冬季不同常绿植物对于大气PM2.5浓度影响的研究

杨静慧，庞志蕊，黄晗达，张桂霞，张霞，卢云慧

PM2.5是空气污染的主要指标之一，与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5具有粒径小，表面积大，活性强，易附带有毒、有害物质的特点[1-2]，能较长时间地悬浮于空气中，造成能见度降低和气候变化[3]，严重影响了人们的生产、生活和身体健康。研究表明，PM2.5每增加10 μg/m3，心力衰竭患者的住院率就要增加1.28%[4]，PM2.5对心血管系统危害严重，可以引发一系列疾病，甚至可以致癌[5]。自2013年以来，以北京、天津为首的全国中东部地区出现了严重的雾霾天气，环境问题已经成为了世界关注的问题，空气质量亟待改善[6]。20世纪70年代，国外对树木滞尘能力就有研究，并提出了森林植被是颗粒污染物蓄积库的说法[7]。园林植物可有效阻滞粉尘、吸收有害气体，在一定程度上可降低PM2.5的浓度，改善空气质量。城市绿化对于改善空气质量一直都有着很显著的作用[8]。李新宇等[9]认为，不同群落类型的植被对PM2.5的滞尘能力不同，并提出了最适的绿带宽度和最适的乔、灌、草组合配置。目前，对于北方冬季常绿植物栽植方式和方位与PM2.5吸附之间关系的研究报道较少。在一年中雾霾最为严重的冬季，进行这方面的研究有利于更细致地了解不同常绿植物对PM2.5吸附的差异，对常绿植物的园林配置和减少北方冬季雾霾具有科学指导作用。

1 材料与方法

试验于2017年1月9—19日在天津城建大学校园内进行（1月13日风级超过4级，不适合手动检测仪的测定），以北方冬季常绿植物大叶黄杨（Buxus megistophyllaLevl.）、圆柏（Sabina chinensis（L.）Ant.）、白皮松（PinusbungeanaZucc.）、砂地柏（Sabina vulgarisAntoine）为试验材料。样地内样株的栽植和生长情况见表1。

由于道路绿地消减PM2.5的有效宽度，在轻度污染条件下为30 m，中重度污染条件下为16～25 m[5]，最佳宽度是24 m[10]，所以选择样地长度30 m以上。选择植株生长一致、健壮、植株栽植较为密集、且分布均匀的地块为样地。分别选择片植（成片）和列植（成排）植株栽植方法，用随机取样法选择样株，每处理选择5株样株，5次重复。用博朗通便携式手持检测仪测定空气中PM2.5的浓度。每天均在14：00—15：00测定。观测期间气象条件如表2所示。

表1 供试常绿植物植株生长情况

表2 测量期间气象因子的变化

2 结果与分析

2.1 常绿植物群落内PM2.5浓度的变化

5种植物各方位PM2.5浓度随大气污染程度的变化如图1所示。

图1 不同植物各方位PM2.5浓度随大气污染程度的变化

由图1可以看出，不同植物群落内PM2.5的浓度变化主要取决于大气中PM2.5浓度大小，与植物种类关系不大，植物群落各方位的PM2.5浓度变化趋势与大气中PM2.5浓度变化趋势一致。大气中PM2.5浓度越高，各植物群落内PM2.5浓度也越高，且植物群落内的PM2.5浓度在1月11日和1月17日变化明显。

2.2 在重度雾霾天气下，片植常绿植物群落内PM2.5浓度的变化

重度雾霾天气下，片植常绿植物群落内PM2.5浓度的变化如图2所示。

图2 片植植物群落内PM2.5浓度的变化

由图2可以看出，2017年1月11日重度雾霾天气条件下，不同植物在成片栽植方式下，白皮松与大叶黄杨内部中间的PM2.5浓度与其他各方位PM2.5浓度存在显著差异，砂地柏内部中间的PM2.5浓度与西、南边缘以及表面中间位置的PM2.5浓度存在显著差异。表现为砂地柏、白皮松、大叶黄杨内部中间的PM2.5浓度最低，样地中央植株上方表面的PM2.5浓度最高。此外，白皮松东边缘、南边缘的PM2.5含量居中；大叶黄杨南部、北部边缘的也较低（仅次于群落内中部的PM2.5值）。由图3可以看出，成片栽植植物的栽植方位与PM2.5的浓度有显著的相关性，相关系数均为R2＞0.8。

图3 片植植物群落内PM2.5浓度与测定方位的相关性

2.3 在重度雾霾天气下，列植常绿植物群落内PM2.5浓度的变化

重度雾霾天气下，列植常绿植物群落内PM2.5浓度变化如图4所示。

图4 列植植物群落内PM2.5浓度的变化

由图4可以看出，2017年1月11日重度雾霾 天气条件下，在列植栽植方式下，圆柏行列中间的株高1/2内部和北株高1/2边缘处的PM2.5浓度与其他各方位（除南株高1/2边缘）的PM2.5浓度存在显著差异，大叶黄杨行列中间的株高1/2内部的PM2.5浓度与其他各方位（除东距边1 m）显著差异。表现为圆柏植物群落北部近地面的浓度最高，各植株内部、行列的中间、株高1/2处的PM2.5浓度低。图5可以看出，成列栽植的植物的栽植方位与PM2.5浓度呈高度相关，相关系数均为 R2＞0.9。

图5 列植植物群落内PM2.5浓度与测定方位的相关性

2.4 在重度雾霾天气下，大叶黄杨不同栽植方式群落内PM2.5浓度的变化

由图6可以看出，在不同栽植方式下，成列栽植的大叶黄杨各方位的PM2.5浓度低于成片栽植的大叶黄杨各方位的PM2.5浓度，表明成列栽植的大叶黄杨吸附PM2.5的能力要强于成片栽植的大叶黄杨。此外，无论是列栽还是片植，大叶黄杨内部中间吸附PM2.5的能力要强于植物边缘。

图6 大叶黄杨不同栽植方式群落内PM2.5浓度的变化

3 结论

（1）常绿植物群落周围的PM2.5浓度主要取决于大气中PM2.5浓度的大小。

（2）在重度雾霾天气下，常绿植物具有降低PM2.5的能力，且植物各方位PM2.5浓度有明显差异，两者高度相关。

（3）片植的砂地柏、白皮松、大叶黄杨内部中间的PM2.5浓度最低，样地中央植株上方表面的PM2.5浓度最高；大叶黄杨南部、北部边缘的也较低（仅次于群落内中部的PM2.5值）。列植栽植的北部近地面的浓度最高，植株内部、行列的中间、株高1/2处的PM2.5浓度最低。

（4）列植和片植植物的栽植方位与PM2.5的浓度高度相关，相关系数分别为R2＞0.9和R2＞0.8。

[1]王跃思，姚利，刘子锐，等.京津冀大气霾污染及控制策略思考[J].中国科学院院刊，2013，28（3）：353-363.

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[3]徐欢，赵晶晶，李红.道路绿地植物配置对PM2.5浓度分布与消减作用的影响[J].北方园艺，2016（24）：65-69.

[4]常雷刚.杭州4所综合医院植物群落PM2.5浓度及植物景观研究[D].杭州：浙江农林大学，2014.

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[7]李新宇，赵松婷，李延明.北方常用园林植物滞留颗粒物能力评价[J].中国园林，2015（3）：72-75.

[8]孟勇.浅谈城市园林绿化对PM2.5的防控作用[J].风景园林，2013（2）：147-148

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[10]房静，段素芳.园林植物对PM2.5的影响[J].农业工程，2016，6（4）：43-44.