夏季南京雨花台景区不同绿地类型与大气污染的关系1)

张 静 赵文标 鲁小珍 林 荫 龙海艳 赵育鹏 陈永江

(南京林业大学，南京，210037) (南京雨花台烈士陵园管理局) (南京林业大学)

全球气候环境恶化已是不争的事实，大气污染严重危害着人类健康。为了维护自身及后代安全，人们的环境保护意识愈来愈强烈，尤其体现在城市居民对绿地的需求。城市绿地生态系统在城市系统中起着“吐故纳新”负反馈调节的作用，为城市居民提供了良好的居住环境，促进人与自然的和谐共生［1］。城市绿地具有多方面的生态效益，植物通过蒸散作用改变着城市的大气环境，影响居民的热舒适性［2-6］。但迫于居住和商业活动等用地的压力，城市绿地在逐渐变小［7］。为了使现有的区域发挥最大的生态效益，人们正在寻求绿地植物的最优化配置方式，以便更好地净化大气污染。大气污染主要是由于人类的生产、生活活动造成的有害物质在自然界积聚的结果。我国《环境空气质量标准》(GB 3095—1996)，规定了二氧化硫(SO2)、总悬浮颗粒物(TSP)、可吸入颗粒物(PM10)、氮氧化物(NOx)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)、铅(Pb)、苯并［a］芘(B［a］P)、氟化物(F)等污染物的浓度限值［8］。本文针对南京雨花台景区内5种不同的绿地类型，结合南京大气污染的特点，主要从SO2、NO2及PM10的角度，探讨不同绿地类型与大气污染的关系，为优化城市绿地系统结构、保护和改善城市环境提供科学依据。

1 研究区概况

雨花台景区位于南京中华门外1 km处，地理坐标为东经 118°46'～118°47'，北纬 31°59'～32°，海拔高度为 0～37.8 m，占地面积 153.7 hm2，有各类林木30余万株，绝大部分属于人工林，绿化覆盖率90%。雨花台风景区共分为烈士纪念区、名胜古迹区、游乐活动区、雨花茶文化区、雨花石文化区和生态密林区6大特色功能区。南京属于亚热带季风气候，每年初夏，受锋面雨带影响，南京进入梅雨季节。梅雨过后，天气晴燥，常会形成伏旱。

综合绿地结构、仪器运输、仪器使用要求等因素，本研究选取的雨花台景区内5个不同结构类型绿地分别为：南门外无林地、南门内草坪、生态文明馆疏林草地、北门道路绿地及雨花博物馆密林地。

2 研究方法

2.1 样地调查

2011年7月11 日至7月23日，对雨花台景区内不同结构类型的绿地进行植物群落调查及环境监测。设置5块面积为20 m×30 m的样地，每块样地内设置6个10 m×10 m的小样方进行乔木、灌木层植被组成的调查;在每个10 m×10 m的小样方中设置3个2 m×2 m的草本样方。记录乔木种类、胸径、高度、冠幅，灌木、草本种类、高度、盖度。

2.2 大气采样与试验

针对南京大气污染的特点，选择 SO2、NO2、PM103项指标进行监测，测点距地面1.5 m高，每个样地监测时长为3 d。

用TH—110F型大气采样仪进行大气采样，设定采样时间1 h，进气流量0.5 L/min，采样体积为30 L。每天进行 3 次采样：上午 8：00—9：00，中午13：00—14：00，晚上 18：00—19：00。每天对样品进行试验处理，根据甲醛溶液吸收——盐酸副玫瑰苯胺比色法，测定大气中的SO2质量浓度;根据盐酸萘乙二胺分光光度法，测定大气中的NO2质量浓度。

3 结果与分析

3.1 绿地类型

物种多样性是衡量群落结构与功能复杂性的重要指标，多样性指数数值大，说明植物群落由多树种组成，物种丰富，组成复杂［9］。表1反映了5种绿地结构类型的基本情况。从表1可以看出，物种丰富度表现为南门外＜南门内＜北门=生态文明馆＜雨花博物馆，即无林地＜草坪＜道路绿地=疏林草地＜密林地;郁闭度则表现为无林地=草坪=0＜疏林草地＜道路绿地＜密林地。由于道路绿地的特殊性质，其植被主要为灌木，草本基本为稀疏的杂草，因此其结构为乔灌型。密林地结构为乔灌草型。

