绿化植物防治空气颗粒物污染研究进展_左海军

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收稿日期： 2015 － 09 － 25 ； 修回日期： 2015 － 10 － 30 。 200904005 ） ； 国家自然科学基金（ 41230852 ， 40801017 ） ； 国家林业局宁夏六 基金项目： 国家林业局林业公益性行业科研专项 （ 201304301－ 05 ， 盘山森林生态站和森林生态环境重点开放性实验室项目 。 Email： zuohaijun2003@ 163. com。 作者简介： 左海军（ 1978 –） ， 助理研究员， 研究方向为环境保护、 森林土壤水文， Email： wangyh@ caf. ac. cn。 通信作者： 王彦辉（ 1957 –） ， 研究员， 博士生导师， 研究方向为森林生态水文，
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世
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林
业
研
究
第 29 卷
近些年来， 我国工业化与城市化进程不断加快， 在促进社会经济发展的同时也造成了诸多环境问题 ， 其中最令人关注的是东部地区大范围的雾霾天气 ， 尤 其是包括北京在内的一些大中城市的雾霾危害 。 究 主要是由于工业生产和交通运输等导致化石 其原因， 燃料大量消耗， 使得空气中的颗粒物含量急剧增大， 造成空气浑浊、 大气能见度下降、 雾霾日数和危害程 度增加等问题
第 29 卷 第 2 期 2016 年 4 月
世 界 林 业 研 究 World Forestry Ｒesearch
Vol. 29 No. 2 Apr. 2016
绿化植物防治空气颗粒物污染研究进展
左海军
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Leabharlann Baidu
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王彦辉
1
于澎涛
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徐丽宏
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熊
伟
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王会霞
2
（ 1 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 ， 国家林业局森林生态环境重点实验室 ， 北京 100091 ； 2 西安建筑科技大学环境与市政工程学院 ， 西安 710055 ） 摘要： 空气颗粒物污染日益加剧导致空气质量不断恶化 ， 严重威胁到人类健康和生存环境 ， 已引起世界各国的高度重 视。为了减轻空气颗粒物污染危害 ， 利用绿化植物防治空气颗粒物污染作为一种有前景的 、 安全可靠的绿色治理技术 应运而生。立足于国内外在绿化植物防治空气颗粒物污染方面的研究成果 ， 文中系统总结了绿化植物防治空气颗粒 物污染的 5 个作用途径， 即减尘作用、 滞尘作用、 吸尘作用、 降尘作用和阻尘作用， 并指出利用植物防治空气颗粒物污 染存在的问题与研究需求 ， 建议今后应进一步加强植被防治空气颗粒物污染的形成机制 、 植物防治技术体系与治理模 式等研究。 关键词： 绿化植物， 空气颗粒物污染， 滞尘， 减尘， 吸尘， 降尘， 阻尘， 城市林业 S731. 2 ， X506 中图分类号： Q948. 116 ， DOI： 10. 13348 / j. cnki. sjlyyj. 2016. 02. 004 文献标识码： A 文章编号： 1001 － 4241 （ 2016 ） 02 － 0033 － 05
Abstract： The fast increasing particulate air pollution is leading to increasing deterioration of air quality which seriously threatens the human health and the living environment and has aroused throughout the world， high attention around the world. In order to reduce the hazards of the particulate air pollution， the phytoremediation technology of particulate