CN107148892A - 一种调控大气颗粒物的道路防护林配置结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种调控大气颗粒物的道路防护林配置结构及方法，本发明根据不同树种阻滞颗粒物的功能差异，将树种分为高颗粒物阻滞能力、中等颗粒物阻滞能力和低颗粒物阻滞能力的树种；根据不同树种配置方式阻滞颗粒物的功能差异，将不同树种的配置方式分为高颗粒物阻滞能力、中等颗粒物阻滞能力和低颗粒物阻滞能力的树种配置方式；依据道路不同的防护功能要求，选择抗逆性强的适宜性乔木和灌木；再确定阔叶树和针叶树比例；再选择合适的林木结构；最后针对道路防护林降低颗粒物危害的林木配置。本发明在配置中考虑乔灌木的种类、针阔比、郁闭度、疏透度、叶面积指数及地被覆盖等，发挥林木阻滞颗粒物的功能，降低颗粒物对人的健康危害。
Description
【技术领域】
本发明涉及大气颗粒物调控技术领域，具体涉及一种调控大气颗粒物的道路防护林配置结构及方法。
【背景技术】
颗粒物(particulate matter，PM)是大气环境中液体和固体颗粒物的总称，是我国大多数城市的首要污染物。按颗粒物粒径可以划分为降尘(空气动力学当量直径大于10μm，PM>10)和飘尘(空气动力学当量直径小于等于10μm)。空气动力学当量直径小于等于10μm的颗粒即为可吸入颗粒物(PM10)，又可分为粗颗粒物(空气动力学当量直径介于2.5和10μm之间，PM2.5-10)和细颗粒物(空气动力学当量直径小于等于2.5μm，PM2.5)。国内外现有研究表明，随着吸入的PM2.5、PM10浓度的升高，可以造成敏感人群过早死亡率升高，造成人体内部呼吸、循环、免疫、中枢神经及内分泌等系统疾病的发生。吸入高浓度的PM2.5、PM10也能影响胎儿的生长发育、儿童的生长发育和免疫功能。由于PM2.5、PM10等颗粒物粒径非常小，在大气中停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量影响更大。
近年来，我国城市化进程不断加快，汽车保有量不断增加，由车流产生的街尘污染持续攀升。有研究表明，我国城市PM10和PM2.5中有20％左右来源于机动车排放(参见：环境与可持续发展，2011年，第35卷，第5期，我国大气颗粒物来源及特征分析)。而受交通污染危害最严重的是交通干道及两侧街道的50m以内、1.7m以下的低空范围，此范围也正处于行人的呼吸区域，极易造成地面人群的受害(参见：Environmental Modelling and Software，2006年，第21卷，Numerical investigation of the pollution dispersion in an urbanstreet canyon)。因此，有效改善城市机动车污染是改善城市质量的必要举措。
绿色植物因其特殊的叶表面特征和冠层结构而具有滞留、吸附/吸收和过滤颗粒物的作用。因此，增大城市森林面积作为一项重要的治理大气颗粒物的措施而加大了实施力度。从树木个体来看，树木的形态特征、树木所处的生长区域、季相变化和环境因子等影响其降尘和滞尘的功能；而从树木为主体的绿地来看，其面积大小、结构特征和季相变化等也直接影响到其对大气颗粒物的净化效果(参见：安徽农业大学学报，2008年，第35卷，第4期，6种城市绿地空气PM2.5浓度变化规律的研究)。从城市污染治理的实践来看，人们也希望通过加强绿化建设，拓展城市生态空间，发挥城市森林树木对大气颗粒污染物的净化功能，为人民提供清新的空气和相对清洁的场所。
面对迅速提高的发挥林木滞留大气颗粒物(PM2.5、PM2.5-10、PM10、PM>10)功能的新要求，选择合适树种并进行合理配置显得尤为重要。目前，在评价不同树种滞留大气颗粒物(PM2.5、PM2.5-10、PM10、PM>10)能力时多依据单位叶面积上的测定结果(参见：生态学报，2013年，第33卷，第8期，广州市常见行道树种叶片表面形态与滞尘能力)。但实际上，不同树种的树体大小和冠层结构等方面差别很大，其吸滞大气颗粒物(PM2.5、PM2.5-10、PM10、PM>10)的能力也会有很大差别。因此，仅从单位叶面积尺度上的研究结果来选择植物并不能完全真实的反应实际情况。此外，道路绿化主要依据《城市道路绿化规划与设计规范》(CJJ75—97)和造林技术规程(GB/T15776—2006)，这些规范中给出了道路绿化遵循的原则以及树种选择的原则，如适地适树、优先稳定性好、抗性强、优先选择优良的乡土树种以及选择多种植物，防止树种单一化。这对于道路绿化带的设计是非常必要的，但却远不够，因现在城市造林的主要目的之一是净化大气、减少大气颗粒物危害，以及“以人为本”的城市森林建设思想。因此，考虑人的易入性，选择合适的树种并对林木结构进行配置，依据不同的防护功能要求，合理的配置植物是十分必要的。
