防护林对PM2.5等颗粒物的阻滞吸附作用研究进展

崔琳,王力刚,张玉柱，毕广有

(黑龙江省森林与环境科学研究院，黑龙江 齐齐哈尔 161005)

防护林对PM2.5等颗粒物的阻滞吸附作用研究进展

崔琳,王力刚,张玉柱，毕广有

(黑龙江省森林与环境科学研究院，黑龙江 齐齐哈尔 161005)

随着PM2.5等颗粒物污染问题越来越为人们关注，如何减轻其危害已经成为亟待解决的问题。文章通过总结森林调控PM2.5等颗粒物的研究成果，重点阐述了防护林调控PM2.5的机理和阻滞吸附方式的研究状况，以期为防护林阻滞吸附颗粒物的后续研究以及建设以吸附清除大气污染物为目的的防护林体系提供参考。

防护林；PM2.5；阻滞吸附

随着经济的快速增长，我国城市化和工业化进程的极力推进，使得环境污染问题日益严重。尤其近些年全国性的雾霾天气，暴露了我国环境污染的严重程度和生态的极端脆弱性。雾霾天气是多种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，其中PM2.5被认为是导致雾霾天气的“元凶”[1]。来源于自然和人为活动的PM2.5均能给人体健康和大气环境质量带来多重危害，有效调控和消除颗粒物是现阶段急需解决的重大问题。

防护林作为森林资源的重要组成部分，可阻滞吸附大气颗粒物，滞留于树木表面的颗粒物通过雨水进入土壤并得到固定，降低空气中PM2.5等颗粒物的浓度[2,3]。马建民等人通过长期的数值模拟和观测得出，相较于1982年，2010年三北防护林工程对SO2、NOX的吸附和清除作用增长了60%，对PM2.5的吸附和清除能力增加了30%，对PM2.5中的主要有毒物质苯并芘的清除增加了50%。目前PM2.5的研究主要集中在来源、组成、危害、时空分布特征及监测等方面，而关于森林对其调控的研究则是近几年才刚刚起步，很多方面仍属空白。

1 PM2.5概念及危害

PM2.5又称为可入肺颗粒物，是大气中空气动力学当量直径≤2.5 μm的颗粒物[4]。PM2.5的主要成分既包括有机碳、元素碳、硫酸盐，也有如钠、镁、钙、镉、铜等金属元素。其来源包含自然源和人为源，自然源主要是土壤扬尘、植物花粉等；人为源包括各种燃料燃烧的固定源和交通工具运行中排放的流动源两种。已有研究表明大气中PM2.5人为来源是自然来源的3.5倍。

PM2.5的危害可以分为三个方面。1)PM2.5等颗粒物对大气能见度的影响。大气中颗粒物浓度较高会阻碍光的发射，使光无法正常通过空气照射到地面，降低了大气能见度，大气污染颗粒物对光的阻碍可使能见度最高减95%左右。2) 大气颗粒物吸收和反射光信号，导致近地面温度产生变化，影响正常气候条件。3)颗粒物粒径的大小决定了它进入人体呼吸系统位置的不同，粒径越小对人体造成的伤害就越大。PM2.5可以通过呼吸道直接进入肺部，甚至超细颗粒还可进入血液，进一步对呼吸系统、心血管系统、生殖系统、血液系统造成伤害[5]。

2 森林植被调控PM2.5机理

森林生态系统通过吸附、吸收、固定、转化等物理和生理生化过程实现对空气颗粒污染物的消减[6]。

森林对颗粒物的调控机理主要有以下几个过程：⒈减尘作用，森林植被利用覆盖地表减少颗粒物的地表扬尘，从根源上降低颗粒物的来源；⒉滞尘作用，植物叶片表面微观形态结构中沟槽、叶脉、凸起可捕获颗粒物，越密集粗糙度越大的结构更易滞留大气颗粒物；⒊吸尘作用，植物可以通过叶孔组织容存吸收颗粒物；⒋降尘作用，林内可营造低风速、低温、高湿的空气环境，利于大气颗粒物沉降；⒌阻尘作用，树木冠层可以影响气流的流速和方向，进而阻拦颗粒物进入局部区域。

3 防护林对PM2.5的阻滞吸附

研究表明，相较于草本和灌木，乔木阻滞气体污染物和颗粒污染物的能力更强。防护林体系作为具有目标防护或直接防护功能的森林生态系统，在除尘和净化空气方面发挥着巨大的作用[7]。

