严寒地区老旧小区宅旁绿地植物对PM10浓度的影响

2022-08-26齐伟民房宏琦赵彦博

江西科学 2022年4期

齐伟民，房宏琦，赵彦博

(吉林建筑大学艺术与设计学院，130118，长春)

0 引言

随着城市改造的逐渐变迁与更迭，老旧小区居住环境中植物景观与空气质量的关系常常容易被忽视。可吸入颗粒物(PM10)可以进入人体肺泡，携带大量有毒有害物质，对人体危害程度远大于其他大气颗粒物[1]。老旧小区是城市老龄居民常驻地，而老旧小区植物景观配置的可调控性差从而影响植物滞尘能力较弱，对居民身体健康存在隐患。小区宅旁绿地，是小区绿地面积分布最广的一种形式[2-6]。但老旧小区中的绿地空间十分有限，因绿地面积很少且年限时间久而管理不当导致的绿化覆盖率低，所以尽可能利用有限的空间，高效发挥植物的净化功能是近年来越来多的学者专家研究与关注的重要方向。植物景观在自然循环机制与人体健康关系中有着不可或缺的作用[8-9]，植物修复受损环境与滞尘能力各有不同，而更佳的合理植物配置可以有效降低PM10浓度，单一结构层次的植物配置对于PM10的滞尘能力远不如层混交结构的植物配置[10]。

目前针对植物滞尘方面的研究，主要集中在单一植物个体的滞尘能力、生态能力和对颗粒物的吸附能力以及功能性绿地、绿地覆盖率等方面对颗粒物的消减[12-15]。王誉洁等[1]研究表明居住区内道路绿地应设计复层、郁闭度高的群落结构；宅旁绿地应以单一结构且郁闭度低的植物群落为主；在居住区边界设置复层植物群落结构的绿地，而内部宜采用通透、舒朗的群落结构。本文主要以长春市老旧小区为对象，对小区内宅旁植物配置景观PM10进行实地监测，研究小区内不同类型植物配置对PM10浓度的影响和气象因子间的影响因素，使植物景观配置的滞尘能力及可操控量在老旧小区的有限空间内发挥最大作用，避免因过度追求植物的滞尘作用而盲目进行配置，为改造老旧小区植物景观内最佳滞尘植物配比提供理论依据。

1 研究方法

1.1 观测地点选择

以长春市为例，对长春市主城区内187个老旧小区进行综合调研，选取了植物配置较为系统全面和代表性的老旧小区为研究对象。监测的区域范围选定在小区楼房为行列式布局、围合式及混合式布局的宅旁植物景观，监测地风向以从南测吹过的风为迎风向，楼房布局、主导风向与其夹角及植物配置详情如表1。统一选取郁闭度较高植物疏密度一致的宅旁绿地与楼房间隙靠南设置采样点，水平方向每间隔1.5 m同向设置一处采样点，共设置3处采样点，高度均为1.5 m(1.5m为人均呼吸高度)；垂直方向在宅旁绿地对应的楼房每层的窗台处设置一处采样点，共设置6处采样点。

表1 监测地点详情

1.2 研究方法

数据采集时间点为2020年11—12月(此阶段为植物凋零季)、2020年6-7月(此阶段为植物繁茂季)按冬夏两季划分，为避免误差选取雨天或雪天过后第5日晴朗微风天开始监测。采用微电脑激光粉尘仪[BB16-LD-5C( B) ]进行PM10质量浓度的测量。测量时间为12个时间段，每日06:00—18:00进行采样，每次采样时间取 1 min，采样间隔时间为2 h，按测点顺序依次采集，每天采集6次(一个时间段一次)，夏冬两季各采集2周。此外，分别使用水银温度计、湿度测量仪以及热线式风速计采集宅旁绿地的温度、湿度和风速。

1.3 数据分析

运用Excel和SPSS对采取的样本数据进行归置处理，得出宅旁绿地PM10浓度分布规律以及对其的影响，以及PM10浓度变化与气候相关因素的相关性。

2 结果与分析

2.1 老旧小区宅旁植物景观对PM10浓度日变化水平分布的影响

如图1可知监测地1、监测地2和监测地4与风向夹角相差较小。上午8:00 PM10浓度开始逐渐上升，在10:00达到最大值，中午缓慢回落，在14:00达到最低值。从16:00开始PM10浓度会缓慢上升，但幅度波动较平缓，且低于08:00-10:00的浓度。这可能是由于寒地居住区早晚供暖以及昼夜温差较大等因素所造成的。监测地3和监测地6与风向夹角PM10浓度分布明显高于其他监测地，导致这样较为明显差异的原因是宅旁绿地较其他监测地绿化覆盖率低。监测地5与风向所成角度区别于其他监测地，PM10浓度分布也有所不同。

