張建設(shè) 馮萬富 史曉海 單燕祥 李月鳳 柳勇 張玉虎 周亞運(yùn)

摘要：為研究城市道路中不同綠地結(jié)構(gòu)對(duì)PM2.5、PM10的消減作用，選擇河南省信陽市城區(qū)主干道——新五大道、新七大道上不同綠地結(jié)構(gòu)（喬、喬-草、灌-草、喬-灌、喬-灌-草、對(duì)照點(diǎn)）為試驗(yàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)其PM2.5、PM10濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析以及消減率的計(jì)算，結(jié)果表明，不同綠地結(jié)構(gòu)內(nèi)PM2.5、PM10濃度呈現(xiàn)出“早晚高、中午低”的日變化特征，且在08：00左右濃度達(dá)到最大。喬-灌、喬-灌-草綠地結(jié)構(gòu)的PM2.5、PM10濃度顯著低于其他4種綠地結(jié)構(gòu)。不同綠地結(jié)構(gòu)對(duì)PM2.5、PM10消減作用差異顯著，對(duì)PM2.5消減作用規(guī)律為喬-灌-草﹥喬-灌、喬-草﹥灌-草、喬，對(duì)PM10消減作用規(guī)律為喬-灌-草﹥喬-灌、灌-草、喬-草﹥喬，整體上看，綠地對(duì)PM2.5消減率高于PM10。

關(guān)鍵詞：綠地結(jié)構(gòu);PM2.5;PM10;消減能力

中圖分類號(hào)： S181文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2019）21-0302-03

收稿日期：2018-07-31

基金項(xiàng)目：國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（編號(hào)：20130430101）;河南省科技攻關(guān)計(jì)劃（編號(hào)：172102310561）;信陽市科技計(jì)劃（編號(hào)：150088）。

作者簡(jiǎn)介：張建設(shè)（1987—），男，河南商城人，碩士，主要從事森林生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵過程長(zhǎng)期觀測(cè)與模擬以及城市森林凈化環(huán)境空氣功能方面的研究。E-mail：605195219@qq.com。

近30年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)、城市化、工業(yè)化的快速發(fā)展以及汽車保有量的持續(xù)增加，城市空氣污染日益嚴(yán)重。以PM2.5（細(xì)顆粒物）和PM10（可吸入顆粒物）為主的大氣顆粒物具有廣泛的危害性[1]，已成為我國(guó)大部分城市空氣的首要污染物[2-3]。

城市道路綠地作為“綠色基礎(chǔ)設(shè)施”，是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，不僅為城市居民提供了相對(duì)潔凈的休閑游憩空間，在凈化大氣顆粒物方面也發(fā)揮著獨(dú)特的生態(tài)功能[4]。城市交通污染是大氣顆粒物的首要來源[5-6]，主干道及其兩側(cè)50 m以內(nèi)、1.7 m以下的低空范圍是受交通污染影響最為嚴(yán)重的空間[7]。道路綠地沿街而建，其范圍恰巧處于污染嚴(yán)重的區(qū)域，在汽車保有量逐年增加，交通污染日趨嚴(yán)重的城市背景下，道路綠地作為一種消減交通污染源的重要方式正受到越來越廣泛的重視[8]。近年來，針對(duì)PM2.5、PM10的研究多集中于其組成、污染特征、與氣象因子關(guān)系、單一植物滯塵能力等方面，雖已有學(xué)者對(duì)北京、青島等城市道路綠地消減大氣顆粒物的能力進(jìn)行了研究[9-10]，但總體來看，對(duì)不同道路綠地結(jié)構(gòu)對(duì)PM2.5、PM10消減作用的研究還是較少，且不同研究結(jié)果表明：同一區(qū)域內(nèi)，不用道路綠地結(jié)構(gòu)對(duì)大氣顆粒物消減有著明顯差異;不同區(qū)域由于污染來源、氣候條件以及污染特征不同，加之各地區(qū)的植物配置存在差異，影響因素較多，其消減結(jié)果不盡相同。河南信陽是唯一連續(xù)8年入選中國(guó)十佳宜居城市的城市，當(dāng)前，正處于大氣污染治理攻堅(jiān)時(shí)期。鑒于此，本試驗(yàn)對(duì)信陽市區(qū)主干道不同綠地結(jié)構(gòu)消減PM2.5和PM10特點(diǎn)與差異進(jìn)行研究，旨在篩選出消減能力較強(qiáng)的群落結(jié)構(gòu)，為信陽大氣污染治理以及道路綠地設(shè)計(jì)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域概況

