保定地区常见城市绿化树种对PM2.5滞纳能力与大气PM2.5浓度关系的研究

王成云，陈妍羽，李帅英，谷建才，暴可心，刘松珊

（河北农业大学林学院，河北 保定 071000）

保定地区常见城市绿化树种对PM2.5滞纳能力与大气PM2.5浓度关系的研究

王成云，陈妍羽，李帅英，谷建才，暴可心，刘松珊

（河北农业大学林学院，河北 保定 071000）

为了探究绿化树种对PM2.5滞纳能力与大气中PM2.5浓度的关系，该研究选取了保定市河北农业大学西校区、保定市竞秀公园和保定市植物园中栽植的具有代表性的11种常见城市绿化树种，对其在不同大气PM2.5浓度下滞纳PM2.5能力进行了探讨。利用气溶胶再发生器（QRJZFSQ-I）、Dustmate手持PM2.5监测仪、叶面积扫描仪等测定各树种在不同大气PM2.5浓度下的单位叶面积滞纳PM2.5物质量。结果表明：绿化树种对PM2.5滞纳能力与大气PM2.5浓度呈正相关；且在同一大气PM2.5浓度条件下，针叶树对PM2.5滞纳能力普遍比阔叶树强。同一绿化树种滞纳能力在不同大气PM2.5浓度环境下具有规律性变化，整体基本表现为河北农业大学西校区>竞秀公园>植物园。

PM2.5浓度；空气质量；绿化树种

京津冀地区是雾霾重灾区，而保定作为京津冀地区中心城市之一，雾霾时常发生。雾霾主要由颗粒物分散在大气中形成的固体气溶胶组成，其中对人身体危害比较大的是PM2.5，PM2.5的空气动力学当量直径小于或等于2.5μm，能直接进入并粘附在人的下呼吸道和肺叶，同时微粒中的化学成分会对人体造成伤害[1-5]。城市园林绿化树种具有显著减弱空气颗粒物的污染和降低雾霾天气的发生，能有效地改善城市环境质量[6-7]。在不同大气PM2.5浓度条件下绿化树种对PM2.5滞纳能力有显著差异[8]。因此本文研究了保定地区11种常见绿化树种对PM2.5的滞纳能力与大气PM2.5浓度的关系，为保定地区城市绿化树种的选择提供理论依据。

1 研究区域概括

保定市位于太行山东麓，冀中平原西部，地处北京、天津、石家庄三角地带。北纬38°10′～40°00′，东经113°40′～116°20′之间。属于暖温带大陆性季风气候区，四季分明。年均降雨量575.4mm，年日照2447～2871h，年均气温差距较大，平原为12.7℃，山区为7.4℃。年平均风速1.8m/s，无霜期165～210d。该地区的植物具有耐寒、耐旱、树干粗壮挺拔、冬季落叶、根系发达的典型特征。保定园林植物大部分为落叶阔叶树，少部分为常绿针叶树，以松科类针叶常绿植物较多。

2 试验方法

2.1 试验地点

河北农业大学西校区位于保定市区南缘，毗邻南二环，面积约63hm2，现有绿地面积22.6hm2，绿地覆盖面积约24hm2，乔木约有70余种，约7700株，植物种类丰富；四周大多为城中村，并且大量大中小企业聚集其周围。竞秀公园位于保定市区中心，占地18.5hm2，绿化率达到了77.5%，全园露地栽植植物达5万余株（丛）；被七一西路、朝阳北大街、五四西路、向阳北大街环绕，车流量较大，但企业甚少。植物园位于保定市区的北部，总面积110hm2，绿地约88hm2，乔灌木种类繁多；四周几乎全部为小区和高校，车流量较少。

2.2 供试材料

在保定市植物园、竞秀公园、河北农业大学西校区3个试验点，选取11种常见城市绿化树种（详见表1），树种胸径范围13～15cm，分别采集叶片进行测定。

表1 研究植物名称

2.3 叶样采集

本试验采样时间为生长季雨后第15天，为减少采样时间不同导致的误差，3个试验点在一天内完成采集叶片工作。每个树种选取6株（每个试验点选2株，树木配置、环境基本一致）生长状况良好，胸径13～15cm的个体植株做标准木，每株选取60枚叶片（束）。在树冠的上、中、下部位及东、南、西、北4个方向采集叶片，采摘的叶片要求成熟、完整、无病虫害和断残，采集的叶样合并，得到每个树种的混合样品。将采集的叶片封存于纸质采集袋中带回实验室处理。样本采集情况见表2。

表2 11种常见绿化树种采集基本情况

2.4 大气环境中PM2.5浓度测定方法

河北农业大学西校区、竞秀公园、植物园的大气PM2.5浓度值均是由Dustmate手持PM2.5监测仪获得。在各试验区分别随机选取5个观测点，记录每个观测点的PM2.5浓度值，其平均值作为该试验区一天中的PM2.5浓度值，从6月3日至6月9日连续观测7d。

