当前，随着城市机动车保有量的迅速攀升，交通源排放已经超过工业排放，成为城市大气污染的主要来源.不同于工业排放，交通源污染为发生在城市居民区和商业区的贴地线源(Gromke et al., 2009).研究发现，机动车辆产生的污染物主要集中在高度为0~0.3 m和1.5~2.0 m的两个区段(Maher et al., 2008)，交通主干道及其两侧50 m以内、1.7 m以下的低空范围成为受道路污染影响最为严重的空间(Kaur et al., 2005).大量研究表明，长期暴露在交通源污染物环境中将导致多种严重的健康问题(Adar et al., 2007; Salam et al., 2008).据估计，全世界受到交通源污染物危害的人群高达6亿之巨(Yazid et al., 2014)，这其中受到交通源污染最为直接和严重危害的便是城市中日常上下班的人群，尤其是行人(Mitchell et al., 2009).在城市化的速度和规模日益增长的今天，有效预防和解决这一问题也就成为城市规划、生态建设及公共健康等领域必须给予足够关注的科学和实践命题.

关于城市街道峡谷中大气污染物散布规律人们已经取得了比较丰富的认知.研究发现，城市街谷形态结构显著影响街道峡谷内的气流运动，进而影响街谷内污染物的扩散，其中，最受关注的结构因子包括街谷高宽比(H/W)和长宽比(L/W)、街道两侧建筑高度比(对称性街谷和非对称性街谷)、屋顶形式等(钟珂等，2001；邱巧玲等，2007)，Yazid等(2014)对此进行了系统的梳理和总结.街谷外部环境，即街谷的风场(风向和风速)(Kim et al., 2004;Hang et al., 2010)、热场(热稳定性、墙体加热状况及其日变化)(Cheng et al., 2011; Tong et al., 2012)及车辆运动(车速及行车方向)(Baker，2001;Carpentieri et al., 2011)等对街谷污染物扩散和累积均具有显著影响.基于数值模拟和现场试验的研究表明，街谷中树木降低了空气流通性，从而使污染物扩散受阻(钟珂等，2005; Gromke et al., 2008; 徐伟嘉等，2012).基于这一研究结果，研究人员转而寻求能够加强空气流动的街道树木种植策略.途径之一是研究不同高度(冠层密度)的树木对污染物扩散的影响(Kikuchi，2009)，通过修剪来增加空气流动；其二是研究不同类型的树木和种植间距的影响(Wania，2012)，对于树冠稀疏的树木而言，种植间距的不同并不会显著影响污染物浓度，而树冠稠密的树木在小间距情况下则可显著增加污染物浓度.绿化带结构参数(如郁闭度、疏透度)对于空气颗粒物的净化效应具有显著影响(殷杉等，2007)，不同植物及群落的滞尘能力也存在明显差异(郭伟等，2010；赵晨曦等，2013).

McNabola等(2009)通过模拟实验结合模型研究表明，平行风向和常规街道形态(H/W=1)情况下，50 cm高的边界墙可显著降低机动车道污染物向人行道的扩散(43%~65%)，而风速对其无显著影响；垂直风向情况下人行道污染物浓度则有一定程度的上升.在城市道路建设的现实活动中，矮墙的修建往往因不可行或不美观而难以实施，绿化隔离带也许是一个可行的替代方案.但绿化带为多孔介质，在空气动力学方面与墙体明显不同，模型模拟的结果也需要现场试验进一步验证.而目前对于城市街谷中机动车道与人行道之间绿化隔离带与污染物扩散关系的研究案例极少，仅见于本课题组的部分成果(李萍等，2011；蔺银鼎等，2011).基于此，本文立足于对城市道路行人生态安全的考虑，通过实地监测，探讨以下两个问题：①道路绿化隔离带是否可以有效降低机动车道的污染物向非机动车道的扩散；②不同植物配置模式之间是否具有显著差异.以期为科学设计基于保护非机动车道行人生态安全的城市道路绿化隔离带提供理论和技术支撑.

