专题 园林生态效益城市带状绿地郁闭度对空气负离子浓度、含菌量的影响Effects of the Different Canopy Density of Urban Green Belts on the Air Anion Concentration, Bacteria Rate朱春阳 / 摘 要：选择北京典型的城市带状绿地——西四环旁侧5种不同郁闭度带状绿地作为研究对象，采用小尺度定量测定的技术方ZHU Chun-yang法，分析不同郁闭度的城市带状绿地与空气负离子浓度、空气含菌量间的关系，为建立城市带状绿地评价体系提供科学依据。李树华 / LI Shu-hua 结果表明，当绿地郁闭度小于时，绿地具有一定的空气质量改善效应，但效果不明显；当郁闭度超过时绿地空气质量改善李晓艳 / LI Xiao-yan 效应显著(绿地宽度42m , P<)。其中，绿地的空气负离子效应随郁闭度的增加逐渐增强；绿地的抑菌效应受多方面因素影响 (不同郁闭度引起的绿地内部温湿、粉尘状况等)，随绿地郁闭度的变化呈一定的规律性，且受季节性因素影响。关 键 词：风景园林；城市带状绿地；郁闭度；空气质量；空气负离子浓度；空气含菌量文章编号：1000-6664(2012)09-0072-06中图分类号：TU 986 文献标志码：A收稿日期：2012-02-15； 修回日期：2012-06-25基金项目：国家自然科学基金(编号30972416)资助Abstract: In order to provide scientific basis for the establishment of evaluation system for urban green belts, the effects of the different canopy densities of urban green belts on the air anion concentration and bacteria rate were analyzed by the small-scale of quantitative measurement. In this paper, five-green belts with different canopy densities including ,,,, along the west fourth ring road of Beijing were investigated in April, July, October and December of 2009. The results show: The benefit of urban green belts on improving air quality increases as the canopy density of five-green belts rises. It has a little effect on improving air quality while the canopy density is less than ; When the canopy density exceeds , it has a significant effect on the increase of air anion concentration and an obvious effect on the decrease of bacteria rate(width 42m , P<). The air anion effect is gradually strengthened with the increase of canopy density. The bacteriostatic effect has a certain regularity with the change of canopy density. but not obvious subjected to many affecting factors for temperature and humidity conditions, dust condition and so on induced by different canopy density, and the effect is affected by the seasonal words: landscape architecture; urban green belt; canopy density; air quality; air anion concentration; bacteria rate[14]城市带状绿地建设是对人类基本需求的响应，具有风景和游憩功能。