北京鸿华高尔夫球场生态环境效益评价研究

2014-03-26濮阳雪华高晨浩罗红松韩烈保

草业学报 2014年5期

濮阳雪华，高晨浩，罗红松，韩烈保

（北京林业大学高尔夫教育与研究中心，北京100083）

近些年，随着我国经济的迅猛发展，人口数量急剧增加，城市化进程不断加快，城市环境污染也随之加剧，我国现代化建设面临的环境问题也日益突出，如有害气体、噪声及颗粒物污染等等，他们不仅严重危害人们的身心健康，还影响着一个城市在国际上的声誉［1］。城市绿地作为城市生态系统中的自然成分，具有生态环境、景观游憩、教育文化、人体保健及产业经济等多种功能［2－3］。这其中改善城市生态环境的功能尤为重要，他具有降温增湿、减噪遮阳、改善局部小气候等多种功效，并且在降低城市空气环境颗粒物方面发挥着无可替代的重要作用［4－7］，因而，城市绿地可以在一定程度上修复因快速城市化而遭到破坏的自然生态环境，从而改善人体健康，促进社会的可持续发展。

据2012年《朝向白皮书》统计，截至2012年底，我国已拥有18洞高尔夫球场587个。伴随着这项运动的蓬勃发展，社会各界都予以了其极高的关注度，尤其是对生态环境的影响，包括水环境，土壤环境及生物多样性，但对其生态环境效益的研究较少［8－13］。高尔夫球场作为一种特殊的城市绿地，一个标准的18洞球场占地面积70～120hm2，包含多种乔木、灌木、草本及花卉［14］。据2012年北京统计年鉴报道，截至2011年底，北京市公园绿地面积约为19728hm2。因此，若以每家高尔夫球场占地100hm2，按北京市总共70家高尔夫球场计算，北京市高尔夫球场绿地面积约占全市公园绿地面积的1/3以上，因此，其在改善城市生态环境中发挥着举足轻重的作用。

本研究通过对北京鸿华高尔夫球场颗粒物、空气负离子、温湿度及噪音等生态环境效益因子的实地监测与分析，旨在改变人们对高尔夫球场的传统认识，充分发挥高尔夫球场单位土地面积上的生态效益和经济效益，改善城市生态环境质量，促进城市的可持续发展。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

北京鸿华高尔夫球场位于北纬40°00′39″，东经116°25′01″，地处北京市朝阳区北苑路附近，整个球场占地面积约86.7hm2，属于丘陵型球场，于2004年正式建成对外营业。该地区年降水总量541mm，年平均气温13.0℃，属于暖温带半湿润大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥。球场土壤为褐色森林土，植被以落叶阔叶林为主，乔木主要包括毛白杨（Populustomentosa），白蜡（Fraxinuschinensis），旱柳（Salixmatsudana），油松（Pinustabuliformis）等。灌木主要包括小叶女贞（Purpuspriver），紫叶小檗（Berberisthunbergii），沙地柏（Sabinavulgaris），大叶黄杨（Buxusmegistophylla）等。果岭和发球台草种为匍匐翦股颖（Agrostisstolonifera），球道草为草地早熟禾（Poapratensis），高草区为高羊茅（Festucaarundinacea）。

1.2 样点的设置

依据高尔夫球场的地理位置及球场本身的特点，试验点位置的设置如图1所示，在球场内均匀设置4个监测点A、B、C、D，其中A点绿地类型为草坪型，B和D点为乔草型，C点为乔灌草型。对照点在球场外围也按照对应的方位设置4个监测点E、F、G、H，其中E和H监测点位于通往居住小区的辅路，车流量较小，F和G监测点位于交通主干道边。

图1 试验点位置分布图Fig.1 The location of experimental fields

1.3 测定内容与方法

采用CW－HAT 200手持式粉尘仪测定PM 2.5及PM 10；采用AIC－1000空气负离子仪测定空气负离子；采用TES－1350A噪音仪测定噪音；采用TES－1360A温湿度仪测定气温和相对湿度。

实验于2013年7月29日至2013年8月11日，共连续监测14d，每天从6：00—18：00测定数据，其中，PM 2.5、PM 10和温湿度每隔1h测定1次，空气负离子和噪声每隔2h测定1次，各观测点取东南西北4个方向距离地面1.5m处的瞬时数值，各个方向读取10个数值，取其平均值作为该观测点的观测值。