【发明内容】
为了克服上述常规造林经验在调控大气颗粒物中的不足，本发明的目的在于提供“以人为本”为城市森林建设思想指导下的一种调控大气颗粒物的道路防护林配置结构及方法，本发明在配置中考虑乔灌木的种类、针阔比、郁闭度、疏透度、叶面积指数及地被覆盖等，不同树种和不同结构林木对大气颗粒物(PM2.5、PM2.5-10、PM10、PM>10)的阻滞能力。采用本发明提供的道路防护林配置结构和方法具有依据不同的防护功能要求，较大限度的滞留大气颗粒物(PM2.5、PM2.5-10、PM10、PM>10)；减少大气颗粒物对人体健康的影响。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种调控大气颗粒物的道路防护林配置方法，包括如下步骤：
(1)根据不同树种阻滞颗粒物(颗粒物包括PM2.5、PM2.5-10、PM10、PM>10)的功能差异，将树种分为三类，分别为高颗粒物阻滞能力的树种、中等颗粒物阻滞能力的树种和低颗粒物阻滞能力的树种；依据道路绿地不同的防护功能要求，选择抗逆性强的适宜性乔木和灌木；
(2)根据不同树种配置方式阻滞颗粒物(颗粒物包括PM2.5、PM2.5-10、PM10、PM>10)的功能差异，利用步骤(1)分类的树种，将不同树种的配置方式分为三类，分别为高颗粒物阻滞能力的树种配置方式、中等颗粒物阻滞能力的树种配置方式和低颗粒物阻滞能力的树种配置方式；
(3)选择合适的林木结构：确定步骤(2)的三种树种配置方式的郁闭度、疏透度、叶面积指数和地被覆盖；
(4)确定高颗粒物阻滞能力的树种配置方式中阔叶树和针叶树比例；
(5)针对道路防护林降低大气颗粒物危害的林木配置。
所述步骤(1)中，根据不同树种阻滞颗粒物的功能差异，将树种分为三类，通过如下步骤进行：
在植物冠层不同位置采集足够的叶片，用水洗—滤膜三级过滤法测定单位叶面积滞留颗粒物的数量；再结合单株叶量，计算整株植物对颗粒物的滞留量；再结合叶面积指数，计算单位绿化面积上植物对颗粒物的滞留量；再依据在单位叶面积、单株和单位绿化面积3级层次上植物对颗粒物的滞留量将植物分为三类：高颗粒物阻滞能力的树种、中等颗粒物阻滞能力的树种和低颗粒物阻滞能力的树种。
所述用水洗—滤膜三级过滤法测定单位叶面积滞留颗粒物的数量时，采用纯水或去离子水浸泡叶片，然后用不掉毛的软毛刷刷洗叶片上下表面，得到的混悬液用于后续的滤膜三级过滤处理。
所述的三级过滤处理分别采用过滤孔径为10μm、2.5μm和0.1μm的滤膜，分别获得截留有粒径>10μm颗粒物的第一级滤膜、截留有粒径>2.5μm并且≤10μm的颗粒物的第二级滤膜和截留有粒径>0.1μm并且≤2.5μm的颗粒物的第三级滤膜；
对截留有粒径>10μm颗粒物的第一级滤膜、截留有粒径>2.5μm并且≤10μm颗粒物的第二级滤膜和截留有粒径>0.1μm并且≤2.5μm颗粒物的第三级滤膜进行烘干处理，然后分别称重，过滤前后滤膜质量差即为各级滤膜上截留的颗粒物质量，颗粒物粒径的范围分别为>0.1μm并且≤2.5μm、>2.5μm并且≤10μm和>10μm的颗粒物质量与叶面积的比值即为单位叶面积的PM2.5、PM2.5-10、PM>10的滞留量。
单株植物对颗粒物的滞留量为单位叶面积的颗粒物的滞留量与单株叶量的乘积；单株叶量为使用冠层分析仪测定叶面积指数与冠面积的乘积；单位绿化叶面积上植物对颗粒物的滞留量为单位叶面积颗粒物的滞留量与叶面积指数的乘积。
所述步骤(1)中，高颗粒物阻滞能力树种选择为油松、桧柏、泡桐、木槿、大叶黄杨、构树、元宝枫或玉兰中的至少一种；
中等颗粒物阻滞能力树种选择为旱柳、银杏、国槐、白蜡、毛白杨、紫叶李、榆树、栾树或雪松中的至少一种；
低颗粒物阻滞能力树种选择为紫叶小檗、小叶女贞、紫叶李、小叶黄杨、紫薇或美人梅中的至少一种。
所述步骤(2)中，高颗粒物阻滞能力树种的配置方式为常绿乔木+常绿乔木或常绿灌木或落叶乔木或落叶灌木+地被；
中等颗粒物阻滞能力树种的配置方式为落叶乔木+常绿乔木或常绿灌木或落叶乔木或落叶灌木+地被；
低颗粒物阻滞能力树种的配置方式为灌木+灌木+地被。
所述步骤(3)中，在确定郁闭度、疏透度、地被覆盖和叶面积指数时，选择至少20个标准样地；
标准样地的郁闭度采用系统样点抬头观测法进行调查；样地的疏透度采用数码照相法进行调查；样地的地被覆盖采用数码照相法进行调查；样地的叶面积指数采用冠层分析仪进行调查。
