杨柳 谭志海 高博 韩通 吴创 杨文龙

摘  要：PM2.5导致的大气污染问题已经成为中国经济发展需共同面临的问题。城市绿地是削减PM2.5的有效途径。本文以西安工程大学临潼校区作为研究区域，系统探讨各绿地类型与PM2.5削减率的关系以及PM2.5削减率与郁闭度、绿地面积和植物高度的相关性，并通过对西安市绿地的PM2.5年吸附量进行研究，试图得出不同的绿地类型的PM2.5削减率及其量化关系，从而为西安市绿地配置和PM2.5治理提供基础数据。实验结果表明：PM2.5削减率与郁闭度的相关性最高（相关性为0.866）;多种绿地类型的组合是降低PM2.5的有效途径，其中乔灌草类型对PM2.5的消减效果显著。

关键词：绿地类型  削减率  吸附量  PM2.5

中图分类号：G40-057                       文献标识码：A                 文章编号：1674-098X（2021）01（b）-0083-05

Research on the Effect of Different Green Space Types on PM2.5 Reduction in Spring

YANG Liu  TAN Zhihai  GAO Bo  HAN Tong  WU Chuang  YANG Wenlong

（School of Environmental and Chemical Engineering， Xi'an Polytechnic University， Xi'an， Shaanxi Province， 710048 China）

Abstract： Air pollution caused by PM2.5 has become a common problem for China's economic development. Urban green space is an effective way to reduce PM2.5. Based on the engineering at the university of xi 'an campus as the study area， discusses various types of green space system and the relationship between PM2.5 reduction rate and PM2.5 rate cuts and correlation between plant height and canopy density， green space area， and based on the green of PM2.5 in xi 'an to study the adsorption quantity， trying to give different green space types of PM2.5 reduction rate and its quantitative relation， thus provides the basis for the xian Greenland and PM2.5 governance data. The experimental results show that the correlation between PM2.5 reduction rate and canopy density is the highest （0.866）. The combination of various green space types is an effective way to reduce PM2.5， among which the trees， shrubs and grasses have a significant effect on the reduction of PM2.5.

Key Words： Green space type;Reduction rate;Adsorption;PM2.5

PM2.5是空氣质量标准中颗粒物（粒径≤2.5μm）浓度限值，主要由水溶性离子、颗粒有机物和微量元素等组成。研究发现PM2.5因其粒径较小、相对于PM10比表面积较大，因此更容易富集空气中的有机污染物、酸性氧化物、有毒重金属、细菌和病毒。当PM2.5被人吸到体内时，通过呼吸进入血液就可以产生并导致人体呼吸、内分泌、心血管、神经及免疫等各类系统疾病的发生。

随着人类对细颗粒物PM2.5产生危害认识的愈加深入，各个国家都制定了严格的环境空气质量标准，尤其是源解析的工作，逐步由粗颗粒物向细颗粒物转变。1997年美国率先将PM2.5列为空气质量检测的监测指标之一，其后国际上主要发达国家均已制定PM2.5相关标准。由于我国对细颗粒物的监测工作开展较晚，对大气颗粒物的研究主要围绕可吸入颗粒物展开，与细颗粒物有关的研究目前仍然较少。

1  研究区概况

西安市地处东经10740′-10949′，北纬3339′-3445′之间，位于黄河流域中部关中盆地中部，南倚秦岭，北临渭水，市域总面积10108km2，属暖温带半湿润季风气候，四季分明。春季干燥多风，雨水适中，但比较短暂，且温度升高快。西安南的秦岭山地气候属于温带气候，基本呈垂直分异，海拔越高气温越低，降雨也越多，高山区属于寒温带气候。辖境东西长约204km，南北宽约116km，市区面积1066km2，其中主城区范围面积490km2。

为了方便研究不同绿地类型对PM2.5的作用关系，研究地点选取在西安工程大学临潼校区。西安工程大学临潼校区位于西安市临潼区，校区内绿化良好，多为乔木、灌木和草坪的组合类型绿地，遂选取校区内三种典型绿地类型作为监测对象（乔灌草、纯乔木林、草坪），以空地作为对照。

1.1 研究方法

采用Mini大气采样器进行收集PM2.5，流量为5L/min;选取4月和5月无强降雨和大风天气的日子，从早7：00至晚7：00进行连续12h监测;为了避免道路的边界效应和减少位置差异可能造成的影响，采集地点均在离道路距离相近的范围内选择，架设高度为1.5m（与正常成年人呼吸高度一致）;采得样品后立即将其装入保鲜袋中，便于后续处理。

采用重量法测定PM2.5浓度。其原理是分别通过一定切割特征的采样器，以恒定速度抽取定量体积空气，使环境空气中的PM2.5被截留在已知质量的滤膜上，根据采样前后滤膜的质量差和体积，计算出PM2.5的浓度。

