武汉市15种阔叶乔木滞尘能力与叶表微形态特征

以武汉市15种常见的阔叶乔木为研究对象,通过3级滤膜过滤法测定了各乔木单位叶面积滞留不同粒径颗粒物(TSP、PM_(10)、PM_(10)、PM_(2.5))的质量,并通过扫描电镜观察比较了15种乔木的叶表面微形态结构,分析了微形态对植物滞尘能力的影响。结果表明:15种乔木单位叶面积的滞尘量存在显著差异(P0.05),综合滞尘能力最强的植物为二球悬铃木、桂花和石楠,除以上3者外,女贞和广玉兰分别具有较强的滞留PM_(10)和PM_(2.5)的能力;加杨滞留TSP和PM_(10)的能力最弱,玉兰滞留PM_(10)和PM_(2.5)的能力最弱。各乔木单位叶面积滞留PM_(2.5)和PM_(10)的质量分别占总粉尘量的0.7%—8.9%和3.6%—33.9%。叶表面微结构观察表明,叶表面粗糙、褶皱较多,或被有蜡质层的植物有利于粉尘颗粒物的附着。相关性分析表明,植物单位叶面积的滞尘量与叶表面沟槽的宽度呈显著相关,上下表面沟槽宽度越小,越有利于细微颗粒物(PM_(2.5))的滞留,下表面沟槽宽度增加,有利于粉尘总颗粒物(TSP)的滞留。由此可见,叶表面粗糙度、蜡质含量和沟槽宽度等微形态结构是调控绿化树种叶片滞尘能力的重要因素,在武汉以治理大气粉尘污染为目标进行城市绿化时,可考虑选择二球悬铃木、桂花和石楠等滞尘能力强的树种。     

不同污染程度下毛白杨叶表面PM2.5颗粒的数量及性质和叶片气孔形态的比较研究

选择了北京市环境PM_(2.5)浓度不同的两个采样点的毛白杨(Populus tomentosa Carr.)作为研究对象,利用环境扫描电镜及X-射线能谱仪对杨树叶片表面滞留的PM_(2.5)颗粒进行了观察、统计和成分分析,并研究了叶片气孔对环境颗粒物污染的适应性变化。结果表明:夏秋两季西直门叶片样品上下表面的PM_(2.5)数量均多于森林公园样品这说明环境PM_(2.5)浓度是影响叶片表面滞留颗粒物数量的主要原因;其中叶片上表面是滞留PM_(2.5)颗粒的主要区域。森林公园样品中PM_(2.5)颗粒性质比较单一,硅铝酸盐颗粒和石英颗粒占很大比例,二者的主要来源均为天然源,如土壤扬尘、矿物颗粒等;而西直门采样点叶片样品滞留的PM_(2.5)颗粒的元素组成更为复杂,其中50%以上的硅铝酸盐颗粒检测出了明显的铜、钾、氯、钠等元素的谱峰其来源主要是工业排放;西直门样品PM_(2.5)的含硫量高于森林公园样品,且夏季明显高于秋季。研究还发现有少数PM_(2.5)颗粒进入了毛白杨叶片的气孔而且不同污染程度下气孔的形态特征存在差异。与森林公园毛白杨叶片的气孔相比,西直门处的毛白杨叶片气孔的长度、宽度、面积和气孔密度均较小,说明较高的PM_(2.5)污染程度对毛白杨叶片的形态发育有一定影响。研究结果可以为揭示植物叶片阻滞、吸收大气颗粒污染物的机制、合理选择和优化城市绿化树种从而改善空气质量提供一定的科学理论依据。     

寒地校园植物群落对大气细颗粒物浓度的消减作用

近年来随着我国城市的快速发展,空气污染作为城市生态环境破坏的首要问题日益严重。因此探究城市绿地中的植物群落是否能够消减大气细颗粒物浓度及其变化特征成为公众和学者广泛关注的焦点。选取位于寒地城市哈尔滨的东北林业大学作为研究对象,通过对校园PM_2.5浓度进行测定和校园植物群落进行调查,定量地分析不同植物群落对PM_2.5浓度的消减作用、PM_2.5浓度的时间变化规律、PM_2.5浓度与温度和空气相对湿度之间的关系。结果显示：（1）PM_2.5浓度日变化呈"双峰单谷"型,早晚偏高;季节变化是夏季PM_2.5浓度最低,秋季PM_2.5浓度最高。（2）不同结构的植物群落对大气细颗粒物的削减效果略有差异,乔灌草配置型绿地的PM_2.5消减率为30.30%,消减效果最佳;乔草和灌草的PM_2.5消减率分别为14.30%和7.77%,消减效果较差。（3）PM_2.5浓度与温度呈负相关关系,与空气相对湿度呈正相关关系。     

