王成云,陳妍羽,李帥英,谷建才,暴可心,劉松珊
(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,河北 保定 071000)
保定地區(qū)常見(jiàn)城市綠化樹(shù)種對(duì)PM2.5滯納能力與大氣PM2.5濃度關(guān)系的研究
王成云,陳妍羽,李帥英,谷建才,暴可心,劉松珊
(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,河北 保定 071000)
為了探究綠化樹(shù)種對(duì)PM2.5滯納能力與大氣中PM2.5濃度的關(guān)系,該研究選取了保定市河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)、保定市競(jìng)秀公園和保定市植物園中栽植的具有代表性的11種常見(jiàn)城市綠化樹(shù)種,對(duì)其在不同大氣PM2.5濃度下滯納PM2.5能力進(jìn)行了探討。利用氣溶膠再發(fā)生器(QRJZFSQ-I)、Dustmate手持PM2.5監(jiān)測(cè)儀、葉面積掃描儀等測(cè)定各樹(shù)種在不同大氣PM2.5濃度下的單位葉面積滯納PM2.5物質(zhì)量。結(jié)果表明:綠化樹(shù)種對(duì)PM2.5滯納能力與大氣PM2.5濃度呈正相關(guān);且在同一大氣PM2.5濃度條件下,針葉樹(shù)對(duì)PM2.5滯納能力普遍比闊葉樹(shù)強(qiáng)。同一綠化樹(shù)種滯納能力在不同大氣PM2.5濃度環(huán)境下具有規(guī)律性變化,整體基本表現(xiàn)為河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)>競(jìng)秀公園>植物園。
PM2.5濃度;空氣質(zhì)量;綠化樹(shù)種
京津冀地區(qū)是霧霾重災(zāi)區(qū),而保定作為京津冀地區(qū)中心城市之一,霧霾時(shí)常發(fā)生。霧霾主要由顆粒物分散在大氣中形成的固體氣溶膠組成,其中對(duì)人身體危害比較大的是PM2.5,PM2.5的空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于或等于2.5μm,能直接進(jìn)入并粘附在人的下呼吸道和肺葉,同時(shí)微粒中的化學(xué)成分會(huì)對(duì)人體造成傷害[1-5]。城市園林綠化樹(shù)種具有顯著減弱空氣顆粒物的污染和降低霧霾天氣的發(fā)生,能有效地改善城市環(huán)境質(zhì)量[6-7]。在不同大氣PM2.5濃度條件下綠化樹(shù)種對(duì)PM2.5滯納能力有顯著差異[8]。因此本文研究了保定地區(qū)11種常見(jiàn)綠化樹(shù)種對(duì)PM2.5的滯納能力與大氣PM2.5濃度的關(guān)系,為保定地區(qū)城市綠化樹(shù)種的選擇提供理論依據(jù)。
保定市位于太行山東麓,冀中平原西部,地處北京、天津、石家莊三角地帶。北緯38°10′~40°00′,東經(jīng)113°40′~116°20′之間。屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū),四季分明。年均降雨量575.4mm,年日照2447~2871h,年均氣溫差距較大,平原為12.7℃,山區(qū)為7.4℃。年平均風(fēng)速1.8m/s,無(wú)霜期165~210d。該地區(qū)的植物具有耐寒、耐旱、樹(shù)干粗壯挺拔、冬季落葉、根系發(fā)達(dá)的典型特征。保定園林植物大部分為落葉闊葉樹(shù),少部分為常綠針葉樹(shù),以松科類針葉常綠植物較多。
2.1 試驗(yàn)地點(diǎn)
河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)位于保定市區(qū)南緣,毗鄰南二環(huán),面積約63hm2,現(xiàn)有綠地面積22.6hm2,綠地覆蓋面積約24hm2,喬木約有70余種,約7700株,植物種類豐富;四周大多為城中村,并且大量大中小企業(yè)聚集其周圍。競(jìng)秀公園位于保定市區(qū)中心,占地18.5hm2,綠化率達(dá)到了77.5%,全園露地栽植植物達(dá)5萬(wàn)余株(叢);被七一西路、朝陽(yáng)北大街、五四西路、向陽(yáng)北大街環(huán)繞,車流量較大,但企業(yè)甚少。植物園位于保定市區(qū)的北部,總面積110hm2,綠地約88hm2,喬灌木種類繁多;四周幾乎全部為小區(qū)和高校,車流量較少。
