张建设 冯万富 史晓海 单燕祥 李月凤 柳勇 张玉虎 周亚运

摘要：为研究城市道路中不同绿地结构对PM2.5、PM10的消减作用，选择河南省信阳市城区主干道——新五大道、新七大道上不同绿地结构（乔、乔-草、灌-草、乔-灌、乔-灌-草、对照点）为试验监测点，对其PM2.5、PM10浓度进行监测、分析以及消减率的计算，结果表明，不同绿地结构内PM2.5、PM10浓度呈现出“早晚高、中午低”的日变化特征，且在08：00左右浓度达到最大。乔-灌、乔-灌-草绿地结构的PM2.5、PM10浓度显著低于其他4种绿地结构。不同绿地结构对PM2.5、PM10消减作用差异显著，对PM2.5消减作用规律为乔-灌-草﹥乔-灌、乔-草﹥灌-草、乔，对PM10消减作用规律为乔-灌-草﹥乔-灌、灌-草、乔-草﹥乔，整体上看，绿地对PM2.5消减率高于PM10。

关键词：绿地结构;PM2.5;PM10;消减能力

中图分类号： S181文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）21-0302-03

收稿日期：2018-07-31

基金项目：国家林业公益性行业科研专项（编号：20130430101）;河南省科技攻关计划（编号：172102310561）;信阳市科技计划（编号：150088）。

作者简介：张建设（1987—），男，河南商城人，碩士，主要从事森林生态系统关键过程长期观测与模拟以及城市森林净化环境空气功能方面的研究。E-mail：605195219@qq.com。

近30年来，随着我国经济、城市化、工业化的快速发展以及汽车保有量的持续增加，城市空气污染日益严重。以PM2.5（细颗粒物）和PM10（可吸入颗粒物）为主的大气颗粒物具有广泛的危害性[1]，已成为我国大部分城市空气的首要污染物[2-3]。

城市道路绿地作为“绿色基础设施”，是城市生态系统的重要组成部分，不仅为城市居民提供了相对洁净的休闲游憩空间，在净化大气颗粒物方面也发挥着独特的生态功能[4]。城市交通污染是大气颗粒物的首要来源[5-6]，主干道及其两侧50 m以内、1.7 m以下的低空范围是受交通污染影响最为严重的空间[7]。道路绿地沿街而建，其范围恰巧处于污染严重的区域，在汽车保有量逐年增加，交通污染日趋严重的城市背景下，道路绿地作为一种消减交通污染源的重要方式正受到越来越广泛的重视[8]。近年来，针对PM2.5、PM10的研究多集中于其组成、污染特征、与气象因子关系、单一植物滞尘能力等方面，虽已有学者对北京、青岛等城市道路绿地消减大气颗粒物的能力进行了研究[9-10]，但总体来看，对不同道路绿地结构对PM2.5、PM10消减作用的研究还是较少，且不同研究结果表明：同一区域内，不用道路绿地结构对大气颗粒物消减有着明显差异;不同区域由于污染来源、气候条件以及污染特征不同，加之各地区的植物配置存在差异，影响因素较多，其消减结果不尽相同。河南信阳是唯一连续8年入选中国十佳宜居城市的城市，当前，正处于大气污染治理攻坚时期。鉴于此，本试验对信阳市区主干道不同绿地结构消减PM2.5和PM10特点与差异进行研究，旨在筛选出消减能力较强的群落结构，为信阳大气污染治理以及道路绿地设计提供一定的科学依据。

1材料与方法

1.1研究区域概况

信阳地理坐标介于113°45′～115°38′E、30°23′～32°27′N之间，地跨淮河，位于中国亚热带和暖温带的地理分界线（秦岭-淮河）上，属亚热带向暖温带过渡区，具有典型的大陆性季风气候。年均气温15.1～15.3 ℃，年均降水量900～1 400 mm，年平均日照时数，北部、中部2 100～2 200 h，山区1 900～2 000 h，年均相对湿度77%，常年主导风向为东北风，无霜期长，平均220～230 d。

