上海城市森林生態(tài)系統(tǒng)凈化大氣環(huán)境功能評估

張文文 孫寧驍 韓玉潔

摘要：文章基于森林生態(tài)系統(tǒng)連續(xù)觀測與清查體系，依據(jù)中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》（LY/T 1721-2008），結(jié)合2015年上海市森林資源監(jiān)測成果數(shù)據(jù)，采用分布式測算方法對上海城市森林生態(tài)系統(tǒng)凈化大氣環(huán)境功能進(jìn)行評估。結(jié)果表明：2015年上海城市森林生態(tài)系統(tǒng)提供負(fù)離子4.14×l024個；吸收S07 931. 25萬kg，吸收氟化物85. 69萬kg，吸收氮氧化物64. 78萬kg；滯納TSP6600. 39t，PM10 1016. 7t，PM2.5 252. 13t。全市凈化大氣環(huán)境功能價值為26.2億元，貢獻(xiàn)最多的3種優(yōu)勢樹種（組）為樟木林、硬闊類和灌木林，分別占25.95%，14.7%，13.34%，相對應(yīng)的森林面積占全市森林資源總面積的24.94%，16.04%，11.76%。

關(guān)鍵詞：城市森林，森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估，凈化大氣環(huán)境，上海

快速的城市化對自然環(huán)境造成了巨大壓力，同時也帶來諸多生態(tài)問題[1-2]。城市森林不僅為居民提供相對潔凈、優(yōu)美的休閑游憩空間，而且在削減城市顆粒物、治污減霾等方面也發(fā)揮著獨特的生態(tài)功能[3-7]。如何量化城市森林生態(tài)系統(tǒng)為居民帶來的實際利益，充分發(fā)揮城市森林殺菌滯塵、釋放負(fù)離子等作用，是城市林業(yè)建設(shè)中亟需解答的問題。目前，針對上海的森林凈化大氣環(huán)境功能還沒有全面科學(xué)的評估。為此，探討上海不同區(qū)縣、不同樹種凈化大氣環(huán)境功能的差異，科學(xué)量化評估上海城市森林生態(tài)系統(tǒng)凈化大氣環(huán)境功能，對提高人們環(huán)保意識，科學(xué)指導(dǎo)造林規(guī)劃，改善城市大氣環(huán)境質(zhì)量，推進(jìn)上海城市生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

上海地處長江人海口，市域面積6 340.5 km2。氣候為北亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，日照充足，雨量充沛。年均溫15.8℃，年降雨量1100mm。土壤屬于濱海鹽堿性土壤。

上海地帶性植被為含有落葉成分的常綠闊葉林[8].目前全市森林資源基本為人工林，天然次生林僅存于大小金山島和佘山地區(qū)。根據(jù)上海市2015年森林資源監(jiān)測成果數(shù)據(jù)，截至2015年底，全市森林面積95283.65hm2.森林覆蓋率達(dá)15.03%。上海城市森林群落中常見喬木約68種，主要有樟木（Cin，n，amomum camphora）、女貞（Li-gustrum lucidum）、意楊（Populus×canadensis），銀杏（Cinkgo biloba）、水杉（Metasequoia glyp-tostroboides）、池杉（Taxodium distichum var.im一bricatum）等。上海的優(yōu)勢樹種（組）按面積由大到小依次是樟木林、硬闊類、闊葉混交林、灌木林、果樹類、軟闊類、水杉、針闊混交林、杉類、竹林、松類、針葉混交林。樟木面積所占比例為24.94%.蓄積占比達(dá)40.29%：水杉面積所占比例為5.13%.蓄積占比13.41%。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

1）上海城市森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站及國家林業(yè)局森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測研究網(wǎng)絡(luò)積累的長期定位連續(xù)觀測研究數(shù)據(jù)集：2）2015年上海市林業(yè)局森林資源監(jiān)測成果數(shù)據(jù)：3）國家權(quán)威部門及上海市公布的社會公共數(shù)據(jù)。