每天在进行PM2.5采集前，先对玻璃纤维滤膜进行预烘干。烘干方法为将玻璃纤维滤膜放入450℃的马弗炉中焙烧4h，以消除滤膜中的湿度本底，后立即用锡箔纸包裹放入干燥器中平衡24h，用精度为0.00001g的分析天平进行称量，测量三次取平均值，用大气采样器进行收集12h后，再次对滤膜进行上述处理，进行称重，测量三次取平均值。重量法測定PM2.5质量浓度的计算公式如下：

（1）

式中W1为样品滤膜重量（mg），W0为空白滤膜重量（mg），T为采样时间（min），QN为标准状态下的采样流量（m3/min）。

2  结果与分析

2.1 不同绿地类型PM2.5削减率的关系

通过对西安工程大学临潼校区的草坪、乔灌草、乔草进行采样，来研究不同绿地类型PM2.5削减率的关系。对四种绿地类型的削减率利用Origin9.0进行数据分散情况的分析。

由图1可知，三种绿地类型对PM2.5的削减率明显高于空地，表明绿地在PM2.5削减方面发挥着重要作用。比较三种绿地类型，乔灌草类型的PM2.5削减率最高，其削减率中位数为30.57%，草坪类型的绿地PM2.5削减率最低，其削减率中位数为11.22%，且三种绿地类型的削减率数值都较为集中，表明三种绿地类型对PM2.5削减作用与空地相比受其他因素的影响较小，可见，不同绿地类型配置与PM2.5削减率之间具有密切关系。

利用SPSS软件，对削减率与绿地面积、植物高度和郁闭度进行皮尔逊相关性分析，结果见表1。

由表2可知，绿地面积、植物高度和郁闭度与PM2.5削减率之间均为正相关关系。削减率与郁闭度的相关性最高，相关性为0.866;与植物高度的相关性最低，相关性为0.702;绿地面积与削减率的相关性为0.713。可见，绿地面积、植物高度、郁闭度都会影响PM2.5削减率。

2.3 西安市各绿地类型对PM2.5的吸附量研究

根据西安市统计年鉴和市建委的统计信息，西安市建成区绿化覆盖率为40.79，建成区绿地面积为3.07万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，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[17]、王国玉等[16]、赵晨曦[18]、吴志萍等[19]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3）。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。

由于西安市绿地中常绿树种大概占比18%，落叶树种为82%[20]。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[21]，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附PM2.5的有效时间。根据西安市气象局的统计资料分析，西安市春夏秋三季（3～11月）降水天数为103d，有效时间为170.7d;冬季（12～2月）平均降水天数为4d，有效时间17.5d，全年有效时间188.2d。

由PM2.5总量测算公式（2）（3）计算得到西安市城市绿地年阻滞吸附PM2.5总量以及各绿地类型的日阻滞吸附量和年阻滞吸附量（表4）。

由表中可得知，乔灌草结构绿地阻滞吸附PM2.5能力最强，消减总量最大，达17333.26kg，占总量的83.44%;乔灌结构和灌草结构的削减量分别为1395.05kg和873.83kg，占总量的6.72%和4.21%;单乔结构为（706.16kg）和乔草结构（343.64kg）分别占吸附总量的3.39%和1.65%;单灌结构（105.63kg）和草坪（16.03kg）所占比重最小小，分别为0.51%和0.08%。以上结果表明，城市绿地对PM2.5的削减作用不容小觑。

3  结语

（1）PM2.5削减率与植被覆盖度密切相关：由实验结果可以看出，草坪、乔灌草和纯乔木林三种绿地类型在春季对PM2.5的削减率随时间在不断增加，然后趋于稳定，这主要与随着时间的推移，植被量与覆盖度逐渐增加有关。

（2）乔灌草绿地类型消减PM2.5效果较好：由实验结果可以看出乔灌草类型的绿地对PM2.5消减率明显高于纯乔木林和草坪，乔灌草的削减率基本可以达到30.57%，纯乔木林绿地消减率可以达到26.83%，草坪可以达到11.22%。可见，多类型组合的绿地削减PM2.5效果最好。并且绿地面积、植物高度和郁闭度与PM2.5削减率之间存在高度的相关性。削减率与郁闭度的相关性最高，相关性为0.866;与植物高度的相关性最低，相关性为0.702;绿地面积与削减率的相关性为0.713。可见，绿地面积、植物高度、郁闭度都会影响PM2.5削减率。

（3）乔灌草绿地类型吸附PM2.5量最高：分析西安市各绿地类型的日吸附量和年吸附PM2.5量结果可以看出，乔灌草类型的绿地年吸附量最高，达到17333.26kg。在今后城市绿地配置中，应考虑增加乔灌草绿地类型配置。

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