表1 雨花台景区内各绿地类型基本状况

3.2 SO2质量浓度与绿地类型的关系

二氧化硫(SO2)作为酸雨和细粒子的前体物，对空气质量和人体健康乃至气候与环境的影响十分重要。质量浓度高的SO2会导致空气质量恶化，并且可以通过气粒转化过程形成气溶胶，降低大气能见度。同时SO2也会导致酸雨，降低农作物产量、破坏生态系统以及水环境［10］。空气中的SO2主要来源于原煤及化石燃料燃烧和化肥、硫酸等工业。根据我国《环境空气质量标准》(GB 3095—1996)的规定，SO2日平均质量浓度限值的一级标准为 0.05 mg/m3。

园林植物是城市生态环境的重要组成部分，对于一定浓度范围内的大气污染物，不仅具有一定程度的抵抗力，而且也具有相当程度的吸收能力。植物通过其叶片上的气孔和枝条上的皮孔，将大气污染物吸入体内，在体内通过氧化还原过程进行中和而成无毒物质(即降解作用)，或通过根系排出体外，或积累贮藏于某一器官内。植物对大气污染物的这种吸收、降解和积累、排出，实际上起到了对大气污染的净化作用［11］。此外，降水对大气的净化作用也十分明显。

3.2.1 晴天不同绿地类型的SO2质量浓度

晴天，SO2日平均质量浓度表现为无林地＞乔灌结构的道路绿地＞乔灌草结构的密林地(表2)。无林地位于南门外硬质地面，该样地SO2质量浓度最高，达到0.030 mg/m3。道路绿地位于北门，样地内物种丰富度指数较高，但由于该样地临近公路，SO2质量浓度为0.029 mg/m3，比无林地稍低。密林地位于雨花博物馆内，物种丰富度指数及郁闭度最高，且乔木树种较多，生长茂盛，尤其香樟对SO2有较强的吸收、消化摄取作用，因此该样地SO2质量浓度最低，为0.020 mg/m3。此外，作为防护绿地，道路绿地的树种选择主要采用乔木及灌木，形成乔灌型的群落结构，相对于密林地乔灌草型的群落结构，其环境效应较弱。乔灌草复层结构的绿地，其单位面积上绿量较高，生态位分布较为合理，从而提高了城市空气质量，具有最佳的环境效应［3］。根据环境空气质量标准，3个样地的SO2日平均质量浓度均符合国家一级标准。

表2 二氧化硫及二氧化氮日平均质量浓度 mg·m-3

3.2.2 雨天不同绿地类型的SO2质量浓度

降雨不仅能净化空气，而且能淋溶树木叶片的表层污染物，使叶片吸附能力更强。从表2可以看出，雨天大气中SO2质量浓度较晴天低。草坪物种丰富度指数为9，而疏林草地物种丰富度指数达到17，将近草坪的2倍，且疏林草地植被为乔灌草结构型，乔木种数繁多，单位面积绿量较纯草坪结构的绿地高。但由于降雨的影响，草坪大气中的SO2质量浓度为 0.013 mg/m3，疏林草地为 0.011 mg/m3，两者差距不大。

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3.3 NO2质量浓度与绿地类型的关系

二氧化氮(NO2)是一种棕红色有刺激性臭味的气体，主要来自于车辆废气、火力发电站和其他工业的燃料燃烧及硝酸、氮肥、炸药的工业生产过程，具有腐蚀性和生理刺激作用。NO2是形成光化学烟雾的主要因素之一，也是酸雨的来源之一［11］。空气中的NO2质量浓度是判断一个地区空气环境污染程度的重要标志。根据《环境空气质量标准》(GB 3095—1996)的规定，NO2日平均质量浓度限值的一级标准为 0.08 mg/m3。

3.3.1 晴天不同绿地类型的NO2质量浓度

如表2所示，晴天不同绿地的NO2日平均质量浓度高低为无林地＞乔灌结构的道路绿地＞乔灌草结构的密林地。与SO2日平均质量浓度分布规律相似，其质量浓度也受绿地植被类型的影响。由于道路绿地临近公路和停车场，车流量大，人为干扰严重，且机动车尾气是NO2的主要来源，道路绿地的NO2质量浓度为 0.038 mg/m3，无林地为 0.039 mg/m3，因此道路绿地的NO2质量浓度较无林地稍低。密林地乔灌草结构复杂，植物生长茂盛，以阔叶树为主，叶面积指数大，因此对NO2有较强的吸收作用，该样地NO2质量浓度最低，为0.023 mg/m3。根据环境空气质量标准，3个样地的NO2日平均质量浓度均达标。

