長(zhǎng)沙市綠地與空氣清潔度的關(guān)系研究

彭新德 ，夏衛(wèi)生

（1.中南大學(xué)研究生院隆平分院，湖南 長(zhǎng)沙 410125；2.湖南省農(nóng)業(yè)信息與工程研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410125；3.湖南師范大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410081）

大量的研究表明，森林及森林的一些環(huán)境因子能產(chǎn)生大量的空氣負(fù)離子，一般為城市平均含量的5～15倍，這是森林空氣優(yōu)于城市的主要原因。隨著城市化的不斷推進(jìn)，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(huán)境質(zhì)量成為日益重要的問(wèn)題。

城市綠地主要分為三個(gè)部分：一是公園，這是綠化率最高的區(qū)域，二是居民小區(qū)或辦公區(qū)域綠化用地，三是道路及其公共設(shè)施周圍的綠地，一般呈帶狀。三者承擔(dān)了改善城市空氣質(zhì)量的主要功能，其面積的大小、布局和植被的結(jié)構(gòu)與空氣質(zhì)量直接相關(guān)。空氣質(zhì)量指標(biāo)是多方面的，其中空氣負(fù)離子含量與空氣質(zhì)量具有較好的相關(guān)性，因此，筆者擬選此作為衡量大氣環(huán)境質(zhì)量好壞的指標(biāo)，對(duì)長(zhǎng)沙市綠地與空氣質(zhì)量的關(guān)系進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)沙市位于湖南省東部，湘江下游長(zhǎng)瀏盆地西緣，地處東經(jīng) 111°53′～114°5′，北緯 27°51′～28°40′，東西長(zhǎng)約230 km，南北寬約88 km，土地總面積1.18萬(wàn)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(zhǎng)沙屬亞熱帶季風(fēng)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(yán)冬期短，暑熱期長(zhǎng)。全年無(wú)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(zhǎng)。

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(zhì)量調(diào)查。根據(jù)長(zhǎng)沙市2006年彩紅外航空遙感影像和統(tǒng)計(jì)資料，大面積綠地選取綠化較好、植被生長(zhǎng)旺盛的岳麓山、烈士公園以及環(huán)境條件較差的五一綠化廣場(chǎng)。小面積的綠地選取建成3年的7個(gè)生活小區(qū)，綠化覆蓋率在40%～55%之間。

1.3 測(cè)量方法

空氣負(fù)離子水平(濃度)是指單位體積空氣中的負(fù)離子數(shù)目，采用美國(guó)AIPhalba公司生產(chǎn)的AIC-1000型空氣離子測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量。對(duì)選取的岳麓山、烈士公園、五一綠化廣場(chǎng)和7個(gè)生活小區(qū)等樣點(diǎn)測(cè)量其綠化中心、邊緣和空地空氣正負(fù)離子濃度，分別測(cè)量晴天、陰天、雨后3種不同天氣下的空氣正負(fù)離子量，每個(gè)點(diǎn)測(cè)2次。每次分早晨（7∶00～8∶00）、中午（11∶30～13∶00）、傍晚（5∶30～6∶30）測(cè)量 3 個(gè)數(shù)據(jù)，測(cè)量高度1.5 m，時(shí)間為2009年9月至2010年8月，對(duì)每?jī)稍碌臄?shù)值取平均值。

1.4 空氣清潔度指數(shù)計(jì)算及其等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

空氣質(zhì)量的好壞不能完全由空氣負(fù)離子含量確定，正離子的含量也是影響空氣質(zhì)量的重要因素，利用正負(fù)離子的含量計(jì)算空氣清潔度指數(shù)為：

式中q=n+/n-，n+和n-為分別為正、負(fù)離子含量。

國(guó)內(nèi)外對(duì)于空氣清潔度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 空氣清潔度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 綠化區(qū)空氣負(fù)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(xué)校園，負(fù)離子含量較高，空氣質(zhì)量相當(dāng)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(fù)離子含量也達(dá)到了較高的水平。而五一廣場(chǎng)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(shí)車流量較大，綠化中心的空氣質(zhì)量較好，但空地和邊緣的負(fù)離子含量較低。