图1 PM10质量浓度日变化

2.2 老旧小区宅旁植物景观对PM10浓度垂直分布的影响

如图2所示，PM10浓度在第2层楼高度时为最低点，但随高度升高而缓慢上升，这是由于宅旁绿地植物高度影响所致。监测地4楼房布局是围合式布局同时与主导风向夹脚几乎是垂直角度，风透过宅旁绿地到楼房因夹角所致植物对PM10浓度分布影响较大。监测地3和监测地6的PM10浓度依然高于其他监测地，分析其结果表明：植物能够一定程度上影响绿地外环境的 PM10浓度，但不同植物配置结构配比对绿地内外环境的 PM10浓度的均有不同梯度的影响。在1～3层处PM10浓度明显减少，这是因为植物阻碍了气流的上下流动，在1～3层为植物生长密集处也是乔灌草复合结构，PM10的扩散很大程度被抑制在地面和乔木树冠顶盖之间，显现出植物的滞尘效应[4]。

图2 PM10浓度垂直分布变化

2.3 夏冬两季植物景观对PM10浓度分布的影响

比较在冬、夏两季同一时段不同宅旁绿地植物配置的郁闭度情况，如图3和图4所示。冬季不同结构体系植物郁闭度对PM10浓度分布影响很小而夏季不同郁闭度对PM10浓度分布影响稍大。冬夏两季的植物景观郁闭度排序为：乔灌草>灌草>乔灌>乔草。如图5和图6冬季乔灌草型、灌草型、乔灌型植物配置 PM10浓度与植物郁闭度呈明显正相关。回归方程为：

图3 宅旁绿地冬季郁闭度

图4 宅旁绿地夏季郁闭度

图5 PM10浓度受宅旁绿地不同结构冬季郁闭度影响分布

图6 PM10浓度受宅旁绿地不同结构夏季郁闭度影响分布

y=6.771 4x乔灌草+162.13r2=0.748 2,

y=9.657 1x灌草+159.53r2=0.454 2,

y=7 685x乔灌+168.6r2=0.423 7,

y=9.432 9x乔草+173.8r2=0.329 7。

夏季植物配置 PM10浓度与植物郁闭度呈弱正相关(y=4.828 6x乔灌草+153.6r2=0.230 6,y=5.657x灌草+159.53r2=0.151 1,y=5.4x乔灌+159.6r2=0.159 9,y=5.6x乔草+168.4r2=0.173 8)，这可能是因为乔灌型、乔灌草型及灌草型植物群落整体通透度低，植物在 1.5 m 高度附近生长密集，导致颗粒物进入植物群落内部后无法快速排出，乔草型结构单一、通透度高，PM10较易扩散。冬季PM10浓度在一定程度上也受居住区楼房布局的影响如图7，冬季寒地城市大量供暖使得空气质量指数降低。不同结构楼房布局对应的宅旁绿地植物配置的滞尘效应在冬季体现得更加重要，显然结构层次丰富且包含乔灌草3种植物配置的植物景观具有更佳滞尘表现[5]。

图7 PM10浓度受植物郁闭度影响季变化分布

2.4 伴随气象因子植物景观对PM10分布的影响

考虑到空气中的PM10浓度的影响因素是复杂变样的，因此采用回归分析法探究环境因子(温度和相对湿度)对PM10浓度变化的影响。温度和相对湿度与 PM10浓度的相关性较强，温度与PM10浓度存在一定负相关关系，相对湿度与PM10浓度存在一定正相关关系[7]。因此得到模型：

y=-3.648×Ta+2.457×RH+5.372R2=0.612<0.01

其中：Ta代表空气温度(℃)，RH代表相对湿度(%)，y代表PM10浓度(mg /m3)。

3 讨论

国内外大量研究表明，城市绿地植物群落有助于改善城市空气质量，塑造高品质的生活环境[8-15]，张建设等[16]在不同植物群落对大气颗粒物浓度的消减作用中发现，层次合理、植被丰富的绿地配置模式对颗粒物的消减效果明显。本文研究地选址考虑了老旧小区楼房布局条件影响，从居住区环境入手探究不同季节植物配置结构内的PM10浓度变化与植物郁闭度因素关系，以及不同季节中不同郁闭度下的植物景观体系滞尘效益。

因此在优化老旧小区环境和改善空气质量中，应将地理环境要素与植物配置层次结合起来，通过调节植物郁闭度，选择合适的植物配置结构(如考虑乔灌草结构体系或乔灌结构等影响因素)，从而达到植物抑制 PM10浓度和改善空气质量的生态效益，进而避免盲目追求空气质量而进行植物绿化[17-18]。老旧小区的空气质量对居民的生活至关重要，本文是对位于寒地城市的老旧小区 PM10浓度变化及影响因素进行研究，未来应加强对老旧小区的 PM10浓度变化特征进行定量研究，从而能够更全面地探究老旧小区有限区域内绿地最佳植物配比的规划设计。