長沙市綠地與空氣清潔度的關系研究

彭新德 ，夏衛生

（1.中南大學研究生院隆平分院，湖南 長沙 410125；2.湖南省農業信息與工程研究所，湖南 長沙 410125；3.湖南師范大學，湖南 長沙 410081）

大量的研究表明，森林及森林的一些環境因子能產生大量的空氣負離子，一般為城市平均含量的5～15倍，這是森林空氣優于城市的主要原因。隨著城市化的不斷推進，人口逐漸集中到城市，使提高城市綠化面積、改善城市空氣環境質量成為日益重要的問題。

城市綠地主要分為三個部分：一是公園，這是綠化率最高的區域，二是居民小區或辦公區域綠化用地，三是道路及其公共設施周圍的綠地，一般呈帶狀。三者承擔了改善城市空氣質量的主要功能，其面積的大小、布局和植被的結構與空氣質量直接相關。空氣質量指標是多方面的，其中空氣負離子含量與空氣質量具有較好的相關性，因此，筆者擬選此作為衡量大氣環境質量好壞的指標，對長沙市綠地與空氣質量的關系進行研究。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

長沙市位于湖南省東部，湘江下游長瀏盆地西緣，地處東經 111°53′～114°5′，北緯 27°51′～28°40′，東西長約230 km，南北寬約88 km，土地總面積1.18萬km2。其中林地620.07 km2，占土地總面積的52.47%，森林覆蓋率49.98%，林木綠化率53.6%。長沙屬亞熱帶季風氣候，四季分明。春末夏初多雨，夏末秋季多旱；春濕多變，夏秋多晴，嚴冬期短，暑熱期長。全年無霜期約275 d，年平均氣溫16.8～17.2℃，極端最高氣溫為40.6℃，極端最低氣溫為－12℃。年平均降水量1422.4 mm，水資源以地表水為主，水源充足，有利于植被的生長。

1.2 樣地選擇

樣地選擇主要考慮大面積綠地和小面積綠地的空氣質量調查。根據長沙市2006年彩紅外航空遙感影像和統計資料，大面積綠地選取綠化較好、植被生長旺盛的岳麓山、烈士公園以及環境條件較差的五一綠化廣場。小面積的綠地選取建成3年的7個生活小區，綠化覆蓋率在40%～55%之間。

1.3 測量方法

空氣負離子水平(濃度)是指單位體積空氣中的負離子數目，采用美國AIPhalba公司生產的AIC-1000型空氣離子測量儀進行測量。對選取的岳麓山、烈士公園、五一綠化廣場和7個生活小區等樣點測量其綠化中心、邊緣和空地空氣正負離子濃度，分別測量晴天、陰天、雨后3種不同天氣下的空氣正負離子量，每個點測2次。每次分早晨（7∶00～8∶00）、中午（11∶30～13∶00）、傍晚（5∶30～6∶30）測量 3 個數據，測量高度1.5 m，時間為2009年9月至2010年8月，對每兩月的數值取平均值。

1.4 空氣清潔度指數計算及其等級標準

空氣質量的好壞不能完全由空氣負離子含量確定，正離子的含量也是影響空氣質量的重要因素，利用正負離子的含量計算空氣清潔度指數為：

式中q=n+/n-，n+和n-為分別為正、負離子含量。

國內外對于空氣清潔度等級劃分標準如表1所示。

表1 空氣清潔度等級標準

2 結果與分析

2.1 綠化區空氣負離子水平及其分布

由表2可知，岳麓山植被覆蓋度最高，前有湘江，中間有綠化較好的大學校園，負離子含量較高，空氣質量相當好。盡管烈士公園的植被覆蓋度不高，但由于湖面占有比例較大，空氣負離子含量也達到了較高的水平。而五一廣場綠化面積并不小，但由于草地面積較大，喬灌木面積較小，同時車流量較大，綠化中心的空氣質量較好，但空地和邊緣的負離子含量較低。

表2 綠化區域空氣正負離子測量結果 （個/cm3）

續表2

從表2還可以看出，整體趨勢上，空氣負離子含量從綠化中心—綠化邊緣—空地逐漸減少，7～8月空氣負離子含量較高，1～2月較低，這與長沙市氣候變化相一致。7～8月長沙溫度較高，植物代謝相對活躍，而且降雨量較大，空氣負離子含量相對較高；而在1～2月，溫度較低，降雨較少，空氣中負離子含量相對較低。

2.2 綠化區空氣清潔度指數及其變化規律

對表2所測數據進行計算，得到各測量點空氣清潔度指數（見表3）。由表3及國內外對于空氣清潔度等級劃分標準可知，岳麓山整個區域、烈士公園和小區1的綠化中心都處于最清潔的水平，所有生活小區都在允許的范圍。五一廣場綠化中心和邊緣的空氣清潔度在清潔、中等或允許的范圍，但空地空氣清潔度常年小于臨界值。空氣清潔度隨季節的變化表現出與空氣負離子水平相似的規律，盡管

表3 空氣清潔度指數CI計算結果

圖1 小區空氣清潔度指數

7～8月的空氣負離子含量較高，但是空氣清潔度最好的是9～10月，1～2月空氣質量相對較差。由此可見，綠化對環境有較大的影響，但在環境較差的條件下，空氣質量也很難得到真正的改善。

2.3 空氣清潔度與綠化結構的相關性

對于生活小區而言，受外界影響較小，空氣質量的改善主要依靠綠地，取各綠化小區的CI平均值作圖，結果如圖1所示，無論是綠化中心還是邊緣或空地，空氣清潔度CI與綠化面積或綠化率不存在明顯的相關性。由于灌林和喬木在衛片上很難區分，在實際測量中也是估算為主，因此將二者進行合并為一，以喬灌木所占比例作為變量X，草地所占比例為變量Y，采用多元回歸方法進行回歸，結果如下：

綠化中心：CI=1.227 X+0.258 Y R2=0.97

綠化邊緣：CI=1.041 X+0.290 Y R2=0.98

空地：CI=0.789 X+0.208 Y R2=0.98

由回歸結果可知，空氣清潔度CI與植被的結構存在較好的相關性。將以上3個公式簡化為CI=AX+BY，其中A可以認為是喬灌木影響空氣清潔度的權重，B為草地影響CI的權重。由計算結果可知，喬灌木對空氣清潔度的影響遠大于草地的影響，接近4倍。而長沙市是低海拔亞熱帶氣候區，適宜喬灌木的自然生長，因此，在綠化過程中加大喬灌木的比例就有可能有效改善空氣質量。

3 結 論

綠化區空氣負離子水平和空氣清潔度指數的時空分布呈現相似的規律，即空氣負離子水平和空氣清潔度指數從綠化中心—綠化邊緣—空地均逐漸降低，而且二者的值均在高溫多雨季節較高，在低溫少雨季節較低。

采用多元回歸方法對不同小區綠化率與CI的關系進行了相關性分析，結果表明，空氣清潔度CI與植被的結構存在較好的相關性，喬灌木對空氣清潔度的影響遠大于草地的影響。因此，利用綠地對空氣進行凈化，植被結構是首先要考慮的因素之一。草地能增加美觀，但對空氣清潔的作用較小，只有適當增加喬灌木的比例才能有效改善空氣質量。

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