森林类型对大气中PM2.5值的影响

陈 瑞， 童方平， 李 贵， 刘振华

(湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004)

森林类型对大气中PM2.5值的影响

陈 瑞， 童方平， 李 贵， 刘振华

(湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004)

从2014年9月开始到2015年8月，在长沙市郊湖南省林业科学院杜家冲试验林场选择不同森林类型林分，对其大气中PM2.5持续监测1年。结果表明：该区大气中PM2.5值最高的为阔叶混交林，其次为2个空旷地，最低的为樟树林；大气中PM2.5值在不同林分间差异不显著，在不同时间段间差异显著。

PM2.5； 森林类型； 阔叶混交林

大气颗粒物是指大气中存在的各种固态和液态颗粒状物质的总称，也称大气气溶胶，是影响城市空气质量的首要污染物[1-3]，主要成分为PM10、PM2.5、PM1.0等。PM10(可吸入颗粒物)是悬浮颗粒物中对环境和人体健康危害最大的一类，可进入鼻腔；PM2.5可进入肺部，PM1.0则可深达肺泡并沉积，进而进入血液循环，可能导致与心肺功能障碍有关的疾病[4-5]。长沙市东、西、南三面环山，北部低平呈马蹄形地势，不利于污染源的扩散，PM10、PM2.5质量浓度居高不下，成为长沙市大气中首要污染物[6]。植物能够吸附颗粒物，减少空气中颗粒物的含量，起到改善空气质量的作用[7]。近年来，对长沙市颗粒物的研究主要是针对颗粒物中重金属、水溶性离子等成分分析以及与气象条件关系等方面[8-11]，而对不同类型林分颗粒物浓度含量的研究却没有涉及。本研究对长沙市不同类型林分空气中PM2.5质量浓度进行分析，为长沙市大气污染研究与治理提供参考资料。

1 试验区概况

试验地位于长沙市市郊湖南省林业科学院杜家冲试验林场(112°59′E，28°05′N)，海拔110 m。该区为中亚热带季风湿润气候区，年均气温16.8 ℃，无霜期大于264天；平均日照时数为1 496～1 850 h；雨量丰沛，年降水量为1 400～1 900 mm。

2 试验方法

2.1样品采集

从2014年9月到2015年8月，在试验林场的樟树林(20年生，密度为2 m×2 m)、针阔混交林(18年生柏木和木兰块状混交，密度为2 m×1.5 m)以及空旷地设置4个采样点，每个月选择1个晴天进行PM2.5采样。采样器为PC-3L型袖珍式激光环境粉尘连续测试仪，每次机器显示采集数据为6次机器采样的平均值。样品采集时间点设定为9∶00、11∶00、13∶00、15∶00、17∶00，每个采样点记录3组PM2.5值读数。

2.2数据处理方法

数据全部采用spss、Excel进行分析。

3 结果与分析

3.1PM2.5值的月动态变化

从图1、图2可以看出：2014年9月到2015年2月，湖南省林业科学院杜家冲试验林场大气中PM2.5值从早上09∶00到下午17∶00整体是逐渐降低的趋势，而2015年3月PM2.5值呈逐渐递增的趋势，2015年4月和5月呈现波动变化趋势，2015年6月和8月呈现先降低后增高的变化趋势，2015年7月呈现先增高后降低的变化趋势。从2014年9月到2015年8月，12个月的PM2.5值呈现上下波动的动态变化。2014年9—12月，最大值出现在12月的阔叶混交林，为267.64 pg/m3；最小值出现在11月的樟树林，为61.08 pg/m3。而2015年1—8月，最大值出现在3月的阔叶混交林，为167.4 pg/m3；最小值出现在6月的樟树林，为7.945 pg/m3。

图1 2014年9月至2015年2月PM2.5值动态变化Fig.1 Dynamic change of PM2.5 value from September 2014 to February 2015

图2 2015年3—8月PM2.5值动态变化Fig.2 Dynamic change of PM2.5 value from March to August 2015

3.2不同林分和不同时间点PM2.5值的年动态

从图3到图6可以看出：不同林分、不同时间点的大气PM2.5值年动态波动趋势大体一致，呈不断上下波动的动态变化。2014年9—12月，樟树林、食堂前空旷地、大门外空旷地最高值都出现在12月上午09∶00，最小值都出现在9月下午17∶00，而阔叶混交林最高值出现在12月11∶00，最小值出现在11月15∶00；2015年1—8月，最高值都出现在1月上午09∶00，最小值都出现在6月下午17∶00。

3.3不同林分月平均PM2.5值的年动态

从图7可以看出，2014年9月到2015年8月，大气中PM2.5值最高的为阔叶混交林，其次为2个空旷地，最低的为樟树林。

图3 樟树林大气PM2.5值月动态变化Fig.3 Monthly dynamic change of PM2.5 value of Cinnamomum forest

图4 食堂前空旷地大气PM2.5值月动态变化Fig.4 Monthly dynamic change of PM2.5 value of open space in front of canteen

图5 大门外空旷地大气PM2.5值月动态变化Fig.5 Monthly dynamic change of PM2.5 value of open space in front of gate

图6 阔叶混交林大气PM2.5值月动态变化Fig.6 Monthly dynamic change of PM2.5 value of broadleaf mixed forest

图7 2014年9月到2015年8月PM2.5值月份动态变化Fig.7 Monthly dynamic change of PM2.5 value from September 2014 to August 2015

3.4时间和林分对PM2.5值的影响

由表1可以看出，PM2.5值在不同林分间差异不显著，在不同时间段间的差异显著。

表1 不同时间和林分的PM25值方差分析Tab1 VarianceanalysisofPM25valueindifferenttimeandforeststand来源DF平方和均方F比率P值>F时间410372762593195207200005∗误差2351170310349800合计23912740379不同林分3355541185140220108824误差23612704825538340合计23912740379

