城市綠地對大氣顆粒物的消減效應(yīng)研究

摘" "要" "以安慶為研究地點，探索城市綠地與大氣顆粒物消減之間關(guān)系，旨在篩選出消減能力較強的綠地和植物群落類型，為城市綠地規(guī)劃和公眾健康管理提供科學(xué)依據(jù)。在安慶5個具有代表性的城市綠地中選取不同的植物群落配置類型，5個城市綠地分別是菱湖公園、獅子山公園、集賢南路、集賢北路、獨秀大道，植物群落配置類型主要包括喬、喬草、灌草、喬灌、喬灌草結(jié)構(gòu)，并以無綠化的裸地為對照。測定樣地中不同植物配置對PM2.5和PM10的消減作用并進行比較。結(jié)果顯示：各場地中，獨秀大道對PM2.5 的消減率最高，其次是集賢南路、菱湖公園、集賢北路，獅子山公園對PM2.5 的消減率最低；獨秀大道對PM10的消減率最高，其次是集賢南路、菱湖公園、集賢北路，獅子山公園對PM10的消減率最低。5種不同的植物群落配置對PM2.5 和PM10的消減率大小順序為：喬灌草型gt;喬灌型gt;喬草型gt;灌草型gt;喬木型。不同的植物配置有不同的滯塵能力，通過對植物的合理搭配，可以創(chuàng)造出符合場地空氣凈化要求的植物群落。

關(guān)鍵詞" "安慶市；PM2.5、PM10濃度；植物配置；消減效應(yīng)

隨著人類活動的增加，城市的不斷發(fā)展，伴隨著化石燃料的燃燒量以及汽車尾氣的排放量增多，使得城市中的空氣質(zhì)量急劇下降，空氣中的顆粒物數(shù)量逐漸增加，大氣環(huán)境日益惡化。按動力學(xué)直徑可將空氣顆粒物分為總懸浮顆粒物（TSP）、可入肺顆粒物（PM2.5）和可吸入顆粒（PM10），這些以PM2.5為首要污染物的大氣顆粒物污染成為中國城市普遍面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1-2]。研究表明，PM2.5表面存在大量有毒物質(zhì)，這些物質(zhì)會對人的呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等造成嚴(yán)重危害，引發(fā)肺炎、哮喘、冠心病、心律失常等病癥[3-5]，對人們的健康造成了極大威脅。

城市綠地是城市生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分，在改善城市微氣候、凈化空氣和美化環(huán)境等方面均發(fā)揮著重要作用[6-7]。城市綠地在消減城市大氣PM2.5濃度方面的研究一直是近年來的研究熱點，國內(nèi)外學(xué)者對不同類型和植物配置模式的綠地滯塵能力比較、環(huán)境因子對顆粒物擴散的影響等方面已有比較廣泛的研究，并取得了一定的研究成果。

大量研究表明，城市綠地具有消減PM2.5濃度的效果[8]，這主要是因為空氣中的顆粒物PM2.5通過布朗運動與植物的枝葉結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞接觸，致使PM2.5被沉降、阻滯、吸附以及吸收[9]。綠地植物種類、綠地群落結(jié)構(gòu)以及綠地特征等因素都對綠地消減效果有一定影響。

近年來，針對大氣顆粒物PM2.5、PM10的研究多集中于其組成方式、與氣象因子之間的關(guān)系、污染的特征、單一植物滯塵能力等方面[10-11]，從總體結(jié)果來看，針對不同綠地結(jié)構(gòu)對PM2.5、PM10消減作用的研究較少，且不同研究結(jié)果表明：在一定范圍內(nèi)，不同的綠地結(jié)構(gòu)對大氣顆粒物的消減作用有著明顯差異；不同范圍中由于氣候環(huán)境條件不同、污染來源及污染特征不同，以及各范圍中的植物群落配置存在明顯的差異，影響因素較多，其對PM2.5、PM10的消減結(jié)果也不盡相同。

本研究以國家園林城市、化工城市安徽安慶為研究地點，在安慶獅子山公園、菱湖公園、集賢南路、集賢北路、獨秀大道設(shè)置樣地進行監(jiān)測。通過測定比較不同綠地結(jié)構(gòu)對PM2.5和PM10的消減作用，篩選出對PM2.5和PM10消減能力較強的綠地結(jié)構(gòu)和滯留顆粒物較強的植物群落類型，分析綠地群落結(jié)構(gòu)和消減能力的定量關(guān)系，為城市綠地規(guī)劃和公眾健康管理提供科學(xué)依據(jù)。