关于人体舒适度预报的研究方法很多，本研究选择王远飞和沈愈［15］的温湿度指数作为其评价依据，计算公式为：

式中，T为气温（℃），RH为相对湿度（%），THI指温湿指数，是运用人类生物学的方法来评价夏季环境的舒适度，其等级标准如表1所示［16］。

目前，国内外还没有统一的标准对空气负离子进行评价，主要有单极系数法，日本的安倍空气质量评价指数法，德国的空气离子相对密度法等评价方法，其中前两个应用最为广泛。本研究采用国际常用的安倍空气质量评价指数（CI）对空气清洁程度进行评价，其等级标准如表2 所示，计算公式为［17－18］：

式中，q为单极系数；CI为安倍空气质量评价指数；n＋、n－为空气中的正负离子个数（个/cm3）；1000为满足人体生物学效应最低需求的空气负离子浓度（个/cm3）。

表1 温湿指数（THI）与人体舒适度Table 1 Thermal humidity index and body comfort degree

表2 空气质量评价指数等级标准Table 2 The evaluation index standards of air quality

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2007以及SPSS 16.0软件进行统计分析，用Sigma Plot 10.0进行作图。

2 结果与分析

2.1 温湿度的日变化规律

通过对球场内外温湿度的连续监测发现，球场绿地具有一定的降温增湿效果，平均降低气温2.1℃，增加湿度9.2%（图2和图3）。球场内外的气温均呈现出上升的趋势，并且在15：00达到最高值，从上午10：00开始，球场内外各个时间点的气温均表现出显著的差异，并且随着气温的升高这种差异也越来越大，最高可降低气温3.2℃，这表明在一定范围内气温越高绿地的降温效果越显著。

空气相对湿度的日变化规律与气温呈现出相反的趋势（图3），在15：00时相对湿度最低，此时，球场内外的相对湿度差异最大，达到12.9%，并且15：00以后各时间点球场内外的相对湿度均表现出显著的差异，这可能是由于夏季气温较高，植被蒸腾作用较强，同时下午球场的喷灌作业较为频繁，导致球场内的相对湿度升高较快。球场内乔灌草复合绿地类型的降温增湿效果最为显著，但他与乔草型和草坪型绿地的差异不显著，此外，球场外4个监测点的温度和湿度间差异并不显著，这可能与各监测点间距离较近，在风力等气象因素的影响下气流循环较为频繁有一定的关系。

人体的健康在很大程度上受到天气状况的影响，当四周的气象因子如温湿度、气压等发生显著变化时，人体的各项机能也随之改变，使得身体健康受到一定的影响。众多研究表明，气温、湿度和风是对人体感觉影响最大的气象因素［19］。运用文献［15］的评价方法及表1的等级标准，对高尔夫球场内外一天中各时间段的人体舒适度的评价结果表明球场内外达到人体舒适度二级标准的时间段均占15.4%，球场内达到三级标准的占46.2%，达到四级标准占38.4%，而球场外达到三级标准占23.1%，四级标准占61.5%。由此可见，高尔夫球场让人体感觉舒适度相对较好的时间段更长，从6：00—13：00较适宜夏季在球场内从事户外运动。

2.2 PM 2.5和PM 10的日变化规律

通过对球场内外不同监测点连续监测发现，PM 2.5的日变化规律呈现出双峰型，早晨和傍晚呈现出较高的浓度，午后较低（图4）。此外，从图中可以看出，球场内的PM 2.5含量要低于球场外，并且在15：00、17：00和18：00三个时间点呈现出显著的差异。球场外4个监测点中，F点和G点由于处于交通主干道边，PM 2.5的含量略高于E点和H点，但他们彼此之间的差异并不显著。相比球场外，球场内的变化幅度较小，最大时均值是最小值的1.22倍。这表明，球场的植被对PM 2.5浓度的变化具有更强的缓冲能力。球场内植被对PM 2.5的日平均净化率达到25.9%，日均净化率的变化范围为18.1%～47.4%，其中乔灌草和乔草复合绿地对PM 2.5的净化率分别为41.8%和34.3%，显著优于草坪型绿地的11.6%，而且这种净化效果在雨后表现得尤为明显。这与球场内植被覆盖度较高，植物种类较多，叶面积指数较大，绿量较高有较大的关系，这也表明植被会对PM 2.5起到了一定的吸收、粘附和滞留作用。