2.2 供試材料
在保定市植物園、競(jìng)秀公園、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn),選取11種常見(jiàn)城市綠化樹(shù)種(詳見(jiàn)表1),樹(shù)種胸徑范圍13~15cm,分別采集葉片進(jìn)行測(cè)定。
表1 研究植物名稱
2.3 葉樣采集
本試驗(yàn)采樣時(shí)間為生長(zhǎng)季雨后第15天,為減少采樣時(shí)間不同導(dǎo)致的誤差,3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)在一天內(nèi)完成采集葉片工作。每個(gè)樹(shù)種選取6株(每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)選2株,樹(shù)木配置、環(huán)境基本一致)生長(zhǎng)狀況良好,胸徑13~15cm的個(gè)體植株做標(biāo)準(zhǔn)木,每株選取60枚葉片(束)。在樹(shù)冠的上、中、下部位及東、南、西、北4個(gè)方向采集葉片,采摘的葉片要求成熟、完整、無(wú)病蟲(chóng)害和斷殘,采集的葉樣合并,得到每個(gè)樹(shù)種的混合樣品。將采集的葉片封存于紙質(zhì)采集袋中帶回實(shí)驗(yàn)室處理。樣本采集情況見(jiàn)表2。
表2 11種常見(jiàn)綠化樹(shù)種采集基本情況
2.4 大氣環(huán)境中PM2.5濃度測(cè)定方法
河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)、競(jìng)秀公園、植物園的大氣PM2.5濃度值均是由Dustmate手持PM2.5監(jiān)測(cè)儀獲得。在各試驗(yàn)區(qū)分別隨機(jī)選取5個(gè)觀測(cè)點(diǎn),記錄每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的PM2.5濃度值,其平均值作為該試驗(yàn)區(qū)一天中的PM2.5濃度值,從6月3日至6月9日連續(xù)觀測(cè)7d。
2.5 葉片PM2.5滯納量測(cè)定方法
葉片的PM2.5滯納量應(yīng)用氣溶膠再發(fā)生器(QRJZFSQ—I)[8-10]獲得,氣溶膠再發(fā)生器是用來(lái)測(cè)定植物葉片PM2.5含量的儀器,利用風(fēng)蝕原理,將待測(cè)樣品顆粒物吹起,制成氣溶膠,再結(jié)合Dustmate手持PM2.5監(jiān)測(cè)儀獲得所制成的氣溶膠中PM2.5的質(zhì)量濃度,測(cè)量出葉片上PM2.5的滯納量。
再利用葉面積掃描儀和葉面積軟件計(jì)算放入料盒中所有葉片的葉面積,由公式(1)計(jì)算單位葉面積PM2.5滯納量。
式中m為單位葉面積PM2.5滯納量(mg/m2),m1為放入氣溶膠再發(fā)生器葉片的PM2.5滯納量(mg),S為放入氣溶膠再發(fā)生器料盒中所有葉片的葉面積(m2)。
3.1 各試驗(yàn)點(diǎn)大氣中PM2.5濃度分析
對(duì)保定市植物園、競(jìng)秀公園、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)大氣中PM2.5濃度進(jìn)行連續(xù)7d監(jiān)測(cè),測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。植物園、競(jìng)秀公園、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)大氣中PM2.5濃度變化范圍分別為0.050~0.095、0.054~0.099、0.057~0.110mg/m3。3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)在7d內(nèi)監(jiān)測(cè)到的大氣PM2.5濃度最大值分別為0.095、0.099、0.110mg/m3;其最小值分別為0.050、0.054、 0.057mg/m3。