2.2 分布式測算方法

首先，根據(jù)上海市森林資源監(jiān)測成果，將上海市按行政區(qū)劃分為10個一級測算單元：其次，每個一級測算單元再按不同優(yōu)勢樹種（組）劃分為12個二級測算單元；第三，每個二級測算單元按不同起源劃分為2個三級測算單元；第四，每個三級測算單元按林齡組劃分為5個四級測算單元。最后，集合不同立地條件的對比觀測，確定1200個相對均質(zhì)化的生態(tài)服務(wù)功能評估單元[9]（圖1）。

2.3 評估指標(biāo)體系

依據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》（LY/T1721-2008），本評估規(guī)范選取了提供負(fù)離子、吸收污染物（S02、氟化物和氮氧化物）、滯塵（滯納TSP、PM10和PM2.5）7個指標(biāo)反映上海市森林生態(tài)系統(tǒng)凈化大氣環(huán)境能力。由于降低噪音指標(biāo)計算方法尚不成熟，所以在本研究中不涉及：采用面積一吸收能力法評估森林吸收污染物的價值；鑒于近年來人們對PM10和PM2.5的關(guān)注，本研究在評估總滯塵量（TSP）及其價值的基礎(chǔ)上，將PM10和PM2.5從TSP中分離出來進(jìn)行單獨的物質(zhì)量和價值量評估[10]。

3 結(jié)果與分析

3.1 上海不同優(yōu)勢樹種（組）凈化大氣環(huán)境功能物質(zhì)量

2015年上海城市森林生態(tài)系統(tǒng)滯納TSP6600.39 t.滯納PM10 1016.7t，滯納PM2.5252.13 t（表1）。滯納TSP最多的3種優(yōu)勢樹種（組）是樟木林、硬闊類和灌木林，分別占全市森林滯納TSP總量的27.24%.13.56%.13.51%：最少的為杉類、松類和針葉混交林，僅占2.6%，1.97%，0.13%。上海全市森林年提供負(fù)離子為（4.14×l024）個，年吸收SO，931.25萬kg，吸收氟化物85.69萬kg，吸收氮氧化物64.78萬kg。氣體污染物吸收量最多的3種優(yōu)勢樹種（組）為樟木林、硬闊類和闊葉混交林，分別占全市吸收污染物總量的26.02%.16.73%.13.43%。

各優(yōu)勢樹種（組）每公頃空氣顆粒物（TSP，PM10，PM2.5）滯納量差異較大。其中，松類對TSP、PM10，PM2.5的滯納量均為最大，分別是軟闊類的1.90，1.74、1.62倍，吸滯顆粒物的能力大體表現(xiàn)為針葉樹種大于闊葉樹種（表2）。提供負(fù)離子最多的優(yōu)勢樹種（組）為水杉林和針葉混交林，分別為（8. 45×l0 19）個/hm2、 （6.97×10 19）個/hm2.最少的優(yōu)勢樹種（組）為灌木林和果樹類，分別為（0. 86×l0 19）個/hm2，（0. 67×10 19）個/hm2。這表明水杉林和針葉混交林等針葉樹種提供負(fù)離子的能力較強。

3.2 上海各區(qū)縣森林凈化大氣環(huán)境功能物質(zhì)量

年提供負(fù)離子量最多的區(qū)縣為崇明縣和浦東新區(qū)，分別占全市提供負(fù)離子量的24. 37%.17.23%（表3）。年滯納TSP最多的區(qū)縣為浦東新區(qū)和崇明縣，分別占全市滯塵總量的20.76%和表3上海各區(qū)縣森林凈化大氣環(huán)境功能物質(zhì)量18..12%。年吸收污染物最多的區(qū)縣為崇明縣和浦東新區(qū)，分別占25.20%和17.89%。由此可見，崇明縣和浦東新區(qū)在上海城市森林凈化大氣環(huán)境方面的貢獻(xiàn)較大。

3.3 上海不同優(yōu)勢樹種（組）凈化大氣環(huán)境功能價值量

2015年全市凈化大氣環(huán)境功能總價值為26.2億元（圖2）。最高的3種優(yōu)勢樹種（組）為樟木林、硬闊類和灌木林，分別占總價值的25. 95%.14.70%.13.34%.最低的為杉類、松類和針葉混交林，分別占2.5%，1.9%.0.14%。