2.5 叶片PM2.5滞纳量测定方法

叶片的PM2.5滞纳量应用气溶胶再发生器（QRJZFSQ—I）[8-10]获得，气溶胶再发生器是用来测定植物叶片PM2.5含量的仪器，利用风蚀原理，将待测样品颗粒物吹起，制成气溶胶，再结合Dustmate手持PM2.5监测仪获得所制成的气溶胶中PM2.5的质量浓度，测量出叶片上PM2.5的滞纳量。

再利用叶面积扫描仪和叶面积软件计算放入料盒中所有叶片的叶面积，由公式（1）计算单位叶面积PM2.5滞纳量。

式中m为单位叶面积PM2.5滞纳量（mg/m2），m1为放入气溶胶再发生器叶片的PM2.5滞纳量（mg），S为放入气溶胶再发生器料盒中所有叶片的叶面积（m2）。

3 结果分析

3.1 各试验点大气中PM2.5浓度分析

对保定市植物园、竞秀公园、河北农业大学西校区大气中PM2.5浓度进行连续7d监测，测定结果见表3。植物园、竞秀公园、河北农业大学西校区大气中PM2.5浓度变化范围分别为0.050～0.095、0.054～0.099、0.057～0.110mg/m3。3个试验点在7d内监测到的大气PM2.5浓度最大值分别为0.095、0.099、0.110mg/m3；其最小值分别为0.050、0.054、 0.057mg/m3。河北农业大学西校区大气中PM2.5浓度最大值和最小值在3个试验点中最高，其次为竞秀公园，植物园最低。3个试验点6月3日至6月7日大气中PM2.5浓度变化幅度相对较小，6月8日大气中PM2.5浓度变化幅度相对较大，达到最大值。就整体而言，从6月3日至6月9日，河北农业大学西校区大气中PM2.5浓度都是最大，植物园最小，竞秀公园居于二者之间。出现以上结果，一方面可能与气象因素有关，更多可能取决于周边的环境。河北农业大学西校区位于南二环，其周围物流企业聚集，机动车尾气排放增加；其次是学校旁边施工建设，增加了城市扬尘；再次是周边大量城中村存在，燃煤污染严重；最后是靠近各种大中小企业，有机废气排放量大，大气污染比较严重，进而导致大气中PM2.5浓度比较高。植物园四周几乎全部为小区和高校，车流量较少，大气污染比较轻，所以大气中PM2.5浓度最低。竞秀公园被七一西路、朝阳北大街、五四西路、向阳北大街坏绕，车流量较大，但企业甚少，大气污染程度居于河北农业大学西校区和植物园之间，所以大气中PM2.5浓度同样居于二者之间。

表3 3个试验点6月3日至6月9日大气中PM2.5浓度

3.2 不同绿化树种在相同大气PM2.5浓度下叶片PM2.5滞纳量差异分析

3.2.1 植物园不同绿化树种叶片PM2.5滞纳量差异分析

植物园11种绿化树种单位叶面积PM2.5滞纳量测定结果见图1。由图1看出：在相同大气PM2.5浓度下不同绿化树种单位叶面积PM2.5滞纳量差异较大，各绿化树种单位叶面积PM2.5滞纳量在0.06～1.29mg/m2之间，供试的11种绿化树种单位叶面积PM2.5滞纳量前4位均为针叶树种，最大的是桧柏，单位叶面积PM2.5滞纳量达到1.29mg/m2，其次是雪松（0.88mg/m2），油松（0.64mg/m2），白皮松（0.43mg/m2）。11种绿化树种单位叶面积PM2.5滞纳量后7位均为阔叶树，垂柳、毛白杨、国槐、白蜡、悬铃木、银杏的单位叶面积PM2.5滞纳量依次降低，最小的是黄栌，仅0.06mg/m2，其单位叶面积PM2.5滞纳量与最大值的桧柏相差21.5倍。11种供试绿化树种的单位叶面积PM2.5滞纳量从大到小依次排列为：桧柏（1.29mg/m2）＞雪松（0.88mg/m2）＞油松（0.64mg/m2）＞白皮松（0.43mg/m2）＞垂柳（0.25mg/m2）＞毛白杨（0.23mg/m2）＞国槐（0.20mg/m2）＞白蜡（0.19mg/m2）＞悬铃木（0.18mg/m2）＞银杏（0.11mg/m2）＞黄栌（0.06mg/ m2）。由上述数据说明，在相同大气PM2.5浓度下，供试的11种绿化树种单位叶面积滞纳PM2.5的能力整体上是针叶树种大于阔叶树种，且不同针叶树种间单位叶面积滞纳PM2.5的能力差异高于阔叶树种间的差异。