PM 10的日变化规律呈现出与PM 2.5类似的趋势，即早晚较高，午后较低（图5），球场内外的含量也呈现出较大的差异，相比球场内外PM 2.5的差异性，PM 10在更多的时间点呈现出显著差异，日平均净化率也更高，达到26.6%，变化幅度为18.0%～48.5%，这可能与PM 10本身的性质有关，由于其颗粒物的直径相对而言更大，球场在夏季易形成低温高湿的局部小气候，也更容易发生沉降和被植物叶片滞留和吸附。对于不同类型的绿地，乔灌草和乔草复合绿地对PM 10的净化率分别为41.7%和35.8%，显著优于草坪绿地的10.1%，而球场外4个监测点的PM 10的含量与PM 2.5的含量呈现出类似的趋势。

图2 球场内外气温的日变化特征曲线Fig.2 Daily variations of temperature both on and off the golf course

图3 球场内外相对湿度的日变化特征曲线Fig.3 Daily variations of relative humidity both on and off the golf course

图4 球场内外PM 2.5含量的日变化特征曲线Fig.4 Daily variations of PM 2.5both on and off the golf course

图5 球场内外PM 10含量的日变化特征曲线Fig.5 Daily variations of PM 10both on and off the golf course

由于我国目前还没有正式的关于PM 2.5安全浓度的国家标准。美国环保署（EPA）的日均安全标准值为65 μg/m3，若以EPA的标准来衡量，球场外的PM 2.5每日含量的达标率仅为42.9%，而球场内的达标率为85.7%。现行的环境空气质量标准（GB3095－1996）中对我国PM 10含量的二级标准限定日均值为150μg/m3，按此标准，球场外PM 10的达标率为71.4%，球场内为85.7%。由此可见，球场内外PM 2.5和PM 10均存在一定的污染，并且球场外的污染更为严重。因此，高尔夫球场在一定程度上可以降低空气中PM 2.5和PM 10的含量，起到阻滞降尘，净化空气的作用。

2.3 空气负离子的日变化规律

空气负离子具有很强的杀菌、降尘、净化空气的作用，也有益于人体健康，因此，一些国家已经将其列为空气清洁度的指标之一［17，20］。对球场内外连续的监测发现，球场内空气负离子的浓度呈现出早晚较高，午后最低的趋势，并且乔灌草和乔草复合绿地负离子的含量显著高于草坪绿地，而球场外的负离子浓度变化幅度不大，4个监测点间的差异不显著，球场内外各时间点均呈现出显著的差异（图6），并且球场内的空气负离子日均个数是球场外负离子个数的4.95倍。依据实际监测结果及空气质量评价指数等级标准（表2），球场内外的平均CI指数分别为0.56和0.11，处于中等和中污染水平。从单日的CI指数来看，球场内达到中等以上水平的天数占85.7%，而球场外则均处于中污染水平，个别天数甚至达到重污染水平。由此可见，球场内空气质量较球场外更加清洁，比较适宜从事户外运动，这与球场内植被覆盖度较高，水系分布广泛以及喷灌作业等因素密切相关。

2.4 噪声的日变化规律

从整体趋势上看，除10：00外，球场内外各个时间点的噪声均呈现出显著的差异。球场外的噪音从6：00到8：00呈现出一个上升的趋势，而球场内在6：00到10：00间呈现出上升的趋势，随后都有所下降，然后基本保持一个微小的波动状态（图7）。上升趋势可能与车辆数量的增多具有一定的相关性，此外，球场内的变化规律还可能与球场自身的一些小环境有关，早上一般是球场养护比较忙碌的时间，一些机械的作业可能会产生额外的噪音，再加上球场内树木较多，夏季随着气温的上升知了的叫声又会增加一些噪音。球场内相对于球场外，日平均降噪率达到11.8%，最高可达到15.2%，其中，乔灌草复合绿地的降噪效果显著优于乔草型和草坪型绿地，此外，球场外F点和G点的噪音显著高于E点和H点。因此，高尔夫球场具有较好的降噪效益。