试验在太原市市区进行.太原市是我国重要的能源重化工基地，位于东经112°33′，北纬37°52′，全境属大陆性暖温带季风气候，年平均风速为1.8~2.4 m · s^-1，年平均降雨量456 mm，年平均气温9.5 ℃.除春季风速较大外，其他季节风速偏低，静风频率偏高，对大气污染物水平扩散不利.

在对太原市主要街道绿化情况调查的基础上，将植物配置模式分为4个类型：乔木+灌木+低绿篱(Tree + Shrub + Hedge，TSH)、乔木+低绿篱(Tree + Hedge，TH)、乔木(Tree，T)、低绿篱(Hedge，H).选取16条主要道路(东西向11条，南北向5条)，设置28个采样点.各采样点绿化隔离带空间格局及道路状况见表 1.

表1(Table 1)

表1 样地绿化隔离带空间结构特征 Table 1 Space structural characteristics of the test samples

表1 样地绿化隔离带空间结构特征 Table 1 Space structural characteristics of the test samples 配置模式 机动车 道数 绿化带车 宽度/m 植物种类、规格 样本数 注：机动车道宽度为3.5或4.0 m；表格中数值为平均值±标准差；国槐Sophora japonica L.、毛白杨Populus tomentosa Carrière、栾树Koelreuteria paniculata Laxm.、木槿Hibiscus syriacus、碧桃Prunus persica、红叶李Prunus cerasifera pissardii、大叶黄杨Euonymus japonicus Thunb.；胶东卫矛Euonymus kiautschovicus Loes.；金叶女贞Ligustrum × vicaryi. TSH 10.6±3.2 5.9±2.7 乔木：国槐，胸径20~35 cm，树高14~17 m，株距10 m；毛白杨，胸径34~45 cm，树高16~20 m，株距10 m；油松，树高5.0~6.5 m，胸径12~15 cm，株距10 m，散植 灌木：丁香、木槿、碧桃、红叶李和大叶黄杨球，高度1.7~2.5 m，冠径1.3~2.8 m，株距2.5~3.0 m，双排栽植 绿篱：胶东卫矛、金叶女贞，高度约0.5~0.6 m，20~25株·m-2，宽1.0~1.2 m 8 TH 7.6±2.1 3.9±2.7 乔木：国槐，平均胸径20.8 cm，树高7.6~8.7 m，枝下高3.4~3.7 m，株距6 m 绿篱：胶东卫矛、金叶女贞，高度约0.5~0.6 m，20~25株·m-2，宽1.0~1.5 m 4 T 4.0±0 3.1±0.6 国槐、栾树，胸径12~15 cm，树高5.5~6.8 m，枝下高3.0~3.5 m，株距5 m 8 H 4.3±0.7 2.3±0.6 胶东卫矛，高度0.5~0.6 m，20~25株·m-2，宽与绿化带相同 8

颗粒污染物监测指标为TSP和PM₁₀，测试方法为滤膜阻留法.气态污染物监测指标为SO₂、NO_x、NH₃，测试方法为溶液吸收法.采样仪器为KB6120型中流量大气采样器，采样高度为1.5 m，采样流量颗粒物为100 L · min^-1，NO_x为0.4 L · min^-1，SO₂为0.5 L · min^-1；采样时间NH₃为20 min，其余4个指标均为60 min.NO_x吸收量的测定采用盐酸萘乙二胺比色法(GB/T15436—1995)，NH₃吸收量的测定采用次氯酸钠-水杨酸分光光度法(GB/T14679—1993)，SO₂吸收量的测定采用甲醛缓冲溶液吸收-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法(GB/T15262—1994)，TSP的测定采用重量法(GB/T15432—1995)，PM₁₀的测定采用重量法(GB/T6921—1986)(叶伊兵，2000).

试验时间为2009年8月27日至9月20日，在晴朗、无风或者微风(平均风速小于2 m · s^-1)情况下进行观测，每日同步测定两个采样点(每样点6台大气采样器)，采样时段分别为9：00—10:00、11：00—12：00、13：30—14：30.

每个采样点设3个监测点，分别为A点(机动车道与绿化带相接处)、B点(绿化带与非机动车道相接处)、C点(相邻绿化隔离带间隔处)，A、B两点纵向对应，B、C点横向对应(图 1).A、B点布置在绿化隔离带两侧，距离与隔离带宽度相等；C点与B点间距离不小于5 m.

