南京城市绿地阻滞吸附PM2.5的健康效益评估

徐欢　李红

摘要：以江苏省南京市为研究对象，通过收集分析数据信息和前人的研究成果，测算出南京市城市绿地阻滞吸附PM2.5的总量；然后运用环境健康风险评估模型和环境健康价值评估方法，对其健康效益进行评估，并且比较分析了不同类型绿地单位面积的健康效益。研究结果表明，南京市城市绿地全年阻滞吸附PM2.5的总量为23.94 t，日均可减少病例总数为249.9例；每年产生的健康效益约为51.74亿元，约占南京市2014年GDP总量的0.59%；乔灌草结构绿地单位面积健康效益值最高，为21.8元，草坪最低，为0.1元。建议适当减小草坪面积，将部分草坪改造成灌草、乔草等复合绿地结构，有助于改善城市空气质量和提高城市绿地的健康效益。

关键词：城市绿地；PM2.5；健康效益；阻滞吸附

中图分类号： TU986 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2017）19-0271-04

收稿日期：2016-05-04

基金项目：国家自然科学基金（编号：31500575、31500579）；江苏省自然科学基金（编号：BK20150231）。

作者简介：徐 欢（1984—），男，山东菏泽人，博士，讲师，主要研究方向为园林绿地生态效应与评价。E-mail：xuhuan84@126.com。

通信作者：李 红，博士，讲师，主要研究方向为城市生态与屋顶绿化。E-mail：lihong8303@126.com。 细颗粒物PM2.5指环境空气中空气动力学当量直径 ≤ 2.5 μm 的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，具有粒径小、含有大量有毒有害物质且输送距离远等特点，是危害人体健康和大气环境质量的最主要空气污染物之一，甚至已經成为影响城市发展、人民幸福生活的首要环境限制。已有研究证明，细颗粒物PM2.5可以损害呼吸系统和免疫系统，引发呼吸系统、心脑血管疾病和其他疾病，从而增加死亡率[1-2]，PM2.5浓度每升高10 μg，肺癌死亡率、心脏病死亡率和全死因死亡率的危险性将分别增加8%、6%和4%[3]。

植物对空气中的颗粒物有明显的阻滞[4]和吸附[5]作用，现阶段关于城市公园绿地植物、道路绿带的滞尘能力、效率等已有较多研究[6-8]，对城市绿地阻滞吸附细颗粒物的相关量化研究中，Nowark等估算出每年美国的城市植被吸附PM2.5的总量为214 900 t[9]；Powe等估测出每年英国植物吸收PM2.5约为85 695～596 916 t和SO2约为7 715～11 215 t[10]；童明坤等估算出北京市道路绿地每年阻滞吸附PM2.5的总量为1.09 t[11]。但是城市绿地阻滞吸附PM2.5总量与健康效益方面的研究还比较少，因此，本研究在总结分析城市绿地阻滞吸附PM2.5的实测成果基础上，采用泊松回归相对风险度模型和环境健康价值评估方法，定量测算了南京市城市绿地阻滞吸附PM2.5总量并对其健康效益进行了评估，以期为提高城市绿地的健康效益和区域大气雾霾治理提供重要依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

江苏省南京市位于长江下游中部地区（31°14″～32°37″N，118°22″～119°14″E），属亚热带季风气候，四季分明，年平均温度15.4 ℃，年主导风为东风，静风频率年均16.7%。年均降水1 106 mm，降水量多集中在春夏季，秋冬季降水较少。截至2014年年底，全市建成区面积为734 km2，常住人口为821.6万人，其中城镇常住人口为665万人[12]。

1.2 研究方法

1.2.1 城市绿地阻滞吸附PM2.5总量测算 绿地植物对PM2.5的阻滞吸附作用主要通过停着、附着和黏附3种方式[13]进行。由于城市绿地中的植物主要是以群落形式存在的，不同类型植物间阻滞吸附颗粒物的效果差异较大，因此基于城市绿地群落结构特征和在无风条件下的研究结果[14-16]，得出南京市城市绿地年阻滞吸附PM2.5总量的计算公式为：

Mi=Si·Hi·Ci；（1）

SM=D·∑7i=1Mi。（2）

式中：Mi为第i种绿地类型每天阻滞吸附PM2.5的量，μg；Si为第i种绿地类型面积，m2；Hi为第i种绿地类型的有效高度，m；Ci为第i种绿地类型在无风条件下PM2.5的阻滞吸附值，μg/m3；SM为南京市城市绿地1年阻滞吸附PM2.5的总量，μg；D为有效天数，d；i为绿地结构类型。

1.2.2 健康效益评估方法 基于环境健康价值评估理论，阻滞吸附PM2.5所带来的健康效益评估方法分为2个步骤，首先分析测算PM2.5浓度降低所带来的各个健康终端的健康风险变化，然后对其进行货币化评估，测算健康改善带来的经济效益。各个健康终端的健康风险变化量通过环境健康风险评估方法来计算，通常结合流行病学研究得到污染物浓度和健康效应之间的暴露-反应关系，使用Poisson回归相对风险度模型来估算健康风险变化量[17]。评估模型为：

