固碳.docx

固碳.docx

《固碳.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《固碳.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

固碳

固碳

大气颗粒物污染是城市主要环境问题，在目前尚不能完全依赖污染源治理以解决环境问题情况下，借助自然界的清除机制是缓解城市大气污染压力的有效途径，城市园林绿化就是其一。

植被叶片因其表面性能（如茸毛和腊质表皮等）可以截取和固定大气颗粒物[1]，使颗粒物脱离大气环境而成为消减城市大气环境污染的重要过滤体[2]。

因此植物叶片滞尘量越大，对大气颗粒物的消减作用越强。

不同种类植被的环境效应各有差异[3]。

城市园林植被中，阔叶乔木植物叶片面积较大、树冠宽阔，滞尘量较高，对大气颗粒物截留效果显著，通常被认为是滞尘植物的首选树种。

乔木冠层距地面通常较高，其叶片滞尘主要来自大气沉降颗粒物，而相对低矮的植物叶片靠近路面，直接受机动车排放和地面扬尘影响，尤其是生长高度为1～2m的灌木植物叶片位置处于行人呼吸带范围，这一高度空气颗粒物浓度在距地10m范围内为最大[4]，叶片滞尘效应可以作为反映城市街道污染暴露水平的良好指标。

1样品采集与测试

所谓叶片滞尘效应指在某种环境状况下单位面积叶片上能够累积的大气颗粒物数量，以及颗粒物在叶片表面存在形态。

本文即以叶片滞尘量测试和滞尘颗粒物形态观察为研究目的进行样品采集与测试。

为避免降水等特殊天气影响，设定在2005年5月至7月期间石家庄市无雨、晴朗微风天气状况下进行道路旁大叶黄杨叶片样品采集。

每个点选取位于大叶黄杨植株顶端的10片成熟叶片，用去离子水反复冲洗至表面清洁，用纸巾吸干水分，作为截取降尘颗粒叶片的初始状态。

5日后将这些叶片取下带回实验室，用去离子水反复清洗，过滤清洗液，滤纸真空烘干后，于万分之一天平上称重，获得叶片上的总滞尘量。

叶片面积采取打孔换算法：

每个点位上的10片叶片清洗干净后，于每片上打一直径1cm的圆孔，称取圆孔叶片的重量，再换算成整个叶片的面积。

由总滞尘量比叶片总面积得到第一个5日周期内单位面积叶片滞尘量。

摘取第一个周期叶片的同时再淋洗出另10片叶片，待又一个5日后再取回，依次进行清洗、过滤、称重及滞尘量计算，如此重复5次，获得5个5日周期内的叶片单位面积滞尘量。

颗粒物在叶片表面沉降可通过5种机制：

重力作用下的降落、扩散、湍流作用下的撞击、降水及隐性沉降[2]。

颗粒扩散过程对于<0.1～1µm的颗粒物影响相对较大，>10µm的颗粒物则以湍流撞击为主[10]。

由此可认为叶片滞尘主要由颗粒重力下降和微环境下空气湍流引起的撞击作用构成。

在区域环境中，重力影响的颗粒物沉降主要由大气降尘量监测数据说明。

由此可见较低矮植被对城市街道机动车排放和地面扬尘颗粒物的抑制作用十分重要

第16日滞尘量不再增加而略有下降，说明在晴朗、微风天气状况下，15天是大叶黄杨单叶片滞尘量达到饱和的最大时限，超过这个时限叶片滞尘效果下降。

为保持叶片滞尘效应，在北方城市的秋冬季连续干燥无雨情况下，最多15天就需要对大叶黄杨叶片进行人工冲洗。

空气中小于10µm颗粒物（PM10）能侵入人体呼吸系统，是目前城市大气环境中最严重的污染因子，其自然沉降速度很低，主要依靠降水过程从大气环境中清除，而大叶黄杨叶片的滞留可以成为一种清除PM10的机制。

本研究发现叶片滞尘颗粒物形态特征受清洗作用影响较大，简单清洗并不能去除大多数叶片滞尘颗粒物，PM10颗粒物可以滞留在大叶黄杨叶片上；深度清洗仍不能彻底清除叶片表面颗粒物，更细小的粒子被固定在叶片表皮。

