綠色植物防控大氣顆粒物研究現(xiàn)狀及防治途徑

程立超 駱媛媛 彭 巍

(1.黑河學(xué)院，黑龍江 黑河 164300；2.黑河市林業(yè)科學(xué)院，黑龍江 黑河 164300)

在人類發(fā)展的歷史上，曾出現(xiàn)過很長(zhǎng)一段時(shí)間人類對(duì)自然界的索取大于人類對(duì)自然界的回饋現(xiàn)象，引發(fā)了諸如大氣污染、水土流失、溫室效應(yīng)、生物多樣性減少等各種各樣的生態(tài)環(huán)境問題。近年來，大氣顆粒物污染問題在我國(guó)部分地區(qū)頻繁發(fā)生，尤其是PM2.5的污染問題已引起相關(guān)政府部門、高?？蒲袡C(jī)構(gòu)、一些企業(yè)的高度關(guān)注，2013年，中國(guó)氣象局預(yù)報(bào)與網(wǎng)絡(luò)司首次將PM2.5作為發(fā)布霾預(yù)警的重要指標(biāo)之一。

受城市人口快速增長(zhǎng)、人均汽車保有量不斷提高等因素的影響，區(qū)域性、條帶性大氣顆粒物污染問題愈發(fā)嚴(yán)重，其中，顆粒物粒徑小于10微米的PM10可通過呼吸作用進(jìn)入人體肺部，顆粒物粒徑小于2.5微米的PM2.5還可被吸收到人體血液和淋巴液中，對(duì)人體健康造成極大的危害，對(duì)此進(jìn)行科學(xué)、有效的防控已成為當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)[1]。

利用綠色植物的直接作用和間接作用來防控大氣顆粒物的污染問題是一種安全、有效、符合自然規(guī)律的防控手段，但具體防控效果取決于綠色植物的種類及配置類型、外界環(huán)境等的作用。本研究在綜合國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究成果基礎(chǔ)上，從綠色植物對(duì)大氣顆粒物的作用、綠色植物防控大氣顆粒物的主要途徑兩方面進(jìn)行概述，對(duì)綠地建設(shè)的規(guī)劃、大氣顆粒物污染的有效修復(fù)和提前預(yù)防具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)，為利用綠色植物防控大氣顆粒物的相關(guān)研究提供參考價(jià)值。

1 綠色植物對(duì)大氣顆粒物的作用

1.1 綠色植物對(duì)大氣顆粒物的減塵作用

綠色植物對(duì)大氣顆粒物的減塵作用主要是由于高低不同的綠色植物覆蓋裸露地表以后能夠大大提高綠色植物的覆蓋率，從而阻礙地面上揚(yáng)塵的漂移。田志會(huì)等人2020年的研究成果顯示，當(dāng)大氣中PM2.5和PM10濃度均在100ug/m3以下時(shí)，北京市中關(guān)村森林公園植被對(duì)PM2.5和PM10的平均消減率分別達(dá)到6.79%和11.44%，同時(shí)指出喬灌草模式的植被類型消減效果比喬木、灌木、喬灌、灌草、喬草、草地植被類型要強(qiáng)且具有顯著性的差異，綠色植物對(duì)大氣顆粒物的減塵作用與空氣的污染程度有關(guān)[2]。楊貌2016年對(duì)北京市海淀區(qū)典型道路綠色植被類型的研究結(jié)果顯示，草本、灌木的植被類型對(duì)大氣顆粒物的垂直消減作用比喬木、喬灌、喬草、喬灌草要好，且不同植被類型的綠色植物對(duì)粒徑越大的大氣顆粒物消減作用越強(qiáng)[3]。因此，不同的綠色植被類型對(duì)大氣顆粒物的減塵作用表現(xiàn)出差異性。

1.2 綠色植物對(duì)大氣顆粒物的滯塵作用

隨著我國(guó)2013年在空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)新增了PM2.5重要指標(biāo)以來，對(duì)包括PM2.5在內(nèi)的大氣顆粒物進(jìn)行防控方面的學(xué)術(shù)研究和具體實(shí)踐快速發(fā)展，研究的具體內(nèi)容從綠色植物對(duì)大氣顆粒物作用的描述性、單位葉面積滯塵量等方面向細(xì)顆粒物、代表性綠色植物滯塵量、綠色植物滯塵規(guī)律等方面進(jìn)行過渡。綠色植物通過暴露于空氣中莖、葉營(yíng)養(yǎng)器官和花、果實(shí)、種子生殖器官的表面來實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣顆粒物的滯塵作用，整個(gè)滯塵過程是一個(gè)物理性的吸附過程，一般情況下包括吸附、粘著、滯留三個(gè)步驟，滯塵的效果與器官表面的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及外界環(huán)境條件有關(guān)。張維康等人2017年研究了不同樹種葉片微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其滯納空氣顆粒物功能的影響，結(jié)果顯示，氣孔密度、蠟質(zhì)層厚度、油脂、紋理是影響油松、白皮松滯塵能力的主要因素，而影響旱柳、五角楓、銀杏、楊樹滯塵能力的主要因素是葉片表面的粗糙度，且葉片表面結(jié)構(gòu)這一因素對(duì)不同樹種滯塵能力的影響非常顯著[4]。一般情況下，能分泌油脂、汁漿、粘性物質(zhì)和具有茸毛、紋理、溝、褶皺等特征的綠色植物滯塵量較大。