污染是影响绿地产生抑菌效应的主要因素。其不受城市总体形状的影响，更能适应各种类型的城市建成区，极大地增本试验针对边缘率较高的城市带状绿地郁闭度与空气负离子浓度、含加了城区绿地比例。作为城市绿地系统中颇具特色的构成要素之一，它将菌量间的关系进行分析，为建立城市带状绿地评价体系、合理规划城市带[1]城市各组团之间的关系更为密切地联系起来，为城市自然资源提供更好状绿地提供科学依据。[2]的保护，维护城市的生态平衡。正是由于城市带状绿地具有多重功能，通过对其生态效益的研究将有助于城市健康、稳步发展。1 研究地区与研究方法[3-4][5-6]城市绿地中的负离子浓度和空气含菌量是评价绿地空气质量的 研究区概况2个重要指标。城市绿地以其特有的小气候为产生空气负离子提供良好的试验地位于北京市海淀区西四环北路旁侧(39°95'N, 116°24'E)，绿[7-8][3]环境，相关研究集中于森林旅游资源开发与评价。研究表明，森林能地呈带状布置，绿带长度为3km左右。试验地内乔木种类主要有国槐、馒头[9]有效地增加空气负离子数量，不同林分类型对空气负离子的影响差异显柳、刺槐、圆柏，灌木主要为紫丁香、金银木、樱花、紫叶李，地被植物以[10-11]著。空气含菌量是评价城市绿地空气质量高低的另一个重要指标。研早熟禾为主。[12-13][15]究表明：不同植物群落的抑菌效应不同，绿地结构、植物种类和粉尘植物群落的调查方法见《生态学实验与实习》，植物群落现状见表1。72
LA Ecological Benefit表1 不同郁闭度带状绿地基本特征-2样地郁闭度植物构成种植密度/(株·m)樱花、早熟禾国槐、圆柏、樱花、紫玉兰、早熟禾绿地刺槐、圆柏、樱花、丁香、早熟禾刺槐、油松、樱花、紫叶李、早熟禾馒头柳、刺槐、丁香、金银木、早熟禾图1 网络布点示意图 样地选择皿暴露于空气中的时间(min)。试验所选样地均位于北京市海淀区西四环北路旁侧，绿地宽度均为能 测定时间[16]够显著发挥生态效益的宽度值42m，绿地一侧为车行道，另一侧为硬质选择2009年春(4月中旬—下旬)、夏(7月中旬—8月上旬)、秋(10月铺装。中旬—下旬)、冬(12月中旬—下旬)4个季节进行测定。负离子浓度的测郁闭度测试样地选择宽度相同、内部植物群落结构相似、郁闭度存试时段为8∶00—18∶00，每2h一次，分别对测试样地的空气负离子浓在一定梯度性的带状绿地5块(表1)，郁闭度分别为0~、~、度进行同步测定；含菌量的测试选择绿地杀菌效果较好的时段9：00开~、~、~区间。所选绿地建成年代相同，周边环境相始。挑选晴好天气[风速低于 测定项目、、)进行数据分析。 负离子浓度的测定采用软件对测得的数据进行多重比较(Duncan，测定仪器采用美国产ZL1-DLY-5G抗潮湿空气负离子浓度测定仪。α=)，分析各样地间空气负离子浓度及空气含菌量的差异显著性，使3离子浓度检测范围：10～×109(个离子/cm)，最高分辨率：10 用Microsoft Excel 软件制图。3(个离子/cm)，离子浓度误差≤±10%。 绿地内部纵向平均布点9个，横向上各选取绿地郁闭度相似的3段进2 结果与分析行重复测试。每个观测点按东、南、西、北4个方向分别于人体呼吸线 不同郁闭度带状绿地对空气负离子浓度的影响高度(距地面处)读数4次，取4个方向的平均值作为此观测点的离子 不同郁闭度绿地的空气负离子日变化规律值。将各个测试地所测得的数据加以平均，得到每个测试地的负离子浓度图2为4个季节不同郁闭度绿地的空气负离子浓度的日变化图。可以值。看出，由于季节不同，绿地内空气负离子出现最高、最低浓度的时间存网格布点示意图(图1)(L：绿地宽度；红色虚线：1/2、1/4、1/8等分在一定差异。分别将各季节所有样地同一时段空气负离子浓度值加以平线；黑色直线：绿地边界)。均，可以发现7、10月负离子变化高峰值出现一致性。