长沙市绿地与空气清洁度的关系研究

彭新德 ，夏卫生

（1.中南大学研究生院隆平分院，湖南 长沙 410125；2.湖南省农业信息与工程研究所，湖南 长沙 410125；3.湖南师范大学，湖南 长沙 410081）

大量的研究表明，森林及森林的一些环境因子能产生大量的空气负离子，一般为城市平均含量的5～15倍，这是森林空气优于城市的主要原因。随着城市化的不断推进，人口逐渐集中到城市，使提高城市绿化面积、改善城市空气环境质量成为日益重要的问题。

城市绿地主要分为三个部分：一是公园，这是绿化率最高的区域，二是居民小区或办公区域绿化用地，三是道路及其公共设施周围的绿地，一般呈带状。三者承担了改善城市空气质量的主要功能，其面积的大小、布局和植被的结构与空气质量直接相关。空气质量指标是多方面的，其中空气负离子含量与空气质量具有较好的相关性，因此，笔者拟选此作为衡量大气环境质量好坏的指标，对长沙市绿地与空气质量的关系进行研究。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

长沙市位于湖南省东部，湘江下游长浏盆地西缘，地处东经 111°53′～114°5′，北纬 27°51′～28°40′，东西长约230 km，南北宽约88 km，土地总面积1.18万km2。其中林地620.07 km2，占土地总面积的52.47%，森林覆盖率49.98%，林木绿化率53.6%。长沙属亚热带季风气候，四季分明。春末夏初多雨，夏末秋季多旱；春湿多变，夏秋多晴，严冬期短，暑热期长。全年无霜期约275 d，年平均气温16.8～17.2℃，极端最高气温为40.6℃，极端最低气温为－12℃。年平均降水量1422.4 mm，水资源以地表水为主，水源充足，有利于植被的生长。

1.2 样地选择

样地选择主要考虑大面积绿地和小面积绿地的空气质量调查。根据长沙市2006年彩红外航空遥感影像和统计资料，大面积绿地选取绿化较好、植被生长旺盛的岳麓山、烈士公园以及环境条件较差的五一绿化广场。小面积的绿地选取建成3年的7个生活小区，绿化覆盖率在40%～55%之间。

1.3 测量方法

空气负离子水平(浓度)是指单位体积空气中的负离子数目，采用美国AIPhalba公司生产的AIC-1000型空气离子测量仪进行测量。对选取的岳麓山、烈士公园、五一绿化广场和7个生活小区等样点测量其绿化中心、边缘和空地空气正负离子浓度，分别测量晴天、阴天、雨后3种不同天气下的空气正负离子量，每个点测2次。每次分早晨（7∶00～8∶00）、中午（11∶30～13∶00）、傍晚（5∶30～6∶30）测量 3 个数据，测量高度1.5 m，时间为2009年9月至2010年8月，对每两月的数值取平均值。

1.4 空气清洁度指数计算及其等级标准

空气质量的好坏不能完全由空气负离子含量确定，正离子的含量也是影响空气质量的重要因素，利用正负离子的含量计算空气清洁度指数为：

式中q=n+/n-，n+和n-为分别为正、负离子含量。

国内外对于空气清洁度等级划分标准如表1所示。

表1 空气清洁度等级标准

2 结果与分析

2.1 绿化区空气负离子水平及其分布

由表2可知，岳麓山植被覆盖度最高，前有湘江，中间有绿化较好的大学校园，负离子含量较高，空气质量相当好。尽管烈士公园的植被覆盖度不高，但由于湖面占有比例较大，空气负离子含量也达到了较高的水平。而五一广场绿化面积并不小，但由于草地面积较大，乔灌木面积较小，同时车流量较大，绿化中心的空气质量较好，但空地和边缘的负离子含量较低。

表2 绿化区域空气正负离子测量结果 （个/cm3）

续表2

从表2还可以看出，整体趋势上，空气负离子含量从绿化中心—绿化边缘—空地逐渐减少，7～8月空气负离子含量较高，1～2月较低，这与长沙市气候变化相一致。7～8月长沙温度较高，植物代谢相对活跃，而且降雨量较大，空气负离子含量相对较高；而在1～2月，温度较低，降雨较少，空气中负离子含量相对较低。

2.2 绿化区空气清洁度指数及其变化规律

对表2所测数据进行计算，得到各测量点空气清洁度指数（见表3）。由表3及国内外对于空气清洁度等级划分标准可知，岳麓山整个区域、烈士公园和小区1的绿化中心都处于最清洁的水平，所有生活小区都在允许的范围。五一广场绿化中心和边缘的空气清洁度在清洁、中等或允许的范围，但空地空气清洁度常年小于临界值。空气清洁度随季节的变化表现出与空气负离子水平相似的规律，尽管

表3 空气清洁度指数CI计算结果

图1 小区空气清洁度指数

7～8月的空气负离子含量较高，但是空气清洁度最好的是9～10月，1～2月空气质量相对较差。由此可见，绿化对环境有较大的影响，但在环境较差的条件下，空气质量也很难得到真正的改善。

2.3 空气清洁度与绿化结构的相关性

对于生活小区而言，受外界影响较小，空气质量的改善主要依靠绿地，取各绿化小区的CI平均值作图，结果如图1所示，无论是绿化中心还是边缘或空地，空气清洁度CI与绿化面积或绿化率不存在明显的相关性。由于灌林和乔木在卫片上很难区分，在实际测量中也是估算为主，因此将二者进行合并为一，以乔灌木所占比例作为变量X，草地所占比例为变量Y，采用多元回归方法进行回归，结果如下：

绿化中心：CI=1.227 X+0.258 Y R2=0.97

绿化边缘：CI=1.041 X+0.290 Y R2=0.98

空地：CI=0.789 X+0.208 Y R2=0.98

由回归结果可知，空气清洁度CI与植被的结构存在较好的相关性。将以上3个公式简化为CI=AX+BY，其中A可以认为是乔灌木影响空气清洁度的权重，B为草地影响CI的权重。由计算结果可知，乔灌木对空气清洁度的影响远大于草地的影响，接近4倍。而长沙市是低海拔亚热带气候区，适宜乔灌木的自然生长，因此，在绿化过程中加大乔灌木的比例就有可能有效改善空气质量。

3 结 论

绿化区空气负离子水平和空气清洁度指数的时空分布呈现相似的规律，即空气负离子水平和空气清洁度指数从绿化中心—绿化边缘—空地均逐渐降低，而且二者的值均在高温多雨季节较高，在低温少雨季节较低。

采用多元回归方法对不同小区绿化率与CI的关系进行了相关性分析，结果表明，空气清洁度CI与植被的结构存在较好的相关性，乔灌木对空气清洁度的影响远大于草地的影响。因此，利用绿地对空气进行净化，植被结构是首先要考虑的因素之一。草地能增加美观，但对空气清洁的作用较小，只有适当增加乔灌木的比例才能有效改善空气质量。

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