北京市不同主干道綠地群落對(duì)大氣PM2.5濃度消減作用的影響

李新宇，趙松婷，李延明，郭佳，李薇

北京市不同主干道綠地群落對(duì)大氣PM2.5濃度消減作用的影響

李新宇，趙松婷，李延明*，郭佳，李薇

北京市園林科學(xué)研究院，園林綠地生態(tài)功能評(píng)價(jià)與調(diào)控技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100102

為研究城市道路兩側(cè)不同綠化帶寬度及不同植物群落配置模式對(duì)消減大氣中PM2.5濃度的作用，選擇北京市四環(huán)主干道旁3種典型植物群落配置類(lèi)型作為試驗(yàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)0 m、6 m、16 m、26 m、36 m不同綠帶寬度下PM2.5濃度分布與變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)其消減能力進(jìn)行計(jì)算，分析PM2.5濃度變化與道路車(chē)流量、綠化帶寬度及植物群落配置模式之間的關(guān)系。結(jié)果表明：（1）PM2.5濃度的日變化與車(chē)流量的日變化特征一致，道路綠地空氣中PM2.5濃度的日變化呈現(xiàn)雙峰單谷型特征，即早晚高、白天低，PM2.5濃度在8:00～10:00的交通早高峰期間增加，而后開(kāi)始下降，到12:00～14:00左右達(dá)到最低值，之后呈持續(xù)上升狀態(tài)，直至晚高峰19:00濃度達(dá)一天中的最大值。（2）不同植物群落配置模式對(duì)大氣中PM2.5濃度的消減作用不同，群落內(nèi)郁閉度高的多復(fù)層結(jié)構(gòu)綠地對(duì)PM2.5消減作用優(yōu)于郁閉度低的單層配置綠地模式；（3）分別對(duì)3類(lèi)空氣質(zhì)量條件下，道路綠地對(duì)PM2.5消減作用進(jìn)行評(píng)價(jià)。無(wú)污染或輕度污染（PM2.5＜100 μg·m-3)環(huán)境下，綠地對(duì)PM2.5消減作用明顯，26 m及36 m的綠帶處消減作用最強(qiáng)，最高可達(dá)12.22%；中度污染（101 μg·m-3＜PM2.5＜200 μg·m-3)的環(huán)境下，只有群落配置以喬木林為主且郁閉度較高的藍(lán)靛廠橋南綠地對(duì)PM2.5具有消減作用；重度污染（PM2.5＞201 μg·m-3)天氣條件下3種綠地對(duì)PM2.5的消減作用均不明顯。

PM2.5；消減率；道路綠地；綠帶寬度；配置模式

空氣質(zhì)量的優(yōu)劣與人的健康息息相關(guān)。近幾年，北京市及周邊地區(qū)遭遇了嚴(yán)重的空氣污染天氣。根據(jù)北京市PM2.5監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示，2012年北京市空氣中PM2.5年平均質(zhì)量濃度為106 μg·m-3（北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心，2012）。大氣顆粒物污染已經(jīng)成為城市主要環(huán)境問(wèn)題，在目前尚不能完全依賴(lài)污染源治理以解決環(huán)境問(wèn)題情況下，借助自然界的清除機(jī)制是緩解城市大氣污染壓力的有效途徑，城市園林綠化就是其一（Freer，1997；Beckett，1998）。道路綠帶作為消減交通污染源的重要方法正受到越來(lái)越廣泛的重視（茍亞清和張清東，2008；韓陽(yáng)等，2005），關(guān)于城市綠化樹(shù)種滯塵能力、道路綠帶的滯塵能力、效率等已有較多研究（王蕾等，2006；王贊紅和李紀(jì)標(biāo)，2006；柴一新等，2000），但關(guān)于城市道路兩側(cè)綠地內(nèi)污染情況與交通源的關(guān)系，以及不同大氣污染環(huán)境下，不同寬度與植物配置的道路綠地如何影響及消減PM2.5濃度等方面的研究則鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究通過(guò)對(duì)北京市交通主干道不同群落類(lèi)型道路綠地及不同綠帶寬度下PM2.5濃度進(jìn)行測(cè)定，分析其變化規(guī)律及影響因素，揭示道路綠地消減PM2.5的作用機(jī)理，以期為道路綠地植物配置模式優(yōu)選和構(gòu)建提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為城市大氣污染治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)選擇

