不同群落結構綠地空氣負離子濃度與顆粒物的關系

劉宇++董蓉++王曉立等

摘要：通過對不同群落結構綠地內空氣負離子濃度、PM2.5、PM10以及溫濕度進行監測與分析，發現不同群落結構綠地空氣負離子濃度日變化均明顯，均值按大小排序為黃山欒樹-紫薇+金鐘花-狗牙根群落、日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群、垂柳-狗牙根群落、雪松群落、紫葉小檗+火棘-高羊茅群落、高羊茅群落、對照；各綠地內PM2.5濃度與空氣PM 10濃度日變化規律基本相似，空氣負離子濃度與兩者都呈顯著負相關，其中與層次單一的植物群落顯著性更明顯，且與PM2.5濃度的相關性略大于PM10濃度。

關鍵詞：群落結構；空氣負離子；PM2.5；PM10

中圖分類號： S181文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）11-0465-03

收稿日期：2015-05-09

基金項目：國家星火計劃（編號：2013GA690424）；江蘇省宿遷市科技項目（編號：z201204）。

作者簡介：劉宇（1981—），男，安徽安慶人，碩士，講師，主要研究方向為城市園林生態。E-mail：718111060@qq.com?？諝庳撾x子能抑制多種病菌和提高人體免疫力，已成為衡量城市空氣質量的重要參數之一[1-3]，城市綠地中的植物能通過尖端放電以及光合作用產生高濃度負離子，從而改善城市環境，提高人體舒適度[4-5]。目前，國內外關于空氣負離子的研究頗多，主要集中在空氣質量評價[6-8]、時空分布[9-10]、不同綠地類型負離子濃度差異[11-13]等方面，但關于綠地內負離子濃度與空氣顆粒物關系的研究報道較少。為此，本調查從不同群落結構綠地出發，研究空氣負離子濃度與可吸入顆粒物（PM10）、細顆粒物（PM2.5）的關系，為合理建設城市綠地、引導城市居民休憩提供科學參考。

1調查與研究方法

1.1研究區概況

本研究地點位于宿遷市宿遷學院老東門游園、教工餐廳前游園以及1號教學樓前綠地，研究地點相鄰。根據樣地地形條件和植物分布，將樣地大小設置為10 m×10 m～20 m×20 m，選擇了雪松[Cedrus deodara （Roxb.） G. Don]-狗牙根[Cynodondactylon（Linn.）Pers.]群落、垂柳（Salix babylonica）-狗牙根群落、黃山欒樹（Koelreuteria integrifoliola）-紫薇（Lagerstroemia indica L. ）+金鐘花（Forsythia viridissima Lindl. ）-狗牙根群落、日本晚櫻（Prunus serrulata var. lannesiana）+紫葉李（Prunus Cerasifera Ehrhar f. atropurpurea （Jacq.） Rehd.）-狗牙根群落、紫葉小檗（Berberis thunbergii var.atropurpurea Chenault）-火棘[Pyracantha fortuneana （Maxim.） Li]+高羊茅（Festuca elata Keng ex E. Alexeev）群落、高羊茅群落，以及沒有綠化的水泥鋪裝廣場作為對照（表1）。

1.2研究方法

為消除天氣變化可能帶來的誤差，選擇天氣晴朗的2014年9月7—13日連續7 d，在常規游憩活動的時間內（7 ∶00—21 ∶00），每隔2 h在7個典型群落中心測定空氣負離子濃度、PM2.5濃度、PM10濃度、空氣溫度、空氣濕度。采樣高度為1.5 m，每個樣地每時間點重復測量3次，取平均值為該群落實測值。

2結果與分析

2.1不同群落結構綠地空氣負離子濃度日變化特征

由表2可見，不同群落結構綠地及對照內空氣負離子濃度日變化均明顯，最高點和最低點出現時間多不一致?？傮w上，09：00—13：00期間的空氣負離子濃度較低，07：00左右和21：00左右濃度較高，高羊茅群落的最低點出現在15：00左右，雪松群落和日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群落最高點分別出現在15：00 和17：00左右。一天中，對照內空氣負離子濃度變化幅度最小，僅為88個/cm3，日變化幅度為39.64%，而黃山欒樹-紫薇+金鐘花-狗牙根群落日變幅最大，達到305個/cm3，日增幅為93.85%，其中日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群落日變幅也相對較大，為281個/cm3。吳楚才等研究表明，綠地內空氣負離子濃度與郁閉度呈一定的正相關，而與群落內樹種的胸徑和高度無關[14]，黃山欒樹-紫薇+金鐘花-狗牙根群落和日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群落植物種植密集且郁閉度大，對群落內空氣負離子濃度水平的提高和空氣質量的改善具有一定的作用。