4月负离子日变3试验中以空气负离子浓度为主要观测指数，空气离子评价系数(CI)化的高峰值出现在10：00—12：00(254个离子/cm)，低峰值时段出3作为评价指标。空气离子评价系数反映空气中接近自然界空气离子化水现在8：00—10：00(130个离子/cm)；7、10月负离子日变化的高峰3平的程度，CI=n-/1000q(q=n+/n-，n+为空气正离子数，n-为空气负值出现在8：00—10：00(分别为462、170个离子/cm)，低峰值时段3离子数)，该指标为国际上通用的空气清洁度评价标准。利用CI制定的出现在14：00—16：00(分别为208、109个离子/cm)。说明空气负[17]国际空气清洁度等级标准：CI>时，空气最清洁，为A级；CI在离子浓度日变化受季节性周边交通人流、绿地内温湿状况等因素的影响~时，清洁，为B级；CI在~时，中等，为C级；CI在较大，空气负离子浓度出现高低峰的时段存在一定差异。大量研究也表[8-11，20]~时，允许，为D级；CI在临界值时，为E级，其中：1)轻明，空气负离子的日变化特征随季节性气象条件(气温、相对湿污染~；2)中等污染~；3)重污染＜。度、风向风速、太阳辐射强度、空气混浊度、气压等)不同而异，导致 含菌量的测定没有一致的规律性。具体影响因子待进一步研究。采用自然沉降法测定绿地空气中的细菌含量。采用TCG(蛋白胨—葡绿地的郁闭度对负离子浓度的变化有较大的影响。其中样地1、2绿萄糖—牛肉膏)琼脂平板培养基，于距地面高度处观测，在空气中暴地郁闭度较低，受旁侧车辆尾气排放和地面扬尘的影响较大，空气中的粉[18][5]露5min后盖皿，于37℃培养48小时后计数。布点方法同负离子。尘使得空气中的负离子更容易相互碰撞，发生电荷中和，导致空气中负[19]3按奥梅梁斯基的算法计算空气含菌量。细菌数量/m=50000×N/离子变化不稳定；样地3、4、5的郁闭度较高，受周边环境影响小，因此2(A×t)（N：培养后，平面皿上的菌落数；A：平面皿面积(cm)；t：平面空气负离子变化比较稳定，绿地负离子浓度出现的峰值时段较为恒定。773L1/2L1/4L1/8L
专题 园林生态效益2-12-2312月 单位：个/cm时间样地1样地2样地3样地4样地508∶00─10∶00292315342410∶00─12∶003858721046912∶00─14∶00656869736814∶00─16∶00656059576016∶00─18∶005652635162备注：12月树木落叶，样地间负离子浓度值差异不大，数据仅供参考，不做计算。2-32-4图2 不同时段不同郁闭度绿地空气负离子浓度比较月份，绿地负离子浓度值最高，且各样地负离子变化趋势呈现一致性，其排序为7月>4月>10月>12月，7月空气清洁度等级最高，其中郁闭度较中样地3、4、5的空气负离子浓度明显高于前2块样地，样地5的空气负离高的样地4、5在1d的5个时段多处于空气最清洁等级，两者相差不大；样子浓度效应最为明显，8：00—10：00时段负离子浓度最高，为564个离地3的空气离子评价系数CI明显高于样地1、2；样地1、2空气离子评价系33子/cm，14：00—16：00时间段最低，为298个离子/cm。数CI偏低，极少达到空气清洁等级。4月空气清洁度次之，样地4、5空气 不同郁闭度绿地的空气负离子季节变化规律清洁度达到允许等级；样地2、3的空气离子评价系数高于样地1，空气清分别将各样地3d所有时刻的负离子浓度值加以平均。洁度等级达到中度污染；样地1的空气离子评价系数偏低，空气清洁度等从图3可以看出，春夏秋三季，5块样地的负离子浓度排序均为：样地级呈严重污染。10月，样地4、5的空气离子评价系数最高，两者相差不5>样地4>样地3>样地2>样地1。不同郁闭度绿地内部负离子浓度效应显大，空气清洁度基本控制在允许等级；样地3的空气离子评价系数明显高著不同，郁闭度值较大的绿地与郁闭度值较小的绿地相比，空气负离子浓于样地1、2，空气清洁度为轻度污染等级；样地1、2的空气离子评价系度高出倍左右。郁闭度值较小的绿地绿量本来就小，加之空气流动性较数偏低，样地2空气清洁度为中度污染等级，样地1空气清洁度为严重污大，使得绿地释放出的负离子向四周扩散，从而空气负离子浓度减小。染等级。