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题名: 北京空气细颗粒物污染特征及常见绿化树种滞尘效应研究
作者: 宋英石
学位类别: 博士
答辩日期: 2015-05
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 王效科 ; 李锋
关键词: 北京,PM2.5,源解析,植物滞尘,PM2.5, Source appointment, Dust retention, Beijing
其他题名: The study on fine particulate air pollution characteristics and the dust detention effect of greening trees in Beijing
学位专业: 生态学
中文摘要:     受工业化和城市化的影响,全世界几乎所有城市均出现了不同程度的空气污染问题,其中空气颗粒物污染问题尤为严重。在通过提高技术,减少颗粒物排放的同时,寻求生态的方法解决空气颗粒物污染问题逐渐受到研究者和民众的重视。绿地在城市中具有多种生态服务功能,其中,植物在减缓空气颗粒物污染,改善空气质量方面发挥着重要作用。
    本论文首先对北京市细颗粒物(PM2.5)的污染特征进行了研究,重点分析了北京空气颗粒物浓度变化、水溶性离子浓度和无机元素含量变化,并通过 PFM模型对北京市 PM2.5的来源进行了源解析。其次,对典型常绿树种的滞尘效应进行了研究,分析了叶表颗粒物的形貌特征和数量密度,对比了九种典型绿化树种滞尘量的差异,并找出了影响叶片滞尘量的主要因素,研究了降雨冲刷和环境颗粒
物的浓度对植物滞尘量的影响,总结了北京市九大城市公园的滞尘特点。最后对北京市城六区植物年滞尘总量进行了核算。主要研究结果如下:
(1)2013年8月到2014年7月,四个生态站点PM2.5浓度从高到低依次为生态中心(78.51μg/m3)>大兴采育(76.52μg/m3)>教学植物园(59.16μg/m3)>蟒山(54.20μg/m3)。从季节性变化特征看,北京冬季明显高于其他三个季节,并且严重污染发生次数更加频繁,这与冬季取暖有很大关系。从 PM2.5化学组成成分上看,北京 PM2.5中水溶性离子占61%,其中硫酸根、硝酸根和铵根离子是主要的成分,无机元素占 7%,其中。硅、铝和铁是含量较高的三种元素。随着 PM2.5污染程度的加重,硫酸根、硝酸根和铵根离子浓度急剧增加。通过源解析发现氮源(汽车尾气和农业活动)、工业和燃煤是 PM2.5的三个主要来源,贡献率分别为30%、22%和 18%。道路扬尘也是 PM2.5的一个重要来源,贡献率为13%。
(2)从扫描电镜的结果上看,叶片表面的褶皱区、绒毛或气孔周围等粗糙位置容易产生颗粒物聚积。通过对叶片表面颗粒物的形貌和化学成分分析,判定叶片表面的颗粒物大多为自然源产生,但也有部分来自人为源。叶片表面颗粒物数量巨大,平均密度为 1.95×104/cm2,绝大部分为细颗粒物,其数量百分比为96%。从叶片颗粒物数量密度看,刺柏是滞尘量最高的树种(3.36×104/cm2),而大叶黄杨滞尘能力最低(8.95×103/cm2
(3)不同树种滞尘能力有显著差异,阔叶树种中栾树的滞尘量最高,为362μg/cm2,针叶树中刺柏的滞尘量最高,为292μg/cm2)。叶片吸附的颗粒物按其存在位置分为两部分,叶表颗粒物和树脂颗粒物,在叶片表面滞尘量达到“饱和”的状态下,两者的比例为 4:1。植物本身的形态特征对植物的滞尘量有显著影响。植物叶表滞尘量与叶片粗糙度有显著性相关关系,树脂中大粒径颗粒物与树脂量有显著性相关关系,其他植物特征与植物滞尘量关系不显著。
(4)叶表颗粒物被雨水冲刷到土壤或者水体中,植物叶片重新开始滞尘,实现了颗粒物从空气向土壤或者水体的转移,我们将这部分颗粒物成为叶表流动尘。结合北京市降雨次数和降雨量,计算得出 2014年北京常绿树种叶表流动尘总量为745.05 μg/cm2,其中细颗粒物、粗颗粒物和大颗粒物的质量分别为4.92、78.41μg/cm2和661.72μg/cm2 其中细颗粒物、粗颗粒物和大颗粒物的质量分别为 4.81μg/cm2、521.95μg/cm2
(5)植物滞尘量在公园内部和行道树之间有明显的差异,行道树叶表总滞尘量平均为 259.31μg/cm2,公园内部叶表总滞尘量平均为134.25μg/cm2。公园内部叶表细颗粒物、粗颗粒物和大颗粒是行道树叶表颗粒物的 60%、59%和 50%。从公园边缘到中心,每 100米单位叶面积上的颗粒物质量减少4%-5%,其中叶表细颗粒物每百米减少 0.17μg/cm2,叶表粗颗粒物每百米减少 1.19μg/cm2,叶表大颗粒每百米减少 6.19μg/cm2
(6)结合北京市植物叶面积总量,单位叶面积年滞尘量总量,我们对北京市城六区所有植物滞尘量进行了评估。2014年北京城六区植物总滞尘量为9789吨,其中细颗粒物滞尘量为 105吨、粗颗粒物滞尘量为1227吨、大颗粒物滞尘量为 8457吨。各区中滞尘量最高的是海淀区为  3213吨,其次为朝阳区,为 2894吨,两个区的滞尘量之和占城六区的 62%。滞尘量最低的为东城区,233.94吨,仅占总滞尘量的 2.4%。北京城六区的植物 2014年吸附和转移的  PM2.5可以使北京全年 PM2.5达到二级质量的天数增加15天。
    综合来看,植物在吸附、固定和转移空气颗粒物方面发挥着巨大作用,城市植物是空气颗粒物的一个汇。通过植物固定和转移空气颗粒物是一个成本低,容易实施,并且环境友好的一种生态治理方法。本研究结果为筛选高效滞尘树种提供科学依据,为科学评估植物滞尘量提供了重要参考。
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/34370
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宋英石. 北京空气细颗粒物污染特征及常见绿化树种滞尘效应研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2015.
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