高颗粒物阻滞能力的树种配置方式中：郁闭度为0.6—0.7、疏透度为0.2—0.3、叶面积指数为2.0—3.0和地被覆盖为0.4—0.7；中等颗粒物阻滞能力的树种配置方式中：郁闭度为0.4—0.6、疏透度为0.4—0.6、叶面积指数为2.0—3.0和地被覆盖为0.3—0.6；低颗粒物阻滞能力的树种配置方式中：郁闭度为<0.4、疏透度为>0.6、叶面积指数为<2.0或>3.0和地被覆盖为<0.3。
所述步骤(4)中，高颗粒物阻滞能力的树种配置方式中：阔叶树比例为70％，针叶树比例为30％。
所述步骤(5)中，林木配置时，依据道路不同的防护功能要求将道路从中间向两边依次分为中央隔离带和同向分车带、非机动车带和外侧防护林带，其中：
中央隔离带和同向分车带：选择高颗粒物阻滞能力树种的配置方式；
非机动车带：选择中等颗粒物阻滞能力或低颗粒物阻滞能力树种的配置方式；
外侧防护林带：
a)当外侧防护林带有人行道时，外侧防护林带最外侧选择低颗粒物阻滞能力的配置模式、林木结构和低颗粒物阻滞能力树种；再向内侧宜使用中等颗粒物阻滞能力树种的配置方式和高颗粒物阻滞能力树种的配置方式；
b)当外侧防护林带无人行道时，紧靠林缘处选择高颗粒物阻滞能力树种的配置方式。
一种调控大气颗粒物的道路防护林配置结构，道路的中央隔离带和同向分车带为高颗粒物阻滞能力的树种配置方式，非机动车带为中等颗粒物阻滞能力的树种配置方式或低颗粒物阻滞能力的树种配置方式，当外侧防护林带有人行道时，外侧防护林带由外侧向内侧依次为低颗粒物阻滞能力树种的配置方式、中等颗粒物阻滞能力树种的配置方式和高颗粒物阻滞能力树种的配置方式；当外侧防护林带无人行道时，紧靠林缘处为高颗粒物阻滞能力树种的配置方式。
本发明具有如下有益效果：
本发明依据不同树种阻滞大气颗粒物的功能差异，将植物分为高颗粒物阻滞能力的树种、中等颗粒物阻滞能力的树种和低颗粒物阻滞能力的树种，克服了以往研究中仅仅以单位叶面积测定的滞留颗粒物(PM2.5、PM2.5-10、PM10、PM>10)的数量来选择植物的不足；
根据不同树种配置方式阻滞颗粒物(PM2.5、PM2.5-10、PM10、PM>10)的功能差异，将不同树种的配置方式分为三类，分别为高颗粒物阻滞能力的配置方式、中等颗粒物阻滞能力的配置方式和低颗粒物阻滞能力的配置方式，依据道路不同的防护功能要求，并考虑人的易入性，选择不同的配置模式，遵循“以人为本”的城市森林建设思想，较大限度的发挥林木滞留颗粒物的功能，降低颗粒物对人健康的影响。对治理大气颗粒物污染，营造宜居城市环境，保护人类健康具有重要意义。
选择合适的针阔比，发挥常绿植物一年四季对颗粒物的滞留作用，尤其是在冬季大气颗粒物污染严重，而阔叶树已落叶的季节。
本发明提供的调控大气颗粒物的道路防护林的配置结构和方法具有较高的应用价值，此项技术成果将适合条件与北京相似的北方城市，成果推广应用前景广阔。
【附图说明】
图1为本发明实施例提供的调控大气颗粒物的道路防护林配置方法的实现流程图。
图2(a)为低颗粒物阻滞能力树种的配置方式，图2(b)为中等颗粒物阻滞能力树种的配置方式，图2(c)为高颗粒物阻滞能力树种的配置方式。
图3(a)为本发明的通道防护林种植模式1的断面图，图3(b)为本发明的通道防护林种植模式1的俯视图。
图4(a)为本发明的通道防护林种植模式2的断面图，图4(b)为本发明的通道防护林种植模式2的俯视图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
如图1、图2(a)至图2(c)，图3(a)，图3(b)，图4(a)和图4(b)所示，本发明的目的在于，针对城市交通和地面灰尘是大气颗粒物的重要来源、现有森林结构不合理导致地被缺乏和其阻尘功能降低、干旱缺水影响森林结构和限制森林增加的现实问题，依据不同树种阻滞颗粒物(PM2.5、PM2.5-10、PM10、PM>10)功能差异、不同结构林木阻滞颗粒物(PM2.5、PM2.5-10、PM10、PM>10)功能差异以及冠层结构与林下植被的关系，提供一种调控大气颗粒物的通道防护林配置结构和方法，该方法是在大气颗粒物污染严重的交通道路两侧和中央绿化带上进行防护林组合配置布局，合理利用土地资源，完善通道防护林体系，乔灌草结合，进行高颗粒物阻滞能力、适宜当地树种选择和不同林分结构的通道防护林组合配置营造技术试验，体现以防护人为目的的整体防护效益。采用本发明提供的方法具有：高的颗粒物阻滞能力；增加地面的粗糙度，减少地面尘造成的颗粒物的特点。
参照图1，本发明所述的调控大气颗粒物的通道防护林配置方法，按下列步骤进行：
(1)根据不同树种阻滞颗粒物(颗粒物包括PM2.5、PM2.5-10、PM10和PM>10)的功能差异，将树种分为三类，分别为高颗粒物阻滞能力的树种、中等颗粒物阻滞能力的树种和低颗粒物阻滞能力的树种；依据不同的防护功能要求，选择抗逆性强的适宜性乔木和灌木；
