利用植物治理雾霾的可行性分析
摘要：就其目前的情况而言，北京的空气污染程度并未出现明显的改观，开始让人反思植物在净化，缓解雾霾的过程中是否起到了作用。一般认为植物叶片有滞留、附着和粘附3种滞尘方式。当 pm2.5 通过森林时，由于植物叶片的凹凸不平、不同朝向、有些植物叶上有毛以及从植物叶片气孔中分泌出的粘性叶浆和油脂等均能拦截住大量的微尘，有明显的阻挡、过滤和吸附作用。但是由于植物的滞尘机理，只是使空气中的颗粒物停留在叶片表面，无法被转换，被吸收。因此，植物在一段时间后会呈现滞尘饱和状态。有研究表明15天是植物单叶片滞尘量达到饱和的最大天数。为了能够保持植物的滞尘能力，需要采取些措施进行管理。权衡分析植物在滞尘作用上的改善途径以及限制因素之后可知，植物在净化、缓解雾霾的过程中起到了一定的作用。但由于气候、技术等因素，通过植物来治理雾霾目前无法得到突破性的改进。PM2.5的治理工作不是一朝一夕就能实现的，它是一个相对漫长的过程。单纯用植物滞尘作用远远不够，还需要结合其他治理手段，长、短效结合，控制污染源，从不同方面，不同角度，对PM2.5进行治理。
关键词：pm2.5、植物滞尘、沉降、绿化、北京
1.研究背景
随着中国城市化的发展，能源消耗和大气污染物排放量的不断地增加，导致环境的恶
化现象频出不穷。近年来，由于中国各大城市对pm2.5指标的质量监测持续超标，引起了人们对大气污染的普遍关注。
对于大气中的pm2.5污染，不仅对城市发展建设造成阻碍，而且对人类健康都会构成危害，然而至于如何治理pm2.5，目前的方法有很多，传统解决pm2.5的方法有（1）火电厂污染源控制（2）农作物的燃烧处理（3）工业排放污染的控制（4）汽车污染源的控制（5）植物滞尘。
自古以来，植物一直被视为空气的净化者，也许正是因此，才有了各大花卉市场借机向群众出售“吸毒植物”、“除霾植物”，城市建设中也在强调加大绿化程度来缓解污染现状。与其他传统治理方法一样，就其目前的情况而言，北京的空气污染程度并未出现明显的改观，开始让人反思植物在净化，缓解雾霾的过程中是否起到了作用。
2．分析地概况
2．1自然地理概况
北京位于我过、国华北平原的西北部，是全国的政治、文化中心。市中心经纬度为东经116°25’29”、北讳39°54’20”。分为14个区，2县。分析区域选取为
北京主城区，即东城、西城、海淀、朝阳、丰台及石景山组成的城六区。雄踞华北大平原北端。北京的西、北和东北，群山环绕，东南是缓缓向渤海倾斜的大平原。北京平原的海拔高度在20~60米，山地一般海拔1000~1500米，与河北交界的东灵山海拔2303米，为北京市最高峰。北京市三面环山、一面平原。尤其在有东南风的时，空气中的颗粒物在风的推送作用下汇集到市中心，由于山体的阻挡，使大气颗粒物无法得到扩散从而加重了城区的污染。
2．2气候条件概况
北京的气候是典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，夏季雨热同期，冬季干燥寒冷，春、秋两季时间短暂。冬季西北风，春秋多西北风，夏季东南风。夏季是北京的主要降水期,占全年降水量的3/4，降水集中在东北与西南部,本次分析的区域即平原及部分山区的降水量在500毫米左右。
2．3社会概况
据调查北京市统计局、国家统计局北京调查总队联合发布的数据显示：2012年末，北京常住人口已达2069.3万人。北京许多各大产业的发展依托自然环境的支持，不可避免的对环境的质量产生一定的影响。北京发达的交通系统，使得2012年机动车保有量突破520万辆，而且数量还在不都每年增加中，汽车尾气也成为空气污染的重要来源。
2.4空气质量概况
