綠色植物何以“過(guò)濾”P(pán)M2.5

炎炎夏日，天朗氣清，很多城市已然沒(méi)有了霧霾侵襲時(shí)的焦灼，但霧霾污染依然嚴(yán)峻，有效調(diào)控和消除PM2.5等顆粒物是我國(guó)日前呼聲最高、最亟待解決的重大環(huán)境問(wèn)題。

北京林業(yè)大學(xué)教授余新曉告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，2016年，北京市PM2.5平均濃度較2013年下降18.4%。森林作為生態(tài)系統(tǒng)的主體，在防霾治污方面有其獨(dú)特不可替代的作用?？茖W(xué)家是如何做到以“綠”制“灰”的？

2013年1月，國(guó)家林業(yè)局應(yīng)急啟動(dòng)了國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)重大科研專(zhuān)項(xiàng)，開(kāi)展了森林對(duì)PM2.5等顆粒物的調(diào)控功能與技術(shù)研究。余新曉正是這一項(xiàng)目的主持人。

4年來(lái)，100多名科研人員協(xié)同開(kāi)展研究工作，構(gòu)建了首都圈森林大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，科學(xué)地揭示和評(píng)價(jià)了森林調(diào)控PM2.5等顆粒物的機(jī)理和功能，篩選出了具有防霾治污功能的適宜樹(shù)種，提出了針對(duì)城市典型區(qū)域高效滯塵的森林優(yōu)化配置技術(shù)，集成了城市森林調(diào)控PM2.5等顆粒物的技術(shù)體系并開(kāi)展示范。

機(jī)理大揭秘

10個(gè)定位監(jiān)測(cè)站、2個(gè)監(jiān)測(cè)塔、102個(gè)監(jiān)測(cè)樣地、131種植物種、15種顆粒物化學(xué)組分，區(qū)域涵蓋北京市城區(qū)和郊區(qū)的不同綠化區(qū)、不同污染程度的地區(qū)，科研人員基于首都圈森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測(cè)站，構(gòu)建了相對(duì)完備的大氣顆粒物監(jiān)測(cè)體系。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，北京市森林植被對(duì)PM2.5的調(diào)控作用年均量為每年每平方公里309.03公斤。其中沉降作用占比最大，為43.57%；其次為阻滯作用，為34.80%；吸附作用為21.50%；吸入作用占比最小，僅為0.13%。北京地區(qū)混交林調(diào)控PM2.5作用能力最強(qiáng)，其次為闊葉林、針葉林和灌木林，草地調(diào)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。這主要是由于白天人為活動(dòng)使得大氣層擾動(dòng)程度比夜里大，顆粒物更容易通過(guò)碰撞吸附等過(guò)程沉降在植物體上。同一時(shí)間，鷲峰公園的沉降速度大于奧體公園，因鷲峰的植被覆蓋類(lèi)型更有利于顆粒物沉降。

從日沉降量來(lái)看，一天中10:00—14:00大氣顆粒物沉降量最大，早上的沉降量大于下午。從季節(jié)來(lái)看，夏季大氣顆粒物在森林內(nèi)沉降量最大。

人工林對(duì)PM2.5等細(xì)顆粒物的阻滯效率，下午高于早上。因此科研人員建議，人們?cè)诔鞘猩值某烤殤?yīng)改成下午的鍛煉。

吸附作用方面，科研人員認(rèn)為，植物葉片吸附顆粒物的能力受到植物葉表面微觀結(jié)構(gòu)的影響，植物葉片結(jié)構(gòu)隨季節(jié)發(fā)生變化，影響對(duì)顆粒物的吸附，并按植物葉表面的吸附能力進(jìn)行了排序。