12月，5块样地空气质量清洁度相差不大，空气清洁度均处于严以绿地内3d平均空气负离子浓度进行多重比较(Duncan's，P<)重污染等级。分析，4月，样地4、5间差异不显著，与样地1、2、3间差异显著；样地结果表明，不同郁闭度的城市带状绿地对空气清洁度等级的影响十分明2、3间差异不显著，与样地1间差异显著。7、10月，样地5与样地3、4显，郁闭度较小的绿地不利于空气负离子的存在，降低了空气的清洁程度。间差异不显著，与样地1、2间差异显著。三季中，7月空气负离子效应最 不同郁闭度带状绿地对空气含菌量的影响3为明显，其中样地5的负离子浓度值最高，420个离子/cm。 不同郁闭度绿地的空气含菌量每日比较综合分析不同季节各样地3d平均负离子浓度，可以发现绿地随着郁闭在测试的3d中，5块样地空气含菌量变化趋势呈现一致性。从图4看度的增加，负离子浓度效应逐渐增强。其中样地1、2具有一定的空气净化出，7、10月，样地3、4、5含菌量变化比较稳定，绿地未出现随郁闭度能力，但效应不明显；样地3、4、5的空气净化能力显著。因此，绿地空的增加而抑菌效应大幅增强的趋势。4、12月，随绿地郁闭度的增加含菌气负离子效应显著增强的郁闭度推测应该比样地3略低，大约在左右。数量在逐渐增多，说明绿地的抑菌功能受多方面因素影响。一方面植物能 空气离子评价系数和空气清洁度等级比较通过枝叶的吸附、过滤作用及分泌抑菌、杀菌物质来减少空气中的细菌数[5]根据所测数据和空气离子评价系数CI计算公式,计算出绿地空气离子量，吸附在枝叶上的尘埃，滞留是暂时的，滞留在阔叶树和针叶树的尘[21]评价系数和空气清洁度等级(表2)。埃分别会有14%~18%和48%~83%重新返回空气中；另一方面，样地由表2可知，不同季节绿地空气离子评价系数(CI)、空气清洁度等级受两侧交通产生尘埃的影响较大，粉尘大量滞留于植物叶表，形成一定厚74
LA Ecological Benefit34-514-14-24-34-4图3 不同郁闭度绿地日均空气负离子浓度比较[不同字母表示不同绿地类型间差异显著(P<)，即a、a间差异不显著，a、b间差异显著]图4 不同郁闭度带状绿地3d空气含菌量比较图5 不同郁闭度绿地日均空气含菌量比较[不同字母表示不同绿地类型间差异显著(P<)，即a、a间差异不显著，a、b间差异显著]度的覆盖层，在很大程度上抑制了植物生理活动所产生的抑菌、杀菌物质析，以绿地抑菌效应最明显的秋季(10月)为例，样地3、4、5间无显著性的散发；再加上绿地适宜的温湿状况会促进细菌的滋生，4、12月早晨，差异，均与样地1、2间存在显著性差异。[22]绿地具有保温作用，随着郁闭度的增加绿地的保温作用增强，结合春、绿地的抑菌作用受多方面因素影响，从7、10月数据来看，当郁闭度冬季含菌量与温度间相关性分析可以看出，绿地的含菌量与温度呈显著正达到一定值后，绿地的抑菌作用已开始逐渐增强，且呈现一定的规律性。相关(P<)。因此，春季绿地的含菌量随绿地郁闭度的增加在逐渐增当郁闭度达到时，绿地的抑菌作用显著。多。以上原因导致在一定的条件下，郁闭度较高的绿地内空气含菌量会高 影响绿地空气负离子浓度、含菌量的气象因子分析于郁闭度较低绿地内空气含菌量。可见，过去一些教科书仅仅笼统地讲绿在研究区域绿地中，绿地的郁闭度不同，其内部环境不一样，因此不地具有杀菌作用的说法是很不全面的。同郁闭度绿地空气负离子浓度、空气含菌量存在一定差异。温度、相对湿 不同郁闭度绿地的空气含菌量季节变化规律度、风速是影响不同郁闭度绿地内负离子浓度、含菌量的主要气象因子。比较不同季节绿地内部3d平均空气含菌量(图5)，可以看出4、12月在测定过程中，对绿地的温度、相对湿度(FUSO-8829温湿度测量仪)、绿地空气含菌量最高，7月次之，10月最低。春季气温升高，细菌增殖风速{晴好天气[风速低于 带状绿地温度、相对湿度对负离子浓度、含菌量的影响分析物光合作用强，杀菌能力强，但内部空气相对湿度高，导致含菌量高于秋比较绿地内部不同季节9：00—9：05时段温度、相对湿度对空气负季(图6)。离子、含菌量的影响，可以看出，7月份气温、相对湿度最高，此时负离将绿地内3d平均空气含菌量进行多重比较(Duncan's，P<0. 05)分子浓度值最大，效应最明显；10月份气温下降，相对湿度降低，空气含75