图1-5，是《危险的呼吸pm2.5的健康危害和经济损失评估研究》中2006年北京大学实验组大气pm2.5来源解析图。可见北京pm2.5的成分为煤炭燃烧19%，其他18%，二次硫酸盐17%，二次硝酸盐14%，生物质燃烧11%，交通扬尘9%，机动车辆6%，工业6%[1]。雾霾天气多发在春冬两季。[1]
3． Pm2.5的沉降机理
我国通常按照颗粒物在重力条件作用下的沉降特征，划分为降尘和总悬浮微粒。大气中颗粒物的沉降是指空气中的颗粒物在撞击到某一物体之后停留在该物体表面，从而使其自身脱离大气环境的过程。可分为干沉降与湿沉降。干沉降包括沉积、扩散、湍流，湿沉降包括冲刷和隐性沉降。[2]
1）干沉降（湍流）：由于细颗粒物本身粒径很小，质量很轻，很难依靠自身重力自行沉降，通常借助湍流作用发生沉降。
2）湿沉降（隐性沉降）：大气中易吸收水分的气溶胶，发生吸湿增长并落下来的过程。一定的相对湿度有助于pm2.5的吸湿增长，为沉降提供可能。
3）其他：某些pm2.5具有不稳定性，它们之间存在着电荷吸引或与周围环境中的物质发生反应，从而形成较大的粒子，增加沉降的可能。
4． 植物治理的可行性分析
4.1植物滞尘机理
植物叶片有滞留、附着和粘附3种滞尘方式。
1）滞留：由于枝叶对气流的阻挡作用，使大气中的颗粒物沉降到叶片上的滞尘方式。滞留的量与空气中的颗粒物携带量有关。而且，滞留在风速较大的情况下，很容易使叶片上的颗粒物再次返回大气中。降雨可把颗粒物冲淋到地面上。
2）附着：植物通过粗糙的叶片表皮以及角质层上的特殊结构能够达到拦截和固定空气中大气颗粒物。该方式下，植物滞尘量与叶片毛和蜡质的含量呈显著的正相关性。
3）粘附：靠植物叶表面分泌的一种特殊物质来粘附大气颗粒物的滞留方式。有研究表明，具有比较复杂叶面毛的阔叶树，以及细针叶结构的针叶树对大气中的颗粒物削减效率更高。[3]
4.2植物滞尘的效果
4.2.1单株尺度
拿室内植物来说，用植物来吸附房间的甲醛并不实际。浙江省环境监测中心徐冰烨博士也表明，植物其吸附的作用并不大，而且由于PM2.5细颗粒物本身粒径很小，质量很轻，很难依靠自身重力自行沉降，且室内气流平稳，想靠绿色植物来吸附PM2.5，效果不明显。
4.2.1群体尺度
有研究发现绿地植物若种植密度越大,冠幅越密集,则植物削减大气颗粒物的效率越高,空气中的大气颗粒物质量浓度就会变低。
Pm2.5由于质量很轻，由于风的缘故会不断扩大污染范围，风速越大，Pm2.5 漂浮就越快，污染的面积也越大。以森林为例，森林对pm2.5的直接净化作用体现在森林因其可以很好的阻挡、过滤和吸附pm2.5。当 pm2.5 通过森林时，由于植物叶片的凹凸不平、不同朝向、有些植物叶上有毛以及从植物叶片气孔中分泌出的粘性叶浆和油脂等均能拦截住大量的微尘，有明显的阻挡、过滤和吸附作用。就平均来看，大约一公顷的城市森林一年的滞尘量超过吨，绿化树木可以使降尘减少 20%-50%。
pm2.5一般都是带正电荷的离子，所以空气中的负氧离子便具有主动吸收 pm2.5的能力。有数据表面，当室内空气中的负氧离子浓度超过每立方厘米2.5万个时，空气中的含尘量就会减少一倍以上.而负氧离子的主要制造者就是一片
成熟的森林。由于森林的木材、叶枝尖端放电以及植物的光合作用所形成的光电效应能产生大量的负氧离子，森林覆盖率越高，负氧离子含量越高，对Pm2.5的消除能力越强。[4]
4.3植物滞尘的制约因素
4.3.1 pm2.5对植物的影响