2.2不同群落結構綠地空氣負離子濃度方差分析與多重比較

對不同群落結構綠地及對照內空氣負離子濃度進行方差分析與多重比較，結果（表3）表明，負離子濃度均值按大小排序是黃山欒樹-紫薇+金鐘花-狗牙根群落>日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群>垂柳-狗牙根群落>雪松群落>紫葉小檗+火棘-高羊茅群落>高羊茅群落>對照點。黃山欒樹-紫薇+金鐘花-狗牙根群落、日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群、垂柳-狗牙根群落、雪松群落、紫葉小檗+火棘-高羊茅群落空氣負離子濃度均顯著高于高羊茅群落和對照（P<0.05）；黃山欒樹-紫薇+金鐘花-狗牙根群落負離子濃度極顯著高于垂柳-狗牙根群落、雪松群落、紫葉小檗+火棘-高羊茅群落、高羊茅群落、對照點（P<0.01）；對于同樣是喬草結構的日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群落顯著高于垂柳-狗牙根群落（P<0.05）。這可能是垂柳-狗牙根群落中垂柳的分支點較高，通風效果較好，且這種疏林草地類型較能吸引游人進入林內活動與休憩，而日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群落觀賞性強，植物種植密集使空氣負離子相對損耗較小。

2.3不同群落結構綠地空氣PM2.5濃度與PM10濃度日變化規律

不同群落結構綠地及對照內空氣PM2.5濃度與空氣PM10濃度日變化規律基本相似（圖1、圖2），整體上白天要高于晚上，空氣PM2.5濃度在不同時間點的平均濃度范圍在27.8～51.08 μg/m3，最低值是晚上21：00左右出現在雪松群落，最高值是無綠化的對照在中午13：00左右測得?？諝釶M10濃度在不同時間點的平均濃度范圍在59.6～109.36 μg/m3，最低值和最高值分別出現在19：00的日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群和9：00的對照內。對不同群落結構綠地和對照內空氣PM2.5濃度與PM10濃度進行方差分析，結果表明，PM2.5濃度日均值按從小到大的順序是日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群落<雪松群落<黃山欒樹-紫薇+金鐘花-狗牙根群落<垂柳-狗牙根群落<紫葉小檗+火棘-高羊茅群落<高羊茅群落<對照點。PM10濃度排序基本一致，只有黃山欒樹-紫薇+金鐘花-狗牙根群落出現變化，為不同群落結構綠地中的最小值。不同群落結構綠地的滯塵能力受植物形體大小和枝葉自身特性的影響[15]，普遍認為群落結構豐富，群落內植物葉表面比較粗糙，多絨毛的植物滯塵能力強，而表面光滑的滯塵能力較弱[16-17]，黃山欒樹-紫薇+金鐘花-狗牙根群落屬于喬灌草群落的立體結構，滯塵效果較好，松科植物可以分泌黏性物質吸附細顆粒物，而日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群落植物密集、郁閉度大、濕度高、降塵明顯。

2.4空氣負離子與顆粒物的相關性系數

在不同群落結構的綠地內，局部小氣候和環境因子等對負離子濃度水平有重要的影響，基于監測得到的數據，對不同群落結構綠地的溫度、濕度、PM2.5濃度、PM10濃度分別與空氣負離子濃度進行相關性分析，發現空氣負離子濃度與溫

度呈負相關，與濕度呈正相關，而與PM2.5濃度、PM10濃度都呈顯著負相關，其中與垂柳-狗牙根群落、紫葉小檗+火棘-高羊茅群落以及高羊茅群落呈極顯著負相關（表3）。

3結論與討論

本研究表明，不同群落結構綠地及對照內空氣負離子濃度日變化均明顯，但最高值和最低值出現時間多不一致。負離子濃度均值按大小排序是黃山欒樹-紫薇+金鐘花-狗牙根群落>日本晚櫻+紫葉李-狗牙根群落>垂柳-狗牙根群落>雪松群落>紫葉小檗+火棘-高羊茅群落>高羊茅群落>對照點。對不同群落結構綠地，較高的植物覆蓋率能明顯降溫增濕，而層次豐富的植物葉片在冠層形成的葉幕能消弱光照強度，降低氣溫，同時受蒸騰拉力作用增加的水分子和光合作用產生的氧氣優先形成負離子，因此具喬、灌、草結構的復層結構比結構單一的植物群落對提高環境中的空氣負離子濃度發揮更大的作用，這與前人研究結論[12，18-19]一致。

不同群落結構綠地及對照內空氣PM2.5濃度與空氣PM10濃度日變化規律基本相似，空氣負離子濃度與兩者都呈顯著負相關，其中與層次比較簡單的植物群落顯著性更明顯，且PM2.5濃度的相關性略大于PM10濃度。通?？晌腩w粒物（PM10）主要靠重力或者慣性作用沉降，而細顆粒物（PM2.5）常通過布朗運動向外擴散[5]，因而受氣流環境因素影響要大于可吸入顆粒物。而多層的群落結構相對于層次單一或種植稀疏的植物群落，空氣中的顆粒物向外擴散能力要弱。

空氣負離子與顆粒物之間及受其他因素影響頗多，不僅需要從群落結構、溫濕度等角度分析，還需考慮光照、風速、植物種類等多種因素，關于其他氣候因子對兩者的影響以及植物種植密度和種類搭配等與負離子和顆粒物的關系還需進一步研究。

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