信陽地理坐標(biāo)介于113°45′～115°38′E、30°23′～32°27′N之間，地跨淮河，位于中國(guó)亞熱帶和暖溫帶的地理分界線（秦嶺-淮河）上，屬亞熱帶向暖溫帶過渡區(qū)，具有典型的大陸性季風(fēng)氣候。年均氣溫15.1～15.3 ℃，年均降水量900～1 400 mm，年平均日照時(shí)數(shù)，北部、中部2 100～2 200 h，山區(qū)1 900～2 000 h，年均相對(duì)濕度77%，常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，無霜期長(zhǎng)，平均220～230 d。

1.2研究方法

按照喬、喬-草、灌-草、喬-灌、喬-灌-草5種道路綠地結(jié)構(gòu)類型，并以無綠化的水泥路面為對(duì)照，且基于對(duì)綠地生態(tài)效益輻射距離[11]要求的考慮，在信陽城區(qū)新五大道、新七大道中為5種綠地結(jié)構(gòu)以及對(duì)照各選擇3處監(jiān)測(cè)樣地，各樣地規(guī)格為10 m（垂直于道路）×15 m（平行于道路），每個(gè)樣地的監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)在樣地幾何中心，距離主干道10 m。不同綠地結(jié)構(gòu)中喬木主要有香樟[Cinnamomum camphora （L.）Presl.]、法桐（Platanus orientalis L.）;灌木有迎春花（Jasminum nudiflorum）、夾竹桃（Nerium indicum Mill.）、衛(wèi)矛（Euonymusalatus）、木槿（Hibiscus syriacus L.）、紫薇（Lagerstroemia indica L.）、榆葉梅[Amygdalus triloba （Lindl.） Ricker];草本種類主要有沿階草（Ophiopogon bodinieri Levl.）、絡(luò)石[Trachelospermum jasminoides （Lindl.） Lem.]、萱草[Hemerocallis fulva （L.） L.]、三葉草（Trifolium repens L.）、萬壽菊（Tagetes erecta L.）等。各綠地結(jié)構(gòu)詳見表1。

于2017年5—7月，選著晴朗無風(fēng)或微風(fēng)天氣，進(jìn)行PM2.5、PM10濃度監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，定點(diǎn)、同步監(jiān)測(cè)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離地面1.5m處的PM2.5和PM10濃度。監(jiān)測(cè)時(shí)間段為08：00—17：00，每次連續(xù)監(jiān)測(cè)10 h，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每月持續(xù)監(jiān)測(cè)3 d。試驗(yàn)儀器采用英國(guó)Turnkey儀器公司生產(chǎn)、符合粉塵監(jiān)測(cè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的Dustmate粉塵檢測(cè)儀。

不同綠地結(jié)構(gòu)對(duì)PM2.5、PM10的消減能力（消減率）計(jì)算公式如下：

P=C0-CmC0×100%。

式中：P為消減率，%;C0為對(duì)照點(diǎn)大氣顆粒物質(zhì)量濃度，μg/m3;Cm為不同綠地結(jié)構(gòu)大氣顆粒物質(zhì)量濃度，μg/m3。

1.3數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析，并用最小顯著差數(shù)法（LSD）檢驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的差異性，用Excel 2003繪圖。

2結(jié)果與分析

2.1不同綠地結(jié)構(gòu)PM2.5、PM10濃度的日變化

由圖1、圖2可以看出，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM2.5、PM10濃度日變化基本一致，呈現(xiàn)出“雙峰單谷”型，即早晚高、午間低，表明不同綠地結(jié)構(gòu)不會(huì)影響空氣PM2.5、PM10濃度的日變化總體趨勢(shì)。不同時(shí)段，大氣顆粒物濃度值差異較大。在監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)，08：00前后，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM2.5、PM10濃度最高，隨后開始下降，13：00前后，達(dá)到最低，之后，又開始上升。一天中，PM2.5、PM10濃度變化受人們的生產(chǎn)活動(dòng)、氣溫、污染源排放等多個(gè)因素影響[12-16]。08：00是上班高峰，車流量大，尾氣排放多，此時(shí)氣溫也相對(duì)低，加之夜晚大氣層較穩(wěn)定，不利于污染物擴(kuò)散，前夜的空氣污染物有所積累，導(dǎo)致此時(shí)PM2.5、PM10濃度居高。此后，隨氣溫上升、車流量減少，PM2.5、PM10濃度下降，到17：00后，因下班高峰等原因，其值又開始上升。