表2 綠化區(qū)域空氣正負(fù)離子測(cè)量結(jié)果 （個(gè)/cm3）

續(xù)表2

從表2還可以看出，整體趨勢(shì)上，空氣負(fù)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(fù)離子含量較高，1～2月較低，這與長(zhǎng)沙市氣候變化相一致。7～8月長(zhǎng)沙溫度較高，植物代謝相對(duì)活躍，而且降雨量較大，空氣負(fù)離子含量相對(duì)較高；而在1～2月，溫度較低，降雨較少，空氣中負(fù)離子含量相對(duì)較低。

2.2 綠化區(qū)空氣清潔度指數(shù)及其變化規(guī)律

對(duì)表2所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到各測(cè)量點(diǎn)空氣清潔度指數(shù)（見(jiàn)表3）。由表3及國(guó)內(nèi)外對(duì)于空氣清潔度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)可知，岳麓山整個(gè)區(qū)域、烈士公園和小區(qū)1的綠化中心都處于最清潔的水平，所有生活小區(qū)都在允許的范圍。五一廣場(chǎng)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(jié)的變化表現(xiàn)出與空氣負(fù)離子水平相似的規(guī)律，盡管

表3 空氣清潔度指數(shù)CI計(jì)算結(jié)果

圖1 小區(qū)空氣清潔度指數(shù)

7～8月的空氣負(fù)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(zhì)量相對(duì)較差。由此可見(jiàn)，綠化對(duì)環(huán)境有較大的影響，但在環(huán)境較差的條件下，空氣質(zhì)量也很難得到真正的改善。

2.3 空氣清潔度與綠化結(jié)構(gòu)的相關(guān)性

對(duì)于生活小區(qū)而言，受外界影響較小，空氣質(zhì)量的改善主要依靠綠地，取各綠化小區(qū)的CI平均值作圖，結(jié)果如圖1所示，無(wú)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(guān)性。由于灌林和喬木在衛(wèi)片上很難區(qū)分，在實(shí)際測(cè)量中也是估算為主，因此將二者進(jìn)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(jìn)行回歸，結(jié)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(jié)果可知，空氣清潔度CI與植被的結(jié)構(gòu)存在較好的相關(guān)性。將以上3個(gè)公式簡(jiǎn)化為CI=AX+BY，其中A可以認(rèn)為是喬灌木影響空氣清潔度的權(quán)重，B為草地影響CI的權(quán)重。由計(jì)算結(jié)果可知，喬灌木對(duì)空氣清潔度的影響遠(yuǎn)大于草地的影響，接近4倍。而長(zhǎng)沙市是低海拔亞熱帶氣候區(qū)，適宜喬灌木的自然生長(zhǎng)，因此，在綠化過(guò)程中加大喬灌木的比例就有可能有效改善空氣質(zhì)量。

3 結(jié) 論

綠化區(qū)空氣負(fù)離子水平和空氣清潔度指數(shù)的時(shí)空分布呈現(xiàn)相似的規(guī)律，即空氣負(fù)離子水平和空氣清潔度指數(shù)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(jié)較高，在低溫少雨季節(jié)較低。

采用多元回歸方法對(duì)不同小區(qū)綠化率與CI的關(guān)系進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果表明，空氣清潔度CI與植被的結(jié)構(gòu)存在較好的相關(guān)性，喬灌木對(duì)空氣清潔度的影響遠(yuǎn)大于草地的影響。因此，利用綠地對(duì)空氣進(jìn)行凈化，植被結(jié)構(gòu)是首先要考慮的因素之一。草地能增加美觀，但對(duì)空氣清潔的作用較小，只有適當(dāng)增加喬灌木的比例才能有效改善空氣質(zhì)量。

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