王軼浩，凱 旋，謝雙喜

（1.重慶市林業(yè)科學(xué)研究院，重慶 400036；2.貴州大學(xué)林學(xué)院，貴陽 550025）

重慶鐵山坪森林植被調(diào)控下的大氣PM2.5和PM10特征

王軼浩1，凱 旋2，謝雙喜2

（1.重慶市林業(yè)科學(xué)研究院，重慶 400036；2.貴州大學(xué)林學(xué)院，貴陽 550025）

2014年8月～2015年7月，以重慶鐵山坪森林公園主干道路為對(duì)照，采用高精度手持式PM2.5速測(cè)儀（CWHAT200）定位監(jiān)測(cè)了不同樹種、林分及其結(jié)構(gòu)特征調(diào)控下的大氣PM2.5和PM10顆粒物濃度特征。結(jié)果表明：鐵山坪森林公園道路和7個(gè)監(jiān)測(cè)樹種的大氣PM2.5和PM10顆粒物濃度變化均比較大，與公園道路相比，各監(jiān)測(cè)樹種均不同程度表現(xiàn)出具有削減大氣PM2.5和PM10顆粒物功能，其中以楓香削減大氣顆粒物的能力最強(qiáng)，楠竹最弱；不同林分調(diào)控下的大氣顆粒物濃度表現(xiàn)為針闊混交林＞闊葉林＞針葉林；各林分的不同垂直結(jié)構(gòu)調(diào)控下的大氣PM2.5和PM10顆粒物濃度均表現(xiàn)為喬木層＞喬灌層＞喬灌草層，相反，其削減大氣顆粒物的能力則均為喬灌草層＞喬灌層＞喬木層。可見，具備喬灌草空間結(jié)構(gòu)配置的林分具有更強(qiáng)的調(diào)控大氣顆粒物能力。

森林植被；大氣顆粒物；調(diào)控；森林公園；重慶

近年來我國城市霧霾日漸嚴(yán)重，已成為嚴(yán)重制約人們生活質(zhì)量改善的重要因素［1］，尤其是可吸入顆粒物（Dp＜10μm）和細(xì)顆粒物（Dp＜2.5μm）。由于其粒徑小，表面積大，易吸附大氣中的重金屬、氮氧化物等有毒物質(zhì)，對(duì)人體毒性大，且其擴(kuò)散能力強(qiáng)，能直接降低大氣能見度，因此，受到社會(huì)各界廣泛關(guān)注［2-4］。為此，我國已于2012年重新修訂了《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012），并將大氣PM2.5顆粒物納入環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。森林植被作為陸地生態(tài)系統(tǒng)主體，具有涵養(yǎng)水源、保持水土、提供負(fù)氧離子等多種生態(tài)功能［5～6］，其特殊的葉面特性和復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)特征，能有效調(diào)控大氣顆粒物濃度［7～8］。然而，影響森林植被調(diào)控大氣顆粒物能力大小的因素很多，包括森林植被結(jié)構(gòu)特征［9］、氣象條件［10～11］、林外大氣顆粒物濃度［12～13］等，這從一定程度上限制了人們對(duì)森林植被調(diào)控大氣顆粒物能力的科學(xué)認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)。通過直接對(duì)森林植被調(diào)控下的大氣顆粒物濃度長期定位監(jiān)測(cè)，將有助于科學(xué)理解森林植被調(diào)控大氣顆粒物的能力，并對(duì)其森林植被合理構(gòu)建與經(jīng)營具有重要的科學(xué)指導(dǎo)意義。

重慶市是我國較早開展大氣PM2.5顆粒物監(jiān)測(cè)的城市之一，位于重慶城郊的鐵山坪國家森林公園于1988年經(jīng)國家林業(yè)部批準(zhǔn)建立，目前森林覆蓋率高達(dá)90%，是重慶主城“四大肺葉”之一，對(duì)調(diào)控重慶城區(qū)生態(tài)環(huán)境發(fā)揮著重要的屏障作用。本研究在鐵山坪森林公園通過對(duì)不同樹種、林分及其結(jié)構(gòu)特征調(diào)控下的大氣PM2.5和PM10顆粒物進(jìn)行定位監(jiān)測(cè)，研究其調(diào)控下的大氣PM2.5和PM10顆粒物特征及其調(diào)控能力，旨在為該區(qū)域森林植被構(gòu)建與經(jīng)營管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于重慶市江北區(qū)鐵山坪森林公園（E106°39′01″～106°51′45″，N29°34′00″～29°40′00″），屬中亞熱帶濕潤氣候，年降水量1 100 mm左右，年均氣溫18℃。該地為四川盆周低山丘陵區(qū)，最高海拔579 m，土壤以砂巖上發(fā)育的山地黃壤為主，土層厚度變化在40 cm～80 cm。鐵山坪森林公園現(xiàn)有森林面積1 200 hm2，植物種類81科260種。森林植被以天然次生林為主，林分分層現(xiàn)象較為明顯，上層主要為馬尾松，伴生有少量的香樟（Cinnamomum camphora）、楠木（Phoebe zhennan）等，下木層主要有木荷（Schima superba）、杜英（Elaeocarpus sylvestris）、杉木（Cuninhama lanceolata）、毛桐（Mallotus barbatus）等。公園內(nèi)道路、交通等基礎(chǔ)設(shè)施較為完備，其中，翠微路作為公園主干道，貫穿其中，可直達(dá)渝北區(qū)玉峰山；該公園近年來已成為重慶市民及周邊居民日常休閑康養(yǎng)的重要去處，年接待游客50萬人次以上。