第一類(lèi)單位葉面積吸附顆粒物能力最強(qiáng)的植物，有懸鈴木、構(gòu)樹(shù)、栓皮櫟和杜仲；第二類(lèi)吸附能力較強(qiáng)的植物，有紫葉李、紫葉桃和山楂；第三類(lèi)吸附能力中等的植物，有欒樹(shù)、銀杏、水杉、黃檗、暴馬丁香、七葉樹(shù)、火炬樹(shù)和核桃；第四類(lèi)吸附能力較弱的植物，有白玉蘭、白榆、旱柳、元寶楓、龍爪槐、絲棉木、椴樹(shù)、加拿大楊和皂莢；第五類(lèi)吸附能力弱的植物，有白蠟、毛白楊、鵝掌楸、香椿、黃金樹(shù)、臭椿、刺槐、國(guó)槐和水曲柳。

綠色穹頂防霾

科研人員得出結(jié)論：北京市城六區(qū)所有植物年均總滯塵量為9789噸，其中細(xì)顆粒物滯塵量為105噸、粗顆粒物滯塵量為1227噸、大顆粒物滯塵量為8457噸。按照中國(guó)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，森林植被可以使北京每年達(dá)到二級(jí)質(zhì)量的天數(shù)增加15天。

他們還對(duì)北京地區(qū)森林植被格局與PM2.5濃度分布進(jìn)行了評(píng)價(jià)。從全年濃度分布中可看出，北京市的PM2.5污染從空間上呈由西北至東南逐級(jí)遞增的趨勢(shì)，這與北京地區(qū)植被分布和地勢(shì)起伏特征高度吻合。對(duì)比各個(gè)季節(jié)情況可發(fā)現(xiàn)，整體上北京地區(qū)冬季（供暖季）PM2.5污染要明顯重于其他季節(jié)。植被覆蓋較好的北部山區(qū)污染程度增加并不明顯，而在森林覆蓋率較低的北京南部和東部PM2.5濃度普遍增加了40%左右。

森林調(diào)控PM2.5等顆粒物是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程。科研人員研究確定了一批針對(duì)不同防護(hù)功能區(qū)的高滯塵樹(shù)種，篩選出不同典型區(qū)域有效治理PM2.5等顆粒物的適宜樹(shù)種。

其中，根據(jù)北京市的地理氣候特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)對(duì)北京市綠化植物種類(lèi)和生長(zhǎng)狀況進(jìn)行全面調(diào)查，科研人員選擇了最為常見(jiàn)的60種植物作為滯留PM2.5等顆粒物量測(cè)定的研究對(duì)象。結(jié)論是，針葉樹(shù)種的滯塵量高于闊葉樹(shù)種；滯塵能力較強(qiáng)的前十種樹(shù)種是雪松、白皮松、油松、圓柏、側(cè)柏、紅松、欒樹(shù)、丁香、山桃、刺槐。

同時(shí)確定了林帶調(diào)控PM2.5等顆粒物的最佳配置結(jié)構(gòu)：林帶削減顆粒物濃度的最小有效寬度為15~18米，最佳結(jié)構(gòu)為林帶寬度40~50米、郁閉度0.70~0.85、疏透度0.15~0.30。

目前，北京各類(lèi)公園、自然保護(hù)區(qū)、百萬(wàn)畝平原造林工程、京津風(fēng)沙源治理工程和三北防護(hù)林工程所形成的林帶，對(duì)北京市的霧霾防護(hù)起到了一定的作用。可以說(shuō)，植樹(shù)造林，營(yíng)造樹(shù)種多樣、結(jié)構(gòu)多樣的大中型森林，能有效地對(duì)北京市整個(gè)生態(tài)環(huán)境和霧霾起到調(diào)控作用。

研究建議，在首都副中心和雄安新區(qū)林業(yè)建設(shè)中，要考慮城市綠地對(duì)空氣顆粒物的防污作用，合理規(guī)劃，體現(xiàn)生態(tài)優(yōu)先，打造優(yōu)美生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)大氣與土壤、水污染協(xié)同治理，為打造綠色、森林、智慧、水城一體的新區(qū)和京津冀生態(tài)環(huán)境支撐區(qū)提供有力保障。