图 1(Fig. 1)

图 1 污染物采样监测点位置示意图 Fig. 1 Schematic diagram of pollutant sampling locations

由于交通流量与街道大气污染物浓度有显著的相关性，且街道内风速情况会影响颗粒物的分布，因此在采样过程中，使用Kestrel 3500便携式气候测量仪同步观测采样点环境气温、相对湿度、风速等气象参数，每隔20 min测定1次，重复3次.车流量统计采用截面法，以5 min为单位，分类(轻型客车、轻型货车、中大型客车、中大型货车、摩托车)统计出通过单侧道路截面的车辆数量，每隔10 min统计1次，每时段重复3次.

非机动车道大气污染物在经过绿化带植物阻滞后较机动车道减少的比率也可以称之为绿化带污染物阻滞效应，其计算公式为：

机动车道产生的大气污染物在向两侧扩散的过程中，与植物、建筑物或地面(土壤)相碰撞而被表面吸附或吸收，从而发生重力沉降(干沉降).因此，为了消除污染物扩散过程中因水平传播距离增加而发生自然沉降或向高处逸散对研究结果的影响，以准确描述绿化带植物对污染物的阻滞效应，引入净效应(Net Effect)的概念，其计算公式为：

以每一样点1天内3个时段的采样作为3个平行样.不同植物配置模式下污染物变量的差异运用One-Way ANOVA分析，比较用Turkey′s-b方差分析，相关性分析用Pearson相关分析，全部分析在SAS17.0平台上完成.

4种绿化植物配置模式相应的道路交通流量分布情况见图 2.由图可知，不同道路的不同时段，轻型客车均是构成车流量最主要的车辆类型，其次是中大型客车.同一类型道路在3个时段的车流量相对稳定，未表现出显著差异(数据未列出).植物配置为乔木+灌木+低绿篱(TSH)和乔木+低绿篱(TH)的道路车流量(均高于2200辆 · h^-1)显著高于隔离带为乔木(T)和低绿篱(H)的道路(低于1500 辆· h^-1)，这与道路结构显著相关.由表 1可知，TSH和TH道路的车道数分别为10.6±3.2和7.6±2.1，高于T型道路(4.0±0.0)和H型道路(4.3±0.7).

图 2(Fig. 2)

图 2 研究样点车流量分时段分布 Fig. 2 Vehicle flow distribution at different times in sampling location

考虑到交通流量对街道大气污染物浓度有显著的影响，进而影响对不同街道绿化隔离带对交通源污染物截留效应的评估，因此，有必要考察不同车流量情况下观测样本之间污染物浓度差异，监测 结果见图 3.从图中可以看出，在监测的5种污染物中，4种隔离带绿化模式的街道之间并未表现出一致的规律性，总体而言差异性不显著.具体看来，以乔木+低绿篱(TH)为绿化模式的街道中，SO₂、NO_x、TSP和PM₁₀ 4种污染物浓度均高于其他3种类型的街道，而NH₃浓度低于其他类型.其中，SO₂浓度为(0.13±0.07)mg · m^-3，显著高于TSH((0.06±0.04)mg · m^-3)和T((0.08±0.05 mg · m^-3))绿化模式的浓度；NO_x浓度为(0.27±0.06)mg · m^-3，显著高于T((0.20±0.08)mg · m^-3)和H((0.22±0.07)mg · m^-3)绿化模式的浓度；TSP浓度((1.18±0.59)mg · m^-3)显著高于TSH((0.74±0.30)mg · m^-3)绿化模式，与T和H模式差异不显著；而PM₁₀浓度值为(0.50±0.17)mg · m^-3，显著高于其他3种类型.对5种污染物浓度与交通流量的相关性分析表明，车流量与NO_x和NH₃浓度显著正相关，相关系数分别为0.323(p<0.01)和0.231(p<0.05)；车流量与SO₂、TSP和PM₁₀相关性不显著(相关系数分别为-0.095、-0.081和-0.037).