大气污染物对植物的危害主要为失绿和坏死。坏死是指植物本身经过长期负面影响而造成的自身生理机能消失的现象。由于长期附着过量的颗粒，将造成气孔堵塞从而导致气体交换受阻；叶面结壳导致吸收额外的辐射而增温使植物体内的酶活性降低或受损被破坏；气体交换受阻和酶的破坏从而最终导致呼吸过程受到影响，降低了植物体的光和作用，使植物的衰老过程加快。有研究表明，在对原始光谱反射率进行微分和去包络线来转换光谱数据的过程中发现，粉尘污染程度的增加与植物反射光谱的红边振幅呈负相关，红边位置有蓝移趋势。从总得来看，随周围环境污染程度地增加,植物反射光谱的吸收深度出现降低趋势。可见大气粉尘污染直接或间接地影响到了植物的光合作用[5]
而且细颗粒物中包含的有害重金属在植物体内富集，也是造成植物生理机能降低的重要原因。
但其在较大的尺度上，植物覆盖率高的情况下，植物对pm2.5的影响占主导地位，而其对植物的危害则可忽略。
4.3.2滞尘饱和后的处理
由于植物的滞尘机理，只是使空气中的颗粒物停留在叶片表面，无法被转换，被吸收。因此，植物在一段时间后会呈现滞尘饱和状态。有研究表明15天是植物单叶片滞尘量达到饱和的最大天数。为了能够保持植物的滞尘能力，需要采取些措施进行管理。
1）人工冲洗。需要安排园林工人15天为一次地对绿化树种叶片进行人工冲洗。
2）雨淋。森林对雨水有明显的截流作用。在下雨时，雨水中的pm2.5等颗粒物落到地面将会进入枯落层和腐殖层，最终变成森林土壤的一部分，从而避免了 pm2.5的二次污染。[5]但由于北京的气候条件，主要的降水期集中在夏季。而雾霾天主要却发生在冬春季，所以在冬春季，很难保证每隔15天便会下雨。因此，靠雨淋来解决滞尘饱和的问题显然不够科学。
4.3.3雾霾高发时间与植物净化能力
霾天主要发生在相对湿度较低的冬春季，然而由于许多落叶植物还没发叶，此时植物的自净化能力很有限，因而植树种草在冬春季对环境的改善能力有限。
5. 总结
权衡植物在滞尘作用上的改善途径以及限制因素之后可知，植物在净化、缓解雾霾的过程中起到了一定的作用。但由于气候、技术等因素，通过植物来治理雾霾目前无法得到突破性的改进。就目前的条件而言，
（1）北京城区因多选用枝叶繁密的常绿针叶树或常绿阔叶树，片植与主城区外的西北部用以阻挡，过滤随冬春季的西北风而来的空气细颗粒物。条件允许的情况下，应该尽量考虑乔灌草多层垂直绿化，能有效减缓风速，使更多的细颗粒物在此区域内沉降下来。
（2）主城区内应采用多样化、立体化的绿化手段。
道路绿化道路绿化应当考虑为了吸附由于车辆穿行造成的道路的扬尘、尾气排放，当选用以大灌木为主，合理搭配其他乔木，草本等植物栽植于道路的中间与两侧。
墙体绿化由于市区建筑物密集，增大了下垫面粗糙度，使得其风速一般小于郊区，可借着其巨大的墙体面积，在不增加用地的情况下，提高城市的绿化覆盖率，增加绿化量。建议选用耐荫性好的藤本植物栽植于建筑物的北面墙体上。
屋顶绿化该领域在我国还处于发展阶段。但有不少专家学者表示，屋顶绿化面积在城市中所占比重将越来越多，在不久的将来便会成为改善空气质量的重要工具。
PM2.5的治理工作不是一朝一夕就能实现的，它是一个相对漫长的过程。单纯用植物滞尘作用远远不够，还需要结合其他治理手段，长、短效结合，控制污染源，从不同方面，不同角度，对PM2.5进行治理。
参考文献：
[1] 潘小川、李国星、高婷.危险的呼吸pm2.5的健康危害和经济损失评估研究.中国环境科学出版社.2012
[2]赵晨曦、王玉杰、王云琦、张会兰.细颗粒物（pm2.5）与植被关系的研究综述.生态学杂志.2013
[3] 牟浩.城市道路绿带宽度对空气污染物的削减效率研究.2013
[4]杨怀林 车勇 任建.城市森林对 pm2.5的调控作用
[5]肖慧玲.粉尘污染下园林植物的光谱特征及光合作特性研究.硕士学位论文
