南京城市綠地阻滯吸附PM2.5的健康效益評估

徐歡　李紅

摘要：以江蘇省南京市為研究對象，通過收集分析數據信息和前人的研究成果，測算出南京市城市綠地阻滯吸附PM2.5的總量；然后運用環境健康風險評估模型和環境健康價值評估方法，對其健康效益進行評估，并且比較分析了不同類型綠地單位面積的健康效益。研究結果表明，南京市城市綠地全年阻滯吸附PM2.5的總量為23.94 t，日均可減少病例總數為249.9例；每年產生的健康效益約為51.74億元，約占南京市2014年GDP總量的0.59%；喬灌草結構綠地單位面積健康效益值最高，為21.8元，草坪最低，為0.1元。建議適當減小草坪面積，將部分草坪改造成灌草、喬草等復合綠地結構，有助于改善城市空氣質量和提高城市綠地的健康效益。

關鍵詞：城市綠地；PM2.5；健康效益；阻滯吸附

中圖分類號： TU986 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）19-0271-04

收稿日期：2016-05-04

基金項目：國家自然科學基金（編號：31500575、31500579）；江蘇省自然科學基金（編號：BK20150231）。

作者簡介：徐 歡（1984—），男，山東菏澤人，博士，講師，主要研究方向為園林綠地生態效應與評價。E-mail：xuhuan84@126.com。

通信作者：李 紅，博士，講師，主要研究方向為城市生態與屋頂綠化。E-mail：lihong8303@126.com。 細顆粒物PM2.5指環境空氣中空氣動力學當量直徑 ≤ 2.5 μm 的顆粒物。它能較長時間懸浮于空氣中，具有粒徑小、含有大量有毒有害物質且輸送距離遠等特點，是危害人體健康和大氣環境質量的最主要空氣污染物之一，甚至已經成為影響城市發展、人民幸福生活的首要環境限制。已有研究證明，細顆粒物PM2.5可以損害呼吸系統和免疫系統，引發呼吸系統、心腦血管疾病和其他疾病，從而增加死亡率[1-2]，PM2.5濃度每升高10 μg，肺癌死亡率、心臟病死亡率和全死因死亡率的危險性將分別增加8%、6%和4%[3]。

植物對空氣中的顆粒物有明顯的阻滯[4]和吸附[5]作用，現階段關于城市公園綠地植物、道路綠帶的滯塵能力、效率等已有較多研究[6-8]，對城市綠地阻滯吸附細顆粒物的相關量化研究中，Nowark等估算出每年美國的城市植被吸附PM2.5的總量為214 900 t[9]；Powe等估測出每年英國植物吸收PM2.5約為85 695～596 916 t和SO2約為7 715～11 215 t[10]；童明坤等估算出北京市道路綠地每年阻滯吸附PM2.5的總量為1.09 t[11]。但是城市綠地阻滯吸附PM2.5總量與健康效益方面的研究還比較少，因此，本研究在總結分析城市綠地阻滯吸附PM2.5的實測成果基礎上，采用泊松回歸相對風險度模型和環境健康價值評估方法，定量測算了南京市城市綠地阻滯吸附PM2.5總量并對其健康效益進行了評估，以期為提高城市綠地的健康效益和區域大氣霧霾治理提供重要依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

江蘇省南京市位于長江下游中部地區（31°14″～32°37″N，118°22″～119°14″E），屬亞熱帶季風氣候，四季分明，年平均溫度15.4 ℃，年主導風為東風，靜風頻率年均16.7%。年均降水1 106 mm，降水量多集中在春夏季，秋冬季降水較少。截至2014年年底，全市建成區面積為734 km2，常住人口為821.6萬人，其中城鎮常住人口為665萬人[12]。

1.2 研究方法

1.2.1 城市綠地阻滯吸附PM2.5總量測算 綠地植物對PM2.5的阻滯吸附作用主要通過停著、附著和黏附3種方式[13]進行。由于城市綠地中的植物主要是以群落形式存在的，不同類型植物間阻滯吸附顆粒物的效果差異較大，因此基于城市綠地群落結構特征和在無風條件下的研究結果[14-16]，得出南京市城市綠地年阻滯吸附PM2.5總量的計算公式為：

Mi=Si·Hi·Ci；（1）

SM=D·∑7i=1Mi。（2）

式中：Mi為第i種綠地類型每天阻滯吸附PM2.5的量，μg；Si為第i種綠地類型面積，m2；Hi為第i種綠地類型的有效高度，m；Ci為第i種綠地類型在無風條件下PM2.5的阻滯吸附值，μg/m3；SM為南京市城市綠地1年阻滯吸附PM2.5的總量，μg；D為有效天數，d；i為綠地結構類型。