3.1不同林分防护林对PM2.5的阻滞吸附

树木冠层拥有是树木本身近2～10倍的叶面积，而树冠结构导致空气端流运动，增加了叶表面颗粒物的沉积，使其更有效地吸收大气颗粒物[8]。不同林分防护林因植物个体的差异，对PM2.5等颗粒物的阻滞吸附能力也不同。已有研究表明，叶表面微观形态结构影响对颗粒物的阻滞吸附，具有绒毛、黏性、粗糙表面的叶片比光滑叶片更易吸附颗粒物，对于相同叶片，上下表面滞留叶片滞留PM2.5的能力也有所差异，上表面比下表面更强，最大差异能达到5倍。针叶树比阔叶树有更小的叶子和更复杂的枝茎，能够滞留更多的大气颗粒物，同时也更容易吸附细小颗粒物，针叶树中松属的滞留吸附能力更强。基于不同树种对大气污染物的吸附和清除作用，以及对挥发性有机化合物的排放作用的差异，防护林配置在树种选择上宜选择耐旱、耐寒，既有利于吸附和清除大气污染物，又能减少挥发性有机化合物生物排放的树种。

3.2林带对PM2.5的阻滞吸附

栽植滞尘能力和抗污能力强的树种可有效防范颗粒物污染源对周围空气的污染。防护林带在阻滞颗粒物的同时还能阻截交通噪声，是道路两旁常见的保护措施。林带的结构和宽度对消减PM2.5等空气悬浮颗粒物的能力也有一定影响。不同配置结构的防护林林带对 PM2.5的消减作用表现为有正有负，林带可以阻滞PM2.5进入某一区域的过程，但过于密集的林带也会出现PM2.5的积累。刘萌萌对奥林匹克公园道路防护林的研究结果表明，防护林带阻滞吸附PM2.5等颗粒物的有效宽度为18～23 m。张志丹等人通过对北京市典型林带调控PM2.5的研究提出了两种林分配置模式：疏密搭配的针阔混交林的配置模式和多树种混交全面控制模式[9]。

4 研究展望

防护林能够阻滞过滤颗粒物、净化空气、增加森林覆盖，被认为是减轻PM2.5污染的重要方法。目前关于防护林对PM2.5的阻滞和吸收作用的研究都取得了一定进展，内容包括对一些树种滞留大气颗粒物的定性研究和叶片表面颗粒物滞纳量的定量评估研究。但上述研究仍存在研究树种单一，缺乏全面性准确性，对滞纳机制的研究较少等问题尚待加强。因此，需开展长期的防护林对PM2.5等颗粒物的调控的基础性研究，扩大树种选择范围，确定森林削减大气颗粒物的主要作用机理及过程，定量分析和评价防护林体系阻滞吸收PM2.5等颗粒物的功能和调控技术，以期为将来营建具有最佳滞尘效果的防护林体系提供一定的理论数据支持。

[1] 卢丹青.秦岭北麓不同区域大气颗粒物(PM2.5)的研究[D].杨凌:西北农林科技大学,2015

[2] 刘萌萌.林带对阻滞吸附PM_(2.5)等颗粒物的影响研究[D].北京:北京林业大学,2014

[3] 侯贻菊,刘延惠,闫国华,等.城市森林对PM(2.5)的控制作用研究进展[J].贵州林业科技,2016,44(4):49-54

[4] 吴海龙,余新晓,师忱,等.PM2.5特征及森林植被对其调控研究进展[J].中国水土保持科学,2012,10(6):116-122

[5] 李仁娜.北京市森林中PM_(2.5)水溶性无机离子沉降规律及影响因素研究[D].北京:北京林业大学,2015

[6] 王成,郭二果,郄光发.北京西山典型城市森林内PM_(2.5)动态变化规律[J].生态学报,2014,34(19):5650-5658

[7] 肖以华,习丹,佟富春，等.广州市城乡梯度森林公园雨季空气PM_(2.5)浓度及水溶性离子特征[J].应用生态学报,2013,24(10):2905-2911

[8] 汪永英,孙琪,李昭，等.典型天气条件下哈尔滨城市森林不同林型对PM2.5的调控作用研究[J].安徽农业科学,2016,44(5):175-179

[9] 张志丹.北京市典型林分对PM2.5等大气颗粒物调控作用研究[D].北京：北京林业大学,2016

1005-5215(2017)10-0089-02

2017-08-10

崔琳(1988-)，女，吉林人，硕士，工程师，现从事防护林研究.

S727.2

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.10.034