鄒 寧 李運遠(yuǎn) 胡 楠

北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院 北京 10083

我國大多數(shù)城市空氣質(zhì)量主要受大氣顆粒物影響[1]， 大氣顆粒物污染對健康的影響已成為公眾及各國政府關(guān)注的焦點[2]。 可吸入顆粒物PM10是危害人體健康的主要因素[3-4]， 也是影響城市空氣質(zhì)量的主要污染物之一[5]。 植物的葉面、 枝干等組織結(jié)構(gòu)可以吸附滯留大氣顆粒物[6]。 合理的植物群落配置不僅美化環(huán)境， 還能更好地消減大氣顆粒物含量[7-8]。

校園綠地具有調(diào)節(jié)師生情緒的特殊功能[9-10]，植物群落配置需要同時考慮生態(tài)效益和景觀效益。目前有關(guān)植物群落滯塵能力的研究多數(shù)是以市區(qū)范圍[11-13]， 或 是 以 公 園 綠 地[14-15]、 道 路 綠地[16-18]為研究對象， 以校園綠地為對象的研究較少。 美景度評價法 (Scenic Beauty Estimation，SBE) 是目前最可靠合理并被廣泛應(yīng)用的景觀質(zhì)量評價方法[19-20]， 研究范圍涉及森林景觀[21]、 公園綠地[22]、 居住區(qū)綠地[23]、 校園綠地[24]等。 目前研究多關(guān)注校園綠地滯塵或景觀單方面的能力，但提升校園綠地綜合能力則會更好地指導(dǎo)師生活動， 因此， 校園綠地植物群落滯塵能力及美景度的綜合性研究非常必要。

北京林業(yè)大學(xué)人群承載量大， 師生多來自園林相關(guān)專業(yè)， 對校園綠地綜合效益的需求具有典型性。 校園內(nèi)植物類型豐富、 數(shù)目繁多， 共有植物72科147 屬247 種， 高于國內(nèi)校園植物平均水平， 校園綠地建設(shè)成果顯著[25-26]。 本文對北京林業(yè)大學(xué)綠地進(jìn)行調(diào)查研究， 綜合評價植物群落對可吸入顆粒物PM10的阻滯能力及群落景觀美景度， 選出既有良好的滯塵能力又有較高美景度的綠地， 參考其植物配置方式， 為校園植物設(shè)計提供參考。

1 研究方法

1.1 樣地選取

選取北京林業(yè)大學(xué)內(nèi)具有游憩功能、 使用頻率高、 面積大小相似、 相互獨立、 植物發(fā)育成熟、搭配結(jié)構(gòu)豐富且各具特色的5 塊校園綠地作為樣地 (表1)， 樣地均與主車道相距較遠(yuǎn)， 周邊環(huán)境條件較為一致。

表1 樣地特征

1.2 PM10濃度測定與分析

1.2.1 測定方法

在每塊樣地的綠地范圍內(nèi)隨機(jī)選取均勻分布的5 個點為樣點， 選點向外擴(kuò)充10 m × 10 m 作為樣方， 在非綠地的主樓前廣場選取一個對照樣點，共26 個樣點。 檢測時間為 2021 年 10 月與 11 月上旬， 此時段大氣顆粒物污染情況較嚴(yán)重， 植物長勢良好， 選擇天氣晴朗無風(fēng)、 氣候條件一致的18 d 對北京林業(yè)大學(xué)校園內(nèi)5 塊樣地及對照樣點進(jìn)行數(shù)據(jù)測定。 8 ∶00-18 ∶00 每隔 2 h 共 5 個時間段 (8 ∶00-10 ∶00、 10 ∶00-12 ∶00、 12 ∶00-14 ∶00、 14 ∶00-16 ∶00、 16 ∶00-18 ∶00)， 在1 h 內(nèi)完成所有樣點每個時間段的測量。 在每個樣點距離地面1.5 m 處， 用兩臺LD-6S 多功能激光粉塵儀 (北京市綠林創(chuàng)新數(shù)碼科技有限公司) 對PM10濃度進(jìn)行測量， 測量前檢查校準(zhǔn)儀器， 測量時與儀器保持一定距離并保持儀器平穩(wěn)。 測量時選取風(fēng)速較小時段 (風(fēng)速小于2 m·s-1)， 每個樣點測量2 次取平均值作為此時間段內(nèi)樣點數(shù)據(jù)。 測量后記錄PM10濃度數(shù)據(jù)， 以及樣方內(nèi)植物群落特征(表 2)。

表2 樣方植物群落結(jié)構(gòu)基本特征

1.2.2 濃度分析

用AutoCAD 2020 根據(jù)測量數(shù)據(jù)繪制平面圖，計算植物覆蓋度等群落特征。 運用Excel 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析， 相同時間段內(nèi)的PM10濃度取多天檢測結(jié)果的平均值， 取每塊樣地內(nèi)5 個樣方各時間段PM10濃度平均值作為該樣地的PM10濃度值，對比5 塊樣地及對照組的PM10濃度變化情況。