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)大氣中PM2.5濃度最大值和最小值在3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)中最高,其次為競(jìng)秀公園,植物園最低。3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)6月3日至6月7日大氣中PM2.5濃度變化幅度相對(duì)較小,6月8日大氣中PM2.5濃度變化幅度相對(duì)較大,達(dá)到最大值。就整體而言,從6月3日至6月9日,河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)大氣中PM2.5濃度都是最大,植物園最小,競(jìng)秀公園居于二者之間。出現(xiàn)以上結(jié)果,一方面可能與氣象因素有關(guān),更多可能取決于周邊的環(huán)境。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)位于南二環(huán),其周圍物流企業(yè)聚集,機(jī)動(dòng)車尾氣排放增加;其次是學(xué)校旁邊施工建設(shè),增加了城市揚(yáng)塵;再次是周邊大量城中村存在,燃煤污染嚴(yán)重;最后是靠近各種大中小企業(yè),有機(jī)廢氣排放量大,大氣污染比較嚴(yán)重,進(jìn)而導(dǎo)致大氣中PM2.5濃度比較高。植物園四周幾乎全部為小區(qū)和高校,車流量較少,大氣污染比較輕,所以大氣中PM2.5濃度最低。競(jìng)秀公園被七一西路、朝陽(yáng)北大街、五四西路、向陽(yáng)北大街壞繞,車流量較大,但企業(yè)甚少,大氣污染程度居于河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)和植物園之間,所以大氣中PM2.5濃度同樣居于二者之間。
表3 3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)6月3日至6月9日大氣中PM2.5濃度
3.2 不同綠化樹(shù)種在相同大氣PM2.5濃度下葉片PM2.5滯納量差異分析
3.2.1 植物園不同綠化樹(shù)種葉片PM2.5滯納量差異分析
植物園11種綠化樹(shù)種單位葉面積PM2.5滯納量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1看出:在相同大氣PM2.5濃度下不同綠化樹(shù)種單位葉面積PM2.5滯納量差異較大,各綠化樹(shù)種單位葉面積PM2.5滯納量在0.06~1.29mg/m2之間,供試的11種綠化樹(shù)種單位葉面積PM2.5滯納量前4位均為針葉樹(shù)種,最大的是檜柏,單位葉面積PM2.5滯納量達(dá)到1.29mg/m2,其次是雪松(0.88mg/m2),油松(0.64mg/m2),白皮松(0.43mg/m2)。11種綠化樹(shù)種單位葉面積PM2.5滯納量后7位均為闊葉樹(shù),垂柳、毛白楊、國(guó)槐、白蠟、懸鈴木、銀杏的單位葉面積PM2.5滯納量依次降低,最小的是黃櫨,僅0.06mg/m2,其單位葉面積PM2.5滯納量與最大值的檜柏相差21.5倍。11種供試綠化樹(shù)種的單位葉面積PM2.5滯納量從大到小依次排列為:檜柏(1.29mg/m2)>雪松(0.88mg/m2)>油松(0.64mg/m2)>白皮松(0.43mg/m2)>垂柳(0.25mg/m2)>毛白楊(0.23mg/m2)>國(guó)槐(0.20mg/m2)>白蠟(0.19mg/m2)>懸鈴木(0.18mg/m2)>銀杏(0.11mg/m2)>黃櫨(0.06mg/ m2)。由上述數(shù)據(jù)說(shuō)明,在相同大氣PM2.5濃度下,供試的11種綠化樹(shù)種單位葉面積滯納PM2.5的能力整體上是針葉樹(shù)種大于闊葉樹(shù)種,且不同針葉樹(shù)種間單位葉面積滯納PM2.5的能力差異高于闊葉樹(shù)種間的差異。
圖1 植物園不同綠化樹(shù)種單位葉面積PM2.5滯納量
3.2.2 競(jìng)秀公園不同綠化樹(shù)種葉片PM2.5滯納量分析
