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绿色植物何以“过滤”PM2.5

来源:中国科学报 作者:王方、铁铮 2017-06-28 14:45:09
内容摘要: 科研人员表示,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发挥到最大。

北京城六区的植被贡献了15 个好天气,图为奥森公园人工林。

本期嘉宾:余新晓 北京林业大学教授

  炎炎夏日,天朗气清,很多城市已然没有了雾霾侵袭时的焦灼,但雾霾污染依然严峻,有效调控和消除PM2.5等颗粒物是我国日前呼声最高、最亟待解决的重大环境问题。

  北京林业大学教授余新晓告诉《中国科学报》记者,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独特不可替代的作用。科学家是如何做到以“绿”制“灰”的?

  2013年1月,国家林业局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。余新晓正是这一项目的主持人。

  4年来,100多名科研人员协同开展研究工作,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,筛选出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。

机理大揭秘

  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的不同绿化区、不同污染程度的地区,科研人员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。

  结果发现,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%。北京地区混交林调控PM2.5作用能力最强,其次为阔叶林、针叶林和灌木林,草地调控作用能力最低。

  就沉降作用而言,白天PM2.5的沉降量大于晚上。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,因鹫峰的植被覆盖类型更有利于颗粒物沉降。

  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。

  人工林对PM2.5等细颗粒物的阻滞效率,下午高于早上。因此科研人员建议,人们在城市森林的晨练应改成下午的锻炼。

  吸附作用方面,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,并按植物叶表面的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。

绿色穹顶防霾

  科研人员得出结论: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。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。

  他们还对北京地区森林植被格局与PM2.5浓度分布进行了评价。从全年浓度分布中可看出,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。

  森林调控PM2.5等颗粒物是一个动态变化的过程。科研人员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。

  其中,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。结论是,针叶树种的滞尘量高于阔叶树种;滞尘能力较强的前十种树种是雪松、白皮松、油松、圆柏、侧柏、红松、栾树、丁香、山桃、刺槐。

  同时确定了林带调控PM2.5等颗粒物的最佳配置结构:林带削减颗粒物浓度的最小有效宽度为15~18米,最佳结构为林带宽度40~50米、郁闭度0.70~0.85、疏透度0.15~0.30。

  目前,北京各类公园、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。可以说,植树造林,营造树种多样、结构多样的大中型森林,能有效地对北京市整个生态环境和雾霾起到调控作用。

  研究建议,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。

  科研人员表示,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发挥到最大。

社区绿植有讲究

  科学接地气,研究特别提出了社区散生林木高效滞尘树种的配置技术模式,可直接用于社区绿化,具有较强的实用性。

  首先,要选择滞尘能力高、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荫、抗寒、管理粗放、深根性抗风植物来增加绿量。以乔灌木树种为主,适当增加常绿针叶乔木。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。

  其次,要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。

  再次,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。

  其四,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米的范围,以减轻对低楼层采光及通风的影响。

  最后,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。半封闭式的广场绿地,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更有效地改善活动空间的空气质量。

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