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绿色植物对PM2.5说不!
  发布单位: 《国土绿化》杂志社 发布时间: 2017.10.18

近年来中国频繁遭遇大范围的雾霾污染

2013年以来,全国338个地级以上城市中,有 265个城市环境空气质量超标,占78.4%京津冀地区13个地级以上城市达标天数比例平均只有52.4%

PM2.5这个词,已经成为全社会瞩目的焦点有效调控和消除PM2.5等颗粒物成了呼声最高、亟待解决的重大环境问题。

20131国家林业局适时应急启动了国家林业公益性行业重大科研专项,开展了森林对PM2.5等颗粒物的调控功能与技术研究。这样的应急科研项目的设立,在林业科技史上并不多见。

该项目由北京林业大学负责,联合中国林业科学研究院、中国科学院生态环境研究中心、中国环境监测总站、北京市农林科学院、北京市园林绿化局、广东省林业科学研究院等单位的100名研究人员协同开展研究工作。

北京林业大学教授余新晓教授表示,2016年,北京市PM2.5平均浓度较2013年下降18.4%森林作为生态系统的主体,在防霾治污方面有其不可替代的作用

在艰苦攻关中,4个春秋转瞬而逝。项目组全面完成了项目的预期目标和研究任务,取得了一系列原创性的成果。

科研人员构建了首都圈森林大气环境监测网络,科学地揭示和评价了森林调控PM2.5等颗粒物的机理和功能,筛选了具有防霾治污功能的适宜树种,提出了针对城市典型区域高效滞尘的森林优化配置技术,集成了城市森林调控PM2.5等颗粒物的技术体系并开展示范。

有关专家评价说,这些研究成果为系统认识森林防霾治污功能和城市森林营建提供了重要的理论和技术依据,对更好地发挥森林绿色穹顶的作用具有重要意义。

植物调控PM2.5的机理揭秘

科研人员建立覆盖首都圈的森林环境监测网络基于首都圈森林生态系统定位观测站,构建了相对完备的大气颗粒物监测体系监测站及监测范围包括:10个定位监测站、2个监测塔、102个监测样地、131种植物种、15种颗粒物化学组分,区域涵盖北京市城区和郊区不同绿化区不同污染程度的地区。

科研人员告诉笔者,北京市森林植被对PM2.5的调控作用年均量为每年每平方公里309.03公斤。其中沉降作用占比最大,为43.57%;其次为阻滞作用,为34.80%;吸附作用为21.50%,吸入作用占比最小,仅为0.13%。在北京地区混交林调控PM2.5作用能力最强,其次顺序为阔叶林、针叶林和灌木林,草地调控作用能力最低。

一是沉降作用。大气颗粒物通过重力沉降和湍流扩散等空气动力作用降落到森林等下垫面中这一过程主要包括布朗扩散、拦截、惯性碰撞和重力沉降等运动形式

研究发现,白天PM2.5的沉降量大于晚上的沉降量。这主要是由于白天人为活动使得大气层扰动程度比夜里大,颗粒物更容易通过碰撞吸附等过程沉降在植物体上。同一时间,鹫峰公园的沉降速度大于奥体公园的沉降速度,主要是因为鹫峰公园的植被覆盖类型更有利于颗粒物的沉降。

从日沉降量来看,一天中10:00-14:00大气颗粒物沉降量最大。早上的沉降量大于下午。从季节来看,夏季大气颗粒物在森林内沉降量最大。

二是阻滞作用。林带具有复杂的枝叶结构通过改变林带内部大气颗粒物的运动形态,使其运动能量和方式发生变化,从而导致颗粒物在林带内滞留。研究发现,人工林对PM2.5等细颗粒物的阻滞效率,下午高于早上。因此研究人员建议,人们在城市森林锻炼最好选在下午

三是吸附作用科研人员称,植物个体捕集大气颗粒物是植物的叶、枝、茎干等各器官表面与颗粒物相互作用的结果主要依靠植物叶表面结构和特殊的分泌物沾降尘这种方式最稳定。树种间滞尘能力的差异由叶表面的特性、树冠结构、枝条密度等决定。

科研人员植物叶表面吸附能力进行了排序第一类单位叶面积吸附颗粒物能力最强的植物有悬铃木、构树、栓皮栎和杜仲;第二类吸附能力较强的植物有紫叶李、紫叶桃和山楂;第三类吸附能力中等的植物有栾树、银杏、水杉、黄檗、暴马丁香、七叶树、火炬树和核桃;第四类吸附能力较弱的植物有白玉兰、白榆、旱柳、元宝枫、龙爪槐、丝棉木、椴树、加拿大杨和皂荚;第五类吸附能力弱的植物有白蜡、毛白杨、鹅掌楸、香椿、黄金树、臭椿、刺槐、国槐和水曲柳。科研人员认为,植物叶片吸附颗粒物的能力受到植物叶表面微观结构的影响,植物叶片结构随季节发生变化影响对颗粒物的吸附。