北京城市森林不同天气状况下PM2.5浓度变化

基于北京市环境保护监测中心植物园空旷地和市区非植被区的PM_(2.5)实时监测数据,结合植物园林内PM_(2.5)监测站数据,分析了2013年3月—2014年2月不同天气状况下的PM2.5质量浓度变化。结果表明:1降雨天气和大风天气下PM_(2.5)质量浓度变化无滞后性,雨前和雨中变动较大,雨后变化较小,雨后1天PM_(2.5)质量浓度降低到最低值((14.88±7.34)μg/m~3,下降了(89.36±4.78)%),雪后第2天达到最低值((13.76±6.73)μg/m~3,下降了(88.53±5.59)%);2大风天气下PM_(2.5)质量浓度波动较小,在东北风和西南风影响下PM_(2.5)质量浓度值较高(80.61μg/m~3),在东南风影响下PM_(2.5)浓度值较低(54.22μg/m~3);3高温高湿天气下PM_(2.5)质量浓度市区非植被区滞后1—2h到达峰值,植物园林内监测站和植物园空旷地高峰无滞后性,植物园林内监测站变动剧烈、消减作用强,市区非植被区和植物园空旷地较为平缓;4不同天气下PM_(2.5)质量浓度均表现为市区非植被区植物园林内植物园空旷地;5城市森林具有强大的净化大气污染物和吸滞PM_(2.5)等颗粒物的功能,森林环境的空气质量优于非植被区,森林空旷地的空气质量优于森林内部。     

基于实地监测的城市林木调控PM2.5能力研究

随着城市的不断扩张,PM_(2.5)污染凸显,引起广泛关注。研究表明,城市林木为城市环境提供了重要的生态保障,在调控、缓解、降低城市PM_(2.5)污染危害等方面发挥极其重要的作用,通过筛选树种、优化配置结构、提高林木质量等方面进行城市林木前瞻性布局。然而,结合前期研究基础如何进一步深入研究并研究突破城市林木调控PM_(2.5)污染机制与机理,实现调控PM_(2.5)效应的最大化、最优化,依然是一个亟待解决的难题,这迫切需要在多尺度、多维度进行调控PM_(2.5)效应研究,并在不同尺度、不同维度进一步进行结合、延伸。对基于实地监测的城市林木调控PM_(2.5)能力研究现状相关文献进行归纳总结,并从林木单位叶面积与形态特征、配置结构特征、气象条件以及其他因素等方面归纳城市林木调控PM_(2.5)机制,同时从城市林木调控PM_(2.5)效应的时间变化特征、水平距离和垂直变化特征、内外变化特征等方面总结城市林木调控PM_(2.5)时空特征。最终提出研究城市林木调控PM_(2.5)效应目前存在的主要问题以及未来研究展望。     

北京西山不同海拔油松林PM2.5浓度及叶片吸附量变化规律

以北京西山不同海拔梯度油松人工林为研究对象,对油松林PM_(2.5)浓度变化和叶片PM_(2.5)吸附量进行分析,并应用电子显微镜对不同海拔油松叶表面微形态特征进行观察,阐释叶片吸附PM_(2.5)差异。结果表明:随着海拔升高PM_(2.5)质量浓度逐渐降低,不同海拔油松林PM_(2.5)质量浓度日变化均呈典型的双峰曲线,7:00和19:00是一天的两个峰值,最小值出现在13:00—15:00左右;从不同月份看,不同海拔油松林PM_(2.5)质量浓度最高值出现在冬季的2月,最低值在8月;不同海拔油松林PM_(2.5)质量浓度全年均值为84 m((102.28±18.44)μg/m~3)110 m((94.18±18.34)μg/m~3)160 m((81.53±19.23)μg/m~3)230 m((75.39±15.71)μg/m~3);随着海拔升高单位叶面积PM_(2.5)吸附量逐渐减小,每升高50 m,单位叶面积PM_(2.5)吸附量降低23.25%,每公顷PM_(2.5)吸附量下降26.43%,不同海拔油松林每公顷PM_(2.5)吸附量全年均值为84 m((8.61±1.08)kg/hm~2)110 m((7.30±0.94)kg/hm~2)160 m((6.35±0.99)kg/hm~2)230 m((4.34±1.14)kg/hm~2);处于低海拔的油松叶表面较粗糙,气孔内部和周围聚集大量颗粒物,在叶面形态上更有利于吸附PM_(2.5),高海拔则相反。高海拔空气质量优于低海拔,低海拔的植物吸附颗粒物多于高海拔。研究结果可为城市造林和森林净化大气提供数据支持。     

