李、紫葉李、紅楓、連翹、忍冬等。住宅小區的植物致敏植物種數較少。其中，灌木類有大葉黃楊、紫葉小檗、東北連翹、金葉女貞、丁香、鋪地柏等;喬木類有紫葉李、青扦、白扦、光葉櫸、色木槭等，而城市行道樹多以飛毛飛絮致敏，如法桐、三球懸柃木、楊樹、垂柳、旱柳等。

植物致敏原從時間分布上看，花粉致敏植物的花期集中在春秋兩季：3月下旬到4月下旬，以致敏性較弱氣傳花粉為主;8月末至9月末，以強致敏性的草本植物花粉居多[11]。飛毛飛絮污染主要集中在春季：4月中下旬，楊柳科植物果實開裂、絮四處飛揚;4月下旬至5月上旬，懸鈴木發芽、老果脫落，果球炸裂，在果毛脫落的同時，新生的雄花序也會散落一定量的花粉。

2.2 大連市植源型污染分布

大連市植源型污染致敏指數分布如圖1所示，該指數較高的地區集中在大連市甘井子區、西崗區和中山區南部山地森林區，而在各區城市建筑物密集區致敏指數卻相對較低;從各區的致敏指數平均值來看，中山區的致敏指數最高（0.69），甘井子區次之（0.68），西崗區和沙河口區分別排在第3、4位（分別為0.63和0.56）。各區城市綠地面積占其行政區面積的51.43%，37.08%，39.81%和36.83%，區域內城市綠地面積的分布不均勻是造成污染致敏指數呈不均勻分布狀態的主要原因，且綠地面積比例與致敏指數的相關系數為0.901（P<0.01）。

2.3 大連市城市居民植源型污染暴露度分析

大連市人口密度圖如圖2a所示。其中，春柳街道人口密度最高（253.7人·hm-2）、中山公園和馬欄等5個街道人口密度次之（在200～250人·hm-2之間），而南關嶺和凌水等9個街道人口密度最少（小于50人·hm-2）。植源型污染分布僅反應潛在的暴露風險，并不意味著值越高風險就越高。因此，通過人口加權的暴露指數可以計算出大連市城市居民植源型污染人口暴露情況。人口居住密度不同造成各區居民污染暴露程度不同（圖2a），統計分析表明兩者的相關系數為0.966（P<0.01）。從各區平均污染人口暴露度來看：沙河口區（2.95）>西崗區（2.07）>中山區（1.26）>甘井子區（0.65）;從污染暴露度空間分布來看（圖2b），居民暴露度較高的區域在甘井子區與沙河口區交界的區域，包括：春柳街道、中山公園街道、周水子街道等7個街道，其暴露度范圍在3.5～5.0之間;而西崗區的大部分區域、中山區的西部、沙河口區的南部居民暴露度相對較低（為1.5～3.5之間），包括興華街道、葵英街道、黑石礁街道等20個街道;而中山區的東部和甘井子區除中心區域外的大部分區域其暴露度均較低（<1.5），含泉水街道、桃源街道、海軍廣場街道等11個街道。

3 結論與討論

本研究以‘高分1號影像為數據源，采用致敏指數和人口暴露指數分別計算了遼寧省大連市植源型污染致敏指數分布圖與污染人口暴露度。調查發現大連市公園、廣場綠地中以花粉致敏植物為主，而城市行道樹多以飛毛飛絮致敏。城市中致敏指數較高區域主要集中在大連市南部山地森林區，而在城市建筑物密集區該指數相對較低，區域內城市綠地面積的分布不均勻是造成該指數異質性分布的主要原因。人口居住密度造成各區居民污染暴露不同，居民暴露度較高的區域在甘井子區與沙河口區交界處。

隨著居民對城市人居環境的持續追求，城市綠地建設已成為宜居城市的重要標志之一。在城市綠地建設和更新過程中，植物種類的選擇除考慮城市景觀需要外，應從品種選擇和育種方面（如少毛品種和雄性無性系）減少植物對居民健康的不利影響;對城市中已有的致敏性植物，可以通過修剪、水肥管理或采取化學藥劑防治等措施，減少現有樹木的開花數量（如懸鈴木）。通過科學合理的措施避免植源型污染的發生，而不是抹殺綠色植物的有益功能，從而保證城市森林的健康發展。

參考文獻：

[1]王如松. 轉型期城市生態學前沿研究進展[J]. 生態學報，2000，20（5）： 830-840.

[2]SCALENGHE R， MARSAN F A. The anthropogenic sealing of soils in urban areas[J]. Landscape and urban planning， 2009， 90（1/2）： 1-10.

[3]李鋒，王如松，趙丹. 基于生態系統服務的城市生態基礎設施： 現狀、問題與展望[J]. 生態學報， 2014，34（1）： 190-200.

[4]李鋒，王如松. 城市綠色空間生態服務功能研究進展 [J]. 應用生態學報，2004，15（3）： 527-531.

[5]房學寧，趙文武. 生態系統服務研究進展——2013年第11屆國際生態學大會（INTECOL Congress）會議述評[J]. 生態學報，2013（20）： 6736-6740.

[6]WIK A， KASPRZYK I， WóJCIK T， et al. Attractiveness of urban parks for visitors versus their potential allergenic hazard： A case study in Rzeszów， Poland[J]. Urban forestry & urban greening， 2018， 35： 221-229.

[7]王成. 城市森林建設中的植源性污染[J]. 生態學雜志，2003，22（3）： 32-37.

[8]王成. 城市花粉、飛絮飛毛等植源性污染特征及其防治[J]. 中國城市林業，2018，16（1）： 1-6.

[9]孟齡， 王效科， 歐陽志云， 等. 北京城區氣傳花粉季節特征及與氣象條件關系[J]. 環境科學， 2016，37（2）： 452-458.

[10]CARINANOS P， CASARES-PORCEL M， QUESADA-RUBIO

J-M. Estimating the allergenic potential of urban green spaces： A case-study in Granada， Spain[J]. Landscape and urban planning， 2014， 123： 134-144.

[11]歐陽志云，辛嘉楠，鄭華，等. 北京城區花粉致敏植物種類、分布及物候特征[J]. 應用生態學報，2007，18（9）： 1953-1958.

[12]中國氣傳致敏花粉調查領導小組. 中國氣傳致敏花粉調查[M].北京：北京出版社，1991.

[13]楊穎. 北京城區樹木花粉飄散規律及影響因素研究[D].北京：北京林業大學，2007.

[14]鄒濱，彭芬，焦利民，等. 高分辨率人口空氣污染暴露 GIS 空間區劃研究[J]. 武漢大學學報（信息科學版），2013，38（3）： 334-338.