1.2.2 健康效益評估方法 基于環境健康價值評估理論，阻滯吸附PM2.5所帶來的健康效益評估方法分為2個步驟，首先分析測算PM2.5濃度降低所帶來的各個健康終端的健康風險變化，然后對其進行貨幣化評估，測算健康改善帶來的經濟效益。各個健康終端的健康風險變化量通過環境健康風險評估方法來計算，通常結合流行病學研究得到污染物濃度和健康效應之間的暴露-反應關系，使用Poisson回歸相對風險度模型來估算健康風險變化量[17]。評估模型為：

L=∑ni=1Li=∑ni=1Ei·Lpi；（3）

Ei=P[1-1exp（β·ΔC）]ei。（4）

式中：L為城市綠地阻滯吸附PM2.5健康效益總和，萬元；Li為健康終端i對應的健康效益，萬元；Ei為健康終端i的健康風險變化量；Lpi為健康終端i的單位健康風險變化對應的價值，萬元/例；P為常住居民數量，萬人；β為暴露-反應關系系數；ΔC為城市綠地所引起的PM2.5濃度變化量，μg/（m3·d）；ei為實際濃度下健康終端i的健康效應；n為健康終端數。

計算城市綠地阻滯吸附作用所引起的PM2.5濃度變化量ΔC時，參考王蕾等[18]、Nowak 等[19]的研究方法，計算公式為：

ΔC=SMBA·AT·D。（5）endprint

式中：ΔC為城市綠地阻滯吸附作用引起的PM2.5濃度變化量，μg/（m3·d）；SM為南京市城市綠地1年阻滯吸附PM2.5的總量，μg；BA為南京市建成區面積，m2；AT為PM2.5污染濃度較高的大氣層厚度，m；D為1年天數，d。

2 結果與分析

2.1 城市綠地阻滯吸附PM2.5總量

根據南京市統計年鑒和綠化園林局的統計信息，南京市建成區綠化覆蓋率為44.1%，建成區綠地面積為3.24萬hm2，綠地的組成呈多樣化，包括喬灌草結構、喬灌結構、喬草結構、灌草結構、單一喬木、單一灌木和草坪共7 種結構類型（表1），其中以喬灌草結構為主，其次為草坪和灌草，單一灌木類型的面積最少。

參考張靈藝等[4]、王國玉等[14]、趙晨曦[16]、吳志萍等[20]、Erisman等[21]對不同結構類型綠地植物阻滯吸附PM2.5的研究成果，總結出不同結構類型綠地對PM2.5的阻滯吸附值和有效高度（表2）。由于現有研究成果中缺乏對喬灌和單一灌木的研究數據，加上這2個結構類型的面積較少，而且喬灌和單一灌木結構與喬灌草和灌草結構類似度較大，所以使用喬灌草和灌草結構的數值乘以0.8來確定喬灌和單一灌木結構的數值。

由于南京市綠地中常綠樹種大概占比40%，落葉樹種為60%。落葉樹種冬季葉片干枯掉落，自然狀態下阻滯吸附PM2.5的量極少[22]，同時冬季植物群落中常綠樹種的阻滯吸附能力也有所減弱，而且降雨和霧霾組成成分有顯著的負相關性，可以有效降低PM2.5的濃度，因此把春夏秋三季中非降雨的日數和冬季中非降水日數的20%作為城市綠地阻滯吸

由式（1）和式（2）計算得知，南京市城市綠地年阻滯吸附PM2.5總量為23.94 t（表4），其中喬灌草結構綠地阻滯吸附PM2.5能力最強，消減總量最大，達到19.97 t，占總量的 83.44%；喬灌結構和灌草結構分別為1.61 t和1.01 t，占總量的6.72%和4.21%；單喬結構（0.81 t）和喬草結構（0.40 t）分別占吸附總量的3.40%和1.65%；單灌結構（0.12 t）和草坪（0.02 t）所占比重較小，分別為0.51%和 0.08%。以上結果表明，就阻滯吸附PM2.5的效果來說，城市綠地應以喬灌草結構或是喬灌、灌草復合結構為主。

2.2 阻滯吸附PM2.5的健康風險變化量

參照ICD-10國際疾病分類編碼和國內已報道的PM2.5健康效益的研究，綜合考慮國內流行病學的研究現狀及數據的可獲取性，分別從患病、門診、住院和早逝四大類中選取與PM2.5污染相關的人體健康效應終點，其中，患病包括哮喘、慢性支氣管炎和急性支氣管炎；門診包括內科門診和兒科門診；住院包括心血管疾病和呼吸系統疾病，為避免重復計算，呼吸系統疾病不包括哮喘、急慢性支氣管炎患??；早逝包括急性死亡、心血管疾病死亡（慢性）和呼吸系統疾病死亡（慢性）。綜合謝鵬等[1]、闞海東等[23]、劉曉云等[24]、謝元博等[25]對中國地區PM2.5健康效益評估的研究成果，提取出各個健康效應終點的暴露-反應系數和基準發生率（表5）。