基于功能特征的城市植物群落生态功能评价

功能特征是植物实现生态功能的重要基础,基于功能特征的功能多样性是评价生物多样性和植物功能的重要指标。本文基于深圳市建成区587个乔灌植物样地和1779个草本植物样地的调查数据,分析主要植物群落类型及其功能特征,比较不同绿地类型乔灌草植物在滞尘、降噪、降温增湿、生物多样性保护等四个生态功能方面的功能多样性。TWINSPAN分类结果表明,41个乔灌群落类型和54个草本群落类型中,涉及乔灌样地数量≥10个的群落类型有9个,涉及草本样方数量≥30个的群落类型共15个。对群落标志植物及优势植物功能特征的分析显示,乔灌植物常见为阔叶(100%)、常绿(79.47%)、小树冠(93.04%)、不固氮(90. 54%)、叶片无毛或近无毛(76. 95%),草本植物则多为小型果(97.07%)、干果(91.33%)、不固氮(93.9%)。各绿地类型功能多样性的排序在乔灌植物与草本植物之间大致相反。乔木植物的滞尘、降噪、降温及生物多样性功能的多样性均以公园绿地最高,灌木植物则分别以居住区、公园、道路及公园绿地最高,草本植物以上前3种功能以荒地最高,最后一种以居住区绿地最高。荒地与其他绿地群落结构差异较大。建议深圳市建成区绿地建设进一步重视居住区及单位绿地各项功能的多样性。本研究可为城市植物功能评价及城市植物规划与物种配置、生物多样性保护和提高生态系统服务提供借鉴。     

北京市四环路及路旁绿地CO2变化特征及来源分析

城市大气中CO_2的变化特征及来源解析是制定节能减排措施的重要依据,对比非采暖季与采暖季北京市四环路(阜通东大街-京密路)路旁及距离道路100 m绿地中不同高度大气中CO_2浓度,并利用Keeling plot方程结合Iso Source软件进行分析,以期获得不同季节CO_2变化特征及定量估算其来源。结果表明,不同来源的CO_2中具有差异显著的δ~(13)C值,其中:土壤呼吸(-18.92‰)植物呼吸(-23.40‰)燃煤废气(-24.10‰)机动车尾气(-28.14‰)天然气废气(-33.34‰)。路旁和绿地的大气CO_2浓度在采暖季中分别比非采暖季中高26.2%和41.2%,路旁与绿地的大气CO_2浓度在非采暖季中差异显著而采暖季中无明显差异。在非采暖季中,CO_2浓度在6:00和20:00时较高,路旁大气CO_2随高度升高而降低,绿地大气CO_2浓度在8 m处最高,日变化明显。在采暖季中,CO_2浓度与车流量有相似的日变化趋势,在8:00和19:00时较高,路旁和绿地处大气CO_2浓度都随高度的升高而降低。路旁和绿地的大气CO_2来源差别明显,非采暖季中路旁大气CO_2主要来自于机动车尾气而绿地中大气CO_2主要来自于土壤和植物呼吸,在采暖季中路旁及绿地中大气CO_2的来源差别较小,主要来自于燃煤废气和机动车尾气。     

