亚热带森林群落净化大气可吸入颗粒物研究

宋绪忠，王 成，杨 华

（1.浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023；2.中国林业科学研究院，北京 100081）

近年来，随着城市化进程的加快和社会经济的快速发展，城市环境污染问题日益突出，特别是可吸入颗粒物已经成为影响城市人居环境和居民身体健康的城市首要污染物，得到国家越来越密切的关注。PM10、PM2.5正逐步进入环境监测体系。可吸入颗粒物是直径小于10 μm，在空气中能够长期悬浮而不易沉降的颗粒状物质。PM10及PM2.5等对人体的危害远远大于总悬浮颗粒物（TSP），会诱发、引发许多疾病[1～2]，尤其对于老人、儿童、呼吸道疾病和心肺病患者[3～5]。

城市森林具有改善环境、人体保健、教育文化、景观游憩等多种功能[6～7]，是城市居民日常活动和休憩的主要场所。不同绿地类型的景观效果和生态效益是不同的[8～9]。许多研究就森林与灌丛、草坪和旷地等立地类型的滞尘能力进行了对比[10～13]。对于不同类型绿地空气PM10浓度在时间尺度上的变化还缺乏全面系统的研究，开展这方面的研究对于了解不同类型森林群落及建群树种的净化功能，科学指导绿地建设和帮助居民开展合理的森林生态游憩活动具有借鉴意义。

1 研究区概况

研究在浙江杭州市淳安县九龙源森林公园，杭州市小和山高教园区、杭州市苗圃、武林小广场、西湖北山路，浙江舟山定海的海山公园，林科院树木园，长冈山森林公园等地。

在3个城市选取试验区8个，布置监测森林群落样地39个（表1），其中涉及建群植物种类23种，包括乔木树种 19种，灌木 2种，毛竹和草坪草等。群落选取各公园或绿地的典型、较均一植被（群落面积 400m2以上），管理一致，干扰较小。

表1 监测试验样地布置Table1 Distribution of sample plots

2 研究方法

根据项目组前期研究结果和在杭州市PM10全年监测，4月份城市可吸入颗粒物浓度最高，一日之内9:00－11:00维持相对稳定的水平。2011年4月，发生降雨后的第3天，每天9:00－11:00，测试各样地内大气可溶性颗粒物浓度，每个样地3个重复，每个重复采集气体10 min，2 min读取1次数据，连续读取25个数据，取平均值并记录。所用仪器为英国Turnkey公司生产的Dustmate粉尘检测仪。监测指标包括TSP、PM10、PM2.5、PM1。每次观测时记录空气温度、湿度和风速，同时观测绿地郁闭度。采样高度为距离地表1.5 m处，与成人呼吸高度基本一致。

3 研究结果

3.1 不同试验区差异

对39个试验样地依所在城市进行汇总分析，得出3个城市森林群落颗粒物的基础水平（图1）及在不同群落样地的分布（图2）。研究首次发现，3个城市中淳安TSP最低，舟山PM10、PM2.5及PM1浓度最低，杭州市区除PM1不是最低外，其他项目都是最高。

图1 不同试验区颗粒物水平Figure1 PM concentration in different areas

图2 不同试验样地颗粒物水平Figure2 PM concentration in different sample plots

考察不同试验样地的TSP、PM10、PM2.5、PM1发现，不同城市的群落间的差异明显，同一城市的不同样地之间组成规律相对一致，能反映出立地特点。在杭州市，小和山高教园区以学校、农村社区为主，无污染企业、汽车保有量较少，植被较好，各级颗粒物整体水平较低；杭州市苗圃邻近杭州市汽车西站，武林小广场为重要商圈，汽车保有量大，各级颗粒物水平最高；北山路紧靠西湖，虽车辆较多，但植被较好，同时西湖湖面开阔能稀释或吹散颗粒物。淳安的九龙森林公园是千岛湖西南库区的森林公园，车流量少，环境好，TSP最低；舟山的3个试验样地均为森林公园，以海山公园、林科院树木园、长冈山森林公园的顺序，离市中心越来越远，植被越来越好，其颗粒物整体较低，尤其是小颗粒物分布低，可能是因为地处海边，海风直接稀释的结果。研究组监测过海风颗粒物水平，结果发现其分布极低。可见，稀释是缓解颗粒物危害的可行途径之一。

3.2 降低颗粒物的林带宽度效应

基于杭州市苗圃梯度监测结果，发现林分降低颗粒物具有宽度效应。即随着林带宽度的增加，颗粒物的浓度水平整体下降。趋势模拟（图3）显示，降低颗粒物的效益上TSP（方程斜率14.669）优于PM10（方程斜率5.6445），进一步优于PM2.5（方程斜率0.428 5），PM1降低效益最低，变化最小（方程斜率0.082 9）。说明，植被对PM2.5及以上径级的颗粒物作用明显，更小的颗粒物影响则较小。香樟、桂花同种群落颗粒物水平比较结果（图4）进一步印证了林带宽度效应的存在。

图3 林带不同位置颗粒物水平Figure3 PM concentration in different place of the forest

3.3 植被群落降低颗粒物作用

以群落类型比较了植被降低颗粒物效益的差别，发现高大植被如竹子、乔木林具有最低的 TSP、PM10、PM2.5，灌木TSP、PM10、PM2.5最高，草坪次之，此结果与之前研究略有不同，PM1在群落间差异不大。高大森林群落中，竹子颗粒物水平整体最低，乔木林差异不明显，但常绿阔叶树林优于针叶林和落叶阔叶林。

4 结论与讨论

可吸入颗粒物是城市首要污染物，治理难度大。城市森林植被具有净化可吸入颗粒物的作用，人类呼吸高度的可吸入颗粒物水平较低，是城市居民规避城市可吸入污染，开展生态游憩的理想场所。理论上，乔木、灌木树种降低可吸入颗粒物的能力应该优于草坪，乔木树种降低可吸入颗粒物的能力应该优于竹子，然而监测没有得出这种理想的结果，可能是因为草坪空间开阔、竹林通风较好，它们都处在林区，可吸入颗粒物得到了清洁空气的稀释而较低。

图4 不同香樟及桂花群落宽度的颗粒物水平Figure4 PM concentration in different width of Cinnamomum camphora and Osmanthus fragrans plantation

图5 不同植被类型颗粒物水平Figure5 PM concentration in different types of vegetation

稀释可能是缓解城市可吸入颗粒物污染的可行途径之一。沿海城市或滨湖地区都可以利用好清洁空气对城区可吸入颗粒物的稀释、清洁作用，创造良好的人居环境。城市森林建设也可以合理布局，形成连贯并通透的整体，提高森林降低可吸入颗粒物的功能。

本文是在分析全年定位监测结果的基础上，选取稳定时间段开展的植物群落颗粒物监测研究，要获得更加稳健的结果，还需要开展全天甚至年际变化动态的监测。同时，研究中正值杜鹃花开花盛期，我们监测到靠近杜鹃花群落的植被小颗粒可吸入颗粒物水平增高的趋势。有研究者认为，植物本身通过散发孢子、花粉、甚至挥发物产生可吸入颗粒物，是植源性污染。本项内容也值得关注和研究。

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