air pollution has emerged as a promising，safe and reliable green treatment. Based on the current achievements of global studies on the particulate air pollution control using greening plants，the paper summarized five possible controlling approaches to the particulate air pollution with greening plants，i. e. ，preventing，detaining，absorbing，depositing and blocking dusts. In addition， the paper pointed out the existing limitations and future research needs on the phytoremediation of particulate air pollution. It was suggested that more studies would be adopted for know the the formation mechanism， technical system and management model concerning the phytoremediation technology of particulate air pollution in the future. Key words： greening plants，particulate air pollution，detaining dusts，urban forestry
Overview of Studies on Greening Plants Effects on Particulate Air Pollution Control
Zuo Haijun1 Xu Lihong 1 Wang Yanhui1 Xiong Wei1 Yu Pengtao 1 Wang Huixia 2
［8 － 14 ］ ［6 － 7 ］
。 当前国内外学者在利用
植物防治空气颗粒物污染方面开展了一些研 ， 但总体来看仍处在定性研究的起步阶 ， 深层次作用机理方面研究的匮乏严重限制 段
［15 － 23 ］
着植物防治空气颗粒物污染技术的开发与应用 。 基 于我国日趋严重的空气颗粒物污染形势 ， 本文将在系 统收集植物防治空气颗粒物污染已有成果的基础上 ， 分析植物防治空气颗粒物污染的途径和作用机理 ， 以 期为高效利用植物防治空气颗粒物污染 、 制定切实可 行的空气污染综合防治措施等提供参考 。
（ 1 Ｒesearch Institute of Forest Ecology，Environment and Protection，Chinese Academy of Forestry； Key Laboratory of Forestry Ecology and Environment of the State Forestry Administration，Beijing 100091 ，China； 2 School of Environmental and Municipal Engineering，Xi＇an University of Architecture and Technology，Xi＇an 710055 ，China）
［24 ］
， 进一步导致空气中可吸入颗粒物
［4 － 5 ］
（ PM10 ） 特别是可入肺颗粒物 （ PM2. 5 ） 含量的大幅升 高， 进而对人民身体健康构成严重威胁
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。 研究表
明， 空气中 PM2. 5 浓度每增加 10 g / m ， 因心血管疾病 死亡的风险就会增加 12% 。 为了应对当前日益严峻 利用绿化植物防治空气颗粒物污染作为 的空气污染， 一种前景广阔、 安全可靠的绿色修复技术引起各国学 者的广泛关注， 并已成为环境科学、 大气科学、 生态科 学等学科的研究热点 究
［1 － 3 ］
净化空气污染存在着不同的作用过程和功能 ， 有的植 物某种净化功能明显， 有的植物则具备基于多种作用 过程的复合净化功能。
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植物防治空气颗粒物污染的主要途径
研究表明， 利用绿化植物防治 PM10 和 PM2. 5 等空