根據(jù)北京市城市道路綠地的主要類(lèi)型及城區(qū)道路格局分布特點(diǎn)，在四環(huán)道路綠地沿垂直城市主風(fēng)向下側(cè)，分別選取姚家園北路（A1）、六郎莊北（A2）、藍(lán)靛廠橋南（A3）3種不同綠地配置模式作為試驗(yàn)點(diǎn)（圖1）。試驗(yàn)點(diǎn)分布如圖1所示。各試驗(yàn)點(diǎn)綠地植物配置情況見(jiàn)表l。植物群落配置現(xiàn)狀分別為：姚家園北路由道路邊緣向外呈明顯“草-灌-喬”的配置層次，前層為草本地被，寬度6～8 m；中層為花灌木及小喬木，寬12～14 m，后層為落葉喬木純林，寬度10 m以上；六郎莊北由道路邊緣向外呈“草-灌-喬”的配置層次，前層為草坪，寬度6 m；中層為花灌木及小喬片狀鑲嵌種植，寬20～24 m，后層為常綠喬木片林，寬度6～8 m；藍(lán)靛廠橋南由道路邊緣向外呈明顯“喬+灌+草-喬”的配置層次，前層為喬灌草多層次配置，寬度6～8 m，具有一定景觀效果；后層為混交喬木林，寬30 m左右，郁閉度70%左右。

圖1 試驗(yàn)點(diǎn)分布圖Fig.1 The Distribution Map of Experimental Sites

表1 道路綠地信息表Table 1 Community Configuration Information of Experimental Sites

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置示意圖Fig.2 Set Diagram of the Monitoring Points

1.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置

在周邊開(kāi)闊地段設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，各試驗(yàn)點(diǎn)綠地內(nèi)植物長(zhǎng)勢(shì)好，且綠帶兩側(cè)無(wú)障礙物、無(wú)建筑物。沿道路垂直方向布設(shè)0 m、6 m、16 m、26 m、36 m等5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。其中，0 m監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)于道路邊緣處；6 m、16 m、26 m、36 m分別代表不同綠地寬度處測(cè)距。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)方案如圖2所示。

1.3 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及記錄指標(biāo)

2012年9月～2013年8月在各試驗(yàn)點(diǎn)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)每月上、中、下旬選擇3天無(wú)風(fēng)(風(fēng)速＜3級(jí))的天氣，同時(shí)對(duì)A1（姚家園北路）、A2(六郎莊北)、A3(藍(lán)靛廠橋南)3個(gè)不同綠帶寬度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行PM2.5濃度監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)時(shí)段為上午（7:00、8:00、10:00），正午前后（12:00、14:00）及傍晚前后（16:00、18:00、19:00）。采用PDR-1500便攜式氣溶膠顆粒物檢測(cè)儀測(cè)定可吸入顆粒物PM2.5濃度，采樣高度為距離地表1.5 m處（與成人呼吸高度基本一致）；采用Kestrel-4500袖珍式氣候測(cè)量?jī)x測(cè)定大氣溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速和氣壓等氣象因子。每次監(jiān)測(cè)5 min，每10秒讀取一組數(shù)據(jù)。

1.4 綠地對(duì)PM2.5消減作用計(jì)算

綠帶寬度對(duì)PM2.5消減作用或凈化百分率的計(jì)算公式（郭偉等，2010；王月容等，2013）如下：

式中，Cs是道路邊0 m測(cè)距處的PM2.5濃度，Cm是6 m、16 m、26 m、36 m不同綠帶寬度測(cè)距處PM2.5濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 PM2.5濃度日變化特征

圖3 姚家園（A1）PM2.5濃度的日變化Fig. 3 Diurnal Variation of PM2.5Concentration in Yaojiayuan

圖4 六郎莊（A2）PM2.5濃度的日變化Fig. 4 Diurnal Variation of PM2.5Concentration in Liulangzhuang