北京紫竹院公园绿地生态保健功能综合评价

为综合评价城市公园绿地的生态保健功能,指导城市绿地建设与城市居民绿色出行,选取北京市紫竹院公园内4种结构类型13种不同植物配置模式的绿地为研究对象,对其空气负离子浓度、人体舒适度(涉及温度、湿度、风速)、PM2.5浓度、噪音4种生态保健因子的单项及综合生态保健功能进行了定量评价。结果表明:在春夏两季,紫竹院公园所有绿地均能提高空气负离子浓度,负离子浓度日变化均呈早晚低中午高的单峰趋势,且日变化范围分别为75~750个·cm~(-3)、123~1074个·cm~(-3);秋冬两季绿地空气负离子浓度日变化范围较小,分别为324~527个·cm~(-3)、277~523个·cm~(-3);四季空气负离子浓度大小为夏季春季秋季冬季;各类型绿地在春夏两季均能降低空气中的PM2.5浓度,而在秋冬两季少数绿地的PM2.5浓度反而高于对照;绿地内PM2.5浓度日变化趋势均表现为早晚高中午低的趋势;各样地对PM2.5的消减能力季节排序为春季冬季夏季秋季,削减率范围为-2.35%~12.02%;公园各绿地类型在春夏两季均能提高人体舒适度,尤其在夏季作用比较明显,在秋冬两季反而降低了人体舒适度;人体舒适度季节排序为春季夏季秋季冬季;紫竹院公园各绿地类型在夏季均可减弱噪音,其噪音净衰减率范围为0%~5.57%,且均有减噪最佳宽度;以典型的夏季数据进行综合评价表明,紫竹院公园所选绿地结构类型中乔灌草结构的生态保健功能最好,灌草结构较好,乔草结构次之,草坪结构最差,而生态保健功能最优的园林植物配置模式则为圆柏+元宝枫—金银木+小叶黄杨+天目琼花+榆叶梅+锦熟黄杨—苔草。     

大气颗粒物(PM2.5、PM10)对地表景观结构的响应研究进展

颗粒物PM_(2.5)、PM_(10)是近年来我国大气首要污染物,威胁环境和人类健康。地表景观结构直接或间接影响PM_(2.5)、PM_(10)浓度,了解其影响过程和机理对于改善生态环境具有重要意义。系统总结了国内外关于PM_(2.5)、PM_(10)对地表景观结构响应的研究成果,指出研究中出现不确定性的可能影响因素,并对今后的发展方向进行展望。得出基本结论:(1)地表景观类型的构成及其格局显著影响大气颗粒物浓度,对PM_(2.5)、PM_(10)起到"源"和"汇"的作用。(2)地表景观结构引起局地气候变化并影响颗粒物的迁移转化,但其影响过程和机理复杂,研究结论并不明确。(3)颗粒物浓度和地表景观数据主要通过实际监测或遥感处理方法获得,但因为获取方法、监测点微观环境及遥感影像等因素影响,导致数据具有不确定性,加上时空尺度相对应的复杂性,大大限制了地表景观结构与PM_(2.5)、PM_(10)响应关系的研究进展,是未来要突破的难点。(4)PM_(2.5)、PM_(10)对地表景观结构响应的区域时空差异及过程,局地小气候变化对颗粒物浓度的影响过程和强度,主要景观类型尤其是水体、湿地景观对大气颗粒物浓度的影响过程、机理与贡献程度等是未来需要关注的方向。     

城市机动车道颗粒污染物扩散对绿化隔离带空间结构的响应

通过设置绿化隔离带以减少道路污染物的扩散是目前采用的道路生态防控措施之一。如何减少道路污染对机动车道行人的影响等问题则少有关注。基于对城市非机动车道行人生态安全的考虑,采取现场模拟方法研究道路绿化隔离带对道路中心颗粒污染物向非机动车道扩散的影响。 试验地点选择太原市城区,具体方法是在机动车道和非机动车道之间设置遮阳网。通过增减遮阳网的层数调整模拟隔离带的宽度和疏透度,每50 cm间隔1层遮阳网。为了更接近实际的绿化隔离带和更利于调整疏透度,近机动车道一侧的遮阳网均匀捆扎新鲜的离体植物枝条。实验采用三因素、四水平正交设计方法,通过测定绿带两侧污染物含量的变化评价绿带对非机动车道的净化效应。结果表明,道路绿化隔离带对于减少道路颗粒污染物向非机动车道的扩散具有明显的作用。道路绿化隔离带的诸因子净化非机动车道环境的作用有明显的差异。其中疏透度和高度所起的作用较为显著。本试验中净化PM₁₀过程中三因子的重要性排序依次为高度、疏透度、宽度。净化TSP过程中的重要性依次为疏透度、高度、宽度。三因子净化非机动车道颗粒污染物的最佳水平分别是:疏透度20%,高度350 cm,宽度250 cm,对TSP和PM₁₀的净化百分率分别达到46.10%和42.94%。各因子不同水平的净化效应排序分别为:疏透度20%、30%、40%、10% ,高度350 cm、250 cm、150 cm、50 cm,宽度250 cm、350 cm、150 cm、50 cm。     