競(jìng)秀公園不同綠化樹(shù)種單位葉面積PM2.5滯納量見(jiàn)圖2。由圖2可知:競(jìng)秀公園11種供試綠化樹(shù)種單位葉面積PM2.5滯納量整體上是針葉樹(shù)種大于闊葉樹(shù)種,從大到小排列為:檜柏(1.37mg/m2)>雪松(0.92mg/m2)>油松(0.70mg/m2)>白皮松(0.49mg/m2)>毛白楊(0.30mg/m2)>垂柳(0.29mg/m2)>國(guó)槐(0.25mg/m2)>白蠟(0.22mg/m2)>懸鈴木(0.19mg/m2)>銀杏(0.13mg/m2)>黃櫨(0.09mg/m2),其中單位葉面積PM2.5滯納量最大的檜柏是滯納量最小黃櫨的15.2倍。從針闊葉樹(shù)種來(lái)看,針葉樹(shù)種間不同樹(shù)種單位葉面積PM2.5的滯納量不同,其中檜柏滯納量最大,其次為雪松、油松,最小的是白皮松,其單位葉面積PM2.5滯納量與最大值檜柏相差0.88mg/m2;不同闊葉樹(shù)種單位葉面積PM2.5滯納量也存在一定差異性,其中最小滯納量的黃櫨占毛白楊滯納量的43.33%。從圖2可以明顯觀察到,相鄰針葉樹(shù)種之間單位葉面積PM2.5滯納量相差的量明顯高于闊葉樹(shù)。
圖2 競(jìng)秀公園不同綠化樹(shù)種單位葉面積PM2.5滯納量
3.2.3 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)不同綠化樹(shù)種葉片PM2.5滯納量分析
河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)各測(cè)試綠化樹(shù)種單位葉面積PM2.5滯納量存在差異,針闊葉樹(shù)種單位葉面積PM2.5滯納量表現(xiàn)為針葉>闊葉。供測(cè)綠化樹(shù)種中檜柏明顯高于其它樹(shù)種,其單位葉面積PM2.5滯納量高達(dá)1.39mg/m2,是最小的黃櫨的12.63倍;在其余3種針葉樹(shù)種中,差異也較明顯,雪松、油松、白皮松單位葉面積PM2.5滯納量分別為0.98mg/m2、0.74mg/m2、0.53mg/m2,白皮松單位葉面積PM2.5滯納量相對(duì)最小,但依然要比7種闊葉樹(shù)單位葉面積PM2.5滯納量大。在余下樹(shù)種中,7種闊葉樹(shù)種間滯納量差異較為明顯,其中,垂柳與黃櫨單位葉面積PM2.5滯納量相差最大,差異達(dá)到0.23mg/m2。相鄰針葉樹(shù)種之間的單位葉面積PM2.5滯納量相差明顯高于相鄰闊葉樹(shù)種(見(jiàn)圖3)。
圖3 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)不同綠化樹(shù)種單位葉面積PM2.5滯納量
綜上所述,不同樹(shù)種在相同大氣PM2.5濃度下葉片對(duì)PM2.5的滯納量情況為:針葉樹(shù)種大于闊葉樹(shù)種,這可能取決于針闊葉樹(shù)種的自身生態(tài)學(xué)特性。針葉樹(shù)的葉片相對(duì)于闊葉樹(shù)的葉片,具有較多的絨毛和油脂,粘附性較強(qiáng),且針葉樹(shù)一般為常綠樹(shù)種,可一年四季吸附污染物。
3.3 相同綠化樹(shù)種在不同大氣PM2.5濃度下葉片PM2.5滯納量差異分析
同一綠化樹(shù)種在不同大氣PM2.5濃度下滯納PM2.5的能力具有一定差異性,見(jiàn)表4。同一綠化樹(shù)種在3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)單位葉面積PM2.5滯納量最大值均出現(xiàn)在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū),最小值都出現(xiàn)在植物園。11種供試綠化樹(shù)種中同一樹(shù)種在不同大氣PM2.5濃度下單位葉面積PM2.5滯納量排序?yàn)楹颖鞭r(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)>競(jìng)秀公園>植物園。供試的11種綠化樹(shù)種葉片對(duì)PM2.5單位面積滯納量會(huì)隨大氣PM2.5濃度的增加而增加,進(jìn)而表明,在一定范圍內(nèi),綠化樹(shù)種單位葉面積PM2.5滯納量可能與大氣PM2.5濃度均呈正相關(guān)。
表4 各樹(shù)種葉片在不同地點(diǎn)單位葉面積PM2.5滯納量
