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南京市道路绿地植被对NO2浓度的影响及其生态效益研究

      编者按：为了实现可持续发展并为城市道路绿地规划提供科学依据，历时一年针对城市道路绿地植被和NO2污染，开展南京市道路绿地植被对NO₂浓度的影响及其生态效益研究，研究发现需加强道路绿地植被智能化养护管理并丰富其种类和结构，以充分发挥其生态价值和观赏价值。

一、研究现状

      1.道路绿地的研究现状。作为城市绿地的重要组成部分，道路绿地因交通污染程度日益严重和绿色出行方式的提而被广泛纳入规划建设。如今，中华人民共和国住房和城乡建设部在新发布的《城市道路绿化设计标准（征求意见稿）》将道路绿地分为道路绿带和交通岛、停车场及立体交通绿化设计两部分，道路绿带解释为道路红线范围内的带状绿地，包括分车绿带、行道树绿带和路侧绿带。该标准为进一步规范和明确了道路绿地的研究范围及对象。

      2.NO₂浓度的影响因素研究现状。现有研究表明，环境因子对于NO₂浓度有着举足轻重的影响：大气中太阳辐射、降水、温度、湿度等条件均会影响NO₂浓度的扩散和积累。道路绿地对NO₂浓度的影响主要体现在植物本身的叶片尺度和植被结构尺度上：从植物的叶片尺度而言，NO₂进入植物叶片后会与海绵组织细胞表面的水分结合，生成亚硝酸或硝酸，积累在植物体内，但在大气环境状况相似的条件下，植物对NO2的吸收净化能力依NO₂浓度和植物的不同具有明显差异；从植被结构尺度而言，道路绿地中的乔、灌、草等要素通过单元结构构成统一整体，结构越合理，各部分间相互作用就越协调。

      3.城市绿地的生态效益的研究现状。生态效益评估开始于1993年——美国学者Nowak研究得出加利福尼亚奥克兰的城市森林碳储存量为11.00t·hm-1，自此以后大量关于生态效益评估的实验开始出现，其中清除空气污染物效益、固碳释氧效益和水文效益的生态效益评估因为城市环境问题而受到学者们的广泛关注。随着信息技术和数字化技术的发展，多种生态效益评估模型被开发应用，如ARIES 模型、MIMES模型、EPM模型、In FOREST模型、Envision模型、Eco AIM模型、ESValue、In VEST、CITYgreen模型（American Forests），i-Ttree模型（USDA Forest Service）等，其中CITYgreen模型和i-Tree模型是两种广泛应用于城市绿地生态效益评估的模型。相较于CITYgreen模型，i-Tree模型在量化城市绿地生态效益的工作中表现突出，数据处理简捷方便，更有助于道路绿地生态效益的相关研究。

二、主要困境

      1.城市道路空气污染程度较为严重。城市道路是现代城市最重要的空间形式与特征之一。作为经济活动发生载体，城市道路在城市发展中有着不可估量的作用和影响。在城市地区大气污染正由煤烟型污染向机动车尾气污染转化的当下，城市道路也是城市中使用频率最高、汽车尾气污染最严重、日常人口密度最大的公共空间类型之一，其中二氧化氮（NO₂）污染程度较为严重：数据表明2020 年全国机动车保有量达 3.723亿辆，氮氧化物（NOx）排放量为626.3 万吨；NO2日均浓度的研究远远超过国家大气环境质量二级标准，污染程度比城区整体环境更为严重。在过去的时间里，中国在国家层面上一直致力于减少大气中的NO2‎‎排放，例如“十三五”规划（2016-2020）所制定的NO₂减排策略就曾对此做出重大贡献，排放量较之于“十二五”规划（2011-2015）期间下降 15%。然而，当前研究表明，中国部分地区和省会城市所在的大型城市群中仍然存在具有空间聚集性的‎‎NO_2‎‎人群暴露。实现城市道路与周边生态环境的可持续发展不仅是区域经济可持续发展的前提与基础，也是未来城市道路基础建设要求。