与大气降尘量的对比表明大叶黄杨叶片滞尘量中约34.7％来自机动车排放和道路扬尘。

单叶片滞尘量表明，大叶黄杨有很强滞尘能力，是适合城市道路绿化与大气颗粒物消减的良好树种。

本研究结果表明，在城市道路环境中，大叶黄杨叶片滞尘效应具有清除大气颗粒物和促使大气颗粒物向土壤环境迁移的机制。

城市绿地作为城市人口休闲活动的主要场所,其内部的环境污染情况更为人们所关注。

本研究主要是了解城市绿地空气颗粒物的污染现状,粒径组成,及其与空气微生物浓度的关系。

各绿地间的PM10浓度又有所不同:

刺槐林,油松林,刺槐、国槐、金银木混交林和白蜡林内PM10浓度较高,且与其他林地呈显著差异;而国槐、垂柳、油松混交林,白皮松林,白皮松、国槐、海棠混交林,海棠林,油松、国槐混交林内PM10浓度比较低。

这种情况可能是由于刺槐林被3条道路所夹,且接近于老龄林,林下人们休闲、锻炼较多,所以其PM10浓度最高;油松林树体矮小,又是针叶树种,所以遮挡以及吸附尘埃的作用较低;刺槐、国槐、金银木混交林,由于以灌木为主,所以在空间上的防尘作用很有限;由于检测时已是秋季,白蜡林大部分叶子已经发黄,少部分叶子已凋落,致使其叶片的吸尘能力下降。

由于PM2.5是非常细的颗粒,可以穿过肺部并存留在肺的深处,是对人体健康危害最大的污染物之一[6],所以应对其予以重视。

植物群落通过物质循环和能量流动对其生存环境产生巨大影响。

园林植物是城市生态环境的重要组成部分,对于一定浓度范围内的大气污染物,不仅具有一定程度的抵抗力,而且也具有相当程度的吸收能力。

植物对大气污染物的这种吸收、降解和积累、排出,实际上起到了对大气污染的净化作用。

不同植物种类,因其生态功能上的差异,使其环保功能有显著的不同;运用生物与环境间相互统一的生态学基本原理,在环境污染区选择抗性强和吸收净化有害气体能力强的绿化植物,从而建立不同类型的人工绿化生态工程体系,可作为防治环境污染的重要途径之一[1]。

为此,为了寻找具有较高吸收净化能力的绿化树种,本试验通过人工模拟熏气方法,研究和探讨了部分绿化树种对大气主要污染物的吸收净化能力,从而为科学地选择抗污、吸污绿化树种提供理论依据。

树木生活在被二氧化硫污染的大气环境中,当浓度不超过其生理极限浓度而使叶片中毒坏死时,一般都能通过叶片的气孔吸收一定数量的二氧化硫至体内[1]。

但吸收量的大小则因树种不同而具有明显差异

综上所述,可以看出:

（1）绿化树种对大气中二氧化硫污染物具有一定的吸收力。

但各树种对它的吸收具有明显的选择性,在同一条件下差异明显。

（2）木本植物的吸硫量与科属之间未看到明显相关。

一般代谢强度大、生长速度快的树种吸硫量都较高。

（3）结果表明,树木对二氧化硫的吸收量高的树种有:

加杨、花曲柳、臭椿、刺槐、卫矛、丁香、旱柳、枣树、玫瑰、水曲柳、新疆杨、水榆;吸硫量中等的树种有:

沙松、赤杨、白桦、枫杨、暴马丁香、连翘;吸硫量低的树种有:

白皮松、银杏、樟子松。

氯不是植物所需的大量元素。

但是植物可通过根系从土壤中吸收一定的氯盐作为其本身所需的微量元素。

植物除能通过根部吸收土壤中的氯盐外,也能通过叶片吸收大气中的氯污染物,通过叶片上的气孔进入植物体内的氯,大部分积累在叶片中,植物叶片氯的积累量与大气中氯的浓度成正相关,所以借助于叶片的化学分析测得的叶片含氯量既可反映大气氯污染的水平又可反映植物对大气氯污染的吸收净化量[1]。