3.4 上海各區(qū)縣森林凈化大氣環(huán)境功能價值量

凈化大氣環(huán)境功能價值量最高的3個區(qū)縣為浦東新區(qū)、崇明縣和松江區(qū)，占全市凈化大氣環(huán)境總價值量的51.46%：最低的3個區(qū)為寶山區(qū)、中心城區(qū)和金山區(qū)，占17.07%（圖3）。寶山區(qū)和中心城區(qū)人口較密集，金山區(qū)工業(yè)較集中，未來還應(yīng)加快這3個區(qū)的林業(yè)發(fā)展，為城市居民和上海的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造更多的生態(tài)福祉。

4 結(jié)論與討論

1）根據(jù)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》（LY/T 1721-2008）.通過構(gòu)建上海市森林生態(tài)清查體系，采用分布式測算方法，對上海市森林生態(tài)系統(tǒng)不同區(qū)縣、不同優(yōu)勢樹種（組）進(jìn)行凈化大氣環(huán)境功能評估。評估結(jié)果表明.2015年上海市森林生態(tài)系統(tǒng)提供負(fù)離子（4.14x l024）個；吸收SO，931. 25萬kg，吸收氟化物85. 69萬kg，吸收氮氧化物64. 78萬kg；滯納TSP 6 600. 39t，PMio1016.7t，PM2.5；252.13t；全市凈化大氣環(huán)境功能價值為26.2億元，崇明縣和浦東新區(qū)貢獻(xiàn)最多，寶山區(qū)、金山區(qū)和中心城區(qū)貢獻(xiàn)較少。

2）上海12種優(yōu)勢樹種（組）中，樟木林和硬闊類在提供負(fù)離子、吸收污染物、滯納TSP等凈化大氣環(huán)境功能物質(zhì)量方面居于前2位；而松類和針葉混交林較低，處于最后2位，這主要與各優(yōu)勢樹種（組）的面積有關(guān)。從2015年上海市森林資源監(jiān)測成果數(shù)據(jù)中可以看出，樟木林和硬闊類的面積占全市總面積的40.98%.蓄積量占51.87%：松類和杉類的面積僅占1.38%.蓄積量僅占1.29%。樟木林和硬闊類是上海主要優(yōu)勢樹種（組）.大面積樟木林和硬闊類的種植，使其凈化大氣環(huán)境功能物質(zhì)量十分突出。以上情況與薛沛沛等[11]和從日征等[12]研究類似，林分面積和優(yōu)勢樹種（組）種類是影響森林生態(tài)服務(wù)功能物質(zhì)量變化的主導(dǎo)因素。

3）本研究還表明，針葉樹種滯納顆粒物的物質(zhì)量大體多于闊葉樹種，松類滯納TSP的能力最強，水杉林和針葉混交林提供的負(fù)離子量較多，這說明針葉樹種凈化大氣環(huán)境的能力相對較強。不同樹種的葉片特性和結(jié)構(gòu)不同，其滯塵能力也存在差異，針葉樹種滯塵能力要高于闊葉樹種：葉片表面結(jié)構(gòu)對樹種滯塵能力的影響非常顯著[12]。本研究中，每公頃滯納TSP、PM.。和PM2.5最高的為松類，松類葉表面粗糙，葉片比表面積較大，使其吸滯TSP、PM10和PM2.5的能力較強。針葉樹種有較小的葉子和比較復(fù)雜的直徑，且葉面積指數(shù)較大，可以更有效地去除空氣顆粒物，因此針葉樹種吸附顆粒物的能力大于闊葉樹種[14-17]，