3.3.2 雨天不同绿地类型的NO2质量浓度

由于降雨对大气的净化作用，污染物浓度均有所下降。如表2所示，草坪及疏林草地的NO2质量浓度基本相同，为0.032 mg/m3，雨天植物对大气污染物的吸收作用并不明显。由于草坪及疏林草地附近有机动车辆干扰，而密林区无车辆干扰，因此两地的NO2质量浓度较密林高。

3.4 PM10质量浓度与绿地类型的关系

粉尘可分为两类：直径大于10μm的可以较快地落到地面，通常称降尘;直径小于10μm的可以几小时甚至几年在空中飘浮，一般称飘尘或可吸入颗粒物(PM10)。PM10对人体健康有显著影响，可能引发呼吸道疾病、肺病、降低肺功能等。我国《环境空气质量标准》(GB 3095—1996)规定，PM10的日平均质量浓度限值一级标准为0.05 mg/m3，二级标准为 0.15 mg/m3。

3.4.1 晴天不同绿地类型的粉尘变化

植物叶片的表面特性和本身的湿润性决定植物具有很大的滞尘能力。在重力或风的作用下，粉尘可以沉降在植物表面，当含尘气流经过树冠时，颗粒较大的灰尘会被枝叶阻挡而降落。绿地起着减少空气含尘量、净化空气的作用［12］。

如图1，晴天PM10质量浓度变化基本呈现早晚高中午低的趋势。早晚时间段PM10质量浓度偏高，是因为该时段的车流量及人流量大;中午由于绿地的影响，空气中湿度较大，粉尘质量浓度减轻。此外，无林地下午15：00至17：00期间受旅游车辆及人流的影响，粉尘质量浓度偏高。

图1 可吸入颗粒物质量浓度日变化

晴天，PM10日平均质量浓度表现出乔灌草结构的密林地＜乔灌结构的道路绿地＜无林地(表3)。密林区有较多枝叶粗糙、叶脉凹凸、侧脉较多、叶片宽大的植物，如柿树、桂花、八角金盘等，对粉尘有较强的吸附作用。道路绿地粉尘质量浓度偏高，一方面由于该样地位于公路及停车场旁，早晚时段车流量大;另一方面，该区的植物树种对粉尘的吸附作用并不强，如棕榈、合欢枝叶较少，小叶黄杨叶片小且光滑;此外，乔灌结构的道路绿地的生态效益较弱于乔灌草复层结构的绿地。无林地为硬质广场，且位于景区的南门外，人为干扰严重，粉尘质量浓度较高。总体看来，调查区内的PM10日平均质量浓度均未达到环境空气质量一级标准，但符合二级标准。

表3 可吸入颗粒物日平均质量浓度 mg·m-3

3.4.2 雨天不同绿地类型的粉尘变化

大气中及滞留在枝叶表面的粉尘，由于雨水的冲洗，降落到地表。如图1和表3，由于雨水对大气中粉尘的净化作用，草坪及疏林草地的粉尘普遍较低，均达到环境空气质量一级标准，且PM10质量浓度大致相同，日变化幅度较小。从图1可以看出，雨天绿地对PM10的吸附作用不明显。

4 结论与讨论

夏季是植物生长的旺盛季，树木的叶面积指数大，又因为雨热同期的气候特点，植物对大气污染物的吸收、吸附能力最强。南京雨花台景区大气中的SO2和NO2的质量浓度均符合国家《环境空气质量标准》(GB 3095—1996)中的一级标准，PM10的质量浓度符合国家的二级标准。

晴天，不同绿地结构下，大气污染物SO2、NO2及PM10的质量浓度差异显著，各污染物的质量浓度均表现为乔灌草结构的密林地＜乔灌结构的道路绿地＜无林地。乔灌草复合结构的绿地可充分利用自然空间增加叶面积指数，较多地吸收净化大气污染物，最大限度地发挥生态效益，是最理想的绿地结构。

雨天，由于降水对大气污染物的净化作用，绿地对大气污染物的净化作用表现不明显。

由于仪器设备原因，本研究是根据人呼吸带高度(0.8～1.5 m)在离地面1.5 m垂直高度水平上进行白天的大气采样。对于不同垂直高度梯度及夜晚时段，不同结构的绿地对大气污染的影响，有待进一步探讨。

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