北京市典型林分对PM2.5等大气颗粒物调控作用研究

发布时间：2017-03-15 17:28

【摘要】：城市大气颗粒物污染日益严重并引起了政府及社会各界的广泛担忧。植被尤其是木本植物可通过覆盖地表减少颗粒物来源、吸滞大气颗粒物、影响气象因子间接作用于大气颗粒物等方式,对大气颗粒物产生一定的调控和消除作用。因此,近年来借助城市树木减轻大气颗粒物污染受到了学术界及相关职能部门的普遍关注。但对植被吸滞颗粒物质量及粒径分布测定还缺乏精准的研究方法,对北京市调控大气颗粒物(特别是细颗粒物(PM2.5,d≤2.5 μm))典型林分配置模式也缺乏系统的研究,因此本文围绕以上两个方面开展了相关研究。研究内容主要包括：(1)对植物叶片吸滞PM2.5等大气颗粒物定量研究方法进行探索。(2)以城市道路边银杏单木为例,研究树木叶片大气颗粒物滞纳量在冠层内的空间变异性,分析其单位面积叶片PM2.5、PM1o(d≤ 10 μm)和TSP(d≤ 100 μm)吸滞量。(3)在对北京平原风景游憩林类型及其基本特征进行详细调查基础上,研究了典型林分对PM2.5、PM1o和TSP等大气颗粒物的吸滞能力及其与气象条件的关系,并提出调控PM2.5等大气颗粒物的典型林分配置模式。研究结果表明：(1)所提出的洗脱称量粒度分析法(EWPA)可实现对植物叶片吸滞大气颗粒物质量和粒径分布进行直接、准确测定,其可操作性强。其主要特点为：测定流程为清洗叶片、离心洗液、烘干等步骤收集其吸滞的颗粒物,然后对颗粒物称量,并采用激光粒度仪测定颗粒物的粒径分布,最后利用叶面积和林分叶面积指数数据换算得到单位面积叶片和林分的各径阶颗粒物吸滞量；测定颗粒物粒径范围为0.375～2000μm。在奥林匹克森林公园内一片毛白杨林分(27天未经历降雨,PM2.5日均值超国家二级标准的天数达到20天)中应用该法,测得毛白杨叶片吸滞大气颗粒物的粒径均值为17.8 μm,吸滞PM2.5、可吸入颗粒物(PM1o)和总悬浮颗粒物(TSP)的百分比分别为13.7%、47.2%和99.9%；叶片的PM2.5、PM10、TSP和总颗粒物吸滞量分别为8.88×10-、30.6×10-6、64.7×10-6和64.8×10-6g·cm-2；林分的PM2.5、PM10、TSP和总颗粒物吸滞量分别为0.963、3.32、7.01和7.02 kg·hm-2。(2)在0-2级风且大气污染不严重的天气下,城市道路边银杏单木单位面积叶片PM2.5、PM10和TSP滞纳量在冠层内的空间分布无明显规律,单位面积叶片PM2.5和PM10滞纳量分布状况较为相似,低处叶片PM2.5、PM1o滞纳量更大,高处叶片TSP滞纳量更大；除了高度对单位面积叶片PM2.5滞纳量有显著影响(P0.05),高度、方向、部位因子及交互作用对树冠单位面积叶片PM2.5、PM1o和TSP滞纳量均无显著影响(P0.05)。针对不同研究目的,对树木冠层大气颗粒物滞纳量研究的采样方法提出建议,为城市植被对大气颗粒物吸滞作用的相关研究提供一定科学依据。(3)当风力为0～2级时,在各污染级别下4片林分内PM2.5浓度的日均值[观测时段内(9：00—15：00)PM2.5浓度平均值]无显著差异(P0.05)。林内PM2.5浓度与空气相对湿度呈显著正相关(P0.01),与气温呈显著负相关(P0.05),与风速不相关(P0.05)。相对于林分外空地,林分内PM2.5浓度变化比例在-21.4%～33.2%,空气湿度较低时林分内PM2.5浓度降低,较高时增加,本次研究空气湿度的临界值为67%。(4)本研究中,不同林分中各树种叶片吸滞颗粒物粒径范围大都在260μm以内,粒径均值在12-39μm范围内。针叶树吸滞大气颗粒物能力大于阔叶树种,单位面积叶片PM2.5和PM10吸滞量最大的三个树种分别为：华山松、银杏、圆柏；单位面积叶片TSP吸滞量最大的三个树种分别为：华山松、元宝枫、银杏。单位面积林分PM2.5、PM10、TSP吸滞量比较中,华山松-银杏混交林和多树种复层混交林最大。基于本次研究结果,综合拓展提出两种调控PM2.5等大气颗粒物的典型林分配置模式,即“疏密交错模式”和“全面控制模式”。
【关键词】：大气颗粒物 洗脱称量粒度分析法 单木 气象因子 吸滞量 林分
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S718.5;X513
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