综合上述,可以看出:

（1）绿化树种对大气氯污染物具有吸收净化能力。

这种能力的大小因树木种类不同而具明显差异,这种差异有时可达数倍之多。

（2）耐盐碱植物吸氯量一般较高。

（3）结果表明,吸氯量高的树种有:

京桃、山杏、糖槭、家榆、紫椴、暴马丁香、山梨、水榆、山楂、白桦;吸氯量中等树种有:

花曲柳、糖椴、桂香柳、皂角、枣树、枫杨、文冠果、连翘、落叶松（针叶树中落叶松为吸氯高树种）;吸氯量低树种有:

桧柏、茶条槭、稠李子、银杏、沙松、旱柳、云杉、辽东栎、麻栎、黄菠萝、丁香、赤杨、油松。

采用人工降尘方法测定植物叶片的最大滞尘量，研究植物叶片表面绒毛、润湿性、表面自由能及其分量对滞尘能力的影响．结果表明:

21种供试植物叶片的最大滞尘量在0.8～38.6g·m－2，不同树种最大滞尘量差异显著，物种间相差40倍以上．叶片表面绒毛数量及其形态、分布特征对滞尘能力具有重要影响，可能与绒毛和颗粒物间的作用方式有关．除叶片表面着生绒毛的悬铃木、国槐、榆叶梅和毛梾4个物种外，其他植物叶片接触角与最大滞尘量均呈显著负相关．接触角较小、易润湿的植物叶片最大滞尘量在2.0～8.0g·m－2，而接触角较大的银杏、三叶草、紫叶小檗和鸡爪槭的最大滞尘量均＜2.0g·m－2．叶片表面自由能主要表现分子间色散力的作用，而极性分量对表面自由能的贡献低于20%，可能与叶片表面含有的非极性或弱极性物质有关．最大滞尘量与叶片表面自由能及其色散分量呈显著正相关，而与极性分量的相关关系不显著．

随着工业化和城市化的迅猛发展，颗粒物污染已成为严重的城市环境问题之一．植物叶片可以截取和固定大气颗粒污染物而成为消减城市大气污染的重要过滤体［1－2］．不同植物的滞尘能力［3］、滞尘累积量［4］和作用机理［5］存在较大差异．因此，在城市环境日益恶化情况下，研究绿化植物的滞尘机理，选择和优化城市绿化植物的种类，对降低城市大气颗粒污染物和提高空气质量具有重要的意义．

用修枝剪剪下枝条插入装满水的烧杯中，带回实验室，用于测定叶片表面与蒸馏水和二碘甲烷的接触角和最大滞尘量．

植物叶片的滞尘能力

植物叶片表面的润湿性

植物叶片的表面自由能及其分量

最大滞尘量与润湿性、表面自由能及其极性和色散分量的关系

由于叶片表面着生的细密绒毛对叶片滞尘量影响很大，为说明叶片润湿性、表面自由能及其极性和色散分量与最大滞尘量之间的关系

表面自由能及其色散分量与最大滞尘量呈显著正相关

极性分量与最大滞尘量间关系不显著

接触角与最大滞尘量呈显著负相关

绿化植物的滞尘能力及其滞尘机理是城市绿地系统设计的依据．选择适宜本城市发展的、滞尘能力强的植物，将乔、灌、草不同生活型的植物进行合理搭配，提高叶面积绿量水平，既可增强生物多样性和观赏性，也可以产生较好的环境效益

　植物对于一定浓度范围内的大气污染物,不仅具有一定程度的抵抗力,而且也具有相当程度的吸收有害气体的能力。

植物通过其叶片上的气孔和枝条上的皮孔,将大气污染物吸收入体内,在体内通过氧化还原过程进行中和而成无毒物质（即降解作用）,或通过根系排出体外,或积累贮藏于某一器官内。

植物对大气污染物的这种吸收、降解和积累、排出,实际上起到了对大气污染的净化作用。

不同植物种类,生态功能上的差异,使其环境保护功能有显著的不同;选择抗性强和吸收净化有害气体能力强的绿化植物,从而建立不同类型的人工绿化生态工程体系,可作为防治环境污染的重要途径之一[1]。