图 3(Fig. 3)

图 3 机动车道A点大气污染物浓度(不同小写字母表示不同植被配置类型间大气污染物差异显著，p<0.05) Fig. 3 Concentration of air pollutants at the edge of vehicle lane(Different lower-case letters at the top of columns are significantly different at p<0.05)

非机动车道大气污染物在经过绿化带植物阻滞后较机动车道减少的比率见表 2.由表 2可知，乔木+灌木+低绿篱(TSH)模式对SO₂、NH₃、TSP和PM₁₀的阻滞效应均高于其他3种绿化模式，比率分别为31.4%、35.0%、38.2%和39.6%.而对NO_x来说，阻滞效应以乔木(T)模式最好(24.4%)，TSH次之.Turkey′s-b方差分析比较结果显示，4种植物配置模式对SO₂等5种污染物的阻滞效应无明显差异.隔离带宽度与污染物阻滞效应间的相关性分析结果见表 3，隔离带宽度与5种污染物阻滞效应的相关性均不显著.

表2(Table 2)

表2 隔离带不同植物配置模式对污染物的阻滞效应 Table 2 Exposure reduction of different configuration modes

表2 隔离带不同植物配置模式对污染物的阻滞效应 Table 2 Exposure reduction of different configuration modes 配置模式 绿化带污染物截留效应(Pn) SO2 NOx NH3 TSP PM10 TSH 0.31±0.10 0.23±0.09 0.35±0.11 0.38±0.18 0.40±0.17 TH 0.21±0.06 0.21±0.08 0.28±0.18 0.37±0.08 0.33±0.11 T 0.25±0.16 0.24±0.15 0.22±0.18 0.33±0.12 0.30±0.22 H 0.22±0.19 0.19±0.14 0.25±0.19 0.35±0.22 0.32±0.18

表3(Table 3)

表3 隔离带宽度与污染物的阻滞净效应的相关性 Table 3 Exposure reduction of different widths of greening segregating belt

表3 隔离带宽度与污染物的阻滞净效应的相关性 Table 3 Exposure reduction of different widths of greening segregating belt P_SO2 P_NOx P_NH3 P_TSP P_PM10 隔离带宽度 0.83 0.46 0.89 0.54 0.88

表 4为根据公式(2)计算得到的4种植物配置模式阻滞污染物的净效应.可以看出，对于SO₂、NH₃、NO_x等气态污染物，阻滞净效应最高的是以乔木(T)为配置模式的绿化带，而对于TSP、PM₁₀等颗粒污染物，以乔木+灌木+低绿篱(TSH)模式的阻滞净效应最高.Turkey′s-b方差分析比较结果显示，4种植物配置模式对SO₂、NO_x和TSP的阻滞净效应无显著差异；低绿篱(H)模式对NH₃的阻滞效应显著高于乔木+灌木+低绿篱模式(TSH)和乔木+低绿篱模式(TH)，乔木+灌木+低绿篱模式(TSH)对PM₁₀的阻滞效应显著高于乔木模式(T).

表4(Table 4)

表4 隔离带不同植物配置模式对污染物的阻滞净效应 Table 4 Exposure reduction of different configuration modes

表4 隔离带不同植物配置模式对污染物的阻滞净效应 Table 4 Exposure reduction of different configuration modes 配置模式 绿化带污染物截留净效应(P′n) SO2 NOx NH3 TSP PM10 TSH 1.66±0.51a 1.24±0.18a 1.33±0.40b 1.74±0.71a 2.05±0.76a TH 1.78±0.63a 2.07±1.18a 1.39±0.35b 1.56±0.41a 1.67±0.34ab T 2.52±1.36a 2.29±0.82a 1.93±1.05ab 1.32±0.17a 1.35±0.25b H 1.68±0.53a 1.80±0.81a 2.18±0.78a 1.53±0.48a 1.37±0.01ab

以往的研究表明，城市大气污染物中颗粒污染物的来源较多，如土壤尘、建筑水泥尘、机动车尾气尘、煤烟尘、冶金尘、硫酸盐和硝酸盐粒等.本研究中，交通流量与TSP和PM₁₀未表现出显著的相关性，反映出研究区大气颗粒物来源中机动车尾气尘的贡献率比较低，这一结果与陈建华等(2005)对北京市交通路口大气颗粒物污染特征的研究结果一致.对机动车道污染物背景水平的分析结果也显示，在监测的5种污染物指标中，研究样本之间多无明显差异.因此，尽管本研究中各样本在交通流量存在一定差异，但我们认为并不会对绿化隔离带污染物阻滞效应研究结果造成重大偏离.

