城市森林缓解PM2.5等大气颗粒物污染研究概况

李秀忠，杨恺林

(1.北京林大林业科技股份有限公司，北京 100083； 2.北京市园林植物工程技术研究中心，北京 100083)

城市森林缓解PM2.5等大气颗粒物污染研究概况

李秀忠1，2，杨恺林1

(1.北京林大林业科技股份有限公司，北京 100083； 2.北京市园林植物工程技术研究中心，北京 100083)

城市化建设导致城市空气污染日益严重，城市森林在滞尘方面的突出表现越来越多受到各界学者的关注，对绿色植被滞尘能力的研究愈发深入。适地适树、精选树种、营造近自然群落、种植密度合理化、空间组合科学化等均成为城市森林缓解PM2.5等大气颗粒物污染的有效手段。在前期学者研究的基础上，针对城市森林缓解大气颗粒物(以PM2.5为首要)污染效果进行分析，以期为国内相关研究提供参考和借鉴。

大气污染，PM2.5，缓解，城市森林

随着城市化在我国的迅速发展，城市生态建设日益受到重视。城市化带动经济的同时也带来了诸多环境问题，如风沙和雾霾等，严重危害到人们的身体健康。因此，解决城市日趋严重的空气污染问题刻不容缓。城市森林是城市生态系统的重要组成部分，在维护城市生态平衡和改善环境方面起着其他基础设施无法替代的作用。绿化植物可有效减少空气中粉尘含量的功效，是目前改善城市环境的重要手段。植物叶片可以截取和固定大气颗粒污染物而成为消减城市大气污染的重要过滤体。因此，利用植物本身的生物学特性，选择种植滞尘能力强的树种，对城市森林进行合理配置，对解决当前大气颗粒物污染问题具有现实意义。

1 PM2.5及城市森林简介

1.1 PM2.5简介

大气颗粒物通常被称为总悬浮颗粒物(TSP)，其粒径范围大约为 0.001～100 μm[1])，是大气污染的首要污染物[2]。大气颗粒物的来源可以分为自然来源和人为来源，对于城市来说，颗粒物的主要来源有：地面扬尘、森林火灾、尾气排放、地面扬尘、花粉等[3]，其中交通排放的颗粒物对大气污染的影响较大。

PM2.5对人类的健康危害十分严重，空气中含有过高的PM2.5不仅会提高心肺系统的发病率、死亡率[4]，而且对心血管系统的影响十分严重[5]，长时间暴露在PM2.5浓度高的空气中，还会引发一些中枢神经系统受损的疾病。

1.2 城市森林简介

城市森林是一个城市森林生态系统，它是以城市中的树木为主体，其他绿化植物为辅组成的总和。他除了发挥森林防风固沙、水源、美化环境、维持生物多样性的功能外，还有着净化城市空气、减弱城市噪声、改善城市居民居住环境等功能。城市森林可以有效减缓空气污染，有研究证明主要是通过物理方式和化学方式来对大气颗粒物进行沉降和转化，相当于城市空气净化器[6-7]，现在城市森林的滞尘功能愈发被人们所重视，从树种选择到空间配置，有大量学者进行了相关研究。

2 我国PM2.5污染现状

2.1 PM2.5标准

世界卫生组织WHO规定PM2.5年平均浓度标准值10 μg/m3，24 h平均浓度标准值为25 μg/m3；美国环保署(EPA)2012年颁布了新的国家标准，规定PM2.5年度健康标准为12 μg/m3(一级)，保留了现行的二级年标准(15 μg/m3)、24小时标准(35 μg/m3)，PM10 24小时标准为150 μg/m3；我国环保部2012年将PM2.5浓度纳入常规空气质量评价体系，在其颁布的《环境空气质量标准》中规定，PM2.5年度平均值一、二级标准分别为15 μg/m3和35 μg/m3，日平均值一、二级标准分别为35 μg/m3和75 μg/m3，PM10年度平均值一、二级标准分别为40 μg/m3和70 μg/m3，日平均值一、二级标准分别为50 μg/m3和150 μg/m3，TSP年度平均值一、二级标准分别为80 μg/m3和200 μg/m3，日平均值一、二级标准分别为120 μg/m3和300 μg/m3。

