“城市森林”净化大气功能的研究进展

聂蕾

（安徽省化工研究院，安徽 合肥 230041）

“城市森林”的概念最早源于美国，Gobster[1-3]把“城市森林”定义为城市内及人口密集的聚集区周围的所有木本植物及其相伴的植物，是一系列街区林分的总和。

我国引入“城市森林”的概念相对较晚，近年来由于我国城市化进程的加快，使得生态环境问题日益突出，人们才逐渐重视对“城市森林”的建设。我国学者对“城市森林”的定义为生长在城市并对环境有明显改善作用的林地及相关植被。

目前国内外许多学者针对“城市森林”对环境治理的贡献提出了新的环境质量综合评价方法，并广泛运用于环境科学研究领域[4-14]。Louis等[15]估计每公顷云杉林可固定尘土32吨；美国芝加哥的库克和杜佩齐市区，城市森林平均每天吸收CO21 200 t，SO23.7 t，NOX4.2 t。

1 国内外对“城市森林”功能研究进展与现状

“城市森林”不仅可以改善环境质量，还可以平衡城市生态系统二氧化碳，改善野生动植物的生存环境等[16-20]。因此可以根据对“城市森林”的植物组成、种植层次等结构来实现不同的环境质量改善目标。

1.1 “城市森林”对大气中的SO2、NOX的净化研究

SO2具有刺激性，会对眼、鼻腔黏膜产生刺激性作用，具有损害呼吸器官等危害，因此对大气中SO2的治理极为重要。空气中含氮的氧化物有NO2、NO、N2O、N3O2等，其中主要成分是NO2和NO，以氮氧化物表示。氮氧化物与SO2一样，是酸雨形成的主要原因之一。酸雨不仅会影响农作物的生长，同时还会使土壤、水源等人们赖以生存的环境酸化，因此对氮氧化物的治理也是刻不容缓。

关于大气中SO2、NOX污染的监测，以往使用化学方法较多。近年来随着“城市森林”的不断建设，越来越多的研究集中在利用植物来测定大气中SO2、NOX的浓度，因为植物具有以下几个特点：①植物具有固定生长的特点，便于监测与管理；②植物的固定生长使其无法避免遭受污染物的侵害；③植物通过其庞大的叶面积与环境进行气体交换，利用植物监测大气污染物浓度更为准确。因此可以利用叶片含硫量、含氮量与大气中二氧化硫、氮氧化物含量的相关性来确定哪些树木可以用来测定大气中的污染物。通过单因素方差分析和系统聚类分析，比较各树种间对大气SO2、氮氧化物吸收积累能力的差异性，以筛选出对SO2、氮氧化物净化能力强的树种。

李珍珍等[21]对沈阳东陵公园、陨石山森林公园进行实测分析，其中沈阳东陵公园是以灌木为主的城市森林公园，而陨石山森林公园是以乔木为主的城市森林公园，结果表明，陨石山森林公园大气中SO2的环境质量要优于沈阳东陵公园大气中SO2的环境质量。赵勇、陈志林等[22]通过对平顶山上不同植物叶片中含硫量的分析，得到乔木对大气中SO2的吸收总量要优于其他植物对大气中SO2的吸收总量。

关于“城市森林”对大气中氮氧化物净化作用的研究，目前我国已测算针叶林对NOX的净化能力大约为6 kg·hm-2·a-1；同时张学星等[23]研究了不同群落结构对氮氧化物的净化效益，结果表明，以乔木为主的群落结构对大气中氮氧化物的净化效益为最佳，达到66.8 μg/m3。

由此可知，“城市森林”当以乔木为主要组成成分时，其对大气中SO2、NOX的净化效益为最佳。因此根据这些研究结果可以选择最优的结构配置建造“城市森林”，从而达到最佳的净化效果。

1.2 “城市森林”对大气颗粒物的净化研究

大气颗粒物是对大气中存在的固态和液体的颗粒物质的总称，分为TSP（Dp≥10 μm），PM10（2.5 μm＜Dp≤10 μm），PM2.5（Dp≤2.5 μm）。大气颗粒物不仅会影响人的呼吸系统，还会与大气中的其他有害物质结合在一起，进入人体后，会对人体造成极大的伤害。

