冬季绿化树木对悬浮颗粒物的降解作用研究

陈学正

摘要：随着城市化进程的快速推进，城市生态环境的形势日益严峻，其中最突出的问题是由大气颗粒物形成的粉尘污染。空气颗粒物不仅对环境造成污染，还严重威胁了人体的健康。绿色植物作为天然的空气净化器，在阻滞颗粒物、改善城市空气质量、保护人体健康中起着不可替代的作用。

本论文通过实验测定北京市昌平区沙河水库湿地公园中六种主要树种暨北京市常见绿化树种在当地时间2月份（冬季）树皮吸附PM2.5的能力。并通过测量单棵树木树皮面积并通过计算得出整个湿地公园六种树木吸附PM2.5质量总和。结果表明：①不同树种树木的树皮吸附大气污染物的能力在冬季有显著差别，能力从强到弱依次排列：银杏>玉兰>柳树>油松>悬铃木>毛白杨。②六种树种吸附的颗粒物中粒径为10～100μm的颗粒物较多。③公园中六种树木滞尘能力总和约为11.6千克。

测定树木的滞尘能力可以为公园绿化树木种植数量及比例的设计提供依据，通过平衡高观赏价值树种和高滞尘能力树种，因地制宜的进行合理的结构设计，改善人居环境、促进社会经济协调发展。

关键词：PM2.5，湿地公园，绿化树种，滞尘能力，冬季

1、绪论

1.1 总悬浮颗粒物简介

现在大气中的可吸入颗粒物已成为北京乃至全中国最为关注的空气污染物之一，虽然它在大气中的含量不多，但对环境和人体的危害都很大，包括生物多样性降低、人体健康问题、区域性气候变化、历史文明古迹受损等。大气颗粒物有着极宽的粒径变化范围，其粒径从几个纳米至一百微米，相差4-5个数量级，空气动力学直径小于100μm悬浮在空气中的颗粒物称为总悬浮颗粒物（TSP），其中小于10μm的称为可吸入颗粒物（PM10），小于2.5μm的称为可吸入肺颗粒物（PM2.5）[1]。大气中的颗粒物能够使空气污染变得错综复杂，其作为大气中一些化学反应的反应床，通过吸收和散射太阳辐射致使气候发生变化。

近年来，PM2.5更是被推向了风口浪尖，PM2.5，是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物，它对空气质量和能见度等有重要的影响。PM2.5颗粒物的粗细不足头发的三十分之一从而能够穿越呼吸道防御结构甚至穿透肺泡进入人体血液循环，其比表面积大，表面极易富集有害金属和有机致癌物，可刺激、腐蚀肺泡壁，引发哮喘、肺气肿甚至肺癌。[2-3]

PM2.5对于社会经济亦会造成严重的影响：1、大气颗粒物尤其是粒径小于1μm的颗粒物、气溶胶等都具有对光的散射和吸收等消光作用，造成物体与环境背景之间的对比度缺失，致使大气能见度降低[4-5]。2、颗粒物浓度升高使云凝结核或冰核增加会影响大气的光化学效应和热辐射平衡，影响区域的温度和降水，直接与间接地导致中国稻米和小麦的产量下降5%～30%。3、还会造成光化学烟雾、热岛效应、生物多样性降低、文物古迹受损等。

大气污染问题已引起了人们的广泛关注。

由上图[6]可得知，PM2.5的主要来源为化工厂及重工厂所排放出的未清洁达标的废气及城镇中居民过冬取暖时燃烧煤炭排放出的废气。而树木的叶片、树皮均具有较强的滞尘能力，可以滞留空气中大量粉尘。树木显著的滞尘能力已被很多研究证实。很多城市已经将利用滞尘能力良好的树木营建城市绿地景观应用到城市绿地设计和道路防护设计中通过植被吸附颗粒物治理大气污染的研究意义重大。植物对空气中细颗粒物的阻滞吸附作用研究也成为近年来的热点。

1.2 对于植物滞尘作用的基本认识

而我所居住的北京市昌平区沙河镇冬季空气污染问题尤为严重，为了更好地分析植物在吸附PM2.5中的不同作用，我阅读了相关资料并制作了如下表格[7-8]：

1.3 研究目的

早在2011年，针对市民关注的北京空气治理问题，北京市政府经常谈及PM2.5治理，提出本市将出台八大措施应对PM2.5，改善空气质量，其中植树造林位居首位[9]。为了更深入的了解我所居住的北京市昌平区沙河镇生活区附近的沙河水库湿地公园中的绿化及观赏性植被在吸附以TSP为代表的污染物缓解恶劣天气所带来的负面影响中的作用，我也进行了一些研究和实验旨在加强自身对于生物学及环境科學相关知识的了解，并通过合理运用所学知识对实际进行解决，在此过程中锻炼探究能力、对简单社会问题的理解和解决能力、培养创新意识并增加对周围环境及社会的了解，为今后从事专业研究和创新培养基础。

2、研究内容与方法

2.1 研究内容

本实验旨在探究公园中树木在冬季对PM2.5的降解作用，所以选取主要研究对象为树皮，对树木树皮进行采样得出数据，并通过计算分析得出：

1、 沙河水库湿地公园中主要绿化树木的树皮在冬季对TSP的吸附能力。

2、 沙河水库湿地公园中各绿化树木对不同粒径大气污染物的吸附效果。

3、沙河水库湿地公园中选取树木在冬季对TSP的吸附量之和。

2.2 实验准备

经过调查和比较，我选取了公园中六种树木：

实验选取树木名录

选择理由如下：

1、 以上六种数目为沙河水库湿地公园重要绿化树种

2、以上树种中银杏、油松、柳树、毛白杨为北京市乃至整个华北地区主要道路及园林绿化树种，具有代表性。

2.3 实验过程

2.3.1 实验对象

树皮直接暴露在空气中，与空气颗粒物长期连续接触，是颗粒物的直接接受体。树皮作为空气污染监测器具有许多优点：

① 树皮具有足够大的表面积，可以连续多年每天都稳定暴露在空气中，在长期连续对污染监测研究具有重要意义；

② 在自然界，树皮分布广泛容易获取，在野外收集也很容易；

③ 在树皮冲刷收集颗粒物对树木健康影响不大，不会破坏树木本身[10]；