1" "材料與方法

1.1" "研究地概況" "安慶市別名宜城，地處安徽省西南部，四季分明，地貌多樣，襟江帶淮，山地、丘陵、河湖面積約各占1/3，氣候溫和濕潤，降雨量適中，嚴(yán)寒天氣時間短。安慶人均擁有公園綠地17 m2。目前安慶建成區(qū)綠化覆蓋面積達到4 980 hm2。根據(jù)安慶市城區(qū)綠地分布情況，選取5個具有代表性的城市綠地，包含道路綠地和公園綠地。

1.2" "樣地選擇" "本研究在安慶市5個綠地道路樣地內(nèi)選取具有代表性且植物生長良好的5種不同植物空間配置形式的樣地，樣地分別是菱湖公園、獅子山公園、集賢南路、集賢北路、獨秀大道，其基本屬性各不相同（表1），綠地結(jié)構(gòu)喬木型、喬草型、灌草型、喬灌型、喬灌草型，以無綠化的裸地作為對照組。同時記錄 5個綠地道路樣地內(nèi)不同功能綠地結(jié)構(gòu)植物配置的基本情況（表2）。

1.3" "測定方法" "數(shù)據(jù)采集時間為2023年4月，為了確保研究數(shù)據(jù)的精確度，排除可能影響測量PM2.5和PM10濃度的其他因素的干擾，用便攜式檢測儀在晴朗無風(fēng)或者微風(fēng)天氣測定PM2.5和PM10的濃度。地點選擇生長旺盛、長勢相似的植株，無特大樹木或過小樹木、無病蟲害或其他特殊因素干擾。監(jiān)測時間段為9：00—17：00，每隔2 h測量1次PM2.5和PM10的濃度，共測5次。

使用高精準(zhǔn)型空氣質(zhì)量檢測儀在距離地面1.5 m處測定，該高度與成年人平均呼吸高度基本一致，該檢測儀的工作原理是通過運算放大器將內(nèi)部的激光PM2.5傳感器的微弱信號放大，并通過濾波電路去除噪聲干擾，然后通過AD采集，并采用32位ARM電腦處理器處理計算，然后轉(zhuǎn)化為污染物濃度值，并加以顯示。

通過計算樣地與對照組的PM2.5和PM10減少比例得到PM2.5和PM10消減率，其計算公式如下：

Q=×100%

式中：Q為消減率（%）；C0為對照組的大氣顆粒物濃度（μg/m3）；C1為不同植物群落配置的大氣顆粒物濃度（μg/m3）。

由此得出不同植物群落配置的PM2.5和PM10濃度變化規(guī)律，不同植物群落的PM2.5和PM10濃度日變化規(guī)律以及不同植物群落對PM2.5和PM10消減作用效果的比較。

1.4" " 數(shù)據(jù)處理與分析" "利用 Excel 對實測數(shù)據(jù)進行整理，利用 SPSS27.0 軟件進行統(tǒng)計分析。

2" "結(jié)果與分析

2.1" "不同綠地結(jié)構(gòu)PM2.5、PM10濃度日變化規(guī)律

由圖1可知，各樣地中的PM2.5和PM10濃度日變化趨勢基本相同，上午9：00—11：00基本到達一天中的最大值，之后濃度慢慢降低，在15：00—17：00達到最低值。一天之中PM2.5和PM10濃度變化總體呈現(xiàn)下降趨勢，上午的濃度偏高，之后逐漸降低。

菱湖公園一天中的PM2.5和PM10濃度總體呈現(xiàn)下降型變化，早上大氣中顆粒物濃度較多，PM2.5濃度25 μg/m3，PM10濃度27 μg/m3，13：00—15：00PM2.5、PM10濃度有小幅度上升趨勢。獅子山公園樣地中，9：00—11：00PM2.5、PM10濃度有上升趨勢，達到一天中的最大值，PM2.5濃度50 μg/m3，PM10濃度55 μg/m3，之后逐漸下降，在15：00—17：00達到最低值；獅子山公園總體大氣顆粒物濃度比其他4個綠地的大氣顆粒物濃度高，空氣質(zhì)量較差。集賢南路樣地中，PM2.5、PM10濃度呈現(xiàn)下降趨勢但變化不明顯，變化幅度較小，9：00—11：00PM2.5、PM10濃度達到最大值，PM2.5濃度33 μg/m3，PM10濃度39 μg/m3。集賢北路樣地中，PM2.5、PM10濃度呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，在13：00達到最低值，PM2.5濃度7 μg/m3，PM10濃度6 μg/m3，13：00—17：00有小幅度上升趨勢。獨秀大道樣地中，PM2.5、PM10濃度呈現(xiàn)下降趨勢，在9：00PM2.5、PM10濃度達到最大值，PM2.5濃度60 μg/m3，PM10濃度70 μg/m3，之后逐漸降低，在13：00—17：00趨于平緩。