利用植物治理雾霾的可行性分析
摘要：就其目前的情况而言，北京的空气污染程度并未出现明显的改观，开始让人反思植物在净化，缓解雾霾的过程中是否起到了作用。一般认为植物叶片有滞留、附着和粘附3种滞尘方式。当 pm2.5 通过森林时，由于植物叶片的凹凸不平、不同朝向、有些植物叶上有毛以及从植物叶片气孔中分泌出的粘性叶浆和油脂等均能拦截住大量的微尘，有明显的阻挡、过滤和吸附作用。但是由于植物的滞尘机理，只是使空气中的颗粒物停留在叶片表面，无法被转换，被吸收。因此，植物在一段时间后会呈现滞尘饱和状态。有研究表明15天是植物单叶片滞尘量达到饱和的最大天数。为了能够保持植物的滞尘能力，需要采取些措施进行管理。权衡分析植物在滞尘作用上的改善途径以及限制因素之后可知，植物在净化、缓解雾霾的过程中起到了一定的作用。但由于气候、技术等因素，通过植物来治理雾霾目前无法得到突破性的改进。PM2.5的治理工作不是一朝一夕就能实现的，它是一个相对漫长的过程。单纯用植物滞尘作用远远不够，还需要结合其他治理手段，长、短效结合，控制污染源，从不同方面，不同角度，对PM2.5进行治理。
关键词：pm2.5、植物滞尘、沉降、绿化、北京
1.研究背景
随着中国城市化的发展，能源消耗和大气污染物排放量的不断地增加，导致环境的恶
化现象频出不穷。近年来，由于中国各大城市对pm2.5指标的质量监测持续超标，引起了人们对大气污染的普遍关注。
对于大气中的pm2.5污染，不仅对城市发展建设造成阻碍，而且对人类健康都会构成危害，然而至于如何治理pm2.5，目前的方法有很多，传统解决pm2.5的方法有（1）火电厂污染源控制（2）农作物的燃烧处理（3）工业排放污染的控制（4）汽车污染源的控制（5）植物滞尘。
自古以来，植物一直被视为空气的净化者，也许正是因此，才有了各大花卉市场借机向群众出售“吸毒植物”、“除霾植物”，城市建设中也在强调加大绿化程度来缓解污染现状。与其他传统治理方法一样，就其目前的情况而言，北京的空气污染程度并未出现明显的改观，开始让人反思植物在净化，缓解雾霾的过程中是否起到了作用。
2．分析地概况
2．1自然地理概况
北京位于我过、国华北平原的西北部，是全国的政治、文化中心。市中心经纬度为东经116°25’29”、北讳39°54’20”。分为14个区，2县。分析区域选取为
北京主城区，即东城、西城、海淀、朝阳、丰台及石景山组成的城六区。雄踞华北大平原北端。北京的西、北和东北，群山环绕，东南是缓缓向渤海倾斜的大平原。北京平原的海拔高度在20~60米，山地一般海拔1000~1500米，与河北交界的东灵山海拔2303米，为北京市最高峰。北京市三面环山、一面平原。尤其在有东南风的时，空气中的颗粒物在风的推送作用下汇集到市中心，由于山体的阻挡，使大气颗粒物无法得到扩散从而加重了城区的污染。
2．2气候条件概况
北京的气候是典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，夏季雨热同期，冬季干燥寒冷，春、秋两季时间短暂。冬季西北风，春秋多西北风，夏季东南风。夏季是北京的主要降水期,占全年降水量的3/4，降水集中在东北与西南部,本次分析的区域即平原及部分山区的降水量在500毫米左右。
2．3社会概况
据调查北京市统计局、国家统计局北京调查总队联合发布的数据显示：2012年末，北京常住人口已达2069.3万人。北京许多各大产业的发展依托自然环境的支持，不可避免的对环境的质量产生一定的影响。北京发达的交通系统，使得2012年机动车保有量突破520万辆，而且数量还在不都每年增加中，汽车尾气也成为空气污染的重要来源。