(2)根据不同树种配置方式阻滞颗粒物(颗粒物包括PM2.5、PM2.5-10、PM10和PM>10)的功能差异，利用步骤(1)分类的树种，将不同树种的配置方式分为三类，分别为高颗粒物阻滞能力的树种配置方式、中等颗粒物阻滞能力的树种配置方式和低颗粒物阻滞能力的树种配置方式；
(3)选择合适的林木结构：确定步骤(2)的三种树种配置方式的郁闭度、疏透度、地被覆盖、叶面积指数；
(4)确定高颗粒物阻滞能力的树种配置方式中阔叶树和针叶树比例，其中阔叶树比例为70％，针叶树比例为30％；
(5)针对通道防护林降低大气颗粒物危害的林木配置。
在步骤(1)中，根据不同树种阻滞颗粒物的功能差异，将树种分为三类，通过如下步骤进行：在植物冠层不同位置采集足够的叶片，用水洗—滤膜三级过滤法测定单位叶面积滞留不同粒径颗粒物的数量；再结合单株叶量，计算整株植物对不同粒径颗粒物的滞留量；再结合叶面积指数，计算单位绿化面积上植物对不同粒径颗粒物的滞留量；再依据在单位叶面积、单株和单位绿化面积3级层次上植物对颗粒物的滞留量将植物分为三类：高颗粒物阻滞能力的树种、中等颗粒物阻滞能力的树种和低颗粒物阻滞能力的树种；
用水洗—滤膜三级过滤法测定单位叶面积滞留颗粒物的数量时，采用纯水或去离子水浸泡叶片，然后用不掉毛的软毛刷刷洗叶片上下表面，得到的混悬液用于后续的滤膜三级过滤处理；
三级过滤处理分别采用过滤孔径为10μm、2.5μm和0.1μm的滤膜，分别获得截留有粒径>10μm颗粒物的第一级滤膜、截留有粒径>2.5μm并且≤10μm的颗粒物的第二级滤膜和截留有粒径>0.1μm并且≤2.5μm的颗粒物的第三级滤膜；
对截留有粒径>10μm颗粒物的第一级滤膜、截留有粒径>2.5μm并且≤10μm颗粒物的第二级滤膜和截留有粒径>0.1μm并且≤2.5μm颗粒物的第三级滤膜进行烘干处理，然后分别称重，过滤前后滤膜质量差即为各级滤膜上截留的颗粒物质量，颗粒物粒径的范围分别为>0.1μm并且≤2.5μm、>2.5μm并且≤10μm和>10μm的颗粒物质量与叶面积的比值即为单位叶面积的PM2.5、PM2.5-10、PM>10的滞留量，PM2.5和PM2.5-10二者之和即为PM10，PM2.5、PM2.5-10和PM>10三者之和即为叶面滞留的颗粒物；
单株植物对颗粒物的滞留量为单位叶面积的颗粒物的滞留量与单株叶量的乘积；单株叶量为使用冠层分析仪测定叶面积指数与冠面积的乘积；单位绿化叶面积上植物对颗粒物的滞留量为单位叶面积颗粒物的滞留量与叶面积指数的乘积。
在步骤(2)中，高颗粒物阻滞能力树种的配置方式为常绿乔木+常绿乔木或常绿灌木或落叶乔木或落叶灌木+地被；中等颗粒物阻滞能力树种的配置方式为落叶乔木+常绿乔木或常绿灌木或落叶乔木或落叶灌木+地被；低颗粒物阻滞能力树种的配置方式为灌木+灌木+地被。
在步骤(3)中，在确定郁闭度、疏透度、地被覆盖和叶面积指数时，选择至少20个标准样地；
标准样地的郁闭度采用系统样点抬头观测法进行调查；样地的疏透度采用数码照相法进行调查；样地的地被覆盖采用数码照相法进行调查；样地的叶面积指数采用冠层分析仪进行调查；
高颗粒物阻滞能力的树种配置方式中：郁闭度为0.6—0.7、疏透度为0.2—0.3、叶面积指数为2.0—3.0和地被覆盖为0.4—0.7；中等颗粒物阻滞能力的树种配置方式中：郁闭度为0.4—0.6、疏透度为0.4—0.6、叶面积指数为2.0—3.0和地被覆盖为0.3—0.6；低颗粒物阻滞能力的树种配置方式中：郁闭度为<0.4、疏透度为>0.6、叶面积指数为<2.0或>3.0和地被覆盖为<0.3。
在步骤(5)中，林木配置时，依据道路不同的防护功能要求将道路从中间向两边依次分为中央隔离带和同向分车带、非机动车带和外侧防护林带，其中：
中央隔离带和同向分车带：选择高颗粒物阻滞能力树种的配置方式；
非机动车带：选择中等颗粒物阻滞能力或低颗粒物阻滞能力树种的配置方式；
外侧防护林带：
a)当外侧防护林带有人行道时，外侧防护林带最外侧选择低颗粒物阻滞能力的配置模式、林木结构和低颗粒物阻滞能力树种；再向内侧宜使用中等颗粒物阻滞能力树种的配置方式和高颗粒物阻滞能力树种的配置方式；
b)当外侧防护林带无人行道时，紧靠林缘处选择高颗粒物阻滞能力树种的配置方式。
一种调控大气颗粒物的道路防护林配置结构，道路的中央隔离带和同向分车带为高颗粒物阻滞能力的树种配置方式，非机动车带为中等颗粒物阻滞能力的树种配置方式或低颗粒物阻滞能力的树种配置方式，当外侧防护林带有人行道时，外侧防护林带由外侧向内侧依次为低颗粒物阻滞能力树种的配置方式、中等颗粒物阻滞能力树种的配置方式和高颗粒物阻滞能力树种的配置方式；当外侧防护林带无人行道时，紧靠林缘处为高颗粒物阻滞能力树种的配置方式。