气颗粒物污染具有明显效果。 根据其作用机理可以 滞尘作用、 吸尘作用、 降尘作用和阻尘 分为减尘作用、 作用等 5 个作用途径。 其中减尘作用是指通过植物 覆盖减少地面起尘， 从而起到减轻空气颗粒物污染的 作用； 滞尘作用是指通过植物叶面吸附直接捕获空气 颗粒物， 从而达到减少空气中颗粒物含量的作用； 吸 尘作用主要是指利用植物叶面表面吸收和转移空气 颗粒物， 从而起到降低空气中颗粒物含量的作用； 降 从而促进空气颗粒 尘作用主要指利用植物降低风速 ， 物沉降和减少空气颗粒物污染的作用 ； 阻尘作用则主 要是利用植物尤其是高大的防风林带改变风场 ， 从而 阻拦空气颗粒物进入某些需要保护的局部区域而起 到防护作用。当前对这 5 种作用途径的研究还很不 平衡， 下面分别分析其作用机理。 2. 1 植物覆盖的减尘作用 地表扬尘是空气中颗粒物的重要来源。 研究证 实， 植物覆盖裸露地表后能显著降低地表风速 ， 减少 从而有效控制地表扬尘污染。 空气中的颗粒物含量， 苏联学者最先证实了绿地对空气的净化作用 ， 发现在 植物生长季中， 花园和公园的含尘量明显降低， 其中 树林中含尘浓度比露天广场低 42. 2%
第2 期
左海军， 王彦辉， 于澎涛， 等： 绿化植物防治空气颗粒物污染研究进展
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根据北京市环保所测定， 在 3 ～ 4 级风条件下， 裸地的 空气粉尘浓度约为草坪地的 13 倍。 对沙漠地区而 言， 植被覆盖的减尘作用尤为明显， 如在干旱半干旱 区的毛乌素沙地， 灌木、 多年生草本植物和乔木均具 ［26 ］ 有防风固沙效果 。 2. 2 植物吸附的滞尘作用 植物能通过其地上部分枝、 干、 叶等器官的表面 吸附空气中的颗粒物， 从而减轻空气颗粒物污染。滞 滞尘效果与植物表面 尘过程是一种物理性吸附过程， 积大小及表面结构 （ 如叶片形态、 粗糙程度、 叶片着 生角度、 表面分泌物等 ） 有关。 一般情况下， 具有绒 毛、 叶柄短、 叶片表面粗糙、 沟状脊状突起和粘液油脂 等叶片特 征 的 植 物 其 单 位 面 积 能 吸 附 更 多 的 飘 尘 ［27 ］ 颗粒 。 具体来说， 植物吸附的滞尘能力受其总表面积指 数、 叶表面形态和叶面粗糙度等影响较大。1 ） 植物 总表面积指数对滞尘能力影响较大 。研究发现， 由高 具有复层结构的绿地以其较高的表面积 大植物组成、 其中具有乔灌草多层复 指数而利于吸附空气颗粒物， 合结构的绿地吸尘效果尤为明显， 减尘率可达 60% ［28 ］ 以上 。2 ） 叶表面形态特征对植物滞尘能力影响也 较大。叶表面具有沟状组织或密集纤毛的植物滞尘 能力较强， 其微形态结构越密集、 深浅差别越大， 越有 利于滞留空气颗粒物； 叶表面平滑植物的滞尘能力较 弱 。3 ） 叶面粗糙度直接影响空气中细小颗粒物的 颗粒物与叶面之间的物理作用力是影响较大颗 滞留，
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植物对空气污染的净化作用
植物对空气污染的净化作用是指利用植物与环
。德国学者
通过测定汉堡无树城区和公园的空气含尘量发现 ， 无
3 树城区 含 尘 量 高 达 850 μg / m ， 而 公 园 内 仅 为 100 3 μg / m 。在北京研究发现， 夏季成片林地减尘率高达
境相互作用中的有关过程去除空气中的各种污染物 ， 主要包括植物的拦截、 过滤、 吸收、 固定、 降解、 转移或 转化等过程。根据植物净化空气污染物的作用机理 ， 可分为直接净化作用和间接净化作用 。其中， 直接净 化作用是指植物通过其叶片气孔及茎叶表面对空气 吸收与同化， 间接净化作用是指植物 污染物的滞留、 通过其根系或其与根际微生物的协同作用来清除通 或 过干湿沉降途径进入土壤或水体中的空气污染物 ， 通过提高地表植被覆盖来减少已沉降污染物的二次 污染。目前空气污染的植物净化研究主要集中在直 接净化作用方面， 包括持留作用和去除作用， 其中持 留作用涉及植物的截获、 吸附和滞留过程， 去除作用 降解、 转化和同化过程。此外， 植物 涉及植物的吸收、
61. 1% ， 冬季亦有 20% 左右， 表明植物覆盖地表后减 尘作用明显
［25 ］
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不同类型植被通过覆盖地表均具有明显的减尘 作用。对乔木类绿化植物来说， 常绿乔木的减尘作用 强于落叶乔木， 其中松柏类常绿乔木的减尘作用尤为 这主要是由于针叶类常绿乔木的总表面积大 ， 显著， 树干和枝叶上有松脂， 其吸附尘埃能力较强。绿化草 坪也具有明显的减尘作用， 这是由于草本植物枝叶茂 根茎与土表紧密接触， 茎叶能有效吸附空气中的 盛， 粉尘， 又能降低地表风速进而固定土壤和沉积的各种 使得大风天气不易出现起尘和二次扬尘污染 。 尘土，