各試驗(yàn)點(diǎn)空氣PM2.5濃度的日變化曲線(xiàn)基本上呈現(xiàn)“雙峰單谷”型，即早晚高、白天低（圖3～圖5）。早上與晚上相比，晚上的PM2.5濃度高于早上。各綠地不同綠帶寬度PM2.5濃度自8:00后增加，10:00后開(kāi)始濃度一直下降，到12:00～14:00左右達(dá)到最低值，之后呈持續(xù)上升狀態(tài)，直至晚高峰19:00濃度達(dá)一天中的最大值。道路車(chē)流量日變化與空氣PM2.5濃度的日變化特征保持相對(duì)的一致性，即雙峰單谷型，早晨8:00～10:00車(chē)流量增加，出現(xiàn)早高峰，12:00～14:00車(chē)流量減少，16:00～18:00車(chē)流量增加，出現(xiàn)晚高峰。早晚高峰車(chē)流量基本相當(dāng)。而空氣PM2.5濃度在晚19:00點(diǎn)達(dá)到全天最高值，說(shuō)明污染物濃度在無(wú)風(fēng)的天氣維持時(shí)，空氣中的污染物質(zhì)就會(huì)不斷的累積，在污染源一致的條件下，傍晚污染物濃度高于清晨。

圖5 藍(lán)靛廠（A3）PM2.5濃度的日變化Fig. 5 Diurnal Variation of PM2.5Concentration in Landianchang

2.2 道路綠地對(duì)PM2.5消減作用

全年無(wú)污染或輕度污染（PM2.5＜100 μg·m-3)天氣條件下，道路綠地對(duì)PM2.5的消減作用表明（圖6），不同綠地不同寬度測(cè)距間PM2.5消減作用有所不同，各測(cè)點(diǎn)在6 m、16 m、26 m、36 m的地段均有明顯消減作用，變幅為0.64%～12.22%之間，綠帶消減率排序?yàn)椋篈3(藍(lán)靛廠橋南)＞A1（姚家園北路）＞A2（六郎莊北）。三塊道路綠地中，藍(lán)靛廠橋南綠地對(duì)PM2.5消減作用高于其他兩塊綠地，平均消減率為9.70%，在36 m處消減率最高，達(dá)到12.22%。姚家園路綠地對(duì)PM2.5平均消減率為2.40%，在26 m處消減率最高，達(dá)到4.52%。六郎莊綠地對(duì)PM2.5平均消減率為2.12%，在36 m處消減率最高，為3.54%。不同綠帶寬度處消減率排序?yàn)?6 m＞26 m＞16 m＞6 m。形成這種消減差異的主要原因可能與各點(diǎn)綠帶配置結(jié)構(gòu)與植物種類(lèi)有關(guān)。藍(lán)靛廠橋南綠地群落組成多為大型喬木，林內(nèi)郁閉度高，達(dá)到80%，而六郎莊綠地喬木層郁閉度僅為50%，故滯塵能力差異明顯。消減結(jié)果表明道路綠地的寬度在26 m及以上能夠取到較好的滯留顆粒物作用。同時(shí)，也說(shuō)明了不同道路綠地植物配置模式可對(duì)PM2.5的消減能力產(chǎn)生影響。

圖6 無(wú)污染或輕度污染條件下道路綠地對(duì)PM2.5的消減能力Fig.6 The Subduction Effect of Green Spaces on PM2.5Concentration under the Weather Condition of Non-pollution or Slight Pollution

中度污染（101 μg·m-3＜PM2.5＜200 μg·m-3)天氣條件下，綠地對(duì)PM2.5消減作用表明（圖7），不同地點(diǎn)不同綠帶寬度下道路綠地對(duì)PM2.5消減作用不明顯，除藍(lán)靛廠橋南綠地對(duì)PM2.5有消減作用外，其他兩塊綠地的消減率大多呈負(fù)值，這充分說(shuō)明綠地對(duì)PM2.5消減作用的發(fā)揮受一定的天氣污染條件制約。同時(shí)也表明，在同等的天氣狀況下，不同的植物配置模式對(duì)空氣細(xì)顆粒物污染狀況存在較大影響。以喬木林為主且郁閉度較高的藍(lán)靛廠的植物配置模式在中度污染情況下對(duì)道路PM2.5消減率仍為正值，而沒(méi)有形成復(fù)層結(jié)構(gòu)群落且郁閉度較低的六郎莊和姚家園植物配置模式對(duì)PM2.5消減率大多為負(fù)值，這說(shuō)明多復(fù)層結(jié)構(gòu)的植物配置模式對(duì)空氣細(xì)顆粒物污染的消減作用，要明顯優(yōu)于單層結(jié)構(gòu)植物配置模式。

