植物是如何對抗霧霾的

發(fā)布時(shí)間：2017/12/27

植物是如何對抗霧霾的 “霾“是指大氣中細顆粒物濃度升高，而導致能見(jiàn)度下降的現象。本訪(fǎng)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(gè)相關(guān)研究課題—“應對PM2.5空氣污染的北京造林工程關(guān)鍵技術(shù)研究與示范“和“北京地區揚塵抑制技術(shù)研發(fā)及示范應用“—的*新研究進(jìn)展。 在通過(guò)運用植物治理PM2.5方面，您和您的團隊進(jìn)行了哪些工作？ 李延明：大氣污染，尤其是霾，現在已經(jīng)成為城市環(huán)境中*為嚴峻的一個(gè)問(wèn)題，不少城市已經(jīng)將“霧霾天氣“作為災害性天氣現象進(jìn)行預警?！蚌病笆侵复髿庵屑氼w粒物（主要是PM2.5）濃度升高，而導致能見(jiàn)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(kāi)展兩個(gè)課題研究，*個(gè)是“應對PM2.5空氣污染的北京造林工程關(guān)鍵技術(shù)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(gè)是*科技計劃支撐課題—“北京地區揚塵抑制技術(shù)研發(fā)及示范應用“，除了一直關(guān)注的總懸浮顆粒物（TSP）治理外，重點(diǎn)還是在圍繞如何減少PM2.5開(kāi)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(guān)鍵的思想。*先應該從源頭治理，減少污染氣體的排放。實(shí)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(gè)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(lái)說(shuō)，植被是*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(lái)說(shuō)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(shí)效較短、耗資高昂。 通過(guò)我們的研究，*先可以肯定的是，城市綠地對于降低PM2.5的濃度能夠發(fā)揮明確的作用。也就是說(shuō)綠地生態(tài)系統對大氣污染物具有重要的“匯“的作用。通過(guò)植物個(gè)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(gè)城市綠地體系究竟能對降低PM2.5發(fā)揮多大的作用，目前還沒(méi)有確切的定論。綠地對于治理PM2.5的作用不能被過(guò)分夸大，也并不能獲得立竿見(jiàn)影的效果，PM2.5的治理需要整合多種途徑。 不同植物種類(lèi)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(jìn)行了測定。洗塵法就是將葉片上的殘留物收集起來(lái)，然后進(jìn)行稱(chēng)重。 目前我們已經(jīng)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(lèi)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(zhì)量是*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，沙地柏（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*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(zhù)在植物表面后，會(huì )發(fā)生怎樣的變化？ 李新宇：目前我們主要通過(guò)電鏡掃描來(lái)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(huì )有隆起、溝槽等性征。一些植物表面看起來(lái)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(zhù)在這些超微結構之上，PM2.5在空氣中的再懸浮概率相對來(lái)說(shuō)非常小。細小顆粒物被吸附之后，也會(huì )在葉表發(fā)生團聚，形成更大的顆粒物，通過(guò)降雨或刮風(fēng)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(huì )通過(guò)擴散運動(dòng)進(jìn)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(jìn)入氣孔之后，不可溶性的成分不會(huì )發(fā)生太大的變化；可溶性成分，比如硝酸鹽，將會(huì )參與到植物的代謝過(guò)程中，然后得到轉換。不過(guò)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(gè)重要來(lái)源，有研究團隊發(fā)現植物能夠有效吸收二氧化硫、氮氧化物和揮發(fā)性有機物這些會(huì )形成二次污染的物質(zhì)。 請問(wèn)在研究的過(guò)程中是如何與大氣專(zhuān)業(yè)進(jìn)行銜接的？有哪些跨學(xué)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(diǎn)是植物對PM2.5的吸附機理和研究方法的探討。相關(guān)的實(shí)驗正在進(jìn)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(dòng)態(tài)的變化過(guò)程中，為我們的研究帶來(lái)了非常大的困難。另一方面在于對于PM2.5的研究在大氣專(zhuān)業(yè)中也是一個(gè)非常前沿的領(lǐng)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(huán)境治理方面，一直以來(lái)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(lǐng)域可以說(shuō)是空白的。我們與大氣專(zhuān)家合作，對如何才能獲取植物葉片上的顆粒物，以及如何進(jìn)行稱(chēng)重等問(wèn)題進(jìn)行了探討。我們的工作是在與大氣專(zhuān)家的合作中摸索前進(jìn)。 該研究成果將主要應用在哪些方面？對城市規劃師、景觀(guān)設計師的工作有怎樣的切實(shí)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(gè)方面的指導。一方面在于提供有關(guān)物種選擇的參考，另一方面在于提供有關(guān)綠地配植模式的建議。我們針對幾種典型的綠地類(lèi)型—公園綠地、道路綠地、附屬綠地—中不同的植物配植群落進(jìn)行了對比研究。例如，針對道路綠地，我們在北京四環(huán)路上選取了4處典型的地段—污染狀況、交通流量等情況類(lèi)似—通過(guò)長(cháng)期的戶(hù)外監測，對不同的配植模式下的PM2.5消減情況進(jìn)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(shí)兼顧綠地的環(huán)境改善、觀(guān)賞和休閑娛樂(lè )功能，而非一味地強調其改善環(huán)境的作用。 在以落葉樹(shù)和落葉灌木為主的北方地區，冬季時(shí)植被對PM2.5的吸附作用是否會(huì )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(guān)，所以我們通常用“綠量“—植物功能性葉片的總量來(lái)衡量植物的生態(tài)效應。的確，冬季時(shí)，北方地區植物的綠量很低，生態(tài)效應會(huì )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(shù)，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(fā)揮較好的效果。但是這些灌木在冬季時(shí)常常用無(wú)紡布包裹，這樣的做法也會(huì )影響植物的滯塵效果。 李延明：這其中存在一個(gè)很大的誤區。將綠籬包裹起來(lái)的做法本來(lái)是由于冬季降雪后需要在行車(chē)道路上噴灑融雪劑，其成分主要為氯鹽類(lèi)，會(huì )對植物造成傷害，因此需要對綠籬進(jìn)行防護。但其他很多區域（包括公園、居住區、廣場(chǎng)）不加了解就盲目效仿，也在綠籬表面覆蓋防護物。實(shí)則完全沒(méi)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(lái)，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(tài)上非常相似，但膠東衛矛的抗寒性更強。常綠植物在北京無(wú)法越冬不完全由于低溫所致，更關(guān)鍵在于在冬春之交，氣溫已經(jīng)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(guān)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。