2 研究方法

2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

在鐵山坪森林公園中心地帶，以翠微路主干道為對(duì)照，在道路兩側(cè)選擇距離相近、冠幅飽滿、相對(duì)孤植的馬尾松、香樟、木荷、羅漢松（Podocarpusmacrophyllus）、楓香（Liquidambar formosana）、水杉（Metasequoia glyptostroboides）、楠竹（Phyllostachys heterocycla）等常見行道樹為研究對(duì)象。同時(shí)，在道路一側(cè)選擇距離相近且具有代表性的針葉林、針闊混交林和闊葉林設(shè)置固定樣地，規(guī)格為30 m（30 m，其基本情況見表1。作為測(cè)定森林植被調(diào)控下的大氣PM2.5和PM10顆粒物濃度的定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

表1 固定樣地基本情況表Tab．1 Basic characteristics of sample plots

2．2 大氣顆粒物測(cè)定

在2014年8月～2015年7月，每月采用高精度手持式PM2．5速測(cè)儀（CW-HAT200）在鐵山坪森林公園各監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)定大氣PM2．5、PM10顆粒物濃度2—3次，每次測(cè)定均在上午9：00～10：00進(jìn)行，測(cè)定3組數(shù)據(jù)，取其平均值。其中，測(cè)定不同樹種的大氣PM2．5和PM10顆粒物濃度時(shí)，具體在各監(jiān)測(cè)樹種冠幅下、靠近樹干胸徑位置處測(cè)定；而對(duì)于不同林分及其結(jié)構(gòu)特征，則首先在各固定樣地內(nèi)設(shè)置喬木層、喬灌層、喬灌草層3個(gè)測(cè)定區(qū)，然后在各區(qū)分別進(jìn)行測(cè)定。同時(shí)，每次測(cè)定時(shí)同步在主干道路空曠處測(cè)定其大氣顆粒物濃度值作為研究背景值。

3 結(jié)果與分析

3．1 不同樹種調(diào)控下的大氣PM2．5和PM10顆粒物特征

大氣顆粒物濃度由于不僅受到其排放源影響，而且還受氣象條件、植被特征等外部環(huán)境因素影響。由表2可知，監(jiān)測(cè)期內(nèi)，公園道路和各樹種的大氣PM2．5和PM10顆粒物濃度的變化都比較大，其中，公園道路的大氣PM2．5顆粒物變化在10μg·m-3～144μg·m-3之間，各樹種基本變化在9μg·m-3～140μg·m-3之間；公園道路的大氣PM10顆粒物則變化20μg·m-3～308μg·m-3之間，各樹種變化在20μg·m-3～311μg·m-3之間?？梢?，不管是公園道路，還是各監(jiān)測(cè)樹種，其大氣PM10顆粒物濃度變化幅度均大于大氣PM2．5顆粒物。

監(jiān)測(cè)期內(nèi)，公園道路的大氣PM2．5、PM10顆粒物濃度的平均值分別為57μg·m-3、122μg·m-3（表2），而各監(jiān)測(cè)樹種調(diào)控下的大氣PM2．5顆粒物濃度的平均值變化在49μg·m-3～51μg·m-3之間，大氣PM10顆粒物變化在102μg·m-3～116μg ·m-3之間。與公園道路相比，各樹種均不同程度表現(xiàn)出具有削減大氣PM2．5和PM10顆粒物功能，其削減大氣PM2．5顆粒物的能力大小排序?yàn)闂飨悖?4.07%）＞馬尾松（12.16%）＞水杉（11.72%）＞羅漢松（11.34%）＞香樟（10.85%）＞木荷（10.63%）＞楠竹（3.60%）；其削減大氣PM10顆粒物能力大小與大氣PM2．5顆粒物略有不同，其大小排序?yàn)闂飨悖?6.17%）＞水杉（13.93%）＞羅漢松（13.72%）＞馬尾松（13.70%）＞香樟（11.44%）＞木荷（11.21%）＞楠竹（4.96%）。這說明樹種葉片對(duì)不同大氣顆粒物的附著能力有差異，這與王兵等［1］研究結(jié)果一致。但總體看，本研究中以楓香的削減大氣顆粒物能力最強(qiáng)，馬尾松、羅漢松、水杉等各針葉樹種次之，楠竹最弱，這也可能與楓香葉片表面附著有較多短柔毛有關(guān)。