图1 植物园不同绿化树种单位叶面积PM2.5滞纳量

3.2.2 竞秀公园不同绿化树种叶片PM2.5滞纳量分析

竞秀公园不同绿化树种单位叶面积PM2.5滞纳量见图2。由图2可知：竞秀公园11种供试绿化树种单位叶面积PM2.5滞纳量整体上是针叶树种大于阔叶树种，从大到小排列为：桧柏（1.37mg/m2）＞雪松（0.92mg/m2）＞油松（0.70mg/m2）＞白皮松（0.49mg/m2）＞毛白杨（0.30mg/m2）＞垂柳（0.29mg/m2）＞国槐（0.25mg/m2）＞白蜡（0.22mg/m2）＞悬铃木（0.19mg/m2）＞银杏（0.13mg/m2）＞黄栌（0.09mg/m2），其中单位叶面积PM2.5滞纳量最大的桧柏是滞纳量最小黄栌的15.2倍。从针阔叶树种来看，针叶树种间不同树种单位叶面积PM2.5的滞纳量不同，其中桧柏滞纳量最大，其次为雪松、油松，最小的是白皮松，其单位叶面积PM2.5滞纳量与最大值桧柏相差0.88mg/m2；不同阔叶树种单位叶面积PM2.5滞纳量也存在一定差异性，其中最小滞纳量的黄栌占毛白杨滞纳量的43.33%。从图2可以明显观察到，相邻针叶树种之间单位叶面积PM2.5滞纳量相差的量明显高于阔叶树。

图2 竞秀公园不同绿化树种单位叶面积PM2.5滞纳量

3.2.3 河北农业大学西校区不同绿化树种叶片PM2.5滞纳量分析

河北农业大学西校区各测试绿化树种单位叶面积PM2.5滞纳量存在差异，针阔叶树种单位叶面积PM2.5滞纳量表现为针叶>阔叶。供测绿化树种中桧柏明显高于其它树种，其单位叶面积PM2.5滞纳量高达1.39mg/m2，是最小的黄栌的12.63倍；在其余3种针叶树种中，差异也较明显，雪松、油松、白皮松单位叶面积PM2.5滞纳量分别为0.98mg/m2、0.74mg/m2、0.53mg/m2，白皮松单位叶面积PM2.5滞纳量相对最小，但依然要比7种阔叶树单位叶面积PM2.5滞纳量大。在余下树种中，7种阔叶树种间滞纳量差异较为明显，其中，垂柳与黄栌单位叶面积PM2.5滞纳量相差最大，差异达到0.23mg/m2。相邻针叶树种之间的单位叶面积PM2.5滞纳量相差明显高于相邻阔叶树种（见图3）。

图3 河北农业大学西校区不同绿化树种单位叶面积PM2.5滞纳量

综上所述，不同树种在相同大气PM2.5浓度下叶片对PM2.5的滞纳量情况为：针叶树种大于阔叶树种，这可能取决于针阔叶树种的自身生态学特性。针叶树的叶片相对于阔叶树的叶片，具有较多的绒毛和油脂，粘附性较强，且针叶树一般为常绿树种，可一年四季吸附污染物。

3.3 相同绿化树种在不同大气PM2.5浓度下叶片PM2.5滞纳量差异分析

同一绿化树种在不同大气PM2.5浓度下滞纳PM2.5的能力具有一定差异性，见表4。同一绿化树种在3个试验点单位叶面积PM2.5滞纳量最大值均出现在河北农业大学西校区，最小值都出现在植物园。11种供试绿化树种中同一树种在不同大气PM2.5浓度下单位叶面积PM2.5滞纳量排序为河北农业大学西校区>竞秀公园>植物园。供试的11种绿化树种叶片对PM2.5单位面积滞纳量会随大气PM2.5浓度的增加而增加，进而表明，在一定范围内，绿化树种单位叶面积PM2.5滞纳量可能与大气PM2.5浓度均呈正相关。

