齊偉民，房宏琦，趙彥博

(吉林建筑大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院，130118，長(zhǎng)春)

0 引言

隨著城市改造的逐漸變遷與更迭，老舊小區(qū)居住環(huán)境中植物景觀(guān)與空氣質(zhì)量的關(guān)系常常容易被忽視。可吸入顆粒物(PM10)可以進(jìn)入人體肺泡，攜帶大量有毒有害物質(zhì)，對(duì)人體危害程度遠(yuǎn)大于其他大氣顆粒物[1]。老舊小區(qū)是城市老齡居民常駐地，而老舊小區(qū)植物景觀(guān)配置的可調(diào)控性差從而影響植物滯塵能力較弱，對(duì)居民身體健康存在隱患。小區(qū)宅旁綠地，是小區(qū)綠地面積分布最廣的一種形式[2-6]。但老舊小區(qū)中的綠地空間十分有限，因綠地面積很少且年限時(shí)間久而管理不當(dāng)導(dǎo)致的綠化覆蓋率低，所以盡可能利用有限的空間，高效發(fā)揮植物的凈化功能是近年來(lái)越來(lái)多的學(xué)者專(zhuān)家研究與關(guān)注的重要方向。植物景觀(guān)在自然循環(huán)機(jī)制與人體健康關(guān)系中有著不可或缺的作用[8-9]，植物修復(fù)受損環(huán)境與滯塵能力各有不同，而更佳的合理植物配置可以有效降低PM10濃度，單一結(jié)構(gòu)層次的植物配置對(duì)于PM10的滯塵能力遠(yuǎn)不如層混交結(jié)構(gòu)的植物配置[10]。

目前針對(duì)植物滯塵方面的研究，主要集中在單一植物個(gè)體的滯塵能力、生態(tài)能力和對(duì)顆粒物的吸附能力以及功能性綠地、綠地覆蓋率等方面對(duì)顆粒物的消減[12-15]。王譽(yù)潔等[1]研究表明居住區(qū)內(nèi)道路綠地應(yīng)設(shè)計(jì)復(fù)層、郁閉度高的群落結(jié)構(gòu)；宅旁綠地應(yīng)以單一結(jié)構(gòu)且郁閉度低的植物群落為主；在居住區(qū)邊界設(shè)置復(fù)層植物群落結(jié)構(gòu)的綠地，而內(nèi)部宜采用通透、舒朗的群落結(jié)構(gòu)。本文主要以長(zhǎng)春市老舊小區(qū)為對(duì)象，對(duì)小區(qū)內(nèi)宅旁植物配置景觀(guān)PM10進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測(cè)，研究小區(qū)內(nèi)不同類(lèi)型植物配置對(duì)PM10濃度的影響和氣象因子間的影響因素，使植物景觀(guān)配置的滯塵能力及可操控量在老舊小區(qū)的有限空間內(nèi)發(fā)揮最大作用，避免因過(guò)度追求植物的滯塵作用而盲目進(jìn)行配置，為改造老舊小區(qū)植物景觀(guān)內(nèi)最佳滯塵植物配比提供理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 觀(guān)測(cè)地點(diǎn)選擇

以長(zhǎng)春市為例，對(duì)長(zhǎng)春市主城區(qū)內(nèi)187個(gè)老舊小區(qū)進(jìn)行綜合調(diào)研，選取了植物配置較為系統(tǒng)全面和代表性的老舊小區(qū)為研究對(duì)象。監(jiān)測(cè)的區(qū)域范圍選定在小區(qū)樓房為行列式布局、圍合式及混合式布局的宅旁植物景觀(guān)，監(jiān)測(cè)地風(fēng)向以從南測(cè)吹過(guò)的風(fēng)為迎風(fēng)向，樓房布局、主導(dǎo)風(fēng)向與其夾角及植物配置詳情如表1。統(tǒng)一選取郁閉度較高植物疏密度一致的宅旁綠地與樓房間隙靠南設(shè)置采樣點(diǎn)，水平方向每間隔1.5 m同向設(shè)置一處采樣點(diǎn)，共設(shè)置3處采樣點(diǎn)，高度均為1.5 m(1.5m為人均呼吸高度)；垂直方向在宅旁綠地對(duì)應(yīng)的樓房每層的窗臺(tái)處設(shè)置一處采樣點(diǎn)，共設(shè)置6處采樣點(diǎn)。