四是吸入作用。大气颗粒物可以经植物叶片气孔进入植物体内参与植物代谢反应。

科研人员确定了森林调控PM2.5等颗粒物的影响因素。其中包括叶片粗糙度叶片着生角度叶面湿润性郁闭度疏透度叶面积指数等。他们对森林植被调控PM2.5等颗粒物的功能进行了评价评价指标包括3个类别10个基本指标

北京城六区绿地奉献15个好天气

经过研究,得出以下结论:北京市城六区所有植物年均总滞尘量为9789吨,其中细颗粒物滞尘量为105吨、粗颗粒物滞尘量为1227吨、大颗粒物滞尘量为8457吨。

科研结果表明:按照中国环境质量标准,森林植被可以使北京每年达到二级质量的天数增加15天。

研究中,依据PM2.5浓度垂直廓线推算出北京市城六区上空不同高度范围内PM2.5的累计产生量植物叶片吸附固定的PM2.5的量占空气累计量的4.1%

按照500米的高度范围计算,北京市城六区上空PM2.5的平均存量为56.4,因此北京城六区的植物2014年吸附(35.50)和沉降(65.85)的PM2.5大约是现存量的2倍。

科研人员对北京地区森林植被格局与PM2.5浓度分布进行了评价。据了解,依据北京市环境监测站35个地面定位监测站监测PM2.5浓度均值从全年浓度分布中可以看出,北京市的PM2.5污染从空间上呈由西北至东南逐级递增的趋势,这与北京地区植被分布和地势起伏特征高度吻合。对比各个季节情况可发现,整体上北京地区冬季(供暖季)PM2.5污染要明显重于其他季节。植被覆盖较好的北部山区污染程度增加并不明显,而在森林覆盖率较低的北京南部和东部PM2.5浓度普遍增加了40%左右。

社区种啥植物有科学指南

研究人员的研究十分接地气,特别提出了社区散生林木高效滞尘树种配置技术模式,可以直接用于社区绿化。

专家建议,社区在进行高滞尘树种配置时,兼顾这样的原则

一是最大限度地发挥其使用功能。除普通草本植物外,还要注重观赏花木、阔叶乔木、食用果树、药用植物和芳香植物等的搭配种植;注重发挥绿化在整个小区生态中的作用,如隔热、防风、防尘、防噪音、消除毒害物质、杀灭细菌病毒的作用,以及从视觉感官和心理上消除精神疲劳的作用

二是应充分考虑到植物的生物学特性,做到适地适树。在社区内部进行树种配置时,不能单纯考虑滞尘能力,还应兼顾不同分区的功能。例如在住宅区窗户旁、休闲娱乐区等人员较密集并且滞留时间较长的区域,则不应种植滞尘能力强的树种,因为颗粒物滞留在叶表面,在大风天气时会造成二次扬尘,反而会起到相反的作用。而在道路两旁和社区外污染源之间,则应种植滞尘能力强的树种,阻碍颗粒物扩散。

科研人员还分南方、北方两种地域情况,分别筛选出了不同污染环境下的建议树种、社区不同功能区的建议树种,具有较高的实用价值。

不同污染环境下建议树种

北方

粗颗粒

重度污染区

侧柏、西府海棠、黄金树、油松、大叶黄杨、千头椿

中度污染区

构树、暴马丁香、碧桃、元宝枫、银杏、金银木

轻度污染区

连翘、龙爪槐、法桐、旱柳、洋白蜡

细颗粒

重度污染区

油松、暴马丁香、连翘、银杏、法桐、侧柏

中度污染区

西府海棠、龙爪槐、黄金树、大叶黄杨、旱柳、金银木

轻度污染区

碧桃、构树、千头椿、洋白蜡、元宝枫

南方

粗颗粒

重度污染区

小叶榕、桂树、荷花玉兰

中度污染区

黄角树、孝顺竹

轻度污染区

重阳木、海桐

细颗粒

重度污染区

黄角树、荷花玉兰、海桐

中度污染区

小叶榕、重阳木

轻度污染区

孝顺竹、桂树

社区不同功能区建议树种

北方

 

功能区

社区与外界污染源之间

侧柏、西府海棠、黄金树、油松、大叶黄杨、暴马丁香

道路两旁

千头椿、连翘、龙爪槐、法桐、旱柳、洋白蜡

休闲娱乐区

洋白蜡、构树、碧桃、元宝枫、银杏、金银木

住宅区旁

构树、碧桃、元宝枫、银杏、金银木

南方

功能区

社区与外界污染源之间

小叶榕、桂树、黄角树、海桐

道路两旁

小叶榕、桂树、黄角树、海桐

休闲娱乐区

荷花玉兰、黄角树、孝顺竹

住宅区旁

重阳木、孝顺竹

社区绿地如何配置才好?

