植物是如何對(duì)抗霧霾的

"霾"是指大氣中細(xì)顆粒物濃度升高，而導(dǎo)致能見度下降的現(xiàn)象。本訪談介紹了治理霾的主要思路和措施，植物在消減PM2.5的機(jī)制，以及兩個(gè)相關(guān)研究課題—"應(yīng)對(duì)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(qū)揚(yáng)塵抑制技術(shù)研發(fā)及示范應(yīng)用"—的最新研究進(jìn)展。

在通過(guò)運(yùn)用植物治理PM2.5方面，您和您的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了哪些工作？

    李延明：大氣污染，尤其是霾，現(xiàn)在已經(jīng)成為城市環(huán)境中最為嚴(yán)峻的一個(gè)問(wèn)題，不少城市已經(jīng)將"霧霾天氣"作為災(zāi)害性天氣現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警。"霾"是指大氣中細(xì)顆粒物（主要是PM2.5）濃度升高，而導(dǎo)致能見度下降的現(xiàn)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(duì)目前城市霧霾天氣頻頻出現(xiàn)的情況，我們正在開展兩個(gè)課題研究，第一個(gè)是"應(yīng)對(duì)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(qū)綠地和郊區(qū)造林對(duì)PM2.5的消減作用。第二個(gè)是國(guó)家科技計(jì)劃支撐課題—"北京地區(qū)揚(yáng)塵抑制技術(shù)研發(fā)及示范應(yīng)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。首先應(yīng)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(tǒng)。

    降雨、空氣對(duì)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)，植被是最為有效的手段。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，首先可以肯定的是，城市綠地對(duì)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(tǒng)對(duì)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(duì)降低PM2.5發(fā)揮多大的作用，目前還沒有確切的定論。綠地對(duì)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影的效果，PM2.5的治理需要整合多種途徑。

不同植物種類在吸附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(duì)單株植物的單位面積上的PM2.5吸附情況進(jìn)行了測(cè)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(cè)定。研究表明，不同植物種類吸附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)量是最高的，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(qiáng)調(diào)的是，這并不是表示在北京地區(qū)銀杏是治理PM2.5效果最好的品種，只是針對(duì)我們研究的物種而言相對(duì)較好。

空氣中的懸浮顆粒物附著在植物表面后，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(cè)定植物對(duì)PM2.5的吸附作用。除了絨毛結(jié)構(gòu)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(fù)雜的超微結(jié)構(gòu)。電鏡顯示，細(xì)顆粒物可以穩(wěn)定地附著在這些超微結(jié)構(gòu)之上，PM2.5在空氣中的再懸浮概率相對(duì)來(lái)說(shuō)非常小。細(xì)小顆粒物被吸附之后，也會(huì)在葉表發(fā)生團(tuán)聚，形成更大的顆粒物，通過(guò)降雨或刮風(fēng)等自然現(xiàn)象，沉降到地面。

    電鏡照片顯示，PM2.5的直徑遠(yuǎn)小于植物氣孔的直徑，因此一部分PM2.5將會(huì)通過(guò)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)進(jìn)入氣孔。PM2.5的成分非常復(fù)雜，包括元素碳、有機(jī)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(zhuǎn)換。不過(guò)現(xiàn)在對(duì)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(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)植物能夠有效吸收二氧化硫、氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物這些會(huì)形成二次污染的物質(zhì)。

請(qǐng)問(wèn)在研究的過(guò)程中是如何與大氣專業(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(duì)PM2.5的吸附機(jī)理和研究方法的探討。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)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(duì)于PM2.5的研究在大氣專業(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(duì)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。我們與大氣專家合作，對(duì)如何才能獲取植物葉片上的顆粒物，以及如何進(jìn)行稱重等問(wèn)題進(jìn)行了探討。我們的工作是在與大氣專家的合作中摸索前進(jìn)。

該研究成果將主要應(yīng)用在哪些方面？對(duì)城市規(guī)劃師、景觀設(shè)計(jì)師的工作有怎樣的切實(shí)指導(dǎo)意義？

    李新宇：我們的研究成果將主要為設(shè)計(jì)師提供兩個(gè)方面的指導(dǎo)。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(duì)幾種典型的綠地類型—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(duì)比研究。例如，針對(duì)道路綠地，我們?cè)诒本┧沫h(huán)路上選取了4處典型的地段—污染狀況、交通流量等情況類似—通過(guò)長(zhǎng)期的戶外監(jiān)測(cè)，對(duì)不同的配植模式下的PM2.5消減情況進(jìn)行了對(duì)比。雖然該課題尚處研究階段，但我們希望能夠盡快根據(jù)研究成果編制出一套植物配植的基本導(dǎo)則。這套導(dǎo)則將同時(shí)兼顧綠地的環(huán)境改善、觀賞和休閑娛樂功能，而非一味地強(qiáng)調(diào)其改善環(huán)境的作用。

在以落葉樹和落葉灌木為主的北方地區(qū)，冬季時(shí)植被對(duì)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(yīng)。的確，冬季時(shí)，北方地區(qū)植物的綠量很低，生態(tài)效應(yīng)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(cè)試結(jié)果表明，北方地區(qū)還有多種常綠針葉樹，例如雪松（Cedrusdeodara）、圓柏（Sabinachinensis）等植物均具有較強(qiáng)的滯塵能力。此外，一些能在北方地區(qū)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(qū)。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道路上噴灑融雪劑，其成分主要為氯鹽類，會(huì)對(duì)植物造成傷害，因此需要對(duì)綠籬進(jìn)行防護(hù)。但其他很多區(qū)域（包括公園、居住區(qū)、廣場(chǎng)）不加了解就盲目效仿，也在綠籬表面覆蓋防護(hù)物。實(shí)則完全沒有必要，大葉黃楊和小葉黃楊完全可以在北京地區(qū)露地越冬。近年來(lái)，北京地區(qū)正在逐步用膠東衛(wèi)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(wèi)矛的抗寒性更強(qiáng)。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(xiàn)象，更關(guān)鍵的是要去探尋現(xiàn)象背后的原因，才能采取正確的解決措施。