专题 园林生态效益表2 不同郁闭度绿地空气离子评价系数及空气清洁度等级 样地1 样地2 样地3 样地4 样地5 时间 CI等级CI等级CI等级CI等级CI等级8：00—10：：00—12：：00—14：月14：00—16：：00—18：平均值：00—10：图6 不同季节温度、相对湿度对空气负离子、含菌量的影响(9：00—9：05)10：00—12：：00—14：月14：00—16：：00—18：菌量最低。平均值 空气负离子浓度的影响因子分析8：00—10：比较1d 5个时段城市带状绿地温度、相对湿度与空气负离子浓度间的10：00—12：相关性，发现空气负离子浓度与其他因子之间的相关性受季节因素影响。12：00—14：春、夏、秋3季空气负离子浓度与温度均呈显著负相关(P<)，与相对月14：00—16：湿度呈显著正相关(P<)，相对湿度随着郁闭度值的增加逐渐增大，16：00—18：负离子浓度值随之逐渐增大；冬季空气负离子浓度与温度、相对湿度间相关性不显著。平均值 空气含菌量的影响因子分析8：00—10：比较城市带状绿地温度、相对湿度与空气含菌量间的相关性，春、10：00—12：冬季绿地含菌量与温度呈显著正相关(P<)，与相对湿度相关性不显12：00—14：著；夏、秋季空气含菌量与温度、相对湿度相关性不显著。其中，夏季绿月14：00—16：地内含菌量在相对湿度较低的情况下(郁闭度低)，随着相对湿度的增加空16：00—18：气含菌量在逐渐增多；而当相对湿度较高时(郁闭度高)，含菌数量明显减平均值少，此时绿地内空气含菌量受绿地内树木的抑菌作用影响明显。3 讨论城市绿化覆盖率是衡量一个城市绿化水平的主要指标，当城市绿化覆盖率能达到50%时,城市夏季酷热的情况可以得到根本的改善，预期地面[23]扬尘可减少30%。郁闭度是指单位面积上林冠覆盖林地面积与林地总[25]面积之比，是反映林分密度的指标。不同郁闭度的绿地具有不同的生态功同；王锐萍等对海口市夏季不同类型绿地的抑菌功能研究表明，绿地[24]能。通过合理设置绿地郁闭度，可以有效增加空气负离子浓度，降低空能够有效减少空气含菌量，绿地覆盖率是影响绿地抑菌效应的重要因素，[5]气含菌量，提高空气质量。 但缺少进一步研究。但张新献等对绿地抑菌能力的分析得出，在一定的本试验针对带状绿地的四季生态效应进行综合研究，通过定量分析条件下(枝叶滞留的尘埃、周边环境、绿地内温湿条件等)，绿地内空气含得出带状绿地的郁闭度不同，其对空气质量的改善效应是不一样的。针对菌量会高于非绿地内空气含菌量，本试验中发现由于带状绿地的边缘性特绿地的抑菌效应，多数研究认为绿化空间的菌落数少于非绿地空间的菌落征，加上上述一定条件的影响，部分郁闭度高的绿地空气含菌量高于郁闭[13]数，其中罗英等对淮安市秋冬季居住区绿地的抑菌功能的研究表明，度低的绿地。绿地的抑菌作用明显，抑菌效果因季节、地点、时间及环境因子差异而不针对绿地的空气负离子效应，在不同季节空气负离子浓度有所变化。76
LA Ecological Benefit[20]穆丹等认为空气负离子浓度夏季最高，春秋两季相当，冬季最低；韦朝[11] 吴际友，程政红，龙应忠.园林树种林分中空气负离子水平的变化[J].南京林业大学学报：自然科学版，[26]领等指出空气负离子浓度夏季最高,春季偏高于秋季，冬季最低，与本2003，27(4)：78-80.研究结果基本一致。这与植物的生长状况、气候情况、空气污染程度等因[12] 杨统一，黄利斌，万志洲，等.中山陵景区异龄复[20]素有关。空气负离子浓度受环境因子影响较大，有研究表明空气相对湿层混交林群落抑菌功能测定[J].江苏林业科技，2007，34(1)：7-10.度是影响空气负离子浓度的主要气象因子，空气负离子浓度与相对湿度呈[13] 罗英，李晓储，黄利斌，等.居住区绿地植物群[10，20，27]显著正相关，与气温呈显著负相关。本研究结果表明，空气负离落配置模式抑菌功能研究[J].林业科技开发，2010，子浓度与气温、相对湿度之间的相关性受季节因素影响，春、夏、秋三季24(2)：61-64.[14] 张浩，王祥荣.城市绿地降低空气中含菌量的生态空气负离子浓度与气温均呈显著负相关(P<)，与相对湿度呈显著正效应研究[J].环境污染与防治，2002，24 (2)：101-103.相关(P<)，而冬季空气负离子浓度与气温、相对湿度间相关性不显[15] 杨持.生态学实验与实习[M].北京：高等教育出版著。