关于社区的绿地配置,科研人员研究后提出了五条具体建议,具有很强的实用性。

一是选择滞尘能力高、耐瘠薄、耐干旱、寿命长、病虫害少的树种作为居住区绿化的主调树种高层楼楼间绿地应主要选择耐、抗寒、管理粗放、深根性抗风植物来增加绿量。应以乔灌木树种为主,适当增加常绿针叶乔木的应用。悬铃木虽然滞尘能力强、遮阴效果好,但根系较浅,在高层楼间不宜大面积应用。冠幅较小且树形优美的龙柏可与阔叶乔木搭配作为行道树列植于道路一侧;侧柏、圆柏、油松、白皮松、青杄等常绿树种可丛植或自然栽植于群落中,形成种植带;雪松可进行孤植,作为焦点景物起到园林表达的效果。以多层次复层植物群落为种植原则,适当留出活动空间,保障活动区绿地空气流通良好,增加居住区绿量、丰富植物季相变化。

二是将楼体四周统一成整块绿地加以设计配置绿地具有一定规模后能更有效地发挥生态功能。居住区中心区域以高层、低密度的点式住宅散布,可有效提高绿地的整体性和连贯性。

三是居住区主道两侧应定距种植滞尘能力强、分枝较高的乔木乡土树种,能够有效降低大气颗粒物浓度、减少噪声,有利于沿街住宅的安静与卫生。高大乔木林下空间比较宽敞的位置可种植大叶黄杨、紫叶小檗等低矮绿篱,增强道路绿地对地面扬尘的净化作用。道路峡谷的绿化首先应考虑通风问题,在保障行道树遮阴效果和景观效果的前提下,降低植被种植密度和郁闭度,可在道路一侧列植树冠水平伸展的阔叶乔木作为行道树。

四是楼旁绿地植物配置时应考虑建筑物的朝向及室内的通风、采光等环境因素。近窗不宜种植高大乔木,多以小乔木、花灌木及宿根花卉布置;山墙及围墙可选用美国凌霄、五叶地锦等藤本植物进行垂直绿化,增加绿量的同时起到夏季降温的效果。楼前高大乔木与楼之间应保持大于8的范围,以减轻对低楼层采光及通风的影响。

五是应将居住区广场绿地、中心绿地等开放活动空间布置在颗粒物污染较轻或颗粒物不易滞留的区域,并根据污染扩散的途径及方式合理配置绿地植物。半封闭式广场绿地在污染物来源方向以乔灌草结合可阻挡污染物侵入在污染较轻的方向留出通风口与开放式广场绿地和中心绿地相比,合理配置的半封闭式广场绿地能够更加有效地改善活动空间的空气质量。

营造森林对雾霾防护有作用

森林调控PM2.5等颗粒物是一个动态变化的过程。科研人员通过研究确定了一批针对不同防护功能区的高滞尘树种,筛选出不同典型区域有效治理PM2.5等颗粒物的适宜树种。

根据北京市的地理气候特点,经过对北京市绿化植物种类和生长状况进行全面调查,科研人员选择了最为常见的60种植物作为滞留PM2.5等颗粒物量测定的研究对象。

研究得出的结论是,针叶树种的滞尘量要高于阔叶树种。滞尘能力较强的前十种树种:雪松、白皮松、油松、圆柏、侧柏、红松、栾树、丁香、山桃、刺槐。

通过研究,科研人员确定了最佳的林带调控PM2.5等颗粒物的配置结构。研究认为,林带削减颗粒物浓度的最小有效宽度为15-18。最佳结构为林带宽度40-50,郁闭度0.70-0.85,疏透度0.15-0.30

目前,北京的各类公园、自然保护区、百万亩平原造林工程、京津风沙源治理工程和三北防护林工程所形成的林带,对北京市的雾霾防护起到了一定的作用。因此,植树造林,营造树种多样、结构多样的大中型森林,更能有效地对北京市的整个生态环境和雾霾起到调控作用。建议在首都副中心和雄安新区林业建设中要考虑城市绿地对空气颗粒物的防污作用,合理规划,体现生态优先,打造优美生态环境,促进大气与土壤、水污染协同治理,为打造绿色、森林、智慧、水城一体的新区和京津冀生态环境支撑区提供有力保障。

虽然森林调控颗粒物的作用不能夸大,但如果能够进行合理的树种选择,高效的合理配置,森林绿色穹顶的防霾治污、净化空气的作用就能够发挥到最大。(铁铮)

   
 
   
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