表4 各树种叶片在不同地点单位叶面积PM2.5滞纳量

4 讨论

4.1 不同绿化树种在相同大气PM2.5浓度下叶片PM2.5滞纳量分析

绿化树种对大气污染具有很强的吸收修复能力，并依污染程度和树种的不同具有明显差异[12]。王会霞等研究认为植物滞留PM2.5等颗粒物的数量取决于单位叶面积PM2.5等颗粒物滞留量及其叶面积指数，同时王蕾等研究认为树种吸收PM2.5颗粒物与树叶结构存在明显关系，绿化树种对PM2.5的吸收主要集中在叶片，因此选择对PM2.5滞纳能力较强的绿化树种，对净化空气，减轻大气污染具有重要意义[13-14]。大量研究表明，针叶树种对PM2.5滞纳能力普遍比阔叶树种强，刘霞等对青岛市城阳区主要绿化树种滞尘能力的研究，证明了针叶树种滞尘能力普遍比阔叶树种强[15]；赵云阁等研究表明针叶树种单位面积吸附PM2.5含量高于其阔叶树种[8]，这与本研究中11种绿化树种单位叶面积PM2.5滞纳量整体表现出针叶树>阔叶树的规律结果一致，同时研究中还发现不同树种在相同大气PM2.5浓度下（同一功能区）对叶片PM2.5滞纳量表现出明显差异，由树高、冠幅和叶面特性（黏度、绒毛、粗糙度）等引起[16]，但是不同针叶树种间对PM2.5滞纳量差异较阔叶树种间差异较大[8]。

4.2 相同绿化树种在不同大气PM2.5浓度下叶片PM2.5滞纳量分析

11种供试绿化树种中同一树种在不同大气PM2.5浓度下单位叶面积PM2.5滞纳量排序为河北农业大学西校区>竞秀公园>植物园，研究表明大气中细颗粒物PM2.5主要来源于各种燃料燃烧，建筑扬尘、发电、制造等各种工业过程及各类交通工具排放的尾气[18-19]。考虑到河北农业大学西校区、竞秀公园及植物园的周边环境，这也验证了本研究中大气中PM2.5颗粒物平均含量为河北农业大学西校区>竞秀公园>植物园。阿丽亚·拜都热拉等研究发现工业区、交通枢纽区树种单位叶面积滞尘量比居民区、清洁区高，其可能的原因是前两个区空气中的颗粒物浓度比后两区高，说明树种叶面滞尘量受当地空气质量的影响，同一树种在不同立地条件下滞尘量也相应的不同[16]。方颖等研究结果表明，大部分绿化树种叶片滞尘量的季节变化，这与空气中悬浮颗粒物含量季节变化的规律相一致；同一树种在不同地点的叶片滞尘量可以反映树木所在环境空气质量[17]。这与本研究结果相一致。

本研究只对绿化树种叶片单位面积滞纳PM2.5与大气中PM2.5浓度关系进行了研究，只考虑大气中PM2.5浓度单一因素，不能够全面反应绿化树种对PM2.5的滞纳能力，且3个试验点所处环境不同，易受多种因素影响，使研究结果具有一定局限性。因此，今后应进一步根据环境因子差异性在不同区域多方面、多角度的开展宏观和微观相结合的绿化树种滞纳PM2.5特征变化研究，为各地绿化树种选择配置提供更多的科学参考依据。

5 结论

本试验分析可以得出：绿化树种对PM2.5的滞纳能力差异较大，一般表现为针叶树大于阔叶树；同一绿化树种在不同大气PM2.5浓度下具有规律性变化，整体基本表现为河北农业大学西校区>竞秀公园>植物园；供试的11种绿化树种单位叶面积PM2.5滞纳量与大气PM2.5浓度均呈正相关，且在一定范围内，绿化树种单位叶面积PM2.5滞纳量会随大气PM2.5浓度增加而增加。

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Study for Relation on the Atmospheric PM2.5 Concentrationon with the Payment Ability of Common Greening Tree Species to PM2.5 in Baoding

WANG Cheng-yun，CHEN Yan-yu，LI Shuai-ying，GU Jian-cai，BAO Ke-xin，LIU Song-shan
（College of Forestry，Agricultural University of Hebei，Baoding 071000）

To explore the relation for the payment ability of greening tree species to PM2.5 and the atmospheric PM2.5 concentrationon，this study selected 11 common greening tree species and analyzed their payment ability to PM2.5 in the different atmospheric PM2.5 concentrationon.We used leaf area scanner，tustmate handheld PM2.5 monitor and aerosol generator（QRJZFSQ-1）to measure the amount of PM2.5 per unit leaf area in the different atmospheric PM2.5 concentrationon.The study indicated:the payment ability of greening tree species to PM2.5，is positive correlation with the atmospheric PM2.5 concentrationon.The payment ability of Conifer to PM2.5，is strong for broad-leaved tree.The same greening tree species show regular change on the payment ability to PM2.5 in the different atmospheric PM2.5 concentrationon，this regular change show Agricultural University of Hebei west campus>Jingxiu Park>Botanical Garden.

PM2.5 contration；Air quality；Greening tree species

X173

A

1002-3356（2017）01-0005-05

2017-01-21

高校创新训练项目“保定地区控制PM2.5污染的城市绿化树种选择的研究”（20160205）

王成云（1993-），男，学士，主要从事森林经理学相关的研究。

谷建才（1963-），男，学士，博士生导师，研究方向：森林经营技术及资产评估。