图6 球场内外空气负离子含量的日变化特征曲线Fig.6 Daily variations of negative air ions both on and off the golf course

图7 球场内外噪音的日变化特征曲线Fig.7 Daily variations of noise both on and off the golf course

2.5 各生态效益因子间的相关性分析

2.5.1 PM 10和PM 2.5的相关性分析球场内PM 2.5与PM 10的浓度之间呈现出极显著的相关性（P＜0.01）（图8）。PM 2.5与PM 10浓度之间的比值能够很好地反映可吸入颗粒物（PM 10）中细小粒子（PM 2.5）的含量。球场内ρ（PM 2.5）/ρ（PM 10）的平均值为49.3%，球场外这一比例为48.9%，这表明可吸入颗粒物（PM 10）中细小粒子（PM 2.5）约占大粒子的一半。这与其他学者对北京市两者浓度比例的研究结果基本一致，但低于广州、武汉和重庆等地的研究结果，这可能是由于北京夏季天气较为干燥，大颗粒物所占的比例比南方一些湿度较高的城市要高［21－23］。

图8 PM 2.5与PM 10质量浓度的相关关系Fig.8 The relationship of concentration between the PM 2.5and PM 10

2.5.2 PM 2.5、PM 10与温湿度的相关性分析依据球场内各个监测点PM 2.5、PM 10的浓度及温湿度的观测数据，对PM 2.5、PM 10的浓度和温湿度进行相关性分析，结果表明，PM 2.5、PM 10的浓度与气温呈现极显著的正相关性（P＜0.01），与湿度呈现极显著的负相关性（P＜0.01）（图9）。当气温升高时，空气中的各种颗粒物的无规则运动就会加剧，有利于细小粒子的扩散，从而增加PM 2.5和PM 10的浓度，而当相对湿度较大时，各种细小的颗粒物就会被水汽吸附，减缓其扩散，使其逐渐发生沉降，进而降低颗粒物的浓度。

图9 温湿度与PM 2.5、PM 10浓度的相互关系Fig.9 The relationship among temperature，relative humidity and PM 2.5，PM 10

2.5.3 空气负离子与温湿度的相关性分析空气负离子的寿命极其短暂，在森林、海滨等地也只有几分钟，而在人口密集，活动频繁的城区其只能存活几秒的时间，因而其含量的高低易受多种因素的影响［24］。依据观测数据对空气负离子和温湿度进行相关性分析（图10），结果表明，空气负离子的浓度与气温呈极显著的负相关（P＜0.01），而与空气相对湿度呈极显著的正相关（P＜0.01），这些结果与以往的研究结果基本一致［25－26］。空气负离子主要以O2－（H2O）n，OH－（H2O）n以及CO2－（H2O）n三种形式存在，由此可见空气负离子的存在依赖水分，因此空气相对湿度的高低与负离子浓度的大小具有密切关系，随着气温的逐渐上升，空气中的相对湿度会逐渐下降，进而导致空气负离子浓度的降低，反之，负离子浓度则会上升。同时，相对湿度增加使得空气中的一些污染物更容易吸附在水汽上，这样就会增加空气的清洁程度，有利于空气负离子的产生，反之，当气温升高时，有利于污染物的扩散，各种污染物在扩散的过程中又会吸附大量的空气负离子，这样就导致空气负离子浓度下降。

图10 温湿度与空气负离子浓度的相互关系Fig.10 The relationship among temperature，relative humidity and negative air ions

3 讨论

城市绿地的降温增湿作用早已被大量研究所证实［27－29］。球场内大量植被的蒸腾吸热等生理作用导致球场内的温湿度变化较为缓和，并且显著优于球场外，此外，球场在15：00降温增湿的效果最为显著，这与秦俊等［28］的研究具有一定的差异，可能与球场本身特殊的小气候环境有关。刘娇妹和杨志峰［29］的研究表明不同景观下垫面的温湿度变化具有一定的差异性，这表明球场内外温湿度呈现的差异与两种环境所处的下垫面密切相关，球场内，下垫面多是由草坪和水面构成，相比城市中水泥和柏油构成的硬质路面，具有良好的吸热增湿功能。此外，城市道路上大量的人为活动和机动车行驶又释放出大量的热能，这又进一步加剧了球场内外温湿度的差异。