2.2 PM2.5的污染现状

目前，我国使用的标准还停留在WHO规定的第一阶段的排放浓度标准，2012-05-24环保部公布了《空气质量新标准第一阶段监测实施方案》，要求全国74个城市在当年10月底前完成PM2.5“国控点”监测的试运行。74个城市中包括北京、上海等直辖市，京津冀、珠三角、长三角三大城市群的部分城市，以及各省会城市。2013年底，出炉了这批城市完整和连续的PM2.5监测数据在全国纳入监测范围的 74 座城市中，发现其中只有不到十成的城市PM2.5年均浓度到达了国家的标准，其中32所城市的PM2.5年均浓度是国家标准的2倍以上，污染程度最严重的10个城市中，其PM2.5年均浓度已超过国家标准的3倍以上[8]。我国的东部和南部是大气污染发生最为严重的区域，尤其是临海发展的城市，其空气污染状况都相当突出，有些甚至达到80 μg/m3的高浓度。由于大气污染的扩散性，现在一些西部的城市，其年均浓度也远远超过了我国的标准，我国的空气污染问题面临着巨大的挑战[9]。

3 城市森林对PM2.5的缓解作用

3.1 城市森林的物理降尘作用

3.1.1 城市森林的动力阻塞机制

城市森林由于其巨大的叶表面积，复杂的枝叶机构，可以成为城市空气颗粒物的“滤网”，当气流受到树木的阻碍时，其方向会发生改变，速度会减慢，有些大粒径的颗粒物就会由于重力沉降作用而降落，进而可以减少空气中的PM10和TSP等大粒径颗粒物，但是对PM2.5等可吸入颗粒物没有明显影响[7]。

3.1.2 叶面的颗粒附着、粘附力

不同的植物叶片有不同的表面特征，有些植物叶片表面多沟槽、气孔以及可以分泌大量黏液[10]，这样就可以通过这些超微结果牢牢吸附住大气颗粒物；甚至有一些有机颗粒物，具有较强的可溶性，对人体的危害极大，这类可溶性物质可以被植物的蜡质层吸附进入叶片内部[11]，即使通过大风和降水也无法将其吹入和冲刷进入空气中，这类吸附能力对PM2.5的清除能力较强。

3.1.3 城市森林巨大的滞尘叶面积

一切城市建筑也能滞纳一定的粉尘，但是相比于植物来说，建筑物基本上都十分光滑，面积也是固定的，其滞纳的大气颗粒物基本都是暂时的，一旦有风经过，大气颗粒物及其容易重返空气中，而城市森林的滞纳作用就能有效的避免二次扬尘。城市森林基本配置都是乔灌草的复层结构，有着巨大的滞尘叶面积以及复杂的空间结构，既有利于大气颗粒物的滞纳，还可以有效的避免地面扬尘的发生。

3.2 城市森林的化学除尘作用

3.2.1 城市森林内空气负离子的中和作用

森林可以创造大量的负氧离子，负氧离子可以吸附大量的PM2.5，空气中的负氧离子越高，大气中的PM2.5浓度越低[12]。城市森林的负氧离子浓度显著高于城市的其他区域，当空气中的负氧离子达到2.5万个/m3时，空气中PM2.5的含量可以减到原来的一半，净化力度十分大，而且森林的覆盖面积越大，负氧离子的含量越高，因此绿化较好的城市森林对大气颗粒物的净化有着巨大的贡献。

3.2.2 城市森林内植物有机挥发物的作用

大气颗粒物尤其是可吸入颗粒物，其粒径小，比表面积大，十分容易携带各种病菌、病毒等，当空气湿度较大时，大气颗粒物携带的有害物质数量会增加。城市森林不仅可以通过自身的吸附净化大气，还可以释放出很多有益的有机物质，具有抑制细菌繁殖、使病菌失去活性的作用，可以有效地降低大气颗粒物携带有害物质的毒性，可以有效减少传染病的发生。

3.2.3 城市森林的“吸收消化”功能

城市森林通过光合作用和呼吸作用进行生长，其通过气孔进行呼吸时，很多有害物质都可以被吸收进入叶片内部，通过植物一系列的代谢反应排除植物体外或者积累于植物内部。相当于把有害颗粒物“消化吸收”，降低大气颗粒物的危害。

