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植物是如何對抗霧霾的

時間:2017-01-09 11:03 出處:http://www.advesw.live 點擊:



"霾"是指大氣中細顆粒物濃度升高,而導致能見度下降的現象。本訪談介紹了治理霾的主要思路和措施,植物在消減PM2.5的機制,以及兩個相關研究課題—"應對PM2.5空氣污染的北京造林工程關鍵技術研究與示范"和"北京地區揚塵抑制技術研發及示范應用"—的最新研究進展。

在通過運用植物治理PM2.5方面,您和您的團隊進行了哪些工作?

    李延明:大氣污染,尤其是霾,現在已經成為城市環境中最為嚴峻的一個問題,不少城市已經將"霧霾天氣"作為災害性天氣現象進行預警。"霾"是指大氣中細顆粒物(主要是PM2.5)濃度升高,而導致能見度下降的現象。這些顆粒物的直徑范圍在0.001~10μm,平均直徑約為1~2μm。面對目前城市霧霾天氣頻頻出現的情況,我們正在開展兩個課題研究,第一個是"應對PM2.5空氣污染的北京造林工程關鍵技術研究與示范"課題,主要探討城區綠地和郊區造林對PM2.5的消減作用。第二個是國家科技計劃支撐課題—"北京地區揚塵抑制技術研發及示范應用",除了一直關注的總懸浮顆粒物(TSP)治理外,重點還是在圍繞如何減少PM2.5開展研究。

 

霾的防治目前主要包括哪些措施?

    李延明:"減源增匯"是治理霾非常關鍵的思想。首先應該從源頭治理,減少污染氣體的排放。實施采用清潔燃料、減排、限排等措施都能有效地從根源上控制污染。另一個方向就是"增匯",也就是增加匯集污染物的系統。

    降雨、空氣對流等都能有效降低空氣中的PM2.5濃度,但就人為可以控制的層面來說,植被是最為有效的手段。雖然每一片葉子的吸附量很小,但植株的葉片總面積很大,一般來說是其垂直投影面積的2~5倍。其他手段,例如人工噴水,盡管也能起到緩解的作用,但能夠影響的范圍有限且時效較短、耗資高昂。

    通過我們的研究,首先可以肯定的是,城市綠地對于降低PM2.5的濃度能夠發揮明確的作用。也就是說綠地生態系統對大氣污染物具有重要的"匯"的作用。通過植物個體或植物群落的吸附作用,能夠減少漂浮在空氣中的顆粒物,從而起到凈化空氣的作用。但整個城市綠地體系究竟能對降低PM2.5發揮多大的作用,目前還沒有確切的定論。綠地對于治理PM2.5的作用不能被過分夸大,也并不能獲得立竿見影的效果,PM2.5的治理需要整合多種途徑。

 

不同植物種類在吸附PM2.5的效果方面差異程度如何?

    李新宇:我們選擇了北京市常用的60種綠化植物,采用洗塵法對單株植物的單位面積上的PM2.5吸附情況進行了測定。洗塵法就是將葉片上的殘留物收集起來,然后進行稱重。

    目前我們已經完成了29種植物(包括14種喬木、14種灌木和1種藤本)的測定。研究表明,不同植物種類吸附PM2.5的能力存在較大的差異。喬木中,銀杏(Ginkgobiloba)單位葉面積上滯留PM2.5的質量是最高的,其吸附能力大約是檉柳(Tamarixchinensis)的十幾倍。灌木中,小葉黃楊(Buxussinicavar. parvifolia)和大葉黃楊(Buxusmegistophylla)的效果比較好,地柏(Sabinavulgaris)的效果略差。需要強調的是,這并不是表示在北京地區銀杏是治理PM2.5效果最好的品種,只是針對我們研究的物種而言相對較好。

 

空氣中的懸浮顆粒物附著在植物表面后,會發生怎樣的變化?