2.4空气质量概况
图1-5，是《危险的呼吸pm2.5的健康危害和经济损失评估研究》中2006年北京大学实验组大气pm2.5来源解析图。可见北京pm2.5的成分为煤炭燃烧19%，其他18%，二次硫酸盐17%，二次硝酸盐14%，生物质燃烧11%，交通扬尘9%，机动车辆6%，工业6%[1]。雾霾天气多发在春冬两季。[1]
3． Pm2.5的沉降机理
我国通常按照颗粒物在重力条件作用下的沉降特征，划分为降尘和总悬浮微粒。大气中颗粒物的沉降是指空气中的颗粒物在撞击到某一物体之后停留在该物体表面，从而使其自身脱离大气环境的过程。可分为干沉降与湿沉降。干沉降包括沉积、扩散、湍流，湿沉降包括冲刷和隐性沉降。[2]
1）干沉降（湍流）：由于细颗粒物本身粒径很小，质量很轻，很难依靠自身重力自行沉降，通常借助湍流作用发生沉降。
2）湿沉降（隐性沉降）：大气中易吸收水分的气溶胶，发生吸湿增长并落下来的过程。一定的相对湿度有助于pm2.5的吸湿增长，为沉降提供可能。
3）其他：某些pm2.5具有不稳定性，它们之间存在着电荷吸引或与周围环境中的物质发生反应，从而形成较大的粒子，增加沉降的可能。
4． 植物治理的可行性分析
4.1植物滞尘机理
植物叶片有滞留、附着和粘附3种滞尘方式。
1）滞留：由于枝叶对气流的阻挡作用，使大气中的颗粒物沉降到叶片上的滞尘方式。滞留的量与空气中的颗粒物携带量有关。而且，滞留在风速较大的情况下，很容易使叶片上的颗粒物再次返回大气中。降雨可把颗粒物冲淋到地面上。
2）附着：植物通过粗糙的叶片表皮以及角质层上的特殊结构能够达到拦截和固定空气中大气颗粒物。该方式下，植物滞尘量与叶片毛和蜡质的含量呈显著的正相关性。
3）粘附：靠植物叶表面分泌的一种特殊物质来粘附大气颗粒物的滞留方式。有研究表明，具有比较复杂叶面毛的阔叶树，以及细针叶结构的针叶树对大气中的颗粒物削减效率更高。[3]
4.2植物滞尘的效果
4.2.1单株尺度
拿室内植物来说，用植物来吸附房间的甲醛并不实际。浙江省环境监测中心徐冰烨博士也表明，植物其吸附的作用并不大，而且由于PM2.5细颗粒物本身粒径很小，质量很轻，很难依靠自身重力自行沉降，且室内气流平稳，想靠绿色植物来吸附PM2.5，效果不明显。
4.2.1群体尺度
有研究发现绿地植物若种植密度越大,冠幅越密集,则植物削减大气颗粒物的效率越高,空气中的大气颗粒物质量浓度就会变低。
Pm2.5由于质量很轻，由于风的缘故会不断扩大污染范围，风速越大，Pm2.5 漂浮就越快，污染的面积也越大。以森林为例，森林对pm2.5的直接净化作用体现在森林因其可以很好的阻挡、过滤和吸附pm2.5。当 pm2.5 通过森林时，由于植物叶片的凹凸不平、不同朝向、有些植物叶上有毛以及从植物叶片气孔中分泌出的粘性叶浆和油脂等均能拦截住大量的微尘，有明显的阻挡、过滤和吸附作用。就平均来看，大约一公顷的城市森林一年的滞尘量超过吨，绿化树木可以使降尘减少 20%-50%。
pm2.5一般都是带正电荷的离子，所以空气中的负氧离子便具有主动吸收 pm2.5的能力。有数据表面，当室内空气中的负氧离子浓度超过每立方厘米2.5万个时，空气中的含尘量就会减少一倍以上.而负氧离子的主要制造者就是一片
成熟的森林。由于森林的木材、叶枝尖端放电以及植物的光合作用所形成的光电效应能产生大量的负氧离子，森林覆盖率越高，负氧离子含量越高，对Pm2.5的消除能力越强。[4]
4.3植物滞尘的制约因素
4.3.1 pm2.5对植物的影响