表1 監(jiān)測(cè)地點(diǎn)詳情

1.2 研究方法

數(shù)據(jù)采集時(shí)間點(diǎn)為2020年11—12月(此階段為植物凋零季)、2020年6-7月(此階段為植物繁茂季)按冬夏兩季劃分，為避免誤差選取雨天或雪天過(guò)后第5日晴朗微風(fēng)天開(kāi)始監(jiān)測(cè)。采用微電腦激光粉塵儀[BB16-LD-5C( B) ]進(jìn)行PM10質(zhì)量濃度的測(cè)量。測(cè)量時(shí)間為12個(gè)時(shí)間段，每日06:00—18:00進(jìn)行采樣，每次采樣時(shí)間取 1 min，采樣間隔時(shí)間為2 h，按測(cè)點(diǎn)順序依次采集，每天采集6次(一個(gè)時(shí)間段一次)，夏冬兩季各采集2周。此外，分別使用水銀溫度計(jì)、濕度測(cè)量?jī)x以及熱線(xiàn)式風(fēng)速計(jì)采集宅旁綠地的溫度、濕度和風(fēng)速。

1.3 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Excel和SPSS對(duì)采取的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行歸置處理，得出宅旁綠地PM10濃度分布規(guī)律以及對(duì)其的影響，以及PM10濃度變化與氣候相關(guān)因素的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 老舊小區(qū)宅旁植物景觀(guān)對(duì)PM10濃度日變化水平分布的影響

如圖1可知監(jiān)測(cè)地1、監(jiān)測(cè)地2和監(jiān)測(cè)地4與風(fēng)向夾角相差較小。上午8:00 PM10濃度開(kāi)始逐漸上升，在10:00達(dá)到最大值，中午緩慢回落，在14:00達(dá)到最低值。從16:00開(kāi)始PM10濃度會(huì)緩慢上升，但幅度波動(dòng)較平緩，且低于08:00-10:00的濃度。這可能是由于寒地居住區(qū)早晚供暖以及晝夜溫差較大等因素所造成的。監(jiān)測(cè)地3和監(jiān)測(cè)地6與風(fēng)向夾角PM10濃度分布明顯高于其他監(jiān)測(cè)地，導(dǎo)致這樣較為明顯差異的原因是宅旁綠地較其他監(jiān)測(cè)地綠化覆蓋率低。監(jiān)測(cè)地5與風(fēng)向所成角度區(qū)別于其他監(jiān)測(cè)地，PM10濃度分布也有所不同。

圖1 PM10質(zhì)量濃度日變化

2.2 老舊小區(qū)宅旁植物景觀(guān)對(duì)PM10濃度垂直分布的影響

如圖2所示，PM10濃度在第2層樓高度時(shí)為最低點(diǎn)，但隨高度升高而緩慢上升，這是由于宅旁綠地植物高度影響所致。監(jiān)測(cè)地4樓房布局是圍合式布局同時(shí)與主導(dǎo)風(fēng)向夾腳幾乎是垂直角度，風(fēng)透過(guò)宅旁綠地到樓房因夾角所致植物對(duì)PM10濃度分布影響較大。監(jiān)測(cè)地3和監(jiān)測(cè)地6的PM10濃度依然高于其他監(jiān)測(cè)地，分析其結(jié)果表明：植物能夠一定程度上影響綠地外環(huán)境的 PM10濃度，但不同植物配置結(jié)構(gòu)配比對(duì)綠地內(nèi)外環(huán)境的 PM10濃度的均有不同梯度的影響。在1～3層處PM10濃度明顯減少，這是因?yàn)橹参镒璧K了氣流的上下流動(dòng)，在1～3層為植物生長(zhǎng)密集處也是喬灌草復(fù)合結(jié)構(gòu)，PM10的擴(kuò)散很大程度被抑制在地面和喬木樹(shù)冠頂蓋之間，顯現(xiàn)出植物的滯塵效應(yīng)[4]。

圖2 PM10濃度垂直分布變化

2.3 夏冬兩季植物景觀(guān)對(duì)PM10濃度分布的影響

比較在冬、夏兩季同一時(shí)段不同宅旁綠地植物配置的郁閉度情況，如圖3和圖4所示。冬季不同結(jié)構(gòu)體系植物郁閉度對(duì)PM10濃度分布影響很小而夏季不同郁閉度對(duì)PM10濃度分布影響稍大。冬夏兩季的植物景觀(guān)郁閉度排序?yàn)椋簡(jiǎn)坦嗖?灌草>喬灌>喬草。如圖5和圖6冬季喬灌草型、灌草型、喬灌型植物配置 PM10濃度與植物郁閉度呈明顯正相關(guān)?；貧w方程為：