植物叶片中污染物的积累量通常与大气中污染物的浓度成正比。

高浓度所致的急性伤害,可使叶片迅速坏死,破坏了生理活性,从而使叶片丧失了对污染物的吸收能力。

当浓度不超过其生理极限浓度而使叶片中毒坏死时,一般都能通过叶片的气孔吸收一定数量的污染气体至体内。

而合理的绿化树种选择离不开其功能的发挥。

植物的最重要的功能之一便是固碳放氧,通过吸收空气中的CO2而在一定程度上减弱温室效应。

大面积绿地的生态效益非常可观

通过对多因子多元逐步回归法分析得出,影响光合速率的因子按顺序大小为气孔导度（Cond）>叶片温度（Tl）>胞间CO2浓度（Ci）>光合有效辐射（Par）>蒸腾速率（Tr）>空气相对湿度（Rh）>空气温度（Ta）。

光合速率同气孔导度的关系

由于气孔是叶片与外界进行气体交换的主要通道,通过气孔扩散的气体有O2、CO2和水蒸汽,气孔的闭合程度直接影响着植物光合作用和蒸腾作用的进行。

植物在光下进行光合作用,经由气孔吸收CO2,所以气孔必须张开,但气孔开张又不可避免地发生蒸腾作用,气孔可以根据环境条件的变化来调节自己开度的大小,从而使植物在损失水分较少的条件下获取最多的CO2。

光合速率与叶片温度的关系

光合速率与胞间CO2浓度的关系

吸碳释氧是植物的一个重要生态功能,在光合速率测试及分析的过程中,笔者发现气孔和外界环境因素对植物的光合作用有着相当重要的影响。

有研究证明:

光合作用的强度还与蒸腾作用、呼吸作用相关,尤其夏季中午受温度胁迫时易产生光合午休[2]。

这是因为高温很容易破坏植物光合和呼吸作用的平衡,从而降低植物的光合能力;高温还促进蒸腾作用,强烈的蒸腾作用会破坏植物水分平衡,造成植物萎蔫、干枯,不能很好地进行光合作用;此外气孔的异常开闭又直接影响到植物的光合作用,过高的温度还使叶片过早衰老,甚至使蛋白质凝固和导致有害代谢产物的积累[3

植被固碳释氧效应的强度按季节排序为春季>夏季>秋季>冬季

快速的城市化进程导致大气中CO2急剧升高。

导致全球范围内气候变暖、干旱、水灾等环境问题日趋严重。

在城市较小尺度的环境中,CO2对大气长波辐射的吸收导致城市区域性的气候变化。

植被作为温室气体CO2的汇,通过光合作用所发挥的固碳释氧效应,对于城市生态系统物质能量的循环以及生态环境的改善有重要的意义。

城市植被的固碳释氧效益,是城市生态研究的热点之一。

研究从各类型城市植被的植物配置以及气候因子对光合作用的影响出发,结合深圳特区的大范围的样方调查和城市植被优势植物光合作用参数的测定,基于PnET的气候模型,通过遥感和地理信息系统技术对特区城市植被的固碳释氧总量进行了推算,分析了深圳城市植被的固碳释氧效应在时间以及空间上的特征,为城市尺度的植被生态效应研究提供了一种新的途径。

物种组成调查和城市植被信息的提取

光合作用参数的测定

植被固碳释氧量的时空推

深圳人工草坪的优势种台湾草拥有仅次于农

田的固碳释氧效应,这与该物种的速生性以及人工草坪经受频繁修剪的人为干扰有关。

城市植被固碳释氧效应

深圳城市植被固碳释氧量的季节变化受当地太阳辐射量、气温、降水、湿度以及日夜时长等因素的综合影响。

春夏季较秋冬季节有更高的太阳辐射量以及日照时数,这是春夏季节的植被固碳释氧量高于秋冬季的主要原因。

深圳的夏季温度偏高,因此平均水汽压差值最高,已有的研究表明当水汽压差值偏高时,植物的气孔导度会大幅下降,从而限制了光合以及蒸腾作用,因此认为高温对气孔导度的影响,是夏季固碳释氧效应低于春季的主要原因。