圖7 中度污染條件下道路綠地對(duì)PM2.5的消減能力Fig. 7 The Subduction Effect of Green Spaces on PM2.5Concentration under the Weather Condition of Moderate Pollution

重度污染（PM2.5＞200 μg·m-3)天氣條件下，綠地對(duì)PM2.5消減作用表明（圖8），當(dāng)空氣細(xì)顆粒物污染達(dá)到重度以上程度時(shí)，不同地點(diǎn)不同綠帶寬度下道路綠地對(duì)PM2.5消減作用均不明顯，全部呈負(fù)值。由此說(shuō)明，綠地滯塵效果和消減能力有限。在重度污染條件下，基本不能達(dá)到消減和滯塵作用。

圖8 重度污染條件下道路綠地對(duì)PM2.5的消減能力Fig. 8 The Subduction Effect of Green Spaces on PM2.5Concentration under the Weather Condition of Heavy Pollution

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

道路綠帶已經(jīng)成為消除交通污染源的重要方法（王蕾等，2006；王贊紅和李紀(jì)標(biāo)，2006；柴一新等，2000），研究不同寬度與植物配置的道路綠地如何消減PM2.5濃度，可以為城市大氣污染治理提供更多科學(xué)依據(jù)。

道路兩側(cè)的PM2.5濃度變化趨勢(shì)與交通流的變化趨勢(shì)表現(xiàn)一致，說(shuō)明PM2.5濃度的日變化特征與早晚高峰道路車(chē)流量變化有一定的相關(guān)性。這與已有研究揭示的城市道路交通的大氣顆粒物污染特征一致（戴思迪等，2012）。PM2.5濃度的日變化也受到天氣條件的影響。當(dāng)晴好無(wú)風(fēng)的天氣維持時(shí)，空氣中的污染物質(zhì)就會(huì)不斷的累積，空氣質(zhì)量逐漸下降，致使傍晚PM2.5濃度更高。若匹配適當(dāng)?shù)臐穸葪l件就會(huì)向霧霾天氣演化，直至有新的天氣過(guò)程發(fā)生而改變（施曉暉和徐祥德，2012）。

研究說(shuō)明，綠地內(nèi)的植物配置與植物種類(lèi)組成影響著綠地對(duì)PM2.5的消減作用，其中郁閉度較高的多復(fù)層群落結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于郁閉度較低的單層群落結(jié)構(gòu)，這與植物群落滯塵規(guī)律表現(xiàn)一致（殷杉等，2007）。但綠地對(duì)PM2.5消減作用有限，尤其在嚴(yán)重霧霾天氣條件下，綠地內(nèi)的PM2.5會(huì)不斷累積，隨著距離道路越遠(yuǎn)，濃度逐漸增大，林帶內(nèi)要高于林帶邊緣。

3.2 結(jié)論

根據(jù)北京城市道路綠地的主要類(lèi)型及城區(qū)道路格局分布特點(diǎn)，在四環(huán)道路綠地沿垂直城市主風(fēng)向下側(cè)，分別選取姚家園北路、六郎莊北、藍(lán)靛廠橋南3種不同綠地配置模式作為試驗(yàn)點(diǎn)，對(duì)0 m、6 m、16 m、26 m、36 m不同綠帶寬度下PM2.5濃度分布狀況及其對(duì)PM2.5的消減能力，PM2.5濃度分布與交通污染源、植物配置間的關(guān)系進(jìn)行了研究。得出了以下主要結(jié)論：