社，2003.[16] 朱春阳，李树华，纪鹏，等.城市带状绿地宽度与温湿效益间的关系[J].生态学报，2011，31(2)：38-39. 注：文中图片均由朱春阳绘制。[17] 加藤敬二.关于空气离子测定[J].芦敬，译.空气清净，1980，7(6)：243-248. [18] 尹湘毅，金均，张国琇，等.空气含菌量与培养时间的关系[J].中国消毒学杂志，1994，11(1)：47.[19] 花晓梅.树木杀菌作用研究初报[J].林业科学，1980，16(3)：236-240.[20] 穆丹，梁英辉.佳木斯绿地空气负离子浓度及其与气象因子的关系[J].应用生态学报，2009，20(8)：2038-2041.[21] Nowak D J. Air Pollution Removal By Chicago's Urban Forest USDA forest Service Gen[J]. Technical Report, 1994, 186: 62-83.[22] 朱春阳.北京城市带状绿地生态环境效益研究[D].北京：中国农业大学，2010：93，101.[23] 曹京杭.城市绿化覆盖率与大气环境的关系探讨[J].参考文献：环境监测管理与技术，2000，12：52-53.[1] 肖化顺.城市生态廊道及其规划设计的理论探讨[J].[24] 吴云霄，李华军，董仕萍，等.重庆市公园7种植中南林业调查规划，2005，24(2)：15-18.物群落结构对夏季微气候的改善效果[J].西部林业科[2] Rohling J. Corridors of green[J].Wildlife of North 学，2007，36(2)：, 1998, 5: 22-27.[25] 王锐萍，吴红萍，王十月，等.海口市绿地对空[3] 石强，舒惠芳，钟林生，等.森林游憩区空气负离气含菌量影响的生态效应[J].城市环境与城市生态， 子评价研究[J].林业科学，2004，40(1)：，19(3)：7-8.[4] Tikhonov V P, Tsvetkov V D, Litvinova E G, et al. [26] 韦朝领，王敬涛，蒋跃林，等.合肥市不同生态功Generation of negative air ions by plants upon pulsed 能区空气负离子浓度分布特征及其与气象因子的关系electrical stimulation applied to soil[J]. Journal of Plant [J]. 应用生态学报，2006，17(11)：, 2004, 51: 414-419.[27] 蒋文伟，张振峥，赵丽娟，等.不同类型森林绿地[5] 张新献，古润泽，李延明，等.居住区绿地对其空空气负离子生态效应[J].中国城市林业，2008，6(4)：气中细菌含量的影响[J].中国园林，1997，13(2)：57-49-51，.[6] Wright J, Greene V, Paulus H. Viable Microorganisms (编辑/邵丹锦)in an Urban Atmosphere[J]. Journal of Air Pollution Control Associate, 1969, 19: 337-339.[7] 蔡春菊，王成，陶康华，等.城市绿地对空气负离作者简介：子水平的影响研究[J].浙江林业科技，2007，27(4)：朱春阳/1983年生/男/河北卢龙人/华中农业大学风17-20. 景园林系讲师/研究方向为园林生态与绿地规划(武汉 [8] 曾曙才，苏志尧，陈北光.广州绿地空气负离子水430070)平及其影响因子[J].生态学杂志，2007，26 (7)：1049-李树华/1963年生/男/陕西蒲城人/清华大学建筑学1053.院景观学系教授、博士生导师/研究方向为植物景观与[9] 邵海荣，贺庆棠.森林与空气负离子[J].世界林业研生态修复、园林历史与文化、园艺疗法/本刊编委(北究， 2000，13(5)：19-23. 京 100084)[10] 吴楚材，郑群明，钟林生.森林游憩区空气负离子李晓艳/1983年生/女/河北石家庄人/北京昌平职业水平的研究[J].林业科学，2001，37(5)：75-81.学校园林系教师/研究方向为园林植物(北京 102206)77