4 提高城市森林滞尘效率的配置要点

4.1 生态科学性

1)适地适树。适地适树是建造城市森立时，选择树种的一个基本原则，只有选择适应当地环境和气候的树种，积极推广乡土树种的发展，才能使树木更好地发挥其滞尘效能。

2)高滞尘树种选择。植物的外部形态和叶片结构千变万化，而这些植物本身的特性使各个不同的植物间滞尘能力差异十分明显，不同的植物在不同的季节、不同的生长时期，其颗粒物滞纳能力有着十分显著地差异，而且不同植物叶片，尤其是针叶树和阔叶树对比可以看出，叶片对于滞纳颗粒物粒径的选择也有所不同[13]，有的树种能更多的滞纳小粒径颗粒物，而有些树种滞纳大粒径颗粒物的效果十分优秀。不同的叶片结构，例如表面多沟槽、气孔、绒毛密度大、可分泌黏液等特征，都有助于叶片滞纳更多的颗粒物[14]。

3)复层结构营造。城市森林的空间构造不同，其滞尘能力差异也相当明显，单一的草地对于大气颗粒物的净化作用相当的薄弱[15]，最有效的结构是乔、灌、草的复合结构[16]，这种结构不仅可以充分的发挥对颗粒物的阻滞作用，而且还可以有效的避免二次扬尘的发生，合理的配置可以让城市森林的大气净化作用发挥到最优。

4.2 空间合理性

1)种植密度。城市森林在一定范围内，种植密度越高，其叶面积越大，滞尘能力越强，但是如果超过一定的范围，会导致滞纳的大气颗粒物无法扩散，产生反作用，因此合理的种植密度，不仅提高美景度，也能更好的发挥城市森林滞纳大气颗粒物的效果。

2)道路林带宽度与结构。关于道路林带调控空气颗粒物的研究，目前的学者得出的结论基本为较宽的道路林带可以更好的滞纳大气颗粒物[17]。一些学者[7]的试验表明：在日均车流量超过5万辆的高速公路上，周边两侧的防护林带在80 m范围内都集中了很多重金属，为了保证能较好的减缓重金属等污染物，周围的道路林带不能低于40 m。

5 结语

根据国内外对于城市森林缓解大气颗粒物污染的研究现状，今后的研究方向大致有如下几方面：一方面调控空气颗粒物的机理，城市森林对大气颗粒物的调控作用十分复杂，有各种各样的交互效应，影响因素众多，要加强城市森林内大气颗粒物的源头解析，并且与城市森林的生理生态反映和城市内的小气候相结合，更好的研究城市森林调控大气颗粒物的机理[18]；另一方面调控空气颗粒物的研究方法，目前对于叶面尘定量的研究，目前采用的方式有水洗法[2]、滤膜法[11]、电镜扫描法[19]、粒度分析法[20]，但是由于方法和步骤有着很大的差异，导致一些对于叶片滞尘的研究结果差异十分明显，有些同样的树种甚至得到了相反的结论，因此规范研究手段，使用更加精确灵敏的仪器是以后的研究重点[21]。

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MitigationofAtmosphericParticulateMatterPollutionbyUsingUrbanForest

LI Xiuzhong1，2，YANG Kailin1

(1.Beijing Forestry University Forest Science Co, Ltd.，Beijing 100083，China；2.Beijing City Garden Plant Engineering Technology Research Center，Beijing 100083，China)

In the process of urbanization and industrialization, atmospheric particulate matter has become the primary air pollutant. Urban forest as the construction of urban ecological self-purification function of ecological system, can purify atmospheric particulate matter and provide relatively clean leisure space for people… Among this aspect, the optimal tree suitably, selection of tree species and create a nearly natural community, planting density reasonably and scientific space combination and so on are all become the effective methods that can mitigate PM2.5 and other atmospheric particulate matter pollution. In this essay, on the basis of predecessors' research, in view of the urban forest mitigate atmospheric particulate matter (primary for PM2.5 pollution) effect were summarized and analyzed, so as to provide reference for related research.

air pollution；atmospheric particulate matter；mitigation；urban forest

2016 — 03 — 21

李秀忠(1984-)，男，山西忻州人，硕士，助理工程师，主要从事园林设计方面的工作。

杨恺林(1981-)，男，北京人，本科，助理工程师，主要从事林业方面的工作。

S 788

A

1003 — 6075(2016)01 — 0010 — 04

10.16166/j.cnki.cn43 — 1095.2016.01.003