1.2研究方法

按照乔、乔-草、灌-草、乔-灌、乔-灌-草5种道路绿地结构类型，并以无绿化的水泥路面为对照，且基于对绿地生态效益辐射距离[11]要求的考虑，在信阳城区新五大道、新七大道中为5种绿地结构以及对照各选择3处监测样地，各样地规格为10 m（垂直于道路）×15 m（平行于道路），每个样地的监测点设在样地几何中心，距离主干道10 m。不同绿地结构中乔木主要有香樟[Cinnamomum camphora （L.）Presl.]、法桐（Platanus orientalis L.）;灌木有迎春花（Jasminum nudiflorum）、夹竹桃（Nerium indicum Mill.）、卫矛（Euonymusalatus）、木槿（Hibiscus syriacus L.）、紫薇（Lagerstroemia indica L.）、榆叶梅[Amygdalus triloba （Lindl.） Ricker];草本种类主要有沿阶草（Ophiopogon bodinieri Levl.）、络石[Trachelospermum jasminoides （Lindl.） Lem.]、萱草[Hemerocallis fulva （L.） L.]、三叶草（Trifolium repens L.）、万寿菊（Tagetes erecta L.）等。各绿地结构详见表1。

于2017年5—7月，选着晴朗无风或微风天气，进行PM2.5、PM10浓度监测试验。试验时，定点、同步监测各监测点距离地面1.5m处的PM2.5和PM10浓度。监测时间段为08：00—17：00，每次连续监测10 h，每个监测点每月持续监测3 d。试验仪器采用英国Turnkey仪器公司生产、符合粉尘监测国家标准的Dustmate粉尘检测仪。

不同绿地结构对PM2.5、PM10的消减能力（消减率）计算公式如下：

P=C0-CmC0×100%。

式中：P为消减率，%;C0为对照点大气颗粒物质量浓度，μg/m3;Cm为不同绿地结构大气颗粒物质量浓度，μg/m3。

1.3数据处理

试验数据采用SPSS 19.0进行单因素方差分析，并用最小显著差数法（LSD）检验数据之间的差异性，用Excel 2003绘图。

2结果与分析

2.1不同绿地结构PM2.5、PM10浓度的日变化

由图1、图2可以看出，各监测点PM2.5、PM10浓度日变化基本一致，呈现出“双峰单谷”型，即早晚高、午间低，表明不同绿地结构不会影响空气PM2.5、PM10浓度的日变化总体趋势。不同时段，大气颗粒物浓度值差异较大。在监测时间段内，08：00前后，各监测点PM2.5、PM10浓度最高，随后开始下降，13：00前后，达到最低，之后，又开始上升。一天中，PM2.5、PM10浓度变化受人们的生产活动、气温、污染源排放等多个因素影响[12-16]。08：00是上班高峰，车流量大，尾气排放多，此时气温也相对低，加之夜晚大气层较稳定，不利于污染物扩散，前夜的空气污染物有所积累，导致此时PM2.5、PM10浓度居高。此后，随气温上升、车流量减少，PM2.5、PM10浓度下降，到17：00后，因下班高峰等原因，其值又开始上升。

2.2不同绿地结构PM2.5、PM10浓度分析

由表2看出，在不同绿地结构以及对照中，PM2.5日均浓度由大到小依次为对照点﹥乔﹥灌-草﹥乔-草﹥乔-灌﹥乔-灌-草，PM10日均浓度由大到小依次为对照点﹥乔﹥乔- 草﹥灌-草﹥乔-灌﹥乔-灌-草，二者略有不同。不同绿地结构PM2.5、PM10浓度均低于对照，说明无论何种绿地结构都有着降低PM2.5、PM10作用。对对照点和不同绿地结构内PM2.5、PM10日均浓度进行方差分析和多重比较，二者均表现为对照点、乔、乔-草、灌-草的日均浓度显著高于乔-灌、乔-灌-草绿地结构，因为一般乔木的体积、冠幅大，能有效降低风速，阻滞空气中扬尘，同时，乔木叶多，也可有效吸附空气中污染物，而灌木则对空气中降尘有着有效阻滞作用[17]，有乔木、灌木组成的郁闭度大、盖度高以及复层明显的绿地结构能有效降低大气颗粒物质量浓度，改善空气质量。