通过本发明的方法配置的调控大气颗粒物的道路防护林配置结构为：道路的中央隔离带和同向分车带为高颗粒物阻滞能力的树种配置方式，非机动车带为中等颗粒物阻滞能力的树种配置方式或低颗粒物阻滞能力的树种配置方式，当外侧防护林带有人行道时，外侧防护林带由外侧向内侧依次为低颗粒物阻滞能力树种的配置方式、中等颗粒物阻滞能力树种的配置方式和高颗粒物阻滞能力树种的配置方式；当外侧防护林带无人行道时，紧靠林缘处为高颗粒物阻滞能力树种的配置方式。
如图2(a)至图2(c)，图3(a)，图3(b)，图4(a)和图4(b)所示，树种选择为：高颗粒物阻滞能力的树种选择为油松、桧柏、泡桐、木槿、大叶黄杨、构树、元宝枫或玉兰的至少一种；中等颗粒物阻滞能力树种选择为旱柳、银杏、国槐、白蜡、毛白杨、紫叶李、榆树、栾树或雪松的至少一种；低颗粒物阻滞能力树种选择为紫叶小檗、小叶女贞、紫叶李、小叶黄杨、紫薇或美人梅的至少一种。
本发明方法对树种选择原则和依据为：根据研究区的环境条件、污染状况和立地条件，确定研究区树种筛选原则为抗逆性强；以最大限度阻滞颗粒物为目的林带选择高颗粒物阻滞能力的树种；以人易入的林带则选择低颗粒物阻滞能力的树种。
根据研究区污染特点，依据适地、适树和生物多样性为目的进行实验研究。
近年来，为应对大气颗粒物污染，许多大城市进行了大规模的城市造林。但造林地点多空气污染严重，对林木抗污能力要求突出。如林木本身不能维持健康，很难想象能发挥突出的空气净化、美化环境等众多功能。因此，在树种选择时必须考虑林木的抗逆性。
大气颗粒物污染严重，林木在阻滞颗粒物方面具有独特的功能。但不同树种在叶面结构和树体大小等方面差别很大，使其吸滞颗粒物(如PM2.5、PM2.5-10、PM10和PM>10)的能力差别非常大。因此，在树种选择时必须考虑阻滞颗粒物的能力差异。
构建健康高效的颗粒物防护林，改善城市生态环境，丰富城市景观，其目的是创造适宜的人居环境，维持人类健康。因此，在树种选择时需要考虑人的易入性，选择合适的树种。
受小气候的影响，在造林中需要考虑树种特性和造林地的立地条件相适应，以利于成活，发挥生产潜力，达到高效、高效益。因此，在树种选择时需考虑适地适树。
为了使植物能在城市生态环境中持续、稳定、健康地存在和发展，在树种的选择上必须坚持生物多样性原则，使树木在城市环境中发挥最大的生态效益，达到较为理想的景观效果，并实现城市生态环境的可持续发展。
实施例
参照图1，本实施例的调控大气颗粒物的道路防护林配置方法，包括如下步骤：
步骤S01，评价不同树种阻滞颗粒物的功能差异，评价不同树种的抗逆性；
评价不同树种阻滞颗粒物的功能差异的方法为：每个物种至少选择5株样树，在冠层四个不同方向和高、中、低不同的位置采集足量叶片；阔叶中较大的取30—40片，较小的取150—300片；针叶取30—50簇；将选取的植物叶样放入盛有纯水或去离子水的烧杯中，用不掉毛的小毛刷仔细清洗叶上的附着物，然后用镊子将叶片小心夹出，并用少量纯水或去离子水冲洗3次；将浸洗液首先用已烘干称重的孔径10μm的微孔滤膜过滤，滤后的滤出液继续用已烘干称重的孔径2.5μm的微孔滤膜过滤，滤后的滤出液继续用已烘干称重的孔径0.1μm的微孔滤膜过滤；这样，不同粒径范围的颗粒物即被微孔滤膜截留，分别为：>10μm(标记为PM>10)、2.5—10μm(标记为PM2.5-10)和0.1—2.5μm(标记为PM2.5)；然后将微孔滤膜放于40℃烘箱中烘干至恒重(两次测定值≤0.0002g)，再以0.0001g电子天平称重，其与干净滤膜的重量差即为相应粒径范围的颗粒物重量；相应粒径范围的颗粒物的质量差与叶面积的比值即为单位叶面积的PM2.5、PM2.5-10或PM>10)滞留量，PM2.5和PM2.5-10二者之和即为PM10，PM2.5、PM2.5-10和PM>10三者之和即为叶面滞留的颗粒物；
用冠层分析仪测定不同树种叶面积指数，用卷尺测定不同树种冠幅；叶面积指数与冠面积的乘积即为单株植物叶量；单株颗粒物滞留量为单位叶面积颗粒物滞留量与单株叶量的乘积；
单位绿化叶面积上颗粒物滞留量为单位叶面积颗粒物滞留量与叶面积指数的乘积；
在单位叶面积、单株和单位绿化面积三级层次上采用聚类分析，将植物颗粒物滞留量分为三类：分别为高颗粒物阻滞能力的树种、中等颗粒物阻滞能力的树种和低颗粒物阻滞能力的树种；
高颗粒物阻滞能力树种选择为油松、桧柏、泡桐、木槿、大叶黄杨、构树、元宝枫或玉兰中的至少一种；
中等颗粒物阻滞能力树种选择为旱柳、银杏、国槐、白蜡、毛白杨、紫叶李、榆树、栾树或雪松中的至少一种；
低颗粒物阻滞能力树种选择为紫叶小檗、小叶女贞、紫叶李、小叶黄杨、紫薇或美人梅中的至少一种；
评价不同树种的抗逆性：
在污染程度不同的区域，调查植物的生长状况，记录树龄、高度、落叶率、变色率、冠层厚度、冠幅、胸径/地径、一年生枯枝树、枯稍长度、树干颜色、病害、虫害，在这些测定和调查的基础上，评价植物的污染抗性；