大气污染物对植物的危害主要为失绿和坏死。坏死是指植物本身经过长期负面影响而造成的自身生理机能消失的现象。由于长期附着过量的颗粒，将造成气孔堵塞从而导致气体交换受阻；叶面结壳导致吸收额外的辐射而增温使植物体内的酶活性降低或受损被破坏；气体交换受阻和酶的破坏从而最终导致呼吸过程受到影响，降低了植物体的光和作用，使植物的衰老过程加快。有研究表明，在对原始光谱反射率进行微分和去包络线来转换光谱数据的过程中发现，粉尘污染程度的增加与植物反射光谱的红边振幅呈负相关，红边位置有蓝移趋势。从总得来看，随周围环境污染程度地增加,植物反射光谱的吸收深度出现降低趋势。可见大气粉尘污染直接或间接地影响到了植物的光合作用[5]
而且细颗粒物中包含的有害重金属在植物体内富集，也是造成植物生理机能降低的重要原因。
但其在较大的尺度上，植物覆盖率高的情况下，植物对pm2.5的影响占主导地位，而其对植物的危害则可忽略。
4.3.2滞尘饱和后的处理
由于植物的滞尘机理，只是使空气中的颗粒物停留在叶片表面，无法被转换，被吸收。因此，植物在一段时间后会呈现滞尘饱和状态。有研究表明15天是植物单叶片滞尘量达到饱和的最大天数。为了能够保持植物的滞尘能力，需要采取些措施进行管理。
1）人工冲洗。需要安排园林工人15天为一次地对绿化树种叶片进行人工冲洗。
2）雨淋。森林对雨水有明显的截流作用。在下雨时，雨水中的pm2.5等颗粒物落到地面将会进入枯落层和腐殖层，最终变成森林土壤的一部分，从而避免了 pm2.5的二次污染。[5]但由于北京的气候条件，主要的降水期集中在夏季。而雾霾天主要却发生在冬春季，所以在冬春季，很难保证每隔15天便会下雨。因此，靠雨淋来解决滞尘饱和的问题显然不够科学。
4.3.3雾霾高发时间与植物净化能力
霾天主要发生在相对湿度较低的冬春季，然而由于许多落叶植物还没发叶，此时植物的自净化能力很有限，因而植树种草在冬春季对环境的改善能力有限。
5. 总结
权衡植物在滞尘作用上的改善途径以及限制因素之后可知，植物在净化、缓解雾霾的过程中起到了一定的作用。但由于气候、技术等因素，通过植物来治理雾霾目前无法得到突破性的改进。就目前的条件而言，
（1）北京城区因多选用枝叶繁密的常绿针叶树或常绿阔叶树，片植与主城区外的西北部用以阻挡，过滤随冬春季的西北风而来的空气细颗粒物。条件允许的情况下，应该尽量考虑乔灌草多层垂直绿化，能有效减缓风速，使更多的细颗粒物在此区域内沉降下来。
（2）主城区内应采用多样化、立体化的绿化手段。
道路绿化道路绿化应当考虑为了吸附由于车辆穿行造成的道路的扬尘、尾气排放，当选用以大灌木为主，合理搭配其他乔木，草本等植物栽植于道路的中间与两侧。
墙体绿化由于市区建筑物密集，增大了下垫面粗糙度，使得其风速一般小于郊区，可借着其巨大的墙体面积，在不增加用地的情况下，提高城市的绿化覆盖率，增加绿化量。建议选用耐荫性好的藤本植物栽植于建筑物的北面墙体上。
屋顶绿化该领域在我国还处于发展阶段。但有不少专家学者表示，屋顶绿化面积在城市中所占比重将越来越多，在不久的将来便会成为改善空气质量的重要工具。
PM2.5的治理工作不是一朝一夕就能实现的，它是一个相对漫长的过程。单纯用植物滞尘作用远远不够，还需要结合其他治理手段，长、短效结合，控制污染源，从不同方面，不同角度，对PM2.5进行治理。
参考文献：
[1] 潘小川、李国星、高婷.危险的呼吸pm2.5的健康危害和经济损失评估研究.中国环境科学出版社.2012
[2]赵晨曦、王玉杰、王云琦、张会兰.细颗粒物（pm2.5）与植被关系的研究综述.生态学杂志.2013
[3] 牟浩.城市道路绿带宽度对空气污染物的削减效率研究.2013
[4]杨怀林 车勇 任建.城市森林对 pm2.5的调控作用
[5]肖慧玲.粉尘污染下园林植物的光谱特征及光合作特性研究.硕士学位论文