4 结论与讨论

湖南省林业科学院杜家冲试验林场全年大气中PM2.5值1天中的动态变化大致随着时间的增加呈先增加后降低再增加的趋势；全年动态变化中，6月PM2.5值最低，12月PM2.5值最高。这与吴志萍对清华大学校园内6种城市绿地空气中PM2.5浓度变化规律的研究[12]结果有差异。这个可能和不同城市不同季节的降雨量有关，长沙6月夏季雨水多，对大气中PM2.5进行了冲刷；而12月为冬季，少雨。但这些与王浩宇对太原市PM2.5值冬夏两季污染特征研究结果相仿[13]。这些与冬季城市供暖用电对环境的污染有关。

本研究中PM2.5值在不同林分中差异不显著，而在不同时间段间差异显著，可能是因为树种不同的原因。Dzierzanowski研究发现灌木吸附PM的能力比乔木强，针叶树种吸附PM的能力比阔叶树种强[14]，而本研究选择的是阔叶林及针阔混交林，对监测PM2.5动态变化不具明显代表性，下一步应选择更具代表性的针叶林和阔叶林的监测数据进行对比分析。Prusty 等在研究开放环境中城市道路灌木叶片滞尘能力时发现，叶片阻滞的颗粒物在叶面的滞留越稳定，空气中携带的大颗粒降尘含量将会下降[15]，而本文只对PM2.5值进行分析，后期需跟进监测与研究PM2.5值与PM10值在不同林分的动态，以及对不同林分叶面积指数与PM2.5值的相关性进行研究。

[1] 孙小莉，李生才，曾庆轩，等.城市空气污染及其防治对策[J].安全与环境学报，2008，8(4)：73-76.

[2] 王永红，刘豪，彭景权，等.贵阳郊区空气中PM10和PM2.5质量浓度变化特征分析[J].绿色科技，2015(8)：249-251.

[3] 洪刚，周静博，姜建彪，等.空气细颗粒物(PM2.5)的污染特征及其来源解析研究进展[J].河北工业科技，2015，32(1)：64-71.

[4] 胡婧，程水源，苏福庆.北京奥运会及残奥会期间PM10质量浓度演变特征及成因[J]．环境科学研究，2009，22(12)：1395-1402．

[5] 杨荣师，李金娟，徐露，等.贵阳市西郊PM10污染特征及其与主要气象因素的关系探讨[J].贵州大学学报：自然科学版，2009，26(2)：123-127.

[6] 长沙市环境监测中心站.长沙市环境质量报告书[R].长沙：长沙市环境监测中心站，2010-2013.

[7] 陈小平，焦奕雯，裴婷婷，等.园林植物吸附细颗粒物(PM2.5)效应研究进展[J].生态学杂志，2014，33(9)：2558-2566.

[8] 陈琳，翟云波，杨芳，等.长沙市夏季大气颗粒物中重金属的形态及其源解析[J].环境工程学报，2010，4(9)：2083-2087.

[9] 李彩霞，李彩亭，曾光明，等.长沙市夏季PM10和PM2.5中水溶性离子的污染特征[J].中国环境科学，2007，27(5)：599-603.

[10] 李彩霞，朱国强，李浩，等.长沙市PM10、PM2.5污染特征及其与气象条件的关系[J].安徽农业科学，2015，43(12)，173-176.

[11] 杨晴，张凯，柴发合，等.长株潭城市群秋季大气颗粒物及其重金属元素污染特征[J].环境科学研究，2013，26(6)：590-597.

[12] 吴志萍，王成，侯晓静，等.6种城市绿地空气PM2.5浓度变化规律的研究[J].安徽农业大学学报，2008，35(4)：494-498.

[13] 王浩宇，王三平，郭志明，等.太原市PM10 、PM2.5 、SO2和CO 冬夏两季污染特征研究[J].环境可持续发展，2014，6：167-170.

[14] Dzierzanowski K，Popek R，Gawro ska H，et al. Depositionof particulate matter of different size fractions on leaf surfaces and in waxes of urban forest species[J].International Journal of Phytoremediation，2011，13：1037-1046.

[15] Prusty BAK，Mishra PC，Azeez PA.Dust accumulation and leaf pigment content in vegetation near the national highway at Sambalpur，Orissa，India[J].Ecotoxicology and Environmental Safety，2005，60：228-235.

AnalysisoninfluenceofdifferentforesttypesofatmosphericPM2.5

CHEN Rui， TONG Fangping， LI Gui， LIU Zhenhua

(Hunan Academy of Forestry， Changsha， Hunan 410004， China)

The atmosphere PM2.5 in Dujiachong experimental forest farm of Hunan Academy of Forestry of Changsha City urban were monitored continuously one year with selection of different types of forest stand from September 2014 to August 2015.The results showed that the atmospheric PM2.5 highest value for broadleaf mixed forest，followed by two open space，the lowest forCinnamomumforest.Atmospheric PM2.5 value has no significant difference between the different forest，and has significant effects between the different time periods.

PM2.5； the different forest types； broadleaf mixed forest

2015-12-17

世行银行贷款湖南森林恢复和发展项目“环境质量监测资讯服务”(jc-7)。

陈 瑞(1984-)，女，湖南省岳阳市人，硕士研究生，助理研究员，主要研究方向为森林生态学。

童方平(1964-)，男，湖南省桃源县人，研究员，博士，主要研究方向为生态修复及治理。

X 513

A

1003 — 5710(2016)02 — 0044 — 06

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2016. 02. 009

(文字编校：唐效蓉)