步骤S02，不同树种配置方式阻滞颗粒物的功能差异：
选择至少20个以上的标准样地，采用步骤S01所述的测定植物颗粒物滞留量，评价不同树种配置下样地滞留颗粒物总量和单位绿化面积上的颗粒物滞留量；
在样地和单位绿化面积两级层次上采用聚类分析，将不同树种的配置方式分为三类：
高颗粒物阻滞能力树种的配置方式，具体为常绿乔木+常绿乔木或常绿灌木或落叶乔木或落叶灌木+地被；
中等颗粒物阻滞能力树种的配置方式，具体为落叶乔木+常绿乔木或常绿灌木或落叶乔木或落叶灌木+地被；
低颗粒物阻滞能力树种的配置方式，具体为灌木+灌木+地被；
步骤S03，选择至少20个以上的标准样地，测定郁闭度、疏透度、地被覆盖和叶面积指数；
调查标准样地的郁闭度采用系统样点抬头观测法；调查样地的疏透度采用数码照相法；调查样地的地被覆盖采用数码照相法；调查样地的叶面积指数采用冠层分析仪；
选择合适的林木结构是依据调查样地总的颗粒物滞留量和单位绿化面积上的颗粒物的滞留量与样地的郁闭度、疏透度、叶面积指数和地被覆盖之间的关系；
将林木结构分为三类：高滞留颗粒物的林木结构为：郁闭度为0.6—0.7、疏透度为0.2—0.3、叶面积指数为2.0—3.0和地被覆盖为0.4—0.7；中等滞留颗粒物的林木结构为：郁闭度为0.4—0.6、疏透度为0.4—0.6、叶面积指数为2.0—3.0和地被覆盖为0.3—0.6；低滞留颗粒物的林木结构为：郁闭度为<0.4、疏透度为>0.6、叶面积指数为<2.0或>3.0和地被覆盖为<0.3；
步骤S04，高颗粒物阻滞能力的树种的阔叶树比例为70％，针叶树比例为30％；
所述的针叶树比例为30％选择依据为《生态公益林建设技术规程》(GB/T18337·3—2001)以及至少对20个标准样地的观测结果；
步骤S05，依据防护功能要求可供选择的植物种类和配置模式分别为：
中央隔离带和同向分车带：主要功能是最大程度的滞留颗粒物，减少其向林带外扩散，减轻对人行道行人健康的危害，选择高颗粒物阻滞能力树种的配置方式：常绿乔木+常绿乔木或常绿灌木或落叶乔木或落叶灌木+地被，选取颗粒物滞留量大的树种，并选择高滞留颗粒物的林木结构，即郁闭度0.6—0.7、疏透度0.2—0.3、叶面积指数2.0—3.0和地被覆盖0.4—0.7；
非机动车带：主要功能是减少机动车行驶中带动颗粒物向人行道的扩散，选择具有中等颗粒物阻滞能力树种的配置方式或低颗粒物阻滞能力树种的配置方式，中等颗粒物阻滞能力树种的配置方式：落叶乔木+常绿乔木或常绿灌木或落叶乔木或落叶灌木+地被，选择颗粒物滞留量中等的植物，并选择中等滞留颗粒物的林木结构为：郁闭度为0.4—0.6、疏透度为0.4—0.6、叶面积指数为2.0—3.0和地被覆盖为0.3—0.6；低颗粒物阻滞能力树种的配置方式：灌木+灌木+地被，选择颗粒物滞留量小的树种，并选择低滞留颗粒物的林木结构为：郁闭度为<0.4、疏透度为>0.6、叶面积指数为<2.0或>3.0和地被覆盖为<0.3；
外侧防护林带：具有分割空间、提供绿茵、滞尘、减噪、吸收有毒气体、提供休闲场所等功能，植物配置应主要考虑外侧有无人行道；
如果有人行道(如图4(a)和图4(b)所示)，外侧防护林带外侧选择低颗粒物阻滞能力树种的配置方式，再向内使用中等颗粒物阻滞能力树种的配置方式、林木结构和低颗粒物阻滞能力树种，再设置中等颗粒物阻滞能力树种的配置方式和高颗粒物阻滞能力树种的配置方式；
低颗粒物阻滞能力树种的配置方式为灌木+灌木+地被；
树种选择为步骤01确定的低颗粒物阻滞能力树种；
低滞留颗粒物的林木结构为：郁闭度为<0.4、疏透度为>0.6、叶面积指数为<2.0或>3.0和地被覆盖为<0.3；
所述的中等颗粒物阻滞能力树种的配置方式为落叶乔木+常绿乔木或常绿灌木或落叶乔木或落叶灌木+地被；树种选择为步骤S01确定的中等颗粒物阻滞能力树种；中等滞留颗粒物的林木结构为：郁闭度为0.4—0.6、疏透度为0.4—0.6、叶面积指数为2.0—3.0和地被覆盖为0.3—0.6；
所述的高颗粒物阻滞能力树种的配置方式为常绿乔木+常绿乔木或常绿灌木或落叶乔木或落叶灌木+地被；树种选择为步骤S01确定的高颗粒物阻滞能力树种；
林木结构选择为步骤S03所述的高滞留颗粒物的林木结构，即郁闭度0.6—0.7、疏透度0.2—0.3、叶面积指数2.0—3.0和地被覆盖0.4—0.7；
如果没有人行道(如图3(a)和图3(b)所示)，紧靠外侧防护林带林缘处选择高颗粒物阻滞能力树种的配置方式，以最大限度的阻滞和吸收颗粒物；
树种选择为步骤01确定的高颗粒物阻滞能力树种；
林木结构选择为步骤03所述的高滞留颗粒物的林木结构，即郁闭度0.6—0.7、疏透度0.2—0.3、叶面积指数2.0—3.0和地被覆盖0.4—0.7；