2.3不同绿地结构对PM2.5、PM10的消减作用

如表3所示，不同绿地结构对PM2.5、PM10消减率均存在显著差异。其中，乔-灌-草对PM2.5消减率最高，为11.15% 显著高于乔-灌、乔-草绿地结构，乔-灌、乔-草对PM2.5消减率分别为8.30%、6.19%，又显著高于灌-草、乔2种绿地结构。乔-灌-草对PM10消减率为9.39%，显著高于乔-灌、灌-草、乔-草3种绿草地结构，乔-灌、灌-草、乔-草对PM10消减率分别为6.92%、5.22%、447%，都显著高于乔结构绿地。整体上看，绿地对PM2.5消减率高于PM10，表明大气颗粒物粒径越小，植被对其消减作用越强，本研究结果与孙晓丹等研究结果[9]一致，与杨貌等研究结果[10]相出入，也进一步说明了不同区域由于污染源、污染特征、气候条件等不同，绿地对大气颗粒物消减规律不尽相同。

道路绿地对PM2.5、PM10的消减作用，一是通过减小风速而达到减尘作用，二是通过枝叶对粉尘进行吸附、滞留，实现滞尘效应。影响道路绿地对PM2.5、PM10消减作用的因素主要有绿地绿量、植物丰富度、复层结构、叶片特性等因素。不同绿地结构中，乔-灌-草（香樟-法桐+木槿-紫薇-榆叶梅+络石-萱草-万寿菊）植物丰富度最高、绿量最大，又是多复层结构，故而对PM2.5、PM10的消减能力最强。乔-灌（香樟+法桐-迎春花+夹竹桃+卫矛）植物丰富度、绿量、复层小于乔-灌-草，但是大于其他绿地结构，对PM2.5、PM10的消减作用次之。乔-草（香樟-沿阶草+络石+萱草）、灌-草（迎春花+夹竹桃-沿阶草+三叶草）二者植物丰富度、绿量、复层均较低，对PM2.5、PM10的消减作用较小。乔结构绿地仅有香樟组成，植物丰富度、绿量最小，又为单层结构，因而对PM2.5、PM10的消减作用最低。因此，在城市道路绿化中，可优先采用乔-灌-草结构以提高其对PM2.5、PM10的消减作用，更大限度地发挥道路绿地的生态功能。

3结论

不同绿地结构中，PM2.5、PM10浓度变化曲线具有一致性，基本为“早晚高、中午低”的变化规律，受上班高峰等因素影响，08：00左右二者浓度最高。

不同绿地结构中，PM2.5浓度由大到小为对照点﹥乔﹥ 灌-草﹥乔-草﹥乔-灌﹥乔-灌-草，PM10浓度由大到小依次为对照点﹥乔﹥乔-草﹥灌-草﹥乔-灌﹥乔-灌- 草。PM2.5、PM10在不同绿地结构中浓度差异显著，均表现为对照点、乔、乔-草、灌-草显著高于乔-灌、乔-灌- 草。

不同绿地结构对PM2.5、PM10消减率差异显著，PM2.5消减率呈现为乔-灌-草﹥乔-灌、乔-草﹥灌-草、乔的规律，PM10消减率呈现为乔-灌-草﹥乔-灌、灌-草、乔-草﹥ 乔的规律。整体上看，绿地对PM2.5消减率高于PM10。

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