2.3 阻滯吸附PM2.5的健康經濟效益

目前國際國內相關研究主要采用人力資本法（HCA）、支付意愿法（WTP）或疾病成本法（COI）將大氣污染引起的健康影響進行貨幣化。本研究參考劉曉云等[24]、Zhang等[26]的研究方法和數據，依據北京市2013年、2014年人均可支配收入增長率和2014年南京市與北京市人均可支配收入的比值，經過收入水平調整將現有北京市2012年的研究成果最終修正為南京市2014年各健康效應終點的單位經濟損失（表6）。

將各健康效應終點的健康風險變化量進行貨幣化后，南京市城市綠地阻滯吸附PM2.5的健康效益日均約為1 417.53萬元，每年的健康效益約為51.74億元，約占南京市2014年GDP總量（8 820.75萬億元）的0.59%。其中減少患病產生的健康效益為30.03億元（58.04%），減少早逝產生的健康效益為20.59億元（39.79%），減少住院產生的健康效益為0.8億元（1.55%），減少門診產生的健康效益為0.32億元（0.62%）。由此看來城市綠地對于減少居民患急慢性支氣管炎和哮喘的效益最為明顯，早逝由于單位經濟損失價值較高，所以健康效益總值也比較高，雖然減少門診的病例數是最多的，但是由于單位經濟損失價值最低，所以效益總值也最低。

2.4 綜合分析

從不同結構類型綠地產生的健康效益看，南京市喬灌草結構綠地效益最高，為43.17億元，其次是喬灌結構綠地，效益值為3.47億元，然后依次是灌草結構（2.81億元）、單喬結構（1.76億元）、喬草結構（0.86億元）；單灌結構和草坪的健康效益值最低，分別為0.26億元和0.04億元。將不同結構類型綠地產生的健康效益換算成單位面積健康效益（圖1），喬灌草結構綠地單位面積健康效益值最高，為21.80元，其次為喬灌結構和喬草結構，分別為17.44元和13.62元，然后依次是單喬結構（9.89元）、灌草結構（5.80元）、單灌結構（464元），草坪的單位面積健康效益值最低，為0.10元。因此，適當減小草坪面積，將部分草坪改造成灌草、喬草等復合綠地結構，提高城市綠地結構層次，有助于提高城市綠地阻滯吸附的效率，從而提高城市綠地的健康效益，較好改善城市空氣質量。

3 結論

本研究通過收集分析南京市統計局、園林局和氣象局等部門發布的數據信息，以及總結不同結構類型綠地植物阻滯吸附PM2.5的研究成果，計算出南京市城市綠地全年阻滯吸附PM2.5的有效時間為205.5 d，年阻滯吸附PM2.5總量為 23.94 t，其中喬灌草結構綠地阻滯吸附PM2.5能力最強，占總量的83.44%，然后依次為喬灌結構（6.72%）、灌草結構（4.21%）、單喬結構（3.40%）、喬草結構（1.65%）、單灌結構（0.51%）和草坪（0.08%）。從阻滯吸附的效果看，城市綠地應以喬灌草結構或是喬灌、灌草復合結構為主。endprint

使用Poisson回歸相對風險度模型計算健康風險變化量得知，南京市城市綠地阻滯吸附PM2.5對城市居民健康影響較為顯著，日均可減少受危害總數為249.9例。將各健康效應終點的健康風險變化量進行貨幣化后，南京市城市綠地阻滯吸附PM2.5的健康效益日均約為1 417.53萬元，每年的健康效益約為51.74億元，約占南京市2014年GDP總量的 0.59%。其中依次為患病30.03億元（58.04%）、早逝20.59億元（39.79%）、住院0.8億元（1.55%）、門診0.32億元（0.62%）。由此看來城市綠地對于減少居民患急慢性支氣管炎和哮喘的效益最為明顯。

從不同結構類型綠地單位面積的健康效益看，南京市喬灌草結構綠地單位面積健康效益值最高，為21.80元，然后依次為喬灌結構（17.44元）、喬草結構（13.62元）、單喬結構（9.89元）、灌草結構（5.80元）、單灌結構（4.64元）、草坪（0.10元）。因此，適當減小草坪面積，將部分草坪改造成灌草、喬草等復合綠地結構，有助于提高城市綠地阻滯吸附的效率，改善城市空氣質量，從而提高城市綠地的健康效益。

需要說明的是，不同結構類型綠地阻滯吸附PM2.5值的準確性受氣象條件、觀測位置和儀器設備等多種因素影響，即便同一結構類型綠地的變化也很大，所以存在一定誤差，在以后的研究中需要開展更多的實地觀測，對不同結構類型綠地的PM2.5阻滯吸附值進行完善修正。健康風險變化量方面，當前有學者已提出分病因的暴露反應關系系數通常大于不分病因的暴露反應關系系數，但由于我國醫療機構在門診、急診登記時并未嚴格區分病種，以致門診健康終點只能按年齡區分兒科門診和內科門診，因此本研究采用的數據有可能低估門診健康終點的健康風險變化量。此外在計算過程中，給出了暴露-反應關系系數的不確定性范圍，使用95%置信區間來計算健康風險變化量和評估健康效益，以求較好地反映由于數據不確定性引入的誤差范圍。

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