如图2(a)所示，本实施例低颗粒物阻滞能力树种的配置方式所种树种选用木槿+大叶黄杨或小叶女贞+紫叶李的配置方式，在10m×10m范围内可种植0—2株乔木，郁闭度为<0.4，疏透度为>0.6，叶面积指数<2.0，地被覆盖<0.3；
如图2(b)所示，本实施例中等颗粒物阻滞能力树种的配置方式所种树种选用大叶黄杨+油松、旱柳+银杏、紫叶李+油松、银杏+紫叶李+油松、小叶女贞+紫叶李+油松、银杏纯林或旱垂柳+大叶黄杨，在10m×10m范围内种植5—6株乔木，郁闭度为0.4—0.6，疏透度为0.4—0.6，叶面积指数为2.0—3.0和地被覆盖为0.3—0.6；
如图2(c)所示，本实施例高颗粒物阻滞能力树种的配置方式种树种选用油松纯林、油松+泡桐、桧柏+油松、泡桐纯林、桧柏+刺槐、桧柏纯林或碧桃+油松，在10m×10m范围内种植6—8株乔木，郁闭度为0.4—0.7，疏透度为0.2—0.3叶面积指数2.0—3.0和地被覆盖0.4—0.7。
本发明以在北京市中国林业科学研究院至北京植物园段的绿化带为例，在该绿化带内选择了23种植物测定了不同尺度上植物颗粒物(颗粒物包括PM2.5、PM2.5-10、PM10和PM>10)滞留量，经聚类分析发现，高颗粒物阻滞能力树种有油松、桧柏、泡桐、木槿、大叶黄杨、构树、元宝枫和玉兰；中等颗粒物阻滞能力树种有旱柳、银杏、国槐、白蜡、毛白杨、紫叶李、榆树、栾树和雪松；低颗粒物阻滞能力树种有紫叶小檗、小叶女贞、紫叶李、小叶黄杨、紫薇和美人梅。
本发明在污染程度不同的区域调查了23种植物的抗逆性，包括树龄、高度、落叶率、变色率、冠层厚度、冠幅、胸径/地径、一年生枯枝树、枯稍长度、树干颜色、病害、虫害。发现，这23种植物均具有较强的适应性，能够在道路防护林中使用。
本发明在北京市朝阳区安立路奥林匹克森林公园南园东门至安立路科萃路十字之间路段的道路绿化带，进行了调控大气颗粒物道路防护林配置结构和方法的研究。共选择面积约为10m×10m的样地16块。1号样地(5株桧柏+4株油松)、2号样地(6株碧桃+3株油松)、3号样地(6株泡桐+3株油松)、4号样地(5株旱柳+3株银杏)、5号样地(4株桧柏+4株刺槐)、6号样地(4株紫叶李+5株油松)、7号样地(3株油松+2株银杏+4株紫叶李)、8号样地(2株大叶黄杨+7株油松)、9号样地(5株小叶女贞+3株油松+1株紫叶李)、10号样地(5株小叶女贞+3株紫叶李)、11号样地(5株旱柳+4株大叶黄杨)、12号样地(5株木槿+5株大叶黄杨)、13号样地(8株银杏)、14号样地(8株泡桐)、15号样地(10株油松)、16号样地(10株桧柏)。
通过测定样地颗粒物(颗粒物包括PM2.5、PM2.5-10、PM10和PM>10)滞留量，发现1、3、6、14、15号样地属于高颗粒物阻滞能力的配置；2、5、7、8、9、16号样地属于中等颗粒物阻滞能力的配置；发现4、10、11、12、13号样地属于低颗粒物阻滞能力的配置。
高滞留颗粒物的林木结构为郁闭度0.6—0.7、疏透度0.2—0.3、叶面积指数2.0—3.0和地被覆盖0.4—0.7。中等滞留颗粒物的林木结构为郁闭度为0.4—0.6、疏透度为0.4—0.6、叶面积指数为2.0—3.0和地被覆盖为0.3—0.6。低滞留颗粒物的林木结构为郁闭度为<0.4、疏透度为>0.6、叶面积指数为<2.0或>3.0和地被覆盖为<0.3。
Claims (10)
1.一种调控大气颗粒物的道路防护林配置方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据不同树种阻滞颗粒物的功能差异，将树种分为三类，分别为高颗粒物阻滞能力的树种、中等颗粒物阻滞能力的树种和低颗粒物阻滞能力的树种；依据道路绿地不同的防护功能要求，选择抗逆性强的适宜性乔木和灌木；
(2)根据不同树种配置方式阻滞颗粒物的功能差异，利用步骤(1)分类的树种，将不同树种的配置方式分为三类，分别为高颗粒物阻滞能力的树种配置方式、中等颗粒物阻滞能力的树种配置方式和低颗粒物阻滞能力的树种配置方式；
(3)选择合适的林木结构：确定步骤(2)的三种树种配置方式的郁闭度、疏透度、叶面积指数和地被覆盖；
(4)确定高颗粒物阻滞能力的树种配置方式中阔叶树和针叶树比例；
(5)针对道路防护林降低大气颗粒物危害的林木配置。
2.根据权利要求1所述的调控大气颗粒物的道路防护林配置方法，其特征在于，所述步骤(1)中，根据不同树种阻滞颗粒物的功能差异，将树种分为三类，通过如下步骤进行：