科研人員表示，雖然森林調(diào)控顆粒物的作用不能夸大，但如果能夠進(jìn)行合理的樹(shù)種選擇、高效的合理配置，森林綠色穹頂?shù)姆丽仓挝?、凈化空氣的作用就能發(fā)揮到最大。

社區(qū)綠植有講究

科學(xué)接地氣，研究特別提出了社區(qū)散生林木高效滯塵樹(shù)種的配置技術(shù)模式，可直接用于社區(qū)綠化，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

首先，要選擇滯塵能力高、耐瘠薄、耐干旱、壽命長(zhǎng)、病蟲(chóng)害少的樹(shù)種作為居住區(qū)綠化的主調(diào)樹(shù)種。高層樓樓間綠地應(yīng)主要選擇耐蔭、抗寒、管理粗放、深根性抗風(fēng)植物來(lái)增加綠量。以喬灌木樹(shù)種為主，適當(dāng)增加常綠針葉喬木。冠幅較小且樹(shù)形優(yōu)美的龍柏可與闊葉喬木搭配，作為行道樹(shù)列植于道路一側(cè)；側(cè)柏、圓柏、油松、白皮松、青杄等常綠樹(shù)種可叢植或自然栽植于群落中，形成種植帶；雪松可進(jìn)行孤植，作為焦點(diǎn)景物起到園林表達(dá)的效果。

其次，要將樓體四周統(tǒng)一成整塊綠地加以設(shè)計(jì)配置。綠地具有一定規(guī)模后能更有效地發(fā)揮生態(tài)功能。居住區(qū)中心區(qū)域以高層、低密度的點(diǎn)式住宅散布，可有效提高綠地的整體性和連貫性。

再次，居住區(qū)主道兩側(cè)應(yīng)定距種植滯塵能力強(qiáng)、分枝較高的喬木鄉(xiāng)土樹(shù)種，能有效降低大氣顆粒物濃度、減少噪聲，有利于沿街住宅的安靜與衛(wèi)生。高大喬木林下空間較寬敞的位置可種植大葉黃楊、紫葉小檗等低矮綠籬，增強(qiáng)道路綠地對(duì)地面揚(yáng)塵的凈化作用。道路峽谷的綠化首先應(yīng)考慮通風(fēng)問(wèn)題，在保障行道樹(shù)遮陰效果和景觀效果的前提下，降低植被種植密度和郁閉度，可在道路一側(cè)列植樹(shù)冠水平伸展的闊葉喬木作為行道樹(shù)。

其四，樓旁綠地植物配置時(shí)應(yīng)考慮建筑物的朝向及室內(nèi)的通風(fēng)、采光等環(huán)境因素。近窗不宜種植高大喬木，多以小喬木、花灌木及宿根花卉布置；山墻及圍墻可選用美國(guó)凌霄、五葉地錦等藤本植物進(jìn)行垂直綠化，增加綠量的同時(shí)起到夏季降溫的效果。樓前高大喬木與樓之間應(yīng)保持大于8米的范圍，以減輕對(duì)低樓層采光及通風(fēng)的影響。

最后，應(yīng)將居住區(qū)廣場(chǎng)綠地、中心綠地等開(kāi)放活動(dòng)空間，布置在顆粒物污染較輕或顆粒物不易滯留的區(qū)域，并根據(jù)污染擴(kuò)散的途徑及方式合理配置綠地植物。半封閉式的廣場(chǎng)綠地，在污染物來(lái)源方向以喬灌草結(jié)合可阻擋污染物侵入，在污染較輕的方向留出通風(fēng)口。與開(kāi)放式廣場(chǎng)綠地和中心綠地相比，合理配置的半封閉式廣場(chǎng)綠地能更有效地改善活動(dòng)空間的空氣質(zhì)量。

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2017-06-28 第6版 科研)