4.1 不同綠化樹(shù)種在相同大氣PM2.5濃度下葉片PM2.5滯納量分析
綠化樹(shù)種對(duì)大氣污染具有很強(qiáng)的吸收修復(fù)能力,并依污染程度和樹(shù)種的不同具有明顯差異[12]。王會(huì)霞等研究認(rèn)為植物滯留PM2.5等顆粒物的數(shù)量取決于單位葉面積PM2.5等顆粒物滯留量及其葉面積指數(shù),同時(shí)王蕾等研究認(rèn)為樹(shù)種吸收PM2.5顆粒物與樹(shù)葉結(jié)構(gòu)存在明顯關(guān)系,綠化樹(shù)種對(duì)PM2.5的吸收主要集中在葉片,因此選擇對(duì)PM2.5滯納能力較強(qiáng)的綠化樹(shù)種,對(duì)凈化空氣,減輕大氣污染具有重要意義[13-14]。大量研究表明,針葉樹(shù)種對(duì)PM2.5滯納能力普遍比闊葉樹(shù)種強(qiáng),劉霞等對(duì)青島市城陽(yáng)區(qū)主要綠化樹(shù)種滯塵能力的研究,證明了針葉樹(shù)種滯塵能力普遍比闊葉樹(shù)種強(qiáng)[15];趙云閣等研究表明針葉樹(shù)種單位面積吸附PM2.5含量高于其闊葉樹(shù)種[8],這與本研究中11種綠化樹(shù)種單位葉面積PM2.5滯納量整體表現(xiàn)出針葉樹(shù)>闊葉樹(shù)的規(guī)律結(jié)果一致,同時(shí)研究中還發(fā)現(xiàn)不同樹(shù)種在相同大氣PM2.5濃度下(同一功能區(qū))對(duì)葉片PM2.5滯納量表現(xiàn)出明顯差異,由樹(shù)高、冠幅和葉面特性(黏度、絨毛、粗糙度)等引起[16],但是不同針葉樹(shù)種間對(duì)PM2.5滯納量差異較闊葉樹(shù)種間差異較大[8]。
4.2 相同綠化樹(shù)種在不同大氣PM2.5濃度下葉片PM2.5滯納量分析
11種供試綠化樹(shù)種中同一樹(shù)種在不同大氣PM2.5濃度下單位葉面積PM2.5滯納量排序?yàn)楹颖鞭r(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)>競(jìng)秀公園>植物園,研究表明大氣中細(xì)顆粒物PM2.5主要來(lái)源于各種燃料燃燒,建筑揚(yáng)塵、發(fā)電、制造等各種工業(yè)過(guò)程及各類交通工具排放的尾氣[18-19]??紤]到河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)、競(jìng)秀公園及植物園的周邊環(huán)境,這也驗(yàn)證了本研究中大氣中PM2.5顆粒物平均含量為河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)>競(jìng)秀公園>植物園。阿麗亞·拜都熱拉等研究發(fā)現(xiàn)工業(yè)區(qū)、交通樞紐區(qū)樹(shù)種單位葉面積滯塵量比居民區(qū)、清潔區(qū)高,其可能的原因是前兩個(gè)區(qū)空氣中的顆粒物濃度比后兩區(qū)高,說(shuō)明樹(shù)種葉面滯塵量受當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量的影響,同一樹(shù)種在不同立地條件下滯塵量也相應(yīng)的不同[16]。方穎等研究結(jié)果表明,大部分綠化樹(shù)種葉片滯塵量的季節(jié)變化,這與空氣中懸浮顆粒物含量季節(jié)變化的規(guī)律相一致;同一樹(shù)種在不同地點(diǎn)的葉片滯塵量可以反映樹(shù)木所在環(huán)境空氣質(zhì)量[17]。這與本研究結(jié)果相一致。
本研究只對(duì)綠化樹(shù)種葉片單位面積滯納PM2.5與大氣中PM2.5濃度關(guān)系進(jìn)行了研究,只考慮大氣中PM2.5濃度單一因素,不能夠全面反應(yīng)綠化樹(shù)種對(duì)PM2.5的滯納能力,且3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)所處環(huán)境不同,易受多種因素影響,使研究結(jié)果具有一定局限性。因此,今后應(yīng)進(jìn)一步根據(jù)環(huán)境因子差異性在不同區(qū)域多方面、多角度的開(kāi)展宏觀和微觀相結(jié)合的綠化樹(shù)種滯納PM2.5特征變化研究,為各地綠化樹(shù)種選擇配置提供更多的科學(xué)參考依據(jù)。