单位附属绿地和居民小区位于城市核心区,植被平衡温室气体浓度以及调节区域气候的作用重要,加强这两种类型绿地的绿化程度,选择固碳释氧能力较高的植物种对绿地结构进行立体的合理配置,是改善人居环境的有效途径。

为了筛选出优秀的野生地被植物，运用光合测定的方法进行了固碳释氧和降温增湿能力的测定，以此为基础，定量评价地被植物的生态效益。

目前我国用于城市绿化的地被植物种类单调，形成的绿地景观不够丰富，植物群落也不够稳定。

对于植被本身所产生的生态效益的研究较少[7]

测试方法

用光合测定仪，对每种地被植物进行连续的光合测定，采用Excel软件进行数据处理和分析。

固碳释氧

植物的固碳释氧量可以在光合速率测定的基础上进行计算。

通常用以下公式计算固碳释氧量[8]，即：

根据光合作用的反应方程

CO2+4H2O—CH2O+3H2O+O2

可知

WO2=P×32/1000

其中，P为测定日的同化总量，单位mmol·m-2·s-1；Pi为初测点的瞬时光合作用速率，Pi+1为下一测点的瞬时光合作用速率，单位umol·m-2·s-1；ti为初测点的瞬时时间，ti+1为下一测点的瞬时时间，单位h；j为测定次数；WCO2为单位面积的叶片固定CO2的质量，单位g·m-2·d-1；WO2为测定日植物释放O2的质量，单位g·m-2·d-1。

降温增湿

由测定的野生地被的蒸腾速率，从而求得地被植物的日释放水量和降低的温度，通常用以下公式计算[9]，即：

其中，ei为实测的瞬时蒸腾速率，单位mmol·m-2·s-1；n为测定的光合速率的次数，本文为7；E为单位面积1h的蒸腾总量，单位mmol·m-2·h-1；Em为1h释放水的质量，单位g·m-2·h-1；若一天的蒸腾作用按12h算，WHO为全天释放水的质量，单位g·m-2·d-1；△T为降温值，单位℃；T为叶面温度，取平均值37.5℃；L为蒸腾的潜热系数，为2425.1J/（g·℃）；pc为空气的容积热容量，为1256J/（m3·h），v为空气柱体积，为10m2×100m。

一般来说，固碳释氧能力大于2.5g·m-2·d-1的地被植物，其固碳释氧能力较强，抗污染性较好，适宜用于温室效应或者热岛效应较强的地方栽植。

而降温增湿能力在500g·m-2·d-1以下的地被植物，节水能力较强，比较耐旱，适宜在高温时间较长、水资源条件欠佳的地方栽种。

植物对环境的释氧固碳、吸热降温等生态效益主要通过叶片进行光合蒸腾作用来完成，因此，叶片的结构不同，植物的释氧固碳、降温增湿能力也有差异[10]。

一般而言，纸质叶片的植物蒸腾作用稍高于革质叶片，在本次的观察测定中不难发现，降温增湿能力比较强的地被植物，主要是以纸质叶片为主的地被植物，如半边莲、聚花过路黄等。

在31种野生地被植物里，叶片颜色较深且偏革质的植被固碳释氧能力较强，笔者认为这主要跟叶片里叶绿素和花青苷的含量有关，它们有利于光能吸收，加大光合速率，从而提高了固碳释氧能力。

与一般的乔木和灌木树种相比，地被植物的固碳释氧和降温增湿能力较低，但是乔灌草复合结构的生态效益较高，因此在城市园林绿化中，应合理搭配植物，增加城市美景度和生态效益。

季节、温度和光照，可能对于地被植物的固碳释氧和降温增湿能力有一定的影响，本研究仅对引种的31种野生地被植物在高温8月份的固碳释氧和降温增湿能力进行了初步观测，对于植物固碳释氧和降温增湿作用的机理以及不同季节的固碳释氧、降温增湿效应和不同植被层配置的生态效果等方面的研究，有待进一步深入。