1.3 美景度評價與計算

1.3.1 評價方法

為了減少照片拍攝給景觀美學(xué)評價帶來的影響， 需限定拍攝方法[27]。 選擇 2021 年 10 月 11 日9 ∶00-11 ∶00 時晴朗天氣對 25 個植物群落樣方進(jìn)行拍攝。 在1.5 m 的水平視線高度采用相同模式進(jìn)行拍攝[28]， 攝像鏡頭為 1 200 萬像素主攝(26 mm、 f/1.8)。 盡量避免照片中出現(xiàn)非群落景觀因子， 選取能真實全面反映樣方景觀狀況的照片。 共拍攝100 張照片， 篩選出符合上述標(biāo)準(zhǔn)照片共25 張 (每個樣方1 張)， 對照片進(jìn)行處理時，遮蓋非相關(guān)要素， 僅保留樣方植物群落景觀。

用處理后的照片制作網(wǎng)絡(luò)調(diào)查問卷， 評價者對照片進(jìn)行評價打分， 評價等級設(shè)定為5 個等級，分別為極喜歡、 喜歡、 一般、 不喜歡、 極不喜歡，分值對應(yīng)為 2 分、 1 分、 0 分、 -1 分、 -2 分。 最終回收有效問卷評分表64 份， 不同專業(yè)群體對景觀評價差別并不明顯[19，29]， 本文將不再區(qū)分不同人群的評價表。

1.3.2 美景度值計算

對64 名評價者的原始評分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計算，求每張照片標(biāo)準(zhǔn)化得分值的平均值， 得到該群落景觀的標(biāo)準(zhǔn)化 SBE 值。 標(biāo)準(zhǔn)化 SBE 值計算公式為[30]:

式 (1) 中:Zij是第j個評價人對第i張照片的標(biāo)準(zhǔn)化評分值；Rij是第j個評價人對第i張照片的評分；Rj是第j個評價人對所有照片的評分均值；Sj是第j個評價人對所有照片的評分標(biāo)準(zhǔn)差；Zi是第i張照片的景觀標(biāo)準(zhǔn)化評分值；Nj是總評價人數(shù)。

1.4 相關(guān)性分析

參考相關(guān)文獻(xiàn)研究并結(jié)合專家意見，確定與本研究相關(guān)的7 個群落特征要素(表3)，用SPSS 24.0將各個樣方的日均PM10濃度和美景度值剔除異常值后，結(jié)合各群落特征要素量值進(jìn)行相關(guān)性分析。

表3 群落特征要素分解

2 結(jié)果與分析

2.1 植物群落PM10日濃度變化與美景度

由圖1 可知: 各樣地內(nèi)的PM10濃度總體為先升高再降低的變化趨勢， 均在 14 ∶00-16 ∶00 達(dá)到峰值； 同時段內(nèi)各樣方的PM10濃度差別不大，有樣地的PM10濃度均低于對照組， 說明植物群落對PM10有一定的阻滯作用， 所樣地C 和樣地D整體PM10濃度最低。 根據(jù)各樣地群落美景度的分析結(jié)果， 各群落美景度值排序為樣地C (0.295)＞樣地D (0.022) ＞樣地A (-0.033) ＞樣地B (-0.084) ＞樣地E (-0.189)。

圖1 樣地及對照組PM10濃度日變化

2.2 各群落特征要素與滯塵能力相關(guān)性

由圖2、表4 可知，樣方植物群落PM10濃度與常綠植物覆蓋度、色彩豐富度、結(jié)構(gòu)層次豐富度顯著負(fù)相關(guān)，與喬灌木覆蓋度、喬木平均高度、植物種類豐富度沒有顯著相關(guān)性。 對PM10阻滯能力更強(qiáng)的樣地C和樣地D 的常綠植物覆蓋度多為10%～30%，樣地D有群落種植面積近80%的鋪地柏，植物種植密集豐富，群落結(jié)構(gòu)多為喬灌草型，密集量多的枝條樹葉有效地阻滯了大氣顆粒物，這與喬灌草型三層群落結(jié)構(gòu)滯塵能力最強(qiáng)[31-33]的研究結(jié)果相吻合。

表4 群落特征要素與PM10濃度相關(guān)性

圖2 群落特征要素與PM10濃度變化關(guān)系

2.3 各群落特征要素與美景度相關(guān)性

由圖3、表5 可知，樣方群落喬木灌木比、色彩豐富度、植物種類豐富度、結(jié)構(gòu)層次豐富度均與SBE 美景度值呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。 美景度最高的樣地C群落植物種類豐富，各樣方均有4～6 種植物，植物色彩豐富、季相性強(qiáng)，喬木灌木搭配的比例為0.6 ～3.5，群落均為喬灌草型結(jié)構(gòu)，植物景觀配置豐富，層次清晰且色彩節(jié)奏感強(qiáng)，符合大眾審美。

圖3 群落特征要素與SBE 值變化關(guān)系

表5 群落特征要素與SBE 值相關(guān)性

2.4 群落PM10濃度與美景度相關(guān)性

將各樣方PM10濃度與SBE 美景度值進(jìn)行雙變量相關(guān)性分析， 結(jié)果 (圖4、 表6) 表明， 樣方群落PM10濃度與SBE 美景度值呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。豐富的群落結(jié)構(gòu)層次不僅可以提升滯塵效益， 也可在一定程度上提高群落的美學(xué)價值。