2.2不同綠地結(jié)構(gòu)PM2.5、PM10濃度分析

由表2看出，在不同綠地結(jié)構(gòu)以及對(duì)照中，PM2.5日均濃度由大到小依次為對(duì)照點(diǎn)﹥喬﹥灌-草﹥喬-草﹥喬-灌﹥喬-灌-草，PM10日均濃度由大到小依次為對(duì)照點(diǎn)﹥喬﹥喬- 草﹥灌-草﹥喬-灌﹥喬-灌-草，二者略有不同。不同綠地結(jié)構(gòu)PM2.5、PM10濃度均低于對(duì)照，說明無論何種綠地結(jié)構(gòu)都有著降低PM2.5、PM10作用。對(duì)對(duì)照點(diǎn)和不同綠地結(jié)構(gòu)內(nèi)PM2.5、PM10日均濃度進(jìn)行方差分析和多重比較，二者均表現(xiàn)為對(duì)照點(diǎn)、喬、喬-草、灌-草的日均濃度顯著高于喬-灌、喬-灌-草綠地結(jié)構(gòu)，因?yàn)橐话銌棠镜捏w積、冠幅大，能有效降低風(fēng)速，阻滯空氣中揚(yáng)塵，同時(shí)，喬木葉多，也可有效吸附空氣中污染物，而灌木則對(duì)空氣中降塵有著有效阻滯作用[17]，有喬木、灌木組成的郁閉度大、蓋度高以及復(fù)層明顯的綠地結(jié)構(gòu)能有效降低大氣顆粒物質(zhì)量濃度，改善空氣質(zhì)量。

2.3不同綠地結(jié)構(gòu)對(duì)PM2.5、PM10的消減作用

如表3所示，不同綠地結(jié)構(gòu)對(duì)PM2.5、PM10消減率均存在顯著差異。其中，喬-灌-草對(duì)PM2.5消減率最高，為11.15%?顯著高于喬-灌、喬-草綠地結(jié)構(gòu)，喬-灌、喬-草對(duì)PM2.5消減率分別為8.30%、6.19%，又顯著高于灌-草、喬2種綠地結(jié)構(gòu)。喬-灌-草對(duì)PM10消減率為9.39%，顯著高于喬-灌、灌-草、喬-草3種綠草地結(jié)構(gòu)，喬-灌、灌-草、喬-草對(duì)PM10消減率分別為6.92%、5.22%、447%，都顯著高于喬結(jié)構(gòu)綠地。整體上看，綠地對(duì)PM2.5消減率高于PM10，表明大氣顆粒物粒徑越小，植被對(duì)其消減作用越強(qiáng)，本研究結(jié)果與孫曉丹等研究結(jié)果[9]一致，與楊貌等研究結(jié)果[10]相出入，也進(jìn)一步說明了不同區(qū)域由于污染源、污染特征、氣候條件等不同，綠地對(duì)大氣顆粒物消減規(guī)律不盡相同。

道路綠地對(duì)PM2.5、PM10的消減作用，一是通過減小風(fēng)速而達(dá)到減塵作用，二是通過枝葉對(duì)粉塵進(jìn)行吸附、滯留，實(shí)現(xiàn)滯塵效應(yīng)。影響道路綠地對(duì)PM2.5、PM10消減作用的因素主要有綠地綠量、植物豐富度、復(fù)層結(jié)構(gòu)、葉片特性等因素。不同綠地結(jié)構(gòu)中，喬-灌-草（香樟-法桐+木槿-紫薇-榆葉梅+絡(luò)石-萱草-萬壽菊）植物豐富度最高、綠量最大，又是多復(fù)層結(jié)構(gòu)，故而對(duì)PM2.5、PM10的消減能力最強(qiáng)。喬-灌（香樟+法桐-迎春花+夾竹桃+衛(wèi)矛）植物豐富度、綠量、復(fù)層小于喬-灌-草，但是大于其他綠地結(jié)構(gòu)，對(duì)PM2.5、PM10的消減作用次之。喬-草（香樟-沿階草+絡(luò)石+萱草）、灌-草（迎春花+夾竹桃-沿階草+三葉草）二者植物豐富度、綠量、復(fù)層均較低，對(duì)PM2.5、PM10的消減作用較小。喬結(jié)構(gòu)綠地僅有香樟組成，植物豐富度、綠量最小，又為單層結(jié)構(gòu)，因而對(duì)PM2.5、PM10的消減作用最低。因此，在城市道路綠化中，可優(yōu)先采用喬-灌-草結(jié)構(gòu)以提高其對(duì)PM2.5、PM10的消減作用，更大限度地發(fā)揮道路綠地的生態(tài)功能。