同一树种不同时期的滞尘量也有差别,如本试验中的银中杨的大树和幼树的滞尘量就有差异（分别为Ⅲ级和Ⅳ级）,这也与不同时期叶面的结构不同有关,由于苗期叶片相对较大,粗糙,特别是背面多毛,因此滞尘量较大;而大树的叶片小叶居多,且较光滑,滞尘量相对减少。

一是各树种的滞尘量是随环境的变化而变化的,不是一个定数;二是在此种试验条件下得到的滞尘量并非是最大滞尘量,但由于试验是在同一条件下进行的,且所选择的风力是当地的年平均风力,所以得出的结果应代表树种的平均滞尘量水平。

一个树种的滞尘能力除与枝叶的滞尘量密切相关外,还与树种各种树龄的生物量、冠层结构等有关,如爬地柏虽然叶面的滞尘量不大,但由于其干冠合一,冠形独特,可防治地面扬尘,因此,不失为优良的防尘树种;红松、樟子松等由于树冠较大,也有较好的降风滞尘效应;而花木兰虽然叶部滞尘量较大,但由于其枝叶稀疏,需充分密植,才能有较好的降风滞尘效应。

因此,要全面评价某树种的滞尘能力,既要考虑其单位叶面积的滞尘量大小,又要考虑全树总的减尘量,这样才能正确选择出较好的防尘树种。

参加全球环境监测系统（GEMS）的五大城市:

北京、上海、沈阳、西安、广州的监测显示,五大城市的5年SO2年平均值、总悬浮颗粒平均值大大超过世界卫生组织（WHO）标准（殷京生和孙曰,1998）

大气污染的危害程度居于其它环境污染之首,成为急遽要解决的重要问题之一。

植物对排放到大气中的污染物有一定的吸收和净化作用,是防治空气污染的一种有效补充工具（单运峰,1994）,而且,植物在吸尘、吸噪、释放O2、水蒸汽和香气方面的作用是其他措施所不及的。

植物对污染物的吸收和净化作用是有限度的,同一种植物对不同类型的污染物和不同种植物对同一类型污染物的净化能力各异,科学地选出具有强降污能力和强抗污能力的植物种类,为绿化植物的合理选用提供重要的依据。

随着工业及交通运输业的迅速发展和煤、石油等的大量使用,大量的有害物质如:

烟尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物等物质不断排放到大气中,当这些有害物质成分超过环境所能允许的极限值且持续一段时间后,就会改变大气的正常组成,破坏自然的物理、化学和生态平衡体系,危害人们的生活、工作和健康,损害自然资源及财产、器物等,这样大气污染及其恶果就产生了。

目前城市的主要大气污染物还包括臭氧、氟化氢、氯气、过氧乙酰硝酸酯（PAN）、乙烯、酸雾、颗粒物及沙尘暴引起的大范围污染（奚旦立等,1996）。

人为污染源有汽车源和固定源。

汽车源来自机动车的尾气排放,污染物有CO、NOx、HC及含铅颗粒物;固定源指工业和居民生活的排气污染,污染物有SO2、COx、NOx以及颗粒物等（沈晓悦和国冬梅,1998;奚旦立等,1996）。

它具有持续时间长、危害范围广、可控制等特点,是世界上的主要污染。

本文讨论的污染指人为污染。

　气孔是植物通过叶片的呼吸通道,因此污染状况下植物气孔也产生相应的变化以适应环境（BacicandPopovic,1998）。

有研究表明:

在0.25～1ppm的范围内,气孔张开程度与SO2浓度增高成正相关（张志杰和张维平,1991）;另有研究表明,叶片气孔开度与植物对大气混合污染物的抗性无明显相关性,但气孔开度密度之积与植物对混合污染物的抗性呈负相关（王家训和胡金兰,1991）。

植物除了具有一定的抗污染性能外,还得具有对污染物一定的吸附能力,才能达到降解大气污染物的目的,这就是植物的吸污能力。

不同的植物叶片对大气污染物有不同程度的吸附能力,其吸附量主要通过测量和计算

选择城市绿化树种的目的是要最大限度地降解大气污染物,但仅仅考虑吸污能力的大小并非科学的选择标准,这是因为植物对污染物的吸附能力与受害症状没有绝对关系

绿化树种的选择不仅要考虑到吸污指标,同时还要考虑抗污指标。