绿色植物防控大气颗粒物研究现状及防治途径

程立超 骆媛媛 彭 巍

(1.黑河学院，黑龙江 黑河 164300；2.黑河市林业科学院，黑龙江 黑河 164300)

在人类发展的历史上，曾出现过很长一段时间人类对自然界的索取大于人类对自然界的回馈现象，引发了诸如大气污染、水土流失、温室效应、生物多样性减少等各种各样的生态环境问题。近年来，大气颗粒物污染问题在我国部分地区频繁发生，尤其是PM2.5的污染问题已引起相关政府部门、高校科研机构、一些企业的高度关注，2013年，中国气象局预报与网络司首次将PM2.5作为发布霾预警的重要指标之一。

受城市人口快速增长、人均汽车保有量不断提高等因素的影响，区域性、条带性大气颗粒物污染问题愈发严重，其中，颗粒物粒径小于10微米的PM10可通过呼吸作用进入人体肺部，颗粒物粒径小于2.5微米的PM2.5还可被吸收到人体血液和淋巴液中，对人体健康造成极大的危害，对此进行科学、有效的防控已成为当前的一个研究热点[1]。

利用绿色植物的直接作用和间接作用来防控大气颗粒物的污染问题是一种安全、有效、符合自然规律的防控手段，但具体防控效果取决于绿色植物的种类及配置类型、外界环境等的作用。本研究在综合国内外学者研究成果基础上，从绿色植物对大气颗粒物的作用、绿色植物防控大气颗粒物的主要途径两方面进行概述，对绿地建设的规划、大气颗粒物污染的有效修复和提前预防具有重要的现实意义，同时，为利用绿色植物防控大气颗粒物的相关研究提供参考价值。

1 绿色植物对大气颗粒物的作用

1.1 绿色植物对大气颗粒物的减尘作用

绿色植物对大气颗粒物的减尘作用主要是由于高低不同的绿色植物覆盖裸露地表以后能够大大提高绿色植物的覆盖率，从而阻碍地面上扬尘的漂移。田志会等人2020年的研究成果显示，当大气中PM2.5和PM10浓度均在100ug/m3以下时，北京市中关村森林公园植被对PM2.5和PM10的平均消减率分别达到6.79%和11.44%，同时指出乔灌草模式的植被类型消减效果比乔木、灌木、乔灌、灌草、乔草、草地植被类型要强且具有显著性的差异，绿色植物对大气颗粒物的减尘作用与空气的污染程度有关[2]。杨貌2016年对北京市海淀区典型道路绿色植被类型的研究结果显示，草本、灌木的植被类型对大气颗粒物的垂直消减作用比乔木、乔灌、乔草、乔灌草要好，且不同植被类型的绿色植物对粒径越大的大气颗粒物消减作用越强[3]。因此，不同的绿色植被类型对大气颗粒物的减尘作用表现出差异性。

1.2 绿色植物对大气颗粒物的滞尘作用

随着我国2013年在空气质量标准内新增了PM2.5重要指标以来，对包括PM2.5在内的大气颗粒物进行防控方面的学术研究和具体实践快速发展，研究的具体内容从绿色植物对大气颗粒物作用的描述性、单位叶面积滞尘量等方面向细颗粒物、代表性绿色植物滞尘量、绿色植物滞尘规律等方面进行过渡。绿色植物通过暴露于空气中茎、叶营养器官和花、果实、种子生殖器官的表面来实现对大气颗粒物的滞尘作用，整个滞尘过程是一个物理性的吸附过程，一般情况下包括吸附、粘着、滞留三个步骤，滞尘的效果与器官表面的形态、结构及外界环境条件有关。张维康等人2017年研究了不同树种叶片微观结构对其滞纳空气颗粒物功能的影响，结果显示，气孔密度、蜡质层厚度、油脂、纹理是影响油松、白皮松滞尘能力的主要因素，而影响旱柳、五角枫、银杏、杨树滞尘能力的主要因素是叶片表面的粗糙度，且叶片表面结构这一因素对不同树种滞尘能力的影响非常显著[4]。一般情况下，能分泌油脂、汁浆、粘性物质和具有茸毛、纹理、沟、褶皱等特征的绿色植物滞尘量较大。

1.3 绿色植物对大气颗粒物的阻尘作用

由绿色植物个体构成的防护林、隔离带等类型的绿色生态屏障能够改变局部区域环境，特别是能有效阻挡大气颗粒物的流动，而使受保护区域的大气颗粒物浓度降低，具体的阻尘效果一般情况下与构成绿色生态屏障的宽度、风向的夹角及绿色植物种类、疏密程度、高度、冠幅等关系密切[5]。上海交通大学研究团队建议在靠近机动车道路两侧，绿化带越宽，对大气颗粒物消减的作用越明显，郁闭度70%、疏透度30%的绿化带可阻滞30%-50%由交通排放和道路扬尘的总悬浮颗粒物[6]。1979年被列为国家经济建设重要项目的“三北”防护林工程、2002年启动的京津风沙源治理工程、2012年北京市启动的平原地区百万亩造林工程等均是绿色植物对大气颗粒物阻尘作用的具体应用，这些具体应用不仅对改善当地生态环境起决定性作用，且对改善全国的生态环境也起着举足轻重的作用。