1.3 綠色植物對(duì)大氣顆粒物的阻塵作用

由綠色植物個(gè)體構(gòu)成的防護(hù)林、隔離帶等類型的綠色生態(tài)屏障能夠改變局部區(qū)域環(huán)境，特別是能有效阻擋大氣顆粒物的流動(dòng)，而使受保護(hù)區(qū)域的大氣顆粒物濃度降低，具體的阻塵效果一般情況下與構(gòu)成綠色生態(tài)屏障的寬度、風(fēng)向的夾角及綠色植物種類、疏密程度、高度、冠幅等關(guān)系密切[5]。上海交通大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)建議在靠近機(jī)動(dòng)車道路兩側(cè)，綠化帶越寬，對(duì)大氣顆粒物消減的作用越明顯，郁閉度70%、疏透度30%的綠化帶可阻滯30%-50%由交通排放和道路揚(yáng)塵的總懸浮顆粒物[6]。1979年被列為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)重要項(xiàng)目的“三北”防護(hù)林工程、2002年啟動(dòng)的京津風(fēng)沙源治理工程、2012年北京市啟動(dòng)的平原地區(qū)百萬畝造林工程等均是綠色植物對(duì)大氣顆粒物阻塵作用的具體應(yīng)用，這些具體應(yīng)用不僅對(duì)改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境起決定性作用，且對(duì)改善全國(guó)的生態(tài)環(huán)境也起著舉足輕重的作用。

1.4 綠色植物對(duì)大氣顆粒物的降塵作用

綠色植物對(duì)大氣顆粒物的降塵作用主要是由于綠色植物能夠降低風(fēng)速，促進(jìn)大氣顆粒物更迅速地沉降至植物體表面和地表面，從而起到降塵作用。大氣顆粒物通過自身重力作用或與其他物體碰撞后的干沉降、大氣顆粒物通過降雨或下雪而消除的濕沉降是大氣顆粒物沉降最主要的兩種方式。綠色植物可通過其粗糙的表面對(duì)大氣顆粒物的干沉降進(jìn)行攔截和黏著、通過吸收和阻擋降水對(duì)大氣顆粒物的濕沉降進(jìn)行溶解，這些過程的發(fā)生在一定程度上均能起到降低大氣顆粒物濃度的作用[7]。在綜合綠色植物降塵原理和高效降塵群落特征的基礎(chǔ)上，陳郢于2018年提出了滁州市南譙新城區(qū)道路降塵群落植物的可選樹種、忌用樹種及行道樹、兩側(cè)分車綠帶、路側(cè)綠帶植物降塵群落的具體構(gòu)建方法[8]。綠色植物對(duì)裸露地表的覆蓋增加了地表的粗糙程度而增加了大氣顆粒物的沉降速度，這種降塵作用對(duì)粒徑較大的大氣顆粒物沉降作用更加明顯。

1.5 綠色植物對(duì)大氣顆粒物的吸塵作用

綠色植物可通過氣孔、皮孔及表皮上的一些其他結(jié)構(gòu)吸收大氣顆粒物，并將其同化或轉(zhuǎn)化到綠色植物體內(nèi)，整個(gè)吸塵過程是一個(gè)化學(xué)性的反應(yīng)過程，一般情況下包括吸收、轉(zhuǎn)化、同化或超同化三個(gè)步驟。目前，關(guān)于綠色植物吸塵作用的研究多見于以下幾種情況，一是綠色植物的氣孔、皮孔等結(jié)構(gòu)能夠吸收大氣中含硫、含磷等有害元素的顆粒物，使其發(fā)生氧化還原反應(yīng)而降解形成化合物以后被運(yùn)送到綠色植物體的各個(gè)部分；二是綠色植物個(gè)體在生長(zhǎng)發(fā)育過程中能不斷產(chǎn)生萜烯類、醚類、醛類等有機(jī)揮發(fā)性物質(zhì)，這些物質(zhì)進(jìn)入大氣后經(jīng)過光化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生硫酸鹽、硝酸鹽等顆粒物，但關(guān)于沉降比率方面的研究相對(duì)有限；三是綠色植物通過光合作用及葉端、枝端放電形成光電效應(yīng)，電離空氣而產(chǎn)生負(fù)離子，空氣負(fù)離子與大氣顆粒物呈負(fù)相關(guān)，空氣污染重的地區(qū)空氣負(fù)離子濃度較低[9]。綠色植物對(duì)大氣顆粒物的吸塵作用除與綠色植物個(gè)體結(jié)構(gòu)特征有關(guān)外，還與大氣顆粒物自身的化學(xué)性質(zhì)和滲透條件有關(guān)。