本試驗(yàn)分析可以得出:綠化樹(shù)種對(duì)PM2.5的滯納能力差異較大,一般表現(xiàn)為針葉樹(shù)大于闊葉樹(shù);同一綠化樹(shù)種在不同大氣PM2.5濃度下具有規(guī)律性變化,整體基本表現(xiàn)為河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)>競(jìng)秀公園>植物園;供試的11種綠化樹(shù)種單位葉面積PM2.5滯納量與大氣PM2.5濃度均呈正相關(guān),且在一定范圍內(nèi),綠化樹(shù)種單位葉面積PM2.5滯納量會(huì)隨大氣PM2.5濃度增加而增加。
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Study for Relation on the Atmospheric PM2.5 Concentrationon with the Payment Ability of Common Greening Tree Species to PM2.5 in Baoding
WANG Cheng-yun,CHEN Yan-yu,LI Shuai-ying,GU Jian-cai,BAO Ke-xin,LIU Song-shan
(College of Forestry,Agricultural University of Hebei,Baoding 071000)
To explore the relation for the payment ability of greening tree species to PM2.5 and the atmospheric PM2.5 concentrationon,this study selected 11 common greening tree species and analyzed their payment ability to PM2.5 in the different atmospheric PM2.5 concentrationon.We used leaf area scanner,tustmate handheld PM2.5 monitor and aerosol generator(QRJZFSQ-1)to measure the amount of PM2.5 per unit leaf area in the different atmospheric PM2.5 concentrationon.The study indicated:the payment ability of greening tree species to PM2.5,is positive correlation with the atmospheric PM2.5 concentrationon.The payment ability of Conifer to PM2.5,is strong for broad-leaved tree.The same greening tree species show regular change on the payment ability to PM2.5 in the different atmospheric PM2.5 concentrationon,this regular change show Agricultural University of Hebei west campus>Jingxiu Park>Botanical Garden.
PM2.5 contration;Air quality;Greening tree species
X173
A
1002-3356(2017)01-0005-05
2017-01-21
高校創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目“保定地區(qū)控制PM2.5污染的城市綠化樹(shù)種選擇的研究”(20160205)
王成云(1993-),男,學(xué)士,主要從事森林經(jīng)理學(xué)相關(guān)的研究。
谷建才(1963-),男,學(xué)士,博士生導(dǎo)師,研究方向:森林經(jīng)營(yíng)技術(shù)及資產(chǎn)評(píng)估。