表6 群落特征要素與SBE 值相關(guān)性

圖4 PM10濃度與SBE 值變化關(guān)系

3 討論

PM10日濃度變化整體呈先升高再降低的趨勢，于 14 ∶00-16 ∶00 達(dá)到峰值， 這種變化趨勢與部分研究結(jié)果相符， 但峰值出現(xiàn)時段不同[34]， 原因可能為PM10來源于第一次排放污染， 受人為活動影響較大[35]， 日間人群活動頻繁， PM10濃度逐漸升高， 傍晚活動頻率降低， 濃度隨之下降。 本研究表明PM10濃度與常綠植物覆蓋度顯著負(fù)相關(guān)，而與喬木平均高度等特征因子無顯著相關(guān)性， 這與李新宇等[14]研究結(jié)果一致， 原因可能是不同樹種由于枝葉結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致滯塵能力不同， 葉片表面有細(xì)微結(jié)構(gòu)和濕潤的分泌物， 吸附能力較強(qiáng)，對樹種滯塵能力的影響較大[6，36-38]， 導(dǎo)致秋季尚未落葉的常綠植物在群落滯塵方面發(fā)揮巨大作用。色彩豐富度和PM10濃度的顯著負(fù)相關(guān)， 可能是色彩豐富與群落的植物種植豐富有關(guān)， 大量的枝條葉片可有效阻滯大氣顆粒物， 從而對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響。 本研究表明喬灌草型群落結(jié)構(gòu)對PM10的消減能力更好， 與陳自新等[32]的研究結(jié)果一致，原因可能是多層群落結(jié)構(gòu)可以形成相對閉合的垂直空間結(jié)構(gòu)， 群落內(nèi)風(fēng)速減小， 有效阻止了顆粒物的擴(kuò)散活動， 導(dǎo)致監(jiān)測到的顆粒物濃度低。

本研究表明美景度值與喬木灌木比正相關(guān)，可能原因是0.6～3.5 比值范圍內(nèi)的喬灌木配比合理， 喬木枝干挺拔舒展、 冠型飽滿優(yōu)美， 喬木在合理范圍內(nèi)占比相對較高的群落在一定程度上提高了植物群落的觀賞價值。 SBE 值與結(jié)構(gòu)層次豐富度、 色彩豐富度等極顯著正相關(guān)， 這與段敏杰等[28，39]研究結(jié)果相符， 究其原因: 一是植物色彩的豐富多樣最直接影響景觀節(jié)奏感， 從而增添植物景觀的趣味性； 二是植物種類多樣、 結(jié)構(gòu)層次豐富的植物群落可增強(qiáng)群落的立體效果。 即植物種類多樣和結(jié)構(gòu)層次豐富的植物群落的景觀構(gòu)成更豐富， 提高了群落景觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性， 更具景觀價值。 群落SBE 美景度與PM10濃度與結(jié)構(gòu)層次豐富度均顯著相關(guān)， 已有研究[39]表明豐富的結(jié)構(gòu)層次對植物群落的美學(xué)效益和多項生態(tài)效益具有重要意義。 因此， 在校園綠地群落的規(guī)劃設(shè)計中，應(yīng)多重視群落結(jié)構(gòu)層次這一特征要素， 多應(yīng)用多層結(jié)構(gòu)植物群落。

考慮到校園綠地使用人群和功能上的特殊性，在設(shè)計時需對其生態(tài)及景觀效益進(jìn)行綜合考慮。本研究綜合分析比較了樣地植物群落PM10阻滯能力和美景度， 并結(jié)合植物群落特征因子進(jìn)行相關(guān)性分析， 得出最佳植物群落配置模式， 為校園綠地建設(shè)提供參考， 今后還需對校園綠地包含其他生態(tài)效益如微氣候調(diào)節(jié)等在內(nèi)的綜合效益做進(jìn)一步研究， 從而能夠更全面地探究提升綠地綜合效益的措施。

4 結(jié)論

本研究通過綜合對比校園內(nèi)5 塊樣地群落的PM10阻滯能力和美景度可知: 1) 校園內(nèi)各樣地群落PM10日濃度變化整體呈先升高再降低的趨勢， 且植物群落PM10濃度與常綠植物覆蓋度、 色彩豐富度、 結(jié)構(gòu)層次豐富度負(fù)相關(guān)。 2) 流書播惠亭 (樣地C) 綠地對PM10的阻滯能力顯著， 群落景觀SBE 美景度也最高， 植物搭配方式多為喬灌草型群落結(jié)構(gòu)， 校園綠地設(shè)計可參考其群落配置模式。 3) 群落喬木灌木比、 色彩豐富度、 植物種類豐富度、 結(jié)構(gòu)層次豐富度是群落SBE 美景度的主要影響要素。 4) 群落SBE 美景度與PM10濃度顯著相關(guān)， 喬灌草型層次結(jié)構(gòu)的植物群落有較強(qiáng)的滯塵能力和較高的美景度。