通过计算非机动车道大气污染物在经过绿化带植物阻滞后较机动车道减少的比率(P_n)，虽然可以反映出污染物减少的程度，但并不能真实地反映出绿化隔离带的有无或者结构差异对污染物阻滞效应的影响，表 2中4种植物配置模式对SO₂等5种污染物的阻滞效应无明显差异的结果充分反映了这一点.而通过构建新的表征指标-绿化带污染物阻滞净效应P′_n，发现可以揭示一些新的现象，如以乔木(T)为配置模式的绿化带对于气态污染物具有更好的阻滞效应，准确地讲是更加有利于气态污染物的迅速扩散，而乔木+灌木+低绿篱(TSH)模式对于颗粒污染物具有更好的阻滞净效应.因此，参数P′_n具有较P_n更为准确描述绿化带植物对污染物的阻滞效应的能力，可在今后的研究中加以进一步的论证.

本研究显示，植物配置模式对SO₂、NO_x和TSP的阻滞净效应无显著差异；低绿篱(H)模式对NH₃的阻滞效应显著高于乔木+灌木+低绿篱模式(TSH)和乔木+低绿篱模式(TH)，乔木+灌木+低绿篱模式(TSH)对PM₁₀的阻滞效应显著高于乔木模式(T).这一结果揭示了一个十分重要的问题，即污染物不同，应该相应地采用不同的绿化模式以达到保护非机动车道行人生态安全的目的.因此，道路绿化隔离带植物配置模式的设计必须首先确定目标污染物.譬如，对于机动车尾气排放产生的氮氧化物、碳氢化合物等气态污染物，应以低矮植物为主，避免浓密树冠造成污染物扩散不畅而滞留(钟珂等，2005)；而如果道路积尘较多使得机动车行驶造成的路面扬尘严重或机动车排放颗粒污染物水平较高情况下，则应以复层结构为宜.随着机动车排放标准和燃油质量的提高及城市道路清扫保洁水平的提升，今后城市街道绿化隔离带的设计应该以促进污染物扩散为目标.

除了空间结构参数(如高度、宽度、疏透度)影响绿化隔离带的抑污降尘效应外(殷杉等，2007；蔺银鼎等，2011)，植物的种类和植物学特性对其净化功能也有明显影响.王修信等(2007)选择5月份北京城区绿地为研究对象，发现绿地的降尘效果与单位面积上叶片的浓密度有关，总体趋势呈现树林、灌木林、草地降尘效果逐渐减小的趋势.柴一新等(2002)的研究表明，叶片表皮具有沟状组织、密集纤毛的树种降尘能力强，而叶片表皮具有瘤状或疣状突起的树种滞尘能力则相对较差.罗红艳等(2000)的研究显示，不同树种之间对SO₂的吸收累积作用差异较大，从大到小依次为落叶乔木、灌木和常绿针叶树.作为理想的道路绿化隔离带，将空间结构和植物种类综合考虑将对道路绿化隔离带净化能力的提高产生积极作用.

1)城市道路绿化隔离带对于控制机动车道的主要污染物向非机动车道的扩散具有明显作用，说明在城市道路的机动车道和非机动车道之间设置绿化隔离带对净化非机动车道大气环境，减轻道路污染对道路行人的生态伤害具有积极作用.

2)绿带的植物配置模式对绿带吸附和阻隔污染物的效应随污染物种类不同而变化.对于SO₂、NH₃、NO_x等气态污染物，以乔木(T)为配置模式的绿化带为最佳，而对于TSP、PM₁₀等颗粒污染物，以乔木+灌木+低绿篱(TSH)模式的阻滞净效应最高.

致谢： 感谢硕士研究生韩翀、赵越、王松、李余峰、乔建伟等在本项目实验过程中所做的大量野外监测和实验室分析工作.