1.4 绿色植物对大气颗粒物的降尘作用

绿色植物对大气颗粒物的降尘作用主要是由于绿色植物能够降低风速，促进大气颗粒物更迅速地沉降至植物体表面和地表面，从而起到降尘作用。大气颗粒物通过自身重力作用或与其他物体碰撞后的干沉降、大气颗粒物通过降雨或下雪而消除的湿沉降是大气颗粒物沉降最主要的两种方式。绿色植物可通过其粗糙的表面对大气颗粒物的干沉降进行拦截和黏着、通过吸收和阻挡降水对大气颗粒物的湿沉降进行溶解，这些过程的发生在一定程度上均能起到降低大气颗粒物浓度的作用[7]。在综合绿色植物降尘原理和高效降尘群落特征的基础上，陈郢于2018年提出了滁州市南谯新城区道路降尘群落植物的可选树种、忌用树种及行道树、两侧分车绿带、路侧绿带植物降尘群落的具体构建方法[8]。绿色植物对裸露地表的覆盖增加了地表的粗糙程度而增加了大气颗粒物的沉降速度，这种降尘作用对粒径较大的大气颗粒物沉降作用更加明显。

1.5 绿色植物对大气颗粒物的吸尘作用

绿色植物可通过气孔、皮孔及表皮上的一些其他结构吸收大气颗粒物，并将其同化或转化到绿色植物体内，整个吸尘过程是一个化学性的反应过程，一般情况下包括吸收、转化、同化或超同化三个步骤。目前，关于绿色植物吸尘作用的研究多见于以下几种情况，一是绿色植物的气孔、皮孔等结构能够吸收大气中含硫、含磷等有害元素的颗粒物，使其发生氧化还原反应而降解形成化合物以后被运送到绿色植物体的各个部分；二是绿色植物个体在生长发育过程中能不断产生萜烯类、醚类、醛类等有机挥发性物质，这些物质进入大气后经过光化学反应而产生硫酸盐、硝酸盐等颗粒物，但关于沉降比率方面的研究相对有限；三是绿色植物通过光合作用及叶端、枝端放电形成光电效应，电离空气而产生负离子，空气负离子与大气颗粒物呈负相关，空气污染重的地区空气负离子浓度较低[9]。绿色植物对大气颗粒物的吸尘作用除与绿色植物个体结构特征有关外，还与大气颗粒物自身的化学性质和渗透条件有关。

2 绿色植物防控大气颗粒物的主要途径

2.1 扩大绿化面积

对于大气颗粒物的治理和防控，扩大绿化面积是一种典型的生态措施。研究表明，草地比裸露地面吸附粉尘的能力高70倍，森林比裸露地面吸附粉尘的能力高75倍，1ha毛白杨一年内能够吸附粉尘的量超过68t[10]。虽然绿色植物对大气颗粒物的防控具有积极作用，但实际上只有在一定绿化规模基础上才能真正得到有效发挥，同时，还需考虑植绿环境的综合情况，在绿色植物种类的选择上做到因地制宜、适地适树，充分发挥绿化的生态效益、经济效益和社会效益。

2.2 合理配置植被类型

在新建绿地时，需对绿色植物品种进行合理配置，特别应注重的是绿色植物自身的功能性。贺勇等人在研究的30种灌木当中发现金老梅、紫花锦鸡儿、银老梅、七姐妹、松东锦鸡儿滞尘效果最好，可在污染较重的区域进行优选种植[11]。园林绿化需多层次、多样化、立体的合理配置，注重乡土品种和常规品种的搭配，根据季节变化、观花观叶观草相结合等需求选择合理的品种；城市道路绿化不应裸露土层，以乔木为主，乔木、灌木、草本植物相结合，使其符合行车视线及市政公共设施的运转要求；营造水土保持屏障需首选根系发达、具有较强固土和改善土壤的绿色植物种类。

2.3 优化设计绿色植物结构

生产实践过程中往往有着非常复杂的外界环境条件，因此，在进行实地植绿时需对其进行提前优化设计，如在风道地区需设计一些枝繁叶茂的乔木以降低风速，乔木底层适当设计灌木、草本可更好地发挥大气颗粒物的防控效果。鉴于一些古老的城市、城市中的老城区等狭窄区域绿化空间十分有限，扩大地面上的绿化面积比较困难，可适当考虑通过楼顶这样的立体空间来实现绿化面积的扩大，还可在原有绿地基础上进行合理密植。此外，还可利用攀援、藤本植物进行垂直绿化以优化绿化结构，提高整体绿化水平。

3 结语

防控大气颗粒物的污染是建设生态文明、建设美丽中国的重要战略任务，绿色植物具备防控大气颗粒物的能力，利于空气质量的改善和提高。总体上，绿色植物对大气颗粒物的防控可分为直接作用和间接作用两种方式，直接作用是植物器官表面与大气颗粒物直接接触，并对其进行防控，间接作用是绿色植物借助于形成的小气候，通过释放的负离子对大气颗粒物进行综合，通过呼吸作用和蒸腾作用降低大气温度，以减少制冷设备使用频率等方式来实现对大气颗粒物的防控。当前，在绿色植物防控大气颗粒物的研究领域，很多研究者集中在绿色植物的种类、植被类型、内外界因素防控大气颗粒物的影响因素等方面，取得了较为丰硕的学术成果，但从整体上看，防控大气颗粒物需采取综合措施，特别是勇于消除产生大气颗粒物的来源，且不能过分单纯地依赖于绿色植物。在未来的大气颗粒物防控工作中，仍需综合考虑绿色植物的形态结构特征、植被类型、外界环境条件等影响因素，同时在利用绿色植物防控大气颗粒物时，要充分考虑绿色植物防控大气颗粒物的途径，只有这样才能保证防控效果。