太原市城市绿化BVOCs 产生量的估算

董宇辉

（太原市生态环境监测与科学研究中心，山西 太原 030002）

城市绿化在现代城市规划和建设中，占有非常重要的地位。城市绿化植物的增加，可以有效地减少噪音和颗粒物的排放量，同时还可以净化空气，增加氧气供应量，改善城市的居住环境。在植物的生长过程中，为了传递生物化学信息，调节植物的生长、繁衍和抵御病虫害，植物会产生挥发性有机物（VOCs），即植物挥发性有机物（BVOCs）。本研究通过统计分析，估算太原市的城市绿化植被构成及数量、面积，结合国内外相关研究成果，对太原市城市建成区2020 年绿化植被BVOCs 排放情况进行研究，为进一步研究太原市城市绿化的变化对环境空气质量造成的影响提供基础资料[1]。

1 BVOCs 排放量的计算模型

植物产生排放的BVOCs 种类较多，其中排放量大的是异戊二烯和单萜烯，且其化学活性强[2]，在夏季容易参与大气化学反应。本研究中将BVOCs 分为异戊二烯、单萜烯和其他BVOCs（醇、有机酸、低碳烷烃等多种）3 类。在分别计算各种植物的排放量后相加，并最终得到太原市建成区各类植物BVOCs的总排放量。单种植物的排放量计算公式采用谢扬飏等[2]在计算北京市植被BVOC 排放量时使用的方法来计算。植物的BVOCs 排放主要通过CHL（叶绿体）和DST（防御专属组织）[3]这两种重要的方式和途径。BVOCs 当中的异戊二烯属于叶绿体排放，采用CHL 算法计算；单萜烯和其他BVOCs 通过DST算法计算。

1.1 CHL 算法[见式（1）]

式中：EISOP为一段时间内的异戊二烯排放量；N 为单株植物的数量：t 为时间；ε 为标准状态下[温度为30℃，PAR 为1 000 μmol/（m2·s）]的基本排放速率，μg/（g·h）；M 为单株植物的平均叶生物量，kg/株；ρ为溢出效率（即BVOC 溢出到大气中的量在其排放总量中的占比）；γp、γt、γa为环境校正因子，分别为光辐射影响因子、温度影响因子和叶龄影响因子。因植物叶龄基础数据不可得，故不考虑γa的影响，γa的赋值为1。本研究中只考虑光辐射影响因子γp和温度影响因子γt，其计算方法如下式（2）。

式中：a、CL为经验参数，可取为0.0027 和1.066；Q为当前的光量子密度[PPFD,μmol/（m2·s）]，来源于太阳辐射数据。γt计算公式见式（3）。

式中：T 为当前植物叶表面温度（K），可简单等于树冠外的温度；TS=303 K；R 为气体常数（8.314 J/K）；CT1、CT2、TM是经验常数，CT1=95000J/mol，CT2=230000J/mol，TM=314 K。

1.2 DST 算法[见式（4）]

式中：ETMT，EOVOC分别为植物在一段时间内单萜烯和其他种类VOCs 的排放量。式中γt=exp[β（T-Ts）]，经验常数β=0.09K-1。

2 城市绿化基础数据

2.1 绿化植被数据

本研究主要研究的城市植被范围为太原市建成区，绿化数据来源于太原市统计公报、统计年鉴及实地调查。太原市建成区绿化覆盖面积15 840 hm2，园林绿地14 004 hm2，公园绿地4716 hm2，建成区绿化覆盖率44%，绿地率38.9%。绿地植物种类包括树木、草坪、宿根花卉等。植物种类分为常乔、落乔、常灌落灌、草坪等。本研究计算中使用的各种类树木的株树、草坪面积及宿根花卉的数量、分布区域的数据，根据实地调查、各相关行业环境影响评价书及统计公报进行估值。

2.2 BVOCs 的标准排放因子

排放因子的确定按照植物种类来确定。根据实地走访调查，落叶乔木以杨树、柳树为主，占比可达到70%，常绿乔木以松、柏为主，占比可达20%，其他乔木以果树、槐树和银杏树为主，因此本研究确定以上8 种植物近似代表太原市乔木整体分布情况。以上8 种植物及其他植被的的排放速率采用北京地区和昆明地区BVOCs 排放速率实测值[3-4]。文献中的数据已经标准化为标态下的基本排放速率，不考虑季节变化的因素。

杨树、柳树、槐树等植物的异戊二烯排放速率较高，草地、松树、果树等植物的单萜烯排放速率较高，灌木类的植物主要排放的是单萜烯[5-6]。

2.3 叶生物量

单株植物的平均叶生物量的数据通过3 种方式获得，第一种是通过相近地区植物的单株叶生物量实测值，第二种是叶生物量密度与植物叶面积的乘积，第三种是草地的叶生物量通过植被占地面积、叶面积指数和生物量密度的乘积。其中，叶生物量密度由相关文献得到。

3 结论与讨论

3.1 排放总量

3.1.1 不同种类植物的排放总量

经计算，太原市建成区绿化植被BVOCs 的年总排放量为2.83 万t，其中，异戊二烯为2.28 万t，单萜烯为0.43 万t，其他类为0.12 万t，这3 类BVOCs 占比分别为80.6%、15.2%和4.2%。按植物种类统计，落叶乔木主要排放的是异戊二烯；草地排放的主要为单萜烯；常绿乔木主要排放单萜烯，仅少量排放异戊二烯；灌木排放的BVOCs 很少。

3.1.2 单种植物排放量比较

对单种植物BVOCs 进行统计，可知杨树排放的异戊二烯最多，为1.51 万t；其次为柳树，其排放量为0.4 万t。杨树、柳树排放其他类BVOCs 的量也是最高的，分别为0.022 万t、0.009 万t。单萜烯排放最多的是草地，全年共排放0.27 万t，占单萜烯总排放量的62.8%。

由以上可见，太原市建成区绿化植被中BVOCs主要排放者是乔木，杨树和柳树的排放量较大，常绿乔木的排放量相对较少。

3.2 季节排放特点

太原市为北方城市，四季明显，植物的生长受季节变化的影响很大，植物的生长周期与其BVOCs 排放息息相关。在夏季，温度和太阳辐射较强，BVOCs排放量最多，相反在冬季为最少。表1 为各个季节BVOCs 排放量的统计。

表1 四季BVOCs 排放量统计 万t

4 结论

在本次研究中，通过搜集到的公开资料，结合国内外文献，对太原市建成区绿化植被BVOCs 的排放量进行估算，得出以下结论：

1）BVOCs 年排放量为2.83 万t，其中，中异戊二烯为2.28 万t，单萜烯为0.43 万t，其他类为0.12 万t。

2）BVOCs 排放源以乔木为主，其排放物以异戊二烯为主，乔木中又以杨树和柳树为主要排放源。常绿乔木和灌木BVOCs 排放的量较低。单萜烯的排放以草地为主。

3）太原市为北方城市，一年当中，夏季的温度最高，太阳辐射最强，植物生长也最为旺盛，所以BVOCs 的排放量以夏天的为主，冬天达到最低值。

由于本研究中使用的太原建成区绿化数据当中，各类植物的数量、草地的面积为估算值，且未考虑到植物叶子在成长期和成熟期的BVOCs 排放速率不一样，故本研究的计算结果偏大。