科技日报记者 叶青
城市绿化树种如何影响臭氧空气质量呢？8月20日，国际学术期刊《科学进展》刊发了暨南大学等国内外合作团队的一项研究成果。该研究以在北京开展的超大城市挥发性有机物（VOCs）通量观测为切入点，发现城市树木排放的VOCs总量虽不大，但其主要组分异戊二烯等在空气中可快速转化，能够显著增强大气反应活性，并在高温下推动臭氧生成。该研究贯通了城市排放观测、来源解析、臭氧化学和全球城市比较，填补了城市植物排放长期缺少直接观测证据的空白。
给城市戴上“呼吸监测器”
很多人认为，城市绿化越多，环境就越好。但树木会释放VOCs，并能在阳光和氮氧化物的共同作用下参与一系列化学反应，生成地表臭氧。地表（对流层）臭氧不仅会刺激人体呼吸系统，也会损害植被的叶片。
在气候变暖背景下，这个过去不太显眼的问题正受到更多关注。“然而，城市植被究竟向大气排放了多少VOCs、这些排放对城市空气质量的影响程度，仍缺少真实城市环境中的直接观测约束。”论文通讯作者暨南大学教授袁斌说。
研究城市空气污染物，通常的测量手段只能测量空气中污染物浓度有多高。但浓度只能够反映某一时刻空气中“剩下了多少污染物”，难以反推出它们排放了多少、来自哪里，也容易低估这些活泼物种对大气污染造成的影响。
2021年5月至7月，暨南大学、奥地利因斯布鲁克大学、美国科罗拉多大学博尔德分校等合作团队，在北京核心城区的北京气象铁塔，利用高时间分辨率化学电离质谱仪和涡度协方差技术开展城市大气通量观测。“这就像给城市装上一个‘呼吸监测器’，能够直接测量城市地表释放了哪些VOCs、排放速度有多快，即排放通量。”袁斌表示，这类城市VOCs通量观测技术门槛极高，全球案例很少，在亚洲超大城市中尤其珍贵。
研究进一步建立了基于实测排放通量的来源解析方法，区分排放来自交通、溶剂使用、烹饪/室内排放，还是城市植被。直接观测揭示了一个此前容易被忽视的重要来源：城市植被。他们发现植物来源只占VOCs总排放通量的10%左右，但对总VOCs反应活性的贡献超过一半，其中最关键的是异戊二烯。该结果表明，植物排放的活性组分在北京城区日间臭氧生成中已占据了重要地位。
温度影响臭氧的生成
观测显示，VOCs反应活性通量具有明显的正向温度依赖：温度越高，活性通量越高，对日间臭氧的生成推动力越大。这意味着，越热，植物排放对臭氧的推动越明显。
“我们进一步区分天然源和人为源VOCs的反应活性通量后发现，二者对温度的响应差异很大。”袁斌指出，这表明，总反应活性通量随温度升高而增加，主要由天然源排放驱动。
这种温度响应并不只停留在排放层面，还会反映在臭氧生成过程。观测和模型结果均显示，VOCs反应活性与日间臭氧峰值具有相似的升温响应曲线。这说明高温会大幅增强城市植被的VOCs排放，进而推高臭氧生成。基于大气三维模型估算，北京城区的城市绿化排放可使该区域日最高1小时臭氧浓度平均增加近13ppb，导致32℃以上高温天臭氧超标概率达67%。城市热岛也会进一步放大这种效应，根据估算北京城区约0.8℃的热岛增温，可导致峰值臭氧增加约6.8%。
未来绿化规划需考虑树种结构
在北京这种人口极其稠密的超大城市，植物排放的反应活性为何能占比过半甚至在高温天主导？全球观测比较显示，北京的植被异戊二烯的标准化排放强度处于已有城市观测的最高水平，已经接近温带森林的观测水平。同时，跨越十余年的VOCs浓度数据表明，北京与人为源排放相关的VOCs浓度持续降低，体现了政府持续的排放管控对污染物的控制效果。
但这仍不能完全解释另一个问题：为什么北京的绿化率与一些已有观测城市相近，异戊二烯排放潜势却高出数倍？
团队进一步分析了全球20多个大城市的树木清单、绿化数据和排放数据。结果显示，城市绿化空气质量效应差异不仅来自绿化率，树种结构也有非常显著影响。如北京约35%的树木属于异戊二烯高排放树种，垂柳和毛白杨是典型代表。
研究提示，未来城市绿化除关注覆盖规模外，还应考虑树种的VOCs排放特征，并将高排放树种占比作为补充指标。这一点对广泛种植杨树、柳树的北方城市尤其重要。袁斌表示，对于已有城区绿化，并不需要简单砍树换树，而是可以结合树木寿命周期，在补植、更新和新增绿地中逐步提高低排放树种比例，避免高排放树种过度集中。
“需要强调的是，树木排放的VOCs只是臭氧生成的所需条件之一。”袁斌指出，在北京高温天气中，继续加强氮氧化物的排放控制仍是重要措施。树种优化应当作为现有减排政策的并行补充，而不是替代。
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