基于ENVI-met的道路绿带规划设计对PM2.5消减作用的模拟研究

城市道路绿地是城市绿地系统重要的组成部分,道路绿带承担着城市道路重要的生态环境改善功能,道路绿带的断面布局是道路绿地规划设计的核心内容。首次将ENVI-met运用于城市道路断面绿带规划设计模拟中,定量研究城市道路绿带断面形式对PM2.5的消减作用,结果表明: 1）道路横断面绿化类型对PM2.5分布有显著影响。道路绿化导致机动车道PM2.5浓度增加,非机动车道及人行道PM2.5浓度减少;2）道路绿化能明显消减人行道PM2.5浓度。从PM2.5的消减面积来看,四板五带式>两板三带式>一板两带式>三板四带式;从PM2.5的消减程度来看,两板三带式>四板五带式> 一板两带式>三板四带式。3）两板三带式、四板五带式绿化消减效果最佳,人行道消减率最大提高了18%。研究证实了道路绿化确能改善非机动车道及人行道的颗粒物污染,为绿色基础设施消减PM2.5浓度提供了有力的支撑。     

基于城市绿地滞尘模型的上海市绿色空间滞留PM2.5功能评估

绿色空间对大气颗粒物有一定吸收滞留作用,是改善空气环境质量与维护城市生态安全的重要区域。该文基于高分2号卫星影像识别2017年上海市绿色空间,并利用城市绿地滞尘模型,结合上海市降水、风速等气象数据与空气质量监测数据,评估了绿色空间滞留PM_(2.5)功能及其差异。结果表明:2017年上海市绿色空间面积3354 km~2,可滞留PM_(2.5) 3533 t,约合单位面积滞留PM_(2.5) 10.5 kg hm~(-2) a~(-1)。从绿色空间类型来看,林地滞留PM_(2.5)能力最强,可达20.2 kg hm~(-2) a~(-1),远高于草地9.1 kg hm~(-2) a~(-1)和农田8.7 kg hm~(-2) a~(-1)的滞留能力。从季节差异来看,绿色空间夏季滞留PM_(2.5)能力最高,然后依次为秋季、春季和冬季。从植被分布格局来看,林草地和农田吸滞PM_(2.5)的能力随植被盖度的增加而提高。在区域差异上,崇明区绿色空间滞留PM_(2.5)能力最高,其余地区呈现出中心城区低、周边高的趋势。为此建议上海市重点优化中心城区的绿色空间格局,增植立体绿化与高滞尘能力树种。     

长江中游城市群建成区绿色基础设施对PM2.5的消减效应

研究城市群建成区绿色基础设施对PM_2.5的消减效应,有助于为城市群应对气候变化采取的可持续发展战略提供理论支撑。以长江中游城市群建成区为例,基于2000—2020年建成区面积数据、土地覆盖数据以及PM_2.5数据系统分析城市群PM_2.5浓度的时空演变特征,以林地、草地、耕地、湿地、水体等5种绿色基础设施为驱动因子,采用地理探测器模型中的因子探测与交互作用探测,探索城市群建成区绿色基础设施对PM_2.5浓度的削减效应。同时,结合夜间灯光数据以及约束线方法,进一步剖析城市化水平对建成区绿色基础设施的约束效应。结果表明：(1)2000—2020年期间,长江中游城市群年均PM_2.5浓度在时序上呈现先升后降的“倒U型”趋势,在空间上呈现由西北向东南级差化递减的分异特征。(2)2000—2020年期间,长江中游城市群建成区绿色基础设施对PM_2.5存在削减效应,但历年削减率均不超过4%,其中扩张区的削减效应显著高于老城区。(3)因子探测结果表明,长江中游城市群各绿色基础设施...     