球场内外颗粒物的日变化规律呈现出双峰单谷型，这与前人的研究结果相似［23，30］。这可能是因为早晚光照强度较弱，植物气孔关闭，植物的光合和呼吸作用较弱，植物对颗粒物的吸收能力降低，另一个原因可能是由于此时正处于交通的早高峰和晚高峰，车流量较大，人为活动较为频繁，汽车行驶中的扬尘及尾气排放出较多的颗粒物，导致了颗粒物含量较高，还可能与这一时间段的温湿度，风速等气象条件具有相关性。颗粒物的浓度在午后15：00左右出现了最低值，一般而言，下午是一天中扩散条件最好的时候，并且此时车流量较小，植物的光合和呼吸作用较强，污染物的浓度一般在此时均呈现出较低值［23］。相对于乔灌草和乔草复合绿地，草坪型绿地净化效果较差可能是由于其单位面积绿量较低，对颗粒物的吸附能力有限，同时由于夏季高温低湿，球场内大量的人为活动，使得附着在草坪叶片上的颗粒物很容易被再次扬起。

空气负离子的含量在一天中会呈现波峰、波谷交替出现的现象，但出现时间存在一定的差异［25，31］。球场内空气负离子早晚较高，午后较低的日变化趋势可能与日出、日落时温湿度等环境因子剧烈变化，以及植物本身的生理特性密切相关。另一方面，早晨和傍晚球场人员活动较少，喷灌较为频繁，导致湿度较大，而中间时段打球人数较多，球场机器作业频繁，因此而产生的污染物、大离子等很容易与空气负离子相结合，进而影响其存活时间。乔灌草复层结构具有较高的植被覆盖度，有利于局部环境的降温增湿，进而增加空气负离子的含量。同时，乔灌草复层结构单位面积的绿量较高，局部环境的光合作用较强，能够产生大量的氧气，而氧气与高湿环境中的水分子具有较强的亲和性，使之优先形成空气负离子。此外，球场中乔灌草复合绿地和乔草绿地是人们活动较少的区域，受到人为扰动的影响较小，这在某种程度上降低了负离子的消耗。

乔灌草复合绿地的降噪效果最为明显，乔木和灌木类次之，草坪类最差，并且随着绿地宽度的增加降噪的能力也会逐渐增加［32－34］。高尔夫球场作为城市绿地中的一种，多以乔灌草复合栽植结构为主，尤其是城区内的球场为了营造一个相对静谧和安全的打球环境，多会在球场边缘的四周种植一些高大的乔木和灌木，这些植被能够改变声波直射的方向，形成乱反射，对长波声能起到很好的消耗作用，并且靠近地表的草坪及其根系，以及疏松的土壤能在一定程度上吸收声流，因此，球场内的噪音会显著低于球场外。同时为了保证打球的安全性，还会在球道与球道之间栽植一些乔灌草复层植被，这在某一方向上又会进一步增加降噪的效果。

4 结论

高尔夫球场内各生态因子的含量均优于球场外，并且乔灌草复合绿地对各因子的净化效率均高于乔草型和草坪型绿地。温湿度日变化曲线分别呈现单峰和单谷状，午后分别是其波峰点和波谷点。PM 2.5和PM 10的日变化规律呈现出双峰型，早晨和傍晚呈现出较高的浓度，他们的含量彼此间具有显著的正相关性，其含量与气温具有显著的正相关性，与湿度具有显著的负相关性。球场内空气负离子的日变化规律呈现出早晚较高，午后较低的趋势，而球场外的变化幅度不大，其含量与气温和湿度分别呈现显著的负相关性和正相关性。噪声在球场内外的日变化规律在上午呈现出一个上升趋势，然后基本保持微小的波动状态。通过对高尔夫球场生态环境效益的监测与评价，可以发现高尔夫球场在降温增湿，减噪降尘，增加空气负离子等方面发挥着重要的作用，更适宜人们从事户外运动。但是，如何在高尔夫球场中合理选择与配置植物，提高单位面积绿地的生态效益，最大程度的发挥高尔夫球场在改善城市生态环境过程中的作用还有待于进一步的研究。

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