3結(jié)論

不同綠地結(jié)構(gòu)中，PM2.5、PM10濃度變化曲線具有一致性，基本為“早晚高、中午低”的變化規(guī)律，受上班高峰等因素影響，08：00左右二者濃度最高。

不同綠地結(jié)構(gòu)中，PM2.5濃度由大到小為對(duì)照點(diǎn)﹥喬﹥ 灌-草﹥喬-草﹥喬-灌﹥喬-灌-草，PM10濃度由大到小依次為對(duì)照點(diǎn)﹥喬﹥喬-草﹥灌-草﹥喬-灌﹥喬-灌- 草。PM2.5、PM10在不同綠地結(jié)構(gòu)中濃度差異顯著，均表現(xiàn)為對(duì)照點(diǎn)、喬、喬-草、灌-草顯著高于喬-灌、喬-灌- 草。

不同綠地結(jié)構(gòu)對(duì)PM2.5、PM10消減率差異顯著，PM2.5消減率呈現(xiàn)為喬-灌-草﹥喬-灌、喬-草﹥灌-草、喬的規(guī)律，PM10消減率呈現(xiàn)為喬-灌-草﹥喬-灌、灌-草、喬-草﹥ 喬的規(guī)律。整體上看，綠地對(duì)PM2.5消減率高于PM10。

參考文獻(xiàn)：

[1]王曉磊，王成. 城市森林調(diào)控空氣顆粒物功能研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，34（8）：1910-1921.

[2]王華，魯紹偉，李少寧，等. 可吸入顆粒物和細(xì)顆粒物基本特征、監(jiān)測(cè)方法及森林調(diào)控功能[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，24（3）：869-877.

[3]Huang R J，Zhang Y，Bozzetti C，et al. High secondary aerosol contribution to particulate pollution during haze events in China[J]. Nature，2014，514（7521）：218-222.

[4]王國(guó)玉，白偉嵐，李新宇，等. 北京地區(qū)消減PM2.5等顆粒物污染的綠地設(shè)計(jì)技術(shù)探析[J]. 中國(guó)園林，2014（7）：70-76.

[5]Feng J L，Hu M，Chan C K，et al. A comparative study of the organic matter in PM2.5 from three Chinese megacities in three different climatic zones[J]. Atmospheric Environment，2006，40（21）：3983-3994.

[6]Begum B A，Biswas S K，Hopke P K. Temporal variations and spatial distribution of ambient PM2.5 and PM10 concentrations in Dhaka，Bangladesh[J]. Science of the Total Environment，2006，358（1/2/3）：36-45.

[7]Kaur S，Nieuwenhuijsen M J，Colvile R N. Pedestrian exposure to air pollution along a major road in Central London，UK[J]. Atmospheric Environment，2005，39（38）：7307-7320.

[8]韓陽，李雪梅，朱延姝，等. 環(huán)境污染與植物功能[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：70-72.

[9]孫曉丹，李海梅，劉霞，等. 不同綠地結(jié)構(gòu)消減大氣顆粒物的能力[J]. 環(huán)境化學(xué)，2017，36（2）：289-295.

[10]楊貌，張志強(qiáng)，陳立欣，等. 春季城區(qū)道路不同綠地配置模式對(duì)大氣顆粒物的削減作用[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，36（7）：2076-2083.

[11]劉立民，劉明. 綠量——城市綠化評(píng)估的新概念[J]. 中國(guó)園林，2000，16（5）：32-34.

[12]茍亞清，張清東. 道路景觀植物滯塵量研究[J]. 中國(guó)城市林業(yè)，2008，6（1）：59-61.

[13]郭二果，王成，郄光發(fā)，等. 城市森林生態(tài)保健功能表征因子之間的關(guān)系[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2013，32（11）：2893-2903.

[14]李軍，孫春寶，劉咸德，等. 氣象因素對(duì)北京市大氣顆粒物濃度影響的非參數(shù)分析[J]. 環(huán)境科學(xué)研究，2009，22（6）：663-669.

[15]溫夢(mèng)婷，胡敏. 北京餐飲源排放細(xì)粒子理化特征及其對(duì)有機(jī)顆粒物的貢獻(xiàn)[J]. 環(huán)境科學(xué)，2007，28（11）：2620-2625.

[16]徐敬，丁國(guó)安，顏鵬，等. 北京地區(qū)PM2.5的成分特征及來源分析[J]. 應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2007，18（5）：645-654.

[17]廖莉團(tuán)，蘇欣，李小龍，等. 城市綠化植物滯塵效益及滯塵影響因素研究概述[J]. 森林工程，2014，30（2）：21-24，28.