道路綠地空氣中PM2.5濃度的日變化與道路車(chē)流量均呈現(xiàn)雙峰單谷型特征，即早晚高、白天低，最低值出現(xiàn)在12:00～14:00左右，最高值出現(xiàn)在交通晚高峰后19:00左右，道路兩側(cè)的PM2.5濃度變化趨勢(shì)與交通流的變化趨勢(shì)基本一致。道路車(chē)流量越大，空氣中PM2.5濃度越高。

本文分別對(duì)3類(lèi)空氣質(zhì)量（無(wú)污染或輕度污染、中度污染和重度污染）條件下，道路綠地對(duì)PM2.5消減作用進(jìn)行評(píng)價(jià)。在無(wú)污染或輕度污染（PM2.5＜100 μg·m-3)環(huán)境、中度污染（101 μg·m-3＜PM2.5＜200 μg·m-3)的環(huán)境及重度污染（PM2.5＞201 μg·m-3)等3種環(huán)境條件下，道路綠地對(duì)PM2.5消減作用不同。無(wú)污染或輕度污染環(huán)境下，綠地對(duì)PM2.5消減作用明顯，不同綠地的消減率不同，但都表現(xiàn)出26 m及36 m的綠帶處消減作用最強(qiáng)，最高可達(dá)12.22%；其中藍(lán)靛廠橋南綠地對(duì)PM2.5的消減作用最明顯，平均消減率達(dá)到9.70%。中度污染的環(huán)境下，只有藍(lán)靛廠橋南綠地對(duì)PM2.5具有消減作用；重度污染天氣條件下3種綠地對(duì)PM2.5消減作用均不明顯。

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Abstract：Through selecting road green spaces, which communities in the typical configuration, as experimental monitoring points, PM2.5concentration distribution, subduction and its relationship with changes of traffic flow and configuration mode of plant community were studied under different greenbelt widths of 0 m, 6 m, 16 m, 26 m and 36 m. Meanwhile, respectively under three categories of air quality conditions, the effect of road green spaces on PM2.5abatement were evaluated. The results showed that: 1) Daily changes of PM2.5concentration were consistent with that of traffic flow, furthermore, diurnal variation characteristics of PM2.5concentration in road green spaces was described by the double peak and single valley curve, which were high in morning and night and low in daylight, and the highest values at 19:00 and the lowest values at 12:00. 2) The subduction rates were different in green spaces. And the subduction effect of green spaces on PM2.5concentration, which were more-layer structure types with high canopy density, was better than whose structure types were one-layer with low canopy density. 3) Under the air quality conditions of non-pollution or slight pollution (PM2.5＜100 μg·m-3), the subduction effect of green spaces on PM2.5concentration was very obvious and greenbelt width of 26 m and 36 m had the best subduction effect by 12.22%. Under the air quality conditions of moderate pollution (101 μg·m-3＜PM2.5＜200 μg·m-3), only green spaces of south Landianchang bridge, which communities in the configuration tree forest - oriented, high canopy density, had the subduction effect on PM2.5concentration. However, under the air quality conditions of intense pollution (PM2.5＞200 μg·m-3), the subduction effect was limited.

Subduction effect of urban arteries green space on atmospheric concentration of PM2.5in Beijing

LI Xinyu, ZHAO Songting, LI Yanming*, GUO Jia, LI Wei
Beijing institute of landscape architecture, Beijing Key Laboratory of Ecological Function Assessment and Regulation Technology of Green Space Beijing 100102, China

concentration variation of PM2.5; subduction rate; road green space; green belt width; configuration mode

X173

A

1674-5906（2014）04-0615-07

李新宇，趙松婷，李延明，郭佳，李薇. 北京市不同主干道綠地群落對(duì)大氣PM2.5濃度消減作用的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 23(4): 615-621.

LI Xinyu, ZHAO Songting, LI Yanming, GUO Jia, LI Wei. Subduction effect of urban arteries green space on atmospheric concentration of PM2.5in Beijing [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(4): 615-621.

國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題（2013BAC17B03）

李新宇（1979年生），女（蒙族），高級(jí)工程師，博士，研究方向?yàn)槌鞘袌@林綠地功能評(píng)價(jià)。E-mail：lxy09618@163.com

*通訊作者：LIyanming-beijing@hotmail.com

2014-02-26