在植物冠层不同位置采集足够的叶片，用水洗—滤膜三级过滤法测定单位叶面积滞留颗粒物的数量；再结合单株叶量，计算整株植物对颗粒物的滞留量；再结合叶面积指数，计算单位绿化面积上植物对颗粒物的滞留量；再依据在单位叶面积、单株和单位绿化面积3级层次上植物对颗粒物的滞留量将植物分为三类：高颗粒物阻滞能力的树种、中等颗粒物阻滞能力的树种和低颗粒物阻滞能力的树种。
3.根据权利要求2所述的调控大气颗粒物的道路防护林配置方法，其特征在于，所述用水洗—滤膜三级过滤法测定单位叶面积滞留颗粒物的数量时，采用纯水或去离子水浸泡叶片，然后用不掉毛的软毛刷刷洗叶片上下表面，得到的混悬液用于后续的滤膜三级过滤处理。
4.根据权利要求3所述的调控大气颗粒物的道路防护林配置方法，其特征在于，所述的三级过滤处理分别采用过滤孔径为10μm、2.5μm和0.1μm的滤膜，分别获得截留有粒径>10μm颗粒物的第一级滤膜、截留有粒径>2.5μm并且≤10μm的颗粒物的第二级滤膜和截留有粒径>0.1μm并且≤2.5μm的颗粒物的第三级滤膜；
对截留有粒径>10μm颗粒物的第一级滤膜、截留有粒径>2.5μm并且≤10μm颗粒物的第二级滤膜和截留有粒径>0.1μm并且≤2.5μm颗粒物的第三级滤膜进行烘干处理，然后分别称重，过滤前后滤膜质量差即为各级滤膜上截留的颗粒物质量，颗粒物粒径的范围分别为>0.1μm并且≤2.5μm、>2.5μm并且≤10μm和>10μm的颗粒物质量与叶面积的比值即为单位叶面积的颗粒物的滞留量。
5.根据权利要求1所述的调控大气颗粒物的道路防护林配置方法，其特征在于，所述步骤(1)中，高颗粒物阻滞能力树种选择为油松、桧柏、泡桐、木槿、大叶黄杨、构树、元宝枫或玉兰中的至少一种；
中等颗粒物阻滞能力树种选择为旱柳、银杏、国槐、白蜡、毛白杨、紫叶李、榆树、栾树或雪松中的至少一种；
低颗粒物阻滞能力树种选择为紫叶小檗、小叶女贞、紫叶李、小叶黄杨、紫薇或美人梅中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的调控大气颗粒物的道路防护林配置方法，其特征在于，所述步骤(2)中，高颗粒物阻滞能力树种的配置方式为常绿乔木+常绿乔木或常绿灌木或落叶乔木或落叶灌木+地被；
中等颗粒物阻滞能力树种的配置方式为落叶乔木+常绿乔木或常绿灌木或落叶乔木或落叶灌木+地被；
低颗粒物阻滞能力树种的配置方式为灌木+灌木+地被。
7.根据权利要求1所述的调控大气颗粒物的道路防护林配置方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在确定郁闭度、疏透度、地被覆盖和叶面积指数时，选择至少20个标准样地；
标准样地的郁闭度采用系统样点抬头观测法进行调查；样地的疏透度采用数码照相法进行调查；样地的地被覆盖采用数码照相法进行调查；样地的叶面积指数采用冠层分析仪进行调查；
高颗粒物阻滞能力的树种配置方式中：郁闭度为0.6—0.7、疏透度为0.2—0.3、叶面积指数为2.0—3.0和地被覆盖为0.4—0.7；中等颗粒物阻滞能力的树种配置方式中：郁闭度为0.4—0.6、疏透度为0.4—0.6、叶面积指数为2.0—3.0和地被覆盖为0.3—0.6；低颗粒物阻滞能力的树种配置方式中：郁闭度为<0.4、疏透度为>0.6、叶面积指数为<2.0或>3.0和地被覆盖为<0.3。
8.根据权利要求1所述的调控大气颗粒物的道路防护林配置方法，其特征在于，所述步骤(4)中，高颗粒物阻滞能力的树种配置方式中：阔叶树比例为70％，针叶树比例为30％。
9.根据权利要求1所述的调控大气颗粒物的道路防护林配置方法，其特征在于，所述步骤(5)中，林木配置时，依据道路不同的防护功能要求将道路从中间向两边依次分为中央隔离带和同向分车带、非机动车带和外侧防护林带，其中：
中央隔离带和同向分车带：选择高颗粒物阻滞能力树种的配置方式；
非机动车带：选择中等颗粒物阻滞能力或低颗粒物阻滞能力树种的配置方式；
外侧防护林带：
a)当外侧防护林带有人行道时，外侧防护林带最外侧选择低颗粒物阻滞能力的配置模式、林木结构和低颗粒物阻滞能力树种；再向内侧宜使用中等颗粒物阻滞能力树种的配置方式和高颗粒物阻滞能力树种的配置方式；
b)当外侧防护林带无人行道时，紧靠林缘处选择高颗粒物阻滞能力树种的配置方式。
10.一种调控大气颗粒物的道路防护林配置结构，其特征在于，道路的中央隔离带和同向分车带为高颗粒物阻滞能力的树种配置方式，非机动车带为中等颗粒物阻滞能力的树种配置方式或低颗粒物阻滞能力的树种配置方式，当外侧防护林带有人行道时，外侧防护林带由外侧向内侧依次为低颗粒物阻滞能力树种的配置方式、中等颗粒物阻滞能力树种的配置方式和高颗粒物阻滞能力树种的配置方式；当外侧防护林带无人行道时，紧靠林缘处为高颗粒物阻滞能力树种的配置方式。
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