圖3 宅旁綠地冬季郁閉度

圖4 宅旁綠地夏季郁閉度

圖5 PM10濃度受宅旁綠地不同結(jié)構(gòu)冬季郁閉度影響分布

圖6 PM10濃度受宅旁綠地不同結(jié)構(gòu)夏季郁閉度影響分布

y=6.771 4x喬灌草+162.13r2=0.748 2,

y=9.657 1x灌草+159.53r2=0.454 2,

y=7 685x喬灌+168.6r2=0.423 7,

y=9.432 9x喬草+173.8r2=0.329 7。

夏季植物配置 PM10濃度與植物郁閉度呈弱正相關(guān)(y=4.828 6x喬灌草+153.6r2=0.230 6,y=5.657x灌草+159.53r2=0.151 1,y=5.4x喬灌+159.6r2=0.159 9,y=5.6x喬草+168.4r2=0.173 8)，這可能是因?yàn)閱坦嘈?、喬灌草型及灌草型植物群落整體通透度低，植物在 1.5 m 高度附近生長(zhǎng)密集，導(dǎo)致顆粒物進(jìn)入植物群落內(nèi)部后無(wú)法快速排出，喬草型結(jié)構(gòu)單一、通透度高，PM10較易擴(kuò)散。冬季PM10濃度在一定程度上也受居住區(qū)樓房布局的影響如圖7，冬季寒地城市大量供暖使得空氣質(zhì)量指數(shù)降低。不同結(jié)構(gòu)樓房布局對(duì)應(yīng)的宅旁綠地植物配置的滯塵效應(yīng)在冬季體現(xiàn)得更加重要，顯然結(jié)構(gòu)層次豐富且包含喬灌草3種植物配置的植物景觀(guān)具有更佳滯塵表現(xiàn)[5]。

圖7 PM10濃度受植物郁閉度影響季變化分布

2.4 伴隨氣象因子植物景觀(guān)對(duì)PM10分布的影響

考慮到空氣中的PM10濃度的影響因素是復(fù)雜變樣的，因此采用回歸分析法探究環(huán)境因子(溫度和相對(duì)濕度)對(duì)PM10濃度變化的影響。溫度和相對(duì)濕度與 PM10濃度的相關(guān)性較強(qiáng)，溫度與PM10濃度存在一定負(fù)相關(guān)關(guān)系，相對(duì)濕度與PM10濃度存在一定正相關(guān)關(guān)系[7]。因此得到模型：

y=-3.648×Ta+2.457×RH+5.372R2=0.612<0.01

其中：Ta代表空氣溫度(℃)，RH代表相對(duì)濕度(%)，y代表PM10濃度(mg /m3)。

3 討論

國(guó)內(nèi)外大量研究表明，城市綠地植物群落有助于改善城市空氣質(zhì)量，塑造高品質(zhì)的生活環(huán)境[8-15]，張建設(shè)等[16]在不同植物群落對(duì)大氣顆粒物濃度的消減作用中發(fā)現(xiàn)，層次合理、植被豐富的綠地配置模式對(duì)顆粒物的消減效果明顯。本文研究地選址考慮了老舊小區(qū)樓房布局條件影響，從居住區(qū)環(huán)境入手探究不同季節(jié)植物配置結(jié)構(gòu)內(nèi)的PM10濃度變化與植物郁閉度因素關(guān)系，以及不同季節(jié)中不同郁閉度下的植物景觀(guān)體系滯塵效益。

因此在優(yōu)化老舊小區(qū)環(huán)境和改善空氣質(zhì)量中，應(yīng)將地理環(huán)境要素與植物配置層次結(jié)合起來(lái)，通過(guò)調(diào)節(jié)植物郁閉度，選擇合適的植物配置結(jié)構(gòu)(如考慮喬灌草結(jié)構(gòu)體系或喬灌結(jié)構(gòu)等影響因素)，從而達(dá)到植物抑制 PM10濃度和改善空氣質(zhì)量的生態(tài)效益，進(jìn)而避免盲目追求空氣質(zhì)量而進(jìn)行植物綠化[17-18]。老舊小區(qū)的空氣質(zhì)量對(duì)居民的生活至關(guān)重要，本文是對(duì)位于寒地城市的老舊小區(qū) PM10濃度變化及影響因素進(jìn)行研究，未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)老舊小區(qū)的 PM10濃度變化特征進(jìn)行定量研究，從而能夠更全面地探究老舊小區(qū)有限區(qū)域內(nèi)綠地最佳植物配比的規(guī)劃設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

1)不同樓房布局監(jiān)測(cè)地之間的PM10質(zhì)量濃度水平分布和垂直分布基本一致，在冬夏兩季日變化中均呈早晚高中間低。

2)冬夏兩季不同郁閉度植物配置結(jié)構(gòu)之間PM10質(zhì)量濃度存在顯著差異性，其中郁閉度低的監(jiān)測(cè)地與其他郁閉度高的差異性最顯著，PM10質(zhì)量濃度均為喬灌草結(jié)構(gòu)影響最大，喬灌結(jié)構(gòu)和灌草結(jié)構(gòu)為其次，且多表現(xiàn)為喬灌樣地大于灌草和喬灌樣地，喬草結(jié)構(gòu)影響最小。

3)研究區(qū)域 PM10質(zhì)量濃度與溫度呈負(fù)相關(guān)，與相對(duì)濕度呈正相關(guān)，與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)。