      2. NO2对人体健康、气候环境与城市可持续发展影响较大。NO₂是我国《环境空气质量标准（GB 3095—2012）》规定的基本控制项目，也是生成臭氧（O₃）和细颗粒物（PM2.5） 的重要前体物质。NO₂污染对人体健康、气候环境与城市可持续发展影响重大。研究表明，NO₂污染与许多健康效应直接或间接相关，会对人体呼吸、循环、免疫、神经等系统产生不良影响，甚至造成肺功能下降、心血管疾病发生率和死亡率升高等严重后果：例如NO2能够进入细支气管和肺泡部位，并水解为硝酸，导致严重的化学性肺炎和肺水肿；NO₂暴露会导致内皮细胞的炎症反应、中性粒细胞和单核细胞的迁移、炎症因子水平升高以及氧化应激反应的加剧；此外，NO₂浓度每升高10μg/m3，居民心血管疾病应急呼叫事件增加0.99%。NO₂污染也对人们的生存环境造成了包括改变大气辐射，影响大气循环，进而破坏海岸带（或流域）的养分平衡；降低土壤营养水平，影响植物生长进而降低生物多样性在内的一系列严重影响：如大气中的NO₂在化学过程中易被氧化生成N₃O-，在被雨水冲刷或大气酸化是条件下形成酸雨，破坏生态环境；作为重要的氧化剂参与夜间大气化学反应，直接或间接地导致辐射强迫，从而对全球气候变化产生重要影响等。

      3. 道路绿地生态效益研究较少。近年来，中国学者对城市绿地生态效益的研究越来越多，但目前已有的研究缺乏对不同区域、不同类型城市植被生态效益的实证研究。虽然道路绿地是城市绿地的重要组成部分，但针对道路绿地生态效益的研究较为少有，与之有关的多为方向相对聚焦的温湿度变化研究、生态评价研究、污染物消减研究和固碳能力研究等。

三、提质建议

      1.加强道路绿地植被智能化养护管理。一是在日后的道路绿地管理养护中，增加种植幼龄树的数量保障群落稳定增加可持续发展的同时，继续对老龄树与胸径较大的树种加以关注。二是运用智能化的时段，如智能设备自动监测等方式及时、正确地评估道路绿地植被的健康状况并采取因时因地制宜的养护管理措施，保证道路绿地的观赏性、生态性与可持续性。三是对生长在绿带种植池中的植被本身的生长发育和持续性发展加以关注。

      2.丰富道路绿地的植被种类和结构。与无植被的地区相比，有植被覆盖的地区能够降低NO₂浓度，植被搭配越丰富，越能够有效地降低NO₂浓度——乔木居于植被结构的上层空间，树冠和叶面积指数较大，能吸收较多的污染，灌木居于群落的下层空间，能够将穿过乔木遗漏的污染进一步吸收。此外，就单株植物而言，栾（Koelreuteria paniculate）和樟（Cinnamomum camphora）的单株生态效益在各方面较高，石楠（Photinia serratifolia）储存CO₂量最多，而鸡爪槭（Acer palmatum）的生态效益最低。此外拥有较多植物种类的绿地往往也会产生较高的生态效益：拥有较多植物种类的绿地除了能较好地抵御自然灾害，本身也具有较强的生产力和可持续发展能力，而诸如纯草坪等绿地不仅养护管理需要耗费大量的时间和资本，面对自然灾害或者极端气候时也会因为缺少可替代的生态组织而更容易崩溃。因此在道路绿地的规划建设中，应更加重视使用丰富多样的植物种类和植被群落结构，通过速生植物与慢生植物、常绿植物与落叶植物、生态效益较高与观赏性较强植物相结合的配植方式，充分发挥道路绿地的生态价值与观赏价值。

      致谢：感谢祝遵凌教授和圣倩倩副教授的指导与支持；感谢刘聪哲博士的帮助和鼓励。

作者：戴安琪

指导老师：祝遵凌；圣倩倩

本期编辑：李青青