2 綠色植物防控大氣顆粒物的主要途徑

2.1 擴(kuò)大綠化面積

對(duì)于大氣顆粒物的治理和防控，擴(kuò)大綠化面積是一種典型的生態(tài)措施。研究表明，草地比裸露地面吸附粉塵的能力高70倍，森林比裸露地面吸附粉塵的能力高75倍，1ha毛白楊一年內(nèi)能夠吸附粉塵的量超過68t[10]。雖然綠色植物對(duì)大氣顆粒物的防控具有積極作用，但實(shí)際上只有在一定綠化規(guī)?；A(chǔ)上才能真正得到有效發(fā)揮，同時(shí)，還需考慮植綠環(huán)境的綜合情況，在綠色植物種類的選擇上做到因地制宜、適地適樹，充分發(fā)揮綠化的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.2 合理配置植被類型

在新建綠地時(shí)，需對(duì)綠色植物品種進(jìn)行合理配置，特別應(yīng)注重的是綠色植物自身的功能性。賀勇等人在研究的30種灌木當(dāng)中發(fā)現(xiàn)金老梅、紫花錦雞兒、銀老梅、七姐妹、松東錦雞兒滯塵效果最好，可在污染較重的區(qū)域進(jìn)行優(yōu)選種植[11]。園林綠化需多層次、多樣化、立體的合理配置，注重鄉(xiāng)土品種和常規(guī)品種的搭配，根據(jù)季節(jié)變化、觀花觀葉觀草相結(jié)合等需求選擇合理的品種；城市道路綠化不應(yīng)裸露土層，以喬木為主，喬木、灌木、草本植物相結(jié)合，使其符合行車視線及市政公共設(shè)施的運(yùn)轉(zhuǎn)要求；營(yíng)造水土保持屏障需首選根系發(fā)達(dá)、具有較強(qiáng)固土和改善土壤的綠色植物種類。

2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)綠色植物結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)實(shí)踐過程中往往有著非常復(fù)雜的外界環(huán)境條件，因此，在進(jìn)行實(shí)地植綠時(shí)需對(duì)其進(jìn)行提前優(yōu)化設(shè)計(jì)，如在風(fēng)道地區(qū)需設(shè)計(jì)一些枝繁葉茂的喬木以降低風(fēng)速，喬木底層適當(dāng)設(shè)計(jì)灌木、草本可更好地發(fā)揮大氣顆粒物的防控效果。鑒于一些古老的城市、城市中的老城區(qū)等狹窄區(qū)域綠化空間十分有限，擴(kuò)大地面上的綠化面積比較困難，可適當(dāng)考慮通過樓頂這樣的立體空間來實(shí)現(xiàn)綠化面積的擴(kuò)大，還可在原有綠地基礎(chǔ)上進(jìn)行合理密植。此外，還可利用攀援、藤本植物進(jìn)行垂直綠化以優(yōu)化綠化結(jié)構(gòu)，提高整體綠化水平。

3 結(jié)語(yǔ)

防控大氣顆粒物的污染是建設(shè)生態(tài)文明、建設(shè)美麗中國(guó)的重要戰(zhàn)略任務(wù)，綠色植物具備防控大氣顆粒物的能力，利于空氣質(zhì)量的改善和提高?？傮w上，綠色植物對(duì)大氣顆粒物的防控可分為直接作用和間接作用兩種方式，直接作用是植物器官表面與大氣顆粒物直接接觸，并對(duì)其進(jìn)行防控，間接作用是綠色植物借助于形成的小氣候，通過釋放的負(fù)離子對(duì)大氣顆粒物進(jìn)行綜合，通過呼吸作用和蒸騰作用降低大氣溫度，以減少制冷設(shè)備使用頻率等方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣顆粒物的防控。當(dāng)前，在綠色植物防控大氣顆粒物的研究領(lǐng)域，很多研究者集中在綠色植物的種類、植被類型、內(nèi)外界因素防控大氣顆粒物的影響因素等方面，取得了較為豐碩的學(xué)術(shù)成果，但從整體上看，防控大氣顆粒物需采取綜合措施，特別是勇于消除產(chǎn)生大氣顆粒物的來源，且不能過分單純地依賴于綠色植物。在未來的大氣顆粒物防控工作中，仍需綜合考慮綠色植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征、植被類型、外界環(huán)境條件等影響因素，同時(shí)在利用綠色植物防控大氣顆粒物時(shí)，要充分考慮綠色植物防控大氣顆粒物的途徑，只有這樣才能保證防控效果。