亞熱帶森林群落凈化大氣可吸入顆粒物研究

宋緒忠，王 成，楊 華

（1.浙江省林業科學研究院，浙江 杭州 310023；2.中國林業科學研究院，北京 100081）

近年來，隨著城市化進程的加快和社會經濟的快速發展，城市環境污染問題日益突出，特別是可吸入顆粒物已經成為影響城市人居環境和居民身體健康的城市首要污染物，得到國家越來越密切的關注。PM10、PM2.5正逐步進入環境監測體系。可吸入顆粒物是直徑小于10 μm，在空氣中能夠長期懸浮而不易沉降的顆粒狀物質。PM10及PM2.5等對人體的危害遠遠大于總懸浮顆粒物（TSP），會誘發、引發許多疾病[1～2]，尤其對于老人、兒童、呼吸道疾病和心肺病患者[3～5]。

城市森林具有改善環境、人體保健、教育文化、景觀游憩等多種功能[6～7]，是城市居民日常活動和休憩的主要場所。不同綠地類型的景觀效果和生態效益是不同的[8～9]。許多研究就森林與灌叢、草坪和曠地等立地類型的滯塵能力進行了對比[10～13]。對于不同類型綠地空氣PM10濃度在時間尺度上的變化還缺乏全面系統的研究，開展這方面的研究對于了解不同類型森林群落及建群樹種的凈化功能，科學指導綠地建設和幫助居民開展合理的森林生態游憩活動具有借鑒意義。

1 研究區概況

研究在浙江杭州市淳安縣九龍源森林公園，杭州市小和山高教園區、杭州市苗圃、武林小廣場、西湖北山路，浙江舟山定海的海山公園，林科院樹木園，長岡山森林公園等地。

在3個城市選取試驗區8個，布置監測森林群落樣地39個（表1），其中涉及建群植物種類23種，包括喬木樹種 19種，灌木 2種，毛竹和草坪草等。群落選取各公園或綠地的典型、較均一植被（群落面積 400m2以上），管理一致，干擾較小。

表1 監測試驗樣地布置Table1 Distribution of sample plots

2 研究方法

根據項目組前期研究結果和在杭州市PM10全年監測，4月份城市可吸入顆粒物濃度最高，一日之內9:00－11:00維持相對穩定的水平。2011年4月，發生降雨后的第3天，每天9:00－11:00，測試各樣地內大氣可溶性顆粒物濃度，每個樣地3個重復，每個重復采集氣體10 min，2 min讀取1次數據，連續讀取25個數據，取平均值并記錄。所用儀器為英國Turnkey公司生產的Dustmate粉塵檢測儀。監測指標包括TSP、PM10、PM2.5、PM1。每次觀測時記錄空氣溫度、濕度和風速，同時觀測綠地郁閉度。采樣高度為距離地表1.5 m處，與成人呼吸高度基本一致。

3 研究結果

3.1 不同試驗區差異

對39個試驗樣地依所在城市進行匯總分析，得出3個城市森林群落顆粒物的基礎水平（圖1）及在不同群落樣地的分布（圖2）。研究首次發現，3個城市中淳安TSP最低，舟山PM10、PM2.5及PM1濃度最低，杭州市區除PM1不是最低外，其他項目都是最高。

圖1 不同試驗區顆粒物水平Figure1 PM concentration in different areas

圖2 不同試驗樣地顆粒物水平Figure2 PM concentration in different sample plots

考察不同試驗樣地的TSP、PM10、PM2.5、PM1發現，不同城市的群落間的差異明顯，同一城市的不同樣地之間組成規律相對一致，能反映出立地特點。在杭州市，小和山高教園區以學校、農村社區為主，無污染企業、汽車保有量較少，植被較好，各級顆粒物整體水平較低；杭州市苗圃鄰近杭州市汽車西站，武林小廣場為重要商圈，汽車保有量大，各級顆粒物水平最高；北山路緊靠西湖，雖車輛較多，但植被較好，同時西湖湖面開闊能稀釋或吹散顆粒物。淳安的九龍森林公園是千島湖西南庫區的森林公園，車流量少，環境好，TSP最低；舟山的3個試驗樣地均為森林公園，以海山公園、林科院樹木園、長岡山森林公園的順序，離市中心越來越遠，植被越來越好，其顆粒物整體較低，尤其是小顆粒物分布低，可能是因為地處海邊，海風直接稀釋的結果。研究組監測過海風顆粒物水平，結果發現其分布極低。可見，稀釋是緩解顆粒物危害的可行途徑之一。

3.2 降低顆粒物的林帶寬度效應

基于杭州市苗圃梯度監測結果，發現林分降低顆粒物具有寬度效應。即隨著林帶寬度的增加，顆粒物的濃度水平整體下降。趨勢模擬（圖3）顯示，降低顆粒物的效益上TSP（方程斜率14.669）優于PM10（方程斜率5.6445），進一步優于PM2.5（方程斜率0.428 5），PM1降低效益最低，變化最小（方程斜率0.082 9）。說明，植被對PM2.5及以上徑級的顆粒物作用明顯，更小的顆粒物影響則較小。香樟、桂花同種群落顆粒物水平比較結果（圖4）進一步印證了林帶寬度效應的存在。

圖3 林帶不同位置顆粒物水平Figure3 PM concentration in different place of the forest

3.3 植被群落降低顆粒物作用

以群落類型比較了植被降低顆粒物效益的差別，發現高大植被如竹子、喬木林具有最低的 TSP、PM10、PM2.5，灌木TSP、PM10、PM2.5最高，草坪次之，此結果與之前研究略有不同，PM1在群落間差異不大。高大森林群落中，竹子顆粒物水平整體最低，喬木林差異不明顯，但常綠闊葉樹林優于針葉林和落葉闊葉林。

4 結論與討論

可吸入顆粒物是城市首要污染物，治理難度大。城市森林植被具有凈化可吸入顆粒物的作用，人類呼吸高度的可吸入顆粒物水平較低，是城市居民規避城市可吸入污染，開展生態游憩的理想場所。理論上，喬木、灌木樹種降低可吸入顆粒物的能力應該優于草坪，喬木樹種降低可吸入顆粒物的能力應該優于竹子，然而監測沒有得出這種理想的結果，可能是因為草坪空間開闊、竹林通風較好，它們都處在林區，可吸入顆粒物得到了清潔空氣的稀釋而較低。

圖4 不同香樟及桂花群落寬度的顆粒物水平Figure4 PM concentration in different width of Cinnamomum camphora and Osmanthus fragrans plantation

圖5 不同植被類型顆粒物水平Figure5 PM concentration in different types of vegetation

稀釋可能是緩解城市可吸入顆粒物污染的可行途徑之一。沿海城市或濱湖地區都可以利用好清潔空氣對城區可吸入顆粒物的稀釋、清潔作用，創造良好的人居環境。城市森林建設也可以合理布局，形成連貫并通透的整體，提高森林降低可吸入顆粒物的功能。

本文是在分析全年定位監測結果的基礎上，選取穩定時間段開展的植物群落顆粒物監測研究，要獲得更加穩健的結果，還需要開展全天甚至年際變化動態的監測。同時，研究中正值杜鵑花開花盛期，我們監測到靠近杜鵑花群落的植被小顆粒可吸入顆粒物水平增高的趨勢。有研究者認為，植物本身通過散發孢子、花粉、甚至揮發物產生可吸入顆粒物，是植源性污染。本項內容也值得關注和研究。

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