表2 不同樹種調(diào)控下的大氣PM2．5和PM10顆粒物特征Tab．2 Characteristics of atmospheric PM2．5and PM10regulated by different tree species

3．2 不同林分調(diào)控下的大氣PM2．5和PM10顆粒物特征

由表3可知，監(jiān)測(cè)期內(nèi)針葉林、針闊混交林、闊葉林等林分調(diào)控下的大氣PM2．5顆粒物濃度分別為50μg·m-3、52μg·m-3和52μg·m-3，大氣PM10顆粒物濃度分別為102μg·m-3、107μg· m-3、105μg·m-3，說明針葉林內(nèi)的大氣顆粒物濃度較低。與公園道路相比，針葉林、針闊混交林、闊葉林等林分削減大氣PM2．5顆粒物的能力分別為13.59%、10.35%和9.83%，削減大氣PM10顆粒物的能力分別為16.49%、11.71%和12.68%?？傮w看，本研究中針葉林具有更強(qiáng)的削減大氣PM2．5和PM10顆粒物能力，而針闊混交林和闊葉林間相差不大，并且對(duì)不同大氣顆粒物其削減能力不同，其中，針闊混交林削減大氣PM2．5顆粒物的能力更強(qiáng)，而闊葉林削減大氣PM10顆粒物的能力則更強(qiáng)。這可能與本研究中針葉林具有更大的葉面積指數(shù)及其單位葉面積滯塵量更強(qiáng)有關(guān)，王會(huì)霞等［14］研究認(rèn)為植物滯留大氣顆粒物數(shù)量取決于單位葉面積的滯留量和葉面積指數(shù)，同時(shí)，針葉表面能分泌一些粘性物質(zhì)，也能起到促進(jìn)大氣顆粒物滯留的作用［15～16］。

3．3 不同林內(nèi)結(jié)構(gòu)調(diào)控下的大氣PM2．5和PM10顆粒物特征

森林植被大多具有明顯的空間垂直結(jié)構(gòu)特征，由表3可知，各林分（針葉林、針闊混交林和闊葉林）的不同垂直結(jié)構(gòu)調(diào)控下的大氣PM2．5和PM10顆粒物濃度均表現(xiàn)為喬木層＞喬灌層＞喬灌草層。這說明在各林分的不同空間結(jié)構(gòu)測(cè)定區(qū)，均以喬灌草層測(cè)定區(qū)的大氣顆粒物濃度最低，其中，各林分喬灌草層的大氣PM2．5顆粒物依次分別為49μg·m-3、51μg·m-3和51μg·m-3，大氣PM10顆粒物依次分別為99μg·m-3、105μg·m-3和103μg·m-3。這可能與林分結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、其可附著大氣顆粒物的葉表面積越大有關(guān)。

與公園道路相比，各空間垂直結(jié)構(gòu)的削減大氣PM2．5和PM10顆粒物的能力均表現(xiàn)為喬灌草層＞喬灌層＞喬木層（表3）。其中，針葉林、針闊混交林和闊葉林的喬灌草層削減大氣PM2．5、PM10顆粒物分別為15.24%、11.81%、10.88%和18.64%、13.23%、14.39%，而其喬木層削減大氣PM2．5、PM10顆粒物分別為12.32%、8.78%、8.82%和14.68%、10.13%、11.34%?？梢姡S著林分空間垂直結(jié)構(gòu)越豐富，其削減大氣顆粒物的能力越強(qiáng)，說明具備喬灌草空間結(jié)構(gòu)配置的林分將具有更強(qiáng)的削減大氣顆粒物能力。

表3 不同林分及其結(jié)構(gòu)調(diào)控下的大氣PM2．5和PM10顆粒物特征Tab．3 Characteristics of atm ospheric PM2．5and PM10regulated by different forest stands and structural characteristics