L=∑ni=1Li=∑ni=1Ei·Lpi；（3）

Ei=P[1-1exp（β·ΔC）]ei。（4）

式中：L为城市绿地阻滞吸附PM2.5健康效益总和，万元；Li为健康终端i对应的健康效益，万元；Ei为健康终端i的健康风险变化量；Lpi为健康终端i的单位健康风险变化对应的价值，万元/例；P为常住居民数量，万人；β为暴露-反应关系系数；ΔC为城市绿地所引起的PM2.5浓度变化量，μg/（m3·d）；ei为实际浓度下健康终端i的健康效应；n为健康终端数。

计算城市绿地阻滞吸附作用所引起的PM2.5浓度变化量ΔC时，参考王蕾等[18]、Nowak 等[19]的研究方法，计算公式为：

ΔC=SMBA·AT·D。（5）endprint

式中：ΔC为城市绿地阻滞吸附作用引起的PM2.5浓度变化量，μg/（m3·d）；SM为南京市城市绿地1年阻滞吸附PM2.5的总量，μg；BA为南京市建成区面积，m2；AT为PM2.5污染浓度较高的大气层厚度，m；D为1年天数，d。

2 结果与分析

2.1 城市绿地阻滞吸附PM2.5总量

根据南京市统计年鉴和绿化园林局的统计信息，南京市建成区绿化覆盖率为44.1%，建成区绿地面积为3.24万hm2，绿地的组成呈多样化，包括乔灌草结构、乔灌结构、乔草结构、灌草结构、单一乔木、单一灌木和草坪共7 种结构类型（表1），其中以乔灌草结构为主，其次为草坪和灌草，单一灌木类型的面积最少。

参考张灵艺等[4]、王国玉等[14]、赵晨曦[16]、吴志萍等[20]、Erisman等[21]对不同结构类型绿地植物阻滞吸附PM2.5的研究成果，总结出不同结构类型绿地对PM2.5的阻滞吸附值和有效高度（表2）。由于现有研究成果中缺乏对乔灌和单一灌木的研究数据，加上这2个结构类型的面积较少，而且乔灌和单一灌木结构与乔灌草和灌草结构类似度较大，所以使用乔灌草和灌草结构的数值乘以0.8来确定乔灌和单一灌木结构的数值。

由于南京市绿地中常绿树种大概占比40%，落叶树种为60%。落叶树种冬季叶片干枯掉落，自然状态下阻滞吸附PM2.5的量极少[22]，同时冬季植物群落中常绿树种的阻滞吸附能力也有所减弱，而且降雨和雾霾组成成分有显著的负相关性，可以有效降低PM2.5的浓度，因此把春夏秋三季中非降雨的日数和冬季中非降水日数的20%作为城市绿地阻滞吸

由式（1）和式（2）计算得知，南京市城市绿地年阻滞吸附PM2.5总量为23.94 t（表4），其中乔灌草结构绿地阻滞吸附PM2.5能力最強，消减总量最大，达到19.97 t，占总量的 83.44%；乔灌结构和灌草结构分别为1.61 t和1.01 t，占总量的6.72%和4.21%；单乔结构（0.81 t）和乔草结构（0.40 t）分别占吸附总量的3.40%和1.65%；单灌结构（0.12 t）和草坪（0.02 t）所占比重较小，分别为0.51%和 0.08%。以上结果表明，就阻滞吸附PM2.5的效果来说，城市绿地应以乔灌草结构或是乔灌、灌草复合结构为主。

2.2 阻滞吸附PM2.5的健康风险变化量

参照ICD-10国际疾病分类编码和国内已报道的PM2.5健康效益的研究，综合考虑国内流行病学的研究现状及数据的可获取性，分别从患病、门诊、住院和早逝四大类中选取与PM2.5污染相关的人体健康效应终点，其中，患病包括哮喘、慢性支气管炎和急性支气管炎；门诊包括内科门诊和儿科门诊；住院包括心血管疾病和呼吸系统疾病，为避免重复计算，呼吸系统疾病不包括哮喘、急慢性支气管炎患病；早逝包括急性死亡、心血管疾病死亡（慢性）和呼吸系统疾病死亡（慢性）。综合谢鹏等[1]、阚海东等[23]、刘晓云等[24]、谢元博等[25]对中国地区PM2.5健康效益评估的研究成果，提取出各个健康效应终点的暴露-反应系数和基准发生率（表5）。

2.3 阻滞吸附PM2.5的健康经济效益

目前国际国内相关研究主要采用人力资本法（HCA）、支付意愿法（WTP）或疾病成本法（COI）将大气污染引起的健康影响进行货币化。本研究参考刘晓云等[24]、Zhang等[26]的研究方法和数据，依据北京市2013年、2014年人均可支配收入增长率和2014年南京市与北京市人均可支配收入的比值，经过收入水平调整将现有北京市2012年的研究成果最终修正为南京市2014年各健康效应终点的单位经济损失（表6）。

