城市森林植被类型与PM_(2.5)等颗粒物浓度的关系分析

【摘要】以PM2.5(粒径2.5μg的颗粒物)为代表的颗粒物会对人体健康造成直接的危害。怎样利用城市森林植被或者城市森林系统来控制和阻滞大气颗粒物?一方面,应该控制PM的排放源头从而减少大气污染；另一方面,应该制定用于减少可造成空气中PM累计的合理而高效的方法。为优化利用城市植被阻滞PM的效果,本研究于2013年在北京奥林匹克公园选择5种常见的城市森林种类进行了研究。研究结果表明城市森林系统能够调控和吸收空气中的颗粒物。五种森林类型中,灌木林和阔叶林在叶片生长成熟后吸收空气中PM的效果最好。在冬季,常绿植被(针叶系统)和混交植被系统阻滞空气中的颗粒物效果最突出,并且与其他森林系统差异显著。在各类城市森林类型叶片的四个生长阶段研究发现,叶片通常在早上对空气中的PM2.5吸收量最高,下午和晚上相对较低。PM2.5的浓度在叶片萌芽阶段最高,在叶片成熟阶段下降,在落叶之前又有回升。PM浓度在夏、秋、冬三个季节之间差异显著。四种粒径类型的PM的浓度均为夏季最低。TSP和PM1o在9月份和11月份的浓度值明显高于其他月份,并且在三个季节之间没有显著差异。PM2.5和PM1的浓度在秋季最高,夏季最低,其中8月份达到最低,在冬季其浓度值介于夏秋两季之间,并且与夏季没有显著差别。5种城市植被类型和对照点的年均PM浓度悬浮效率排序是：阔叶林>混交林>灌木林>针叶林>对照>草地(TSP)；阔叶林>针叶林>灌木林>混交林>对照>草地(PM1o)和针叶林>混交林>阔叶林>灌木林>对照>草地(PM2.s和PM1)。5种城市植被类型和对照点在叶片的4个生长阶段PM2.5吸收效率排序为：针叶林>阔叶林>灌木林>混交林>草地和对照.PM浓度日变化是早晚较高,白天较低。早晨和夜晚对比而言,PM浓度通常在夜晚偏低。早晚浓度较高的原因在于空气湿度较高。在不同时期,空气中PM浓度和城市森林类型之间的时间变化差异显著。草地不能阻滞悬浮在空气中的颗粒物,但是草地生长茂盛,能够降低由于风力扬起地面上的尘土造成的空气粉尘污染。因此,应该在其他森林系统中培育草地覆盖地面,从而提高防尘效果,降低空气污染。VOC,OC和EC在叶片不同生长阶段和不同的森林类型中有显著变化。在叶片生长成熟的阶段EC/TC值及OC/EC值相对于其他阶段更高。针叶林的VOC浓度比其他类型高,但是OC/EC比其他的低。OC和EC浓度在灌木林和草地中最高,在混交植被林和对照组中最低。通常,4种水溶性无机粒子贡献了1/3的PM2.5,NH4+,SO42-,NO3和口CV在落叶前阶段比其余阶段相对高一些。针叶林具有最高的PM25浓度,然而这4种水溶性无机粒子的浓度在PM2,5中并不高,混交植被林可以相对有效的阻滞SO42-和NO3-。阔叶林CV浓度比其他城市植被类型高。SO42-和C1-在植被萌芽阶段和叶片生长成熟阶段较高,NO3-在叶片生长阶段最高,在叶片发芽阶段最低。NH4+在落叶之前的阶段比其他时段显著高。OC指数总是高出EC指数水平的2-4.5倍。EC/OC值随地点变化而变化,反映出引起颗粒物污染的源头是变化的。所有树种吸附的颗粒物(PM)按照粒径分为：大的(10-100,μm),较粗的(3.0-10μm),细小的(0.4-3.0μm)三种类型。分别运用重量分析法来量化叶片表面积累和吸附的蜡层PM颗粒。研究发现不同的树种间存在显著差异。不同粒径的颗粒在不同的树种和不同的叶片表面存在差异,这一差异同样存在于不同的叶腊层。叶腊层PM的数量是由不同的物种及颗粒物粒径而决定的。在秋季,降雨量较小,叶片表明三种粒径类型的颗粒物都比夏季显著高研究发现,所选9种植物种捕获吸收颗粒物的能力显著不同。其中,Sophorajaponica和Platycladusorientalis能力最强Irislactea和Amygdaluspersica能力最差。针叶科(Platycladusorientalis和Pinustabuliformis)表现出比其他树木,灌木和草地更强的吸收PM(所有三种粒径)的能力。Platycladusorientalis表现出比Pinustabuliformis混合植被更高的单位叶面积颗粒物量级,这表明Pinustabuliformis混合植被的PM含量比针叶类高。PM在叶面和叶腊层的沉积过程取决于多种因素：沉积时间,降雨,风力。城市森林植被类型也对这种沉积过程有影响。在灌木林和阔叶林的研究中,PM25浓度与LAI之间呈中等程度的负相关。混交林中同样有类似的显著负相关关系,但是相关性弱于阔叶林和灌木林。针叶林中PM25浓度与LAI的相关关系最低。雾霾天后,混交林和灌木林的TSP-PM10的累积量高于其它森林类型。但是PM25和PM1在针叶林是最高的,其次是阔叶和灌木类型。草地和对照有良好条件,TSP和PM10的浓度表现出低于其它的森林类型。
【作者】阮氏清草（NGUYENTHITHANHTHAO）；
【导师】余新晓；
【作者基本信息】北京林业大学，水土保持与荒漠化防治，2014，博士
【关键词】奥林匹克公园；城市森林类型；城市森林树种；颗粒物；TSP；PM10；PM2.5；PM1；

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