4 結(jié)論

（1）鐵山坪森林公園道路和7個(gè)監(jiān)測(cè)樹種的大氣PM2．5和PM10顆粒物濃度變化均較大，其中，公園道路的大氣PM2．5、PM10顆粒物分別變化在10μg ·m-3～144μg·m-3、20μg·m-3～308μg·m-3之間，各監(jiān)測(cè)樹種則基本變化在9μg·m-3～140 μg·m-3、20μg·m-3～311μg·m-3之間，且均不同程度表現(xiàn)出具有削減大氣PM2．5和PM10顆粒物功能，其中以楓香削減大氣PM2．5和PM10顆粒物的能力最強(qiáng)，馬尾松、羅漢松、水杉等各針葉樹種次之，楠竹最弱。

（2）不同林分調(diào)控下的大氣顆粒物濃度表現(xiàn)為針闊混交林＞闊葉林＞針葉林；其削減大氣PM2．5顆粒物的能力分別為10.35%、9.83%和13.59%，削減大氣PM10顆粒物的能力分別為11.71%、12.68%和16.49%。

（3）針葉林、針闊混交林和闊葉林的不同垂直結(jié)構(gòu)特征調(diào)控下的大氣PM2．5和PM10顆粒物濃度均表現(xiàn)為喬木層＞喬灌層＞喬灌草層，相反，削減大氣PM2．5和PM10顆粒物的能力則均表現(xiàn)為喬灌草層＞喬灌層＞喬木層。表明喬灌草空間結(jié)構(gòu)配置具有更強(qiáng)的削減大氣顆粒物能力，其削減大氣PM2．5和PM10顆粒物的平均能力達(dá)到12.64%和15.42%。

（4）通過對(duì)林內(nèi)大氣顆粒物濃度的長期定位監(jiān)測(cè)，能直接反映森林植被對(duì)大氣顆粒物的調(diào)控效果以及森林植被局部小環(huán)境內(nèi)的空氣質(zhì)量。但正如影響大氣顆粒物濃度變化的影響因素很多，只有同步對(duì)森林植被結(jié)構(gòu)、氣象條件、顆粒物排放源等多指標(biāo)進(jìn)行全面地長期定位監(jiān)測(cè)，才能從機(jī)理上掌握森林植被調(diào)控大氣顆粒物的能力以及建立具有普適性的數(shù)學(xué)模型，今后還有待在該方面開展進(jìn)一步研究。

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Characteristics of Atmospheric PM2．5and PM10Regulated by Forest Vegetation in the Tieshanping Forest Park of Chongqing

WANG Yi-hao1KAIXuan2XIE Shuang-xi2

（1.Chongqing Academy of Forestry，Chongqing 400036，China；2 College of Forestry，Guizhou University，Guiyang 550025，China）

From August2014 to July 2015，taking road monitoring plot in the Tieshanping Forest Park in Chongqing as the contrast，characteristics of atmospheric PM2.5and PM10under the regulation of different tree species，forest stands and structural characteristicsweremonitored by the High Precision Hand Held PM2.5（CW-HAT200）.The results showed that variations of atmospheric PM2.5and PM10in the park road and under canopies of seven tree specieswere larger.Compared with concentrations of atmospheric PM2.5and PM10in the park road，each monitored tree species had different degrees of ability to reduce atmospheric particulatematter，and Liquidambar formosana had a stronger ability to reduce atmospheric particulatematter，but the ability of Phyllostachysheterocycla wasweaker.The concentration of atmospheric PM2.5and PM10under the regulation of different forest stands was in the order of conifer-broadleaf forest＞broadleaved forest＞coniferous forest.The concentrations of atmospheric PM2.5and PM10of different vertical structures from forest stands allwere in the order of tree layer＞tree and shrub layer＞tree，shrub and herb layer.On the contrary，the ability to reduce atmospheric particlematter allwas in the order of tree，shrub and herb layer＞tree and shrub layer＞tree layer.Therefore，forest stand with a complete spatialstructure（tree，shrub and herb layer）would have a stronger ability to reduce atmospheric particulatematter.

Forest vegetation，Atmospheric particulatematter，Regulation，F(xiàn)orest park，Chongqing

S718.51

A

1003-5508（2016）06-00-0

10.16779／j.cnki.1003-5508.2016.06.011

2016-06-03

重慶市科委基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（2013cstc-jbky-00703）；重慶市前沿與應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（cstc2014 jcyjA00038）；重慶市林業(yè)局軟科學(xué)研究項(xiàng)目（渝林科研2014-8）。

王軼浩（1982-），男，博士，高級(jí)工程師，主要從事森林生態(tài)、環(huán)境生態(tài)研究。E-mail：wyih515＠163.com