将各健康效应终点的健康风险变化量进行货币化后，南京市城市绿地阻滞吸附PM2.5的健康效益日均约为1 417.53万元，每年的健康效益约为51.74亿元，约占南京市2014年GDP总量（8 820.75万亿元）的0.59%。其中减少患病产生的健康效益为30.03亿元（58.04%），减少早逝产生的健康效益为20.59亿元（39.79%），减少住院产生的健康效益为0.8亿元（1.55%），减少门诊产生的健康效益为0.32亿元（0.62%）。由此看来城市绿地对于减少居民患急慢性支气管炎和哮喘的效益最为明显，早逝由于单位经济损失价值较高，所以健康效益总值也比较高，虽然减少门诊的病例数是最多的，但是由于单位经济损失价值最低，所以效益总值也最低。

2.4 综合分析

从不同结构类型绿地产生的健康效益看，南京市乔灌草结构绿地效益最高，为43.17亿元，其次是乔灌结构绿地，效益值为3.47亿元，然后依次是灌草结构（2.81亿元）、单乔结构（1.76亿元）、乔草结构（0.86亿元）；单灌结构和草坪的健康效益值最低，分别为0.26亿元和0.04亿元。将不同结构类型绿地产生的健康效益换算成单位面积健康效益（图1），乔灌草结构绿地单位面积健康效益值最高，为21.80元，其次为乔灌结构和乔草结构，分别为17.44元和13.62元，然后依次是单乔结构（9.89元）、灌草结构（5.80元）、单灌结构（464元），草坪的单位面积健康效益值最低，为0.10元。因此，适当减小草坪面积，将部分草坪改造成灌草、乔草等复合绿地结构，提高城市绿地结构层次，有助于提高城市绿地阻滞吸附的效率，从而提高城市绿地的健康效益，较好改善城市空气质量。

3 结论

本研究通过收集分析南京市统计局、园林局和气象局等部门发布的数据信息，以及总结不同结构类型绿地植物阻滞吸附PM2.5的研究成果，计算出南京市城市绿地全年阻滞吸附PM2.5的有效时间为205.5 d，年阻滞吸附PM2.5总量为 23.94 t，其中乔灌草结构绿地阻滞吸附PM2.5能力最强，占总量的83.44%，然后依次为乔灌结构（6.72%）、灌草结构（4.21%）、单乔结构（3.40%）、乔草结构（1.65%）、单灌结构（0.51%）和草坪（0.08%）。从阻滞吸附的效果看，城市绿地应以乔灌草结构或是乔灌、灌草复合结构为主。endprint

使用Poisson回归相对风险度模型计算健康风险变化量得知，南京市城市绿地阻滞吸附PM2.5对城市居民健康影响较为显著，日均可减少受危害总数为249.9例。将各健康效应终点的健康风险变化量进行货币化后，南京市城市绿地阻滞吸附PM2.5的健康效益日均约为1 417.53万元，每年的健康效益约为51.74亿元，约占南京市2014年GDP总量的 0.59%。其中依次为患病30.03亿元（58.04%）、早逝20.59亿元（39.79%）、住院0.8亿元（1.55%）、门诊0.32亿元（0.62%）。由此看来城市绿地对于减少居民患急慢性支气管炎和哮喘的效益最为明显。

从不同结构类型绿地单位面积的健康效益看，南京市乔灌草结构绿地单位面积健康效益值最高，为21.80元，然后依次为乔灌结构（17.44元）、乔草结构（13.62元）、单乔结构（9.89元）、灌草结构（5.80元）、单灌结构（4.64元）、草坪（0.10元）。因此，适当减小草坪面积，将部分草坪改造成灌草、乔草等复合绿地结构，有助于提高城市绿地阻滞吸附的效率，改善城市空气质量，从而提高城市绿地的健康效益。

需要说明的是，不同结构类型绿地阻滞吸附PM2.5值的准确性受气象条件、观测位置和仪器设备等多种因素影响，即便同一结构类型绿地的变化也很大，所以存在一定误差，在以后的研究中需要开展更多的实地观测，对不同结构类型绿地的PM2.5阻滞吸附值进行完善修正。健康风险变化量方面，当前有学者已提出分病因的暴露反应关系系数通常大于不分病因的暴露反应关系系数，但由于我国医疗机构在门诊、急诊登记时并未严格区分病种，以致门诊健康终点只能按年龄区分儿科门诊和内科门诊，因此本研究采用的数据有可能低估门诊健康终点的健康风险变化量。此外在计算过程中，给出了暴露-反应关系系数的不确定性范围，使用95%置信区间来计算健康风险变化量和评估健康效益，以求较好地反映由于数据不确定性引入的误差范围。

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