    李新宇:目前我們主要通過電鏡掃描來測定植物對PM2.5的吸附作用。除了絨毛結構和粘性分泌物,許多植物枝葉表面會有隆起、溝槽等性征。一些植物表面看起來比較光滑,也具有非常復雜的超微結構。電鏡顯示,細顆粒物可以穩定地附著在這些超微結構之上,PM2.5在空氣中的再懸浮概率相對來說非常小。細小顆粒物被吸附之后,也會在葉表發生團聚,形成更大的顆粒物,通過降雨或刮風等自然現象,沉降到地面。

    電鏡照片顯示,PM2.5的直徑遠小于植物氣孔的直徑,因此一部分PM2.5將會通過擴散運動進入氣孔。PM2.5的成分非常復雜,包括元素碳、有機碳化合物、硫酸鹽、硝酸鹽等。進入氣孔之后,不可溶性的成分不會發生太大的變化;可溶性成分,比如硝酸鹽,將會參與到植物的代謝過程中,然后得到轉換。不過現在對于這方面尚缺乏定量的研究。此外,由于二次污染是PM2.5形成一個重要來源,有研究團隊發現植物能夠有效吸收二氧化硫、氮氧化物和揮發性有機物這些會形成二次污染的物質。

 

請問在研究的過程中是如何與大氣專業進行銜接的?有哪些跨學科研究方面的思考?

    李延明:我們的研究目前尚處于前期階段,重點是植物對PM2.5的吸附機理和研究方法的探討。相關的實驗正在進行,目前只形成了一些階段性的成果。一方面在于PM2.5始終處于動態的變化過程中,為我們的研究帶來了非常大的困難。另一方面在于對于PM2.5的研究在大氣專業中也是一個非常前沿的領域,尚未形成特別明確的定論以供我們參考。

    李新宇:在大氣治理或環境治理方面,一直以來都忽視了植物對于PM2.5的消減作用。而我們以往的研究也都集中在TSP治理的研究中,所以這一交叉領域可以說是空白的。我們與大氣專家合作,對如何才能獲取植物葉片上的顆粒物,以及如何進行稱重等問題進行了探討。我們的工作是在與大氣專家的合作中摸索前進。

 

該研究成果將主要應用在哪些方面?對城市規劃師、景觀設計師的工作有怎樣的切實指導意義?

    李新宇:我們的研究成果將主要為設計師提供兩個方面的指導。一方面在于提供有關物種選擇的參考,另一方面在于提供有關綠地配植模式的建議。我們針對幾種典型的綠地類型—公園綠地、道路綠地、附屬綠地—中不同的植物配植群落進行了對比研究。例如,針對道路綠地,我們在北京四環路上選取了4處典型的地段—污染狀況、交通流量等情況類似—通過長期的戶外監測,對不同的配植模式下的PM2.5消減情況進行了對比。雖然該課題尚處研究階段,但我們希望能夠盡快根據研究成果編制出一套植物配植的基本導則。這套導則將同時兼顧綠地的環境改善、觀賞和休閑娛樂功能,而非一味地強調其改善環境的作用。

 

在以落葉樹和落葉灌木為主的北方地區,冬季時植被對PM2.5的吸附作用是否會變得很微弱?

    李新宇:植物的降溫、滯塵、減碳、減少噪音等功能都與其葉片有關,所以我們通常用"綠量"—植物功能性葉片的總量來衡量植物的生態效應。的確,冬季時,北方地區植物的綠量很低,生態效應會減弱很多。冬季的空氣污染物以粉塵為主,粉塵屬于一次污染物。測試結果表明,北方地區還有多種常綠針葉樹,例如雪松(Cedrusdeodara)、圓柏(Sabinachinensis)等植物均具有較強的滯塵能力。此外,一些能在北方地區越冬的常綠灌木,例如大葉黃楊和小葉黃楊,也能發揮較好的效果。但是這些灌木在冬季時常常用無紡布包裹,這樣的做法也會影響植物的滯塵效果。

    李延明:這其中存在一個很大的誤區。將綠籬包裹起來的做法本來是由于冬季降雪后需要在行車道路上噴灑融雪劑,其成分主要為氯鹽類,會對植物造成傷害,因此需要對綠籬進行防護。但其他很多區域(包括公園、居住區、廣場)不加了解就盲目效仿,也在綠籬表面覆蓋防護物。實則完全沒有必要,大葉黃楊和小葉黃楊完全可以在北京地區露地越冬。近年來,北京地區正在逐步用膠東衛矛(Euonymus kiautschovicus)替代大葉黃楊。這兩者在形態上非常相似,但膠東衛矛的抗寒性更強。常綠植物在北京無法越冬不完全由于低溫所致,更關鍵在于在冬春之交,氣溫已經回升,但土壤還未完全解凍,造成植物生理性干旱而死亡。我們不能只看到現象,更關鍵的是要去探尋現象背后的原因,才能采取正確的解決措施。

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