4）崇明縣和浦東新區(qū)由于森林面積大（分別占全市的27.67%，17.91%）、蓄積量大（分別占全市22.52%.17.22%）.且擁有全市29.71%的樟木林、47.91%的硬闊類，使其在凈化大氣環(huán)境功能的物質(zhì)量和價值量兩方面貢獻(xiàn)都較大，而人口十分密集的寶山區(qū)（森林面積占全市4.92%）和中心城區(qū)（3.82%）、化工產(chǎn)業(yè)集中的金山區(qū)（7%）表現(xiàn)出的功能較低。所以在未來的綠化造林工作中，應(yīng)考慮不同優(yōu)勢樹種（組）的主導(dǎo)生態(tài)服務(wù)功能，因地制宜選育和營造適宜樹種，合理配植松類、杉類等滯塵能力強、吸收污染物、提供負(fù)離子能力高的針葉樹種（特別是在人口密集，大氣污染較嚴(yán)重，居民對公園綠地需求強烈的中心城區(qū)）.調(diào)整優(yōu)化森林結(jié)構(gòu)，加強林業(yè)管理，進(jìn)一步增強城市森林對大氣環(huán)境的凈化能力。

參考文獻(xiàn)

[l]吳澤民，王嘉楠城市林業(yè)的機遇與挑戰(zhàn)[J].中國城市林業(yè)，2016，14（2）：7-9

[2]L1 S，LU S，PAN Q，et al. Research on the eco-purifOationfunction of urban forests in Beijing[J].Journal of FoodAgriculture& Environment，2013 ，11（2）：1247- 1254.

[3]師賀雄，王兵，牛香.城市森林生態(tài)系統(tǒng)滯納空氣顆粒物功能向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的轉(zhuǎn)化率[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報，2016（6）：1069-1073.

[4]NOWAK D J，CRANE D E，STEVENS J C.Air pollution removalby urban trees and shruhs in the United States[J] .Urban Forestry&Urhan Creening，2006，4（ 3/4）：115- 123.

[5]NOWAK D J，HIRABAYASHl S，BODINE A，al. ModeledPM2.5 removal hv trees in ten U.S.cities and associated healtheffects.[J].Environmental Pollution ，2013 ，178（1）：395 -402.

[6]王曉磊，王成城市森林淵控空氣顆粒物功能研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報，2014，34（8）：1910-1921.

[7]牛香，薛恩東，王兵，等森林治污減霾功能研究：以北京市和陜西關(guān)中地區(qū)為例[M]北京：科學(xué)出版社，2017.

[8]張凈，郭雪艷，達(dá)良俊，等上海人工林林下木本植物更新格局及其影響因素[J].華東師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，2013（2）：11-19.

[9]高翔偉，戴詠梅，韓玉潔，等上海市森林生態(tài)連清體系監(jiān)測布局與網(wǎng)絡(luò)建設(shè)研究[M]北京：中國林業(yè)出版社，2016.

[10]韓玉潔，李琦，王兵，等.上海市森林生態(tài)連清與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究[M].北京：中國林業(yè)出版社，2018

[11]薛沛沛，王兵，牛香，等.武寧縣、江山市和邵武市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價值評估[J].水土保持學(xué)報，2013，27（5）：249-254.

[12]叢日征，王兵，牛香，等.陜西省森林生態(tài)系統(tǒng)凈化大氣環(huán)境功能價值評估[J].西北林學(xué)院學(xué)報，2017，32（5）：75-82.

[13]張維康，王兵，牛香，等不同樹種葉片微觀結(jié)構(gòu)對其滯納空氣顆粒物功能的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志，2017，36（9）：2507-2513.

[14] HWANG H J，YOOK S J，AHN K H.Experimental investigationof submicron and ultrafine soot partic-le removal hy tree leaves[J] .Atmospheric Environment ，2011 ，45（ 38）：6987-6994

[15]王蕾，哈斯，劉連友，等.北京市六種針葉樹葉面附著顆粒物的理化特征[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2007，18（3）：487-492.

[16]王兵，張維康，牛香，等.北京10個常綠樹種顆粒物吸附能力研究[J].環(huán)境科學(xué)，2015，36（2）：408-414.

[17]張桂蓮.上海市森林生態(tài)服務(wù)價值評估與分析[J].中國城市林業(yè)，2016，14（3）：33-38