植物吸滞PM2.5研究进展——从宏观到微观

PM_2.5严重危害环境安全和人体健康,虽然国内外大气PM_2.5状况已有好转,但雾霾天气仍然时有发生。植物能有效吸附和净化大气中PM_2.5,其净化作用受到生态学广泛关注。随着研究内容的深入,该领域研究尺度由宏观尺度转向微观尺度,研究对象由植被区转向植物个体,研究方法由野外监测转向人工控制法。因此在区域尺度上对比了植被、非植被区PM_2.5浓度差异及不同树种单位叶面积PM_2.5吸滞量,以风洞、熏气法两种研究方法归纳了人工控制条件下植物净化PM_2.5的研究成果,在大气PM_2.5浓度和气象因素两方面探讨了环境因素对植物净化PM_2.5的影响机制。得出宏观研究方面很多城市缺乏植被区与非植被区PM_2.5浓度监测数据,微观方面植物个体吸滞PM_2.5机理研究不够深入,缺乏植物吸滞PM_2.5过程与机理的室内模拟外界环境的高精度对比试验,更缺乏环境因素直接影响植物吸收、分...     

基于城市微气候模拟软件的城市道路绿化带对PM2.5消减作用的研究

随着经济的快速发展及机动车保有量的持续增长,车辆造成的道路污染问题日益严重。广州作为中国重要的经济发展城市,交通源排放问题高度集中,机动车排放是城市PM2.5的主要来源之一,开展减缓城市道路污染危害的研究具有重要意义。本研究为调查绿化带对广州城市道路PM2.5的影响,运用实测与城市微气候模拟软件（ENVI-met）模拟结合的研究方法,实测并分析城市道路空间PM2.5的浓度分布及其影响因素,使用实测数据对模拟软件进行验证分析,模拟研究理想道路模型下不同高宽比、风向等因素及绿化带植配类型对PM2.5的消减作用。研究表明：（1）城市道路空间PM2.5浓度分布受污染源、街道高宽比、风速风向、绿化带等综合影响,自然消减情况下,其主要受风速风向和高宽比双因素影响;（2）通常街道高宽比越大,越有利于道路空间PM2.5的扩散;（3）城市道路空间PM2.5自然沉降最小距离为12 m,0-12 m范围内应保持无障碍物的开敞环境,PM2.5消减的关键范围是12-24 m,此范围内可以利用生态手段沉降颗粒物;（4） PM2.5消减率受绿化带和风向的双控制,应根据主导风向选择绿化带植配方式。在主导风平行面和垂直迎风面绿化带对PM2.5有正消减效应,建议植配类型为"乔-乔+灌+草";在主导风垂直背风面绿化带对PM2.5呈负消减效应,植配类型为"乔-灌"绿化带消减率接近于自然消减率,而植配类型为"乔-灌+草"和"乔-乔+灌+草"的绿化带加重了颗粒物在该区域的积聚。     

中国主要城市森林对大气PM2.5的削减量及其占大气PM2.5总量比例

空气中的细颗粒物(PM_2.5)是我国城市空气污染的主要污染物之一,严重威胁着城市居民的健康,限制城市发展的可持续性。PM_2.5去除的自然途径有两种,分别是干沉降和湿沉降,其中干沉降占据主导作用,且干沉降的过程和效率与城市森林紧密关联。目前针对城市森林对干沉降作用的研究主要是在小尺度中从不同树种、不同群落结构、不同景观类型等角度来估算并比较其滞尘量,较少关注其占空气污染总量的比率,从而可能影响对城市森林滞尘服务能力的判断。因此,利用城市森林效益(Urban Forest Effect, UFORE)模型中的大气污染干沉降模块的核心算法,以2015年为例,估算了我国主要城市辖区的城市森林一年内对大气中的PM_2.5削减量以及其占空气中PM_2.5污染总量的比重。结果显示：(1)2015年全国主要城市单位绿地面积日均滞尘量较高地区主要集中在华北地区、华东地区、以及东北地区。其中北京30.47mg/m²,苏州24.63mg/m²,沈阳28.55mg/m²