根据大量研究结果可知，“城市森林”对大气颗粒物具有极好的净化效果[24-26]。但不同结构的“城市森林”对大气颗粒物的净化效率不同；“城市森林”对不同大气颗粒物的净化效果也不相同。根据柴一新等[27]研究结果可知，当“城市森林”以常绿阔叶林为主时，对TSP 和PM10的净化效果为最优；当“城市森林”以灌木为主时，对PM2.5的净化效果最佳。

由此，可根据不同的治理对象选择不同的植物配置，从而达到最优化的“城市森林”结构。

1.3 “城市森林”对噪声的减噪研究

近年来，随着城市规模的不断扩大，交通噪声和建筑噪声问题日趋突出。噪声对人体的危害很大，直接影响人的神经中枢，长此以往会使人出现神经衰弱等症状，因此对噪声的治理极其重要。

植物对于噪声降噪作用的因素有很多，包括植物的各种结构因素，如植物的高度、宽度、冠幅、能见度等，因此不同配置的“城市森林”对噪声的降噪效果不尽相同。研究表明，采用以乔木为主的“城市森林”结构，对噪声的净化效果为最佳。

1.4 “城市森林”对大气氟化物的净化研究

氟化物不仅对皮肤、粘膜有强烈的局部刺激作用，还会对人体骨骼造成伤害。

“城市森林”对大气中的氟化物具有一定的净化作用。因为植物吸收大气中的氟化物主要富集于叶片中，同时氟化物并不是植物所必需的物质，所以植物叶片上的氟化物含量可以近似看成为大气中氟化物的含量。

研究表明，叶片较大且植株较高的植物对大气中氟化物的净化效益高；不同类型植物对大气中氟化物的净化效益是不相同的，其中常绿阔叶>常绿乔木>针叶>灌木，因此对大气中氟化物的净化，以常绿阔叶植物为主的“城市森林”为最佳配置。

2 “城市森林”的功能研究展望

随着经济的不断发展，我国的城市化水平正在逐步提高，但是我国的城市绿化水平依旧较低，“城市森林”作为改善城市生态环境质量非常有效的生态工程[28-39]，目前应加快开展以下领域的研究工作：

（1）“城市森林”可与“城市森林”规划、景观设计相结合，不仅提升我国城市绿化水平，还能对生态环境做出有力贡献。

（2）目前我国大多数有关“城市森林”对大气环境影响的研究都集中在北方，主要研究北方冬季燃煤所造成的大气环境影响；南方的环境虽然比北方好，但也不是不需要治理，南方没有北方大量燃煤造成的大气环境污染，但是工业施工和大量的机动车尾气排放对大气也有较为严重的污染，并且很多研究对象是城市绿地、城市行道树、城市公园等，对“城市森林”对大气环境的研究还不是很成熟。

3 结论

“城市森林”作为以林地为主体，同时又包含城市绿植、园林、水域等其他成分组成的一个独立的生态系统，其对大气中各类污染物均能起到一定的净化作用，同时“城市森林”的建设还可将“城市森林”规划和其他规划进行结合，不仅能增加城市绿化水平，同时还能改善生态环境。

不同绿化配置结构的“城市森林”对不同污染物的净化效果不尽相同：

（1）对大气中SO2、NOX的净化，“城市森林”当以乔木为主要组成成分时为最佳。

（2）当“城市森林”以常绿阔叶林为主的结构时，对TSP 和PM10的净化效果为最优；当“城市森林”以灌木为主的结构时，对PM2.5的净化效果最佳。

（3）采用以乔木为主的“城市森林”结构，对噪声的净化效益为最佳。

（4）对大气中氟化物的净化，以常绿阔叶植物为主的“城市森林”为最佳配置。

综上所述，可以根据不同的污染物，选择不同的绿化植物进行配置，形成最优的“城市森林”结构，从而达到对污染物净化的最佳效果。