2.2" "不同植物群落對PM2.5 、PM10的消減作用

不同的植物群落結(jié)構(gòu)在對大氣顆粒物的消減作用存在著明顯的差異。如圖2所示，從整體來看，各場地中都存在對PM2.5、PM10的消減作用較強、較弱的綠地結(jié)構(gòu)，且并不完全相同。獨秀大道對PM2.5 的消減率最高，其次是集賢南路、菱湖公園、集賢北路，獅子山公園PM2.5 的消減率最低。各場地中獨秀大道對PM10的消減率最高，其次是集賢南路、菱湖公園、集賢北路，獅子山公園PM10的消減率最低。部分植物群落中的PM2.5、PM10的濃度比對照組裸地的PM2.5、PM10的濃度高的情況，原因可能為裸地的優(yōu)勢通常體現(xiàn)在低風(fēng)速、高濕度條件下，其平坦的地表和低湍流的特性促進了大氣顆粒物的直接沉降。而被植物群落覆蓋地受植被類型、密度及環(huán)境因素影響較大，可能因湍流增加或二次釋放削弱對大氣顆粒物的消減作用。不同植物群落結(jié)構(gòu)的滯塵能力具有明顯的差異，結(jié)果如圖3所示，5種不同結(jié)構(gòu)植物群落對PM2.5和PM10的減塵率大小順序為：喬灌草型gt;喬灌型gt;喬草型gt;灌草型gt;喬木型，喬灌草型植物群落滯塵能力最佳，喬灌型次之，喬木型滯塵能力最差。

3" "討論

研究發(fā)現(xiàn)，不同的植物群落結(jié)構(gòu)對大氣顆粒物的消減能力存在差異，5種不同的植物群落配置對PM2.5 和PM10消減率不同，喬灌草型植物群落消減能力最佳，喬灌型、喬草型、灌草型次之，喬木型消減能力最差。

在晴朗微風(fēng)的天氣條件下，具有多層結(jié)構(gòu)的植物群落滯塵能力較高，大氣中的顆粒物在風(fēng)速較低時通常可以通過自身重力進行沉降，喬灌草型的植物群落經(jīng)過了喬木和灌木的2次阻滯，到測試高度時顆粒物濃度已經(jīng)相對較低，因此喬灌草型植物群落表現(xiàn)出了較高的阻滯率[12]。喬木型的群落配置由于植物種類較為單一，對大氣顆粒物的阻滯效果較差。不同的植物配置有不同的滯塵能力，通過對植物的合理的搭配，可以創(chuàng)造出符合場地空氣凈化要求的植物群落。

參考文獻

[1] Fontes T， Li P L， Barros N， et al. Trends of PM2.5 Concentrations in China： A Long Term Approach[J]. Journal of Environmental Management， 2017， 196： 719-732.

[2] Song C B， Wu L， Xie Y C， et al. Air Pollution in China： Status and Spatiotemporal Variations[J]. Environmental Pollution， 2017， 227： 334-347.

[3] Cao C， Jiang W， Wang B， et al. Inhalable microorganisms in Beijing’s PM2.5 and PM10 pollutants during a severe smog event[J].Environmental science amp; technology，2014， 48（3）：1 499-1 507.

[4] Ajmal M，Tarar M A，Arshad M I，et al. Air pollution and its effect on human health： a case study in Dera Ghazi Khan urban areas， Pakistan[J]. J Environ Earth Sci，2016，6（9）：87-93.

[5] Tseng E，Ho W C，Lin M H，et al. Chronic exposure to particulate matter and risk of cardiovascular mortality： cohort study from Taiwan[J]. BMC Publ Health，2015，15（1）：936-944.

[6] 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.

[7] 孫曉丹，李海梅，劉霞，等.不同綠地結(jié)構(gòu)消減大氣顆粒物的能力[J]. 環(huán)境化學(xué)，2017， 36（2）：289-295.

[8] 楊貌，張志強，陳立欣，等.春季城區(qū)道路不同綠地配置模式對大氣顆粒物的削減作用[J].生態(tài)學(xué)報，2016，36（7）：2 076-2 083.

[9] Junior D P M ， Bueno， Cecília，" Da Silva C M . The Effect of Urban Green Spaces on Reduction of Particulate Matter Concentration[J].Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology， 2022， 108（6）：1 104-1 110.

[10] 戴菲，陳明，傅凡，等.基于城市空間規(guī)劃設(shè)計視角的顆粒物空氣污染控制策略研究綜述[J].中國園林，2019，35（2）：75-80.

[11] Janh?ll S. Review on urban vegetation and particle air pollution–Deposition and dispersion[J]. Atmospheric environment， 2015， 105： 130-137.

[12] 郭雅婷，李運遠，林辰松.不同氣象條件下北京市綠地植物群落對大氣顆粒物消減作用[J].中國城市林業(yè)，2022，20（1）：15-20.