转自：中国科学报

走进中国任意一座城市，你多半会听过这样一句话：“多种树，环境就好。”可一项新研究提醒，高温天气下，部分城市树木释放的气体，正在给臭氧污染提供原料。

这项研究由暨南大学教授袁斌、邵敏团队联合多家合作机构完成，8月20日发表于《科学进展》。在这项历时6年的研究中，他们在北京核心城区架起一套“呼吸监测器”，用直接观测数据得到一个意外结论，北京夏天的高温天里，城市绿化排放已经成为影响臭氧污染的最重要因素之一。影响其大小的关键，不在于种了多少树，而在于种了什么树。

“就城市植被排放及其空气质量效应而言，种什么树，跟种多少树，一样重要。”论文共同通讯作者袁斌告诉《中国科学报》，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。

审稿人评价称，该研究“从北京的直接观测出发，将分析拓展至全球20多个城市，及时揭示了气候变暖和城市持续扩绿背景下树种选择的重要性”，具有“跨学科价值，有望对城市空气质量、城市生态和绿化规划等多个领域产生影响”。

树木排放也可能给城市空气污染“添把火”

树木能遮阴降温、吸收二氧化碳、改善景观，历来被视为改善城市环境的“优等生”。然而，树木也会释放挥发性有机物（VOCs）。这些物质在阳光和氮氧化物共同作用下参与大气化学反应，促进地表臭氧生成。地表臭氧会刺激人体呼吸系统，损害植被，是当前全球许多大城市空气质量超标的主要污染物之一。

在气候变暖背景下，城市树木排放这个在过去不太显眼的问题正受到更多关注。高温会增强植物VOCs释放，而城市热岛效应和日益频繁的热浪可能进一步放大这种影响。但到目前为止，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，仍缺少来自真实城市环境的直接观测数据的验证和约束。相关认识主要依赖模型估算，因而存在较大不确定性。

研究城市空气污染物，科学家通常的做法是测量空气中污染物浓度。但浓度只是一个结果，它只能反映某一时刻空气里剩下了多少污染物。这些污染物可能来自本地，也可能从别处输送而来；无论来自哪里，它们都会受气象条件和大气化学反应的持续影响。尤其是一些化学性质活泼的VOCs，进入空气1个小时甚至几分钟就可能被消耗殆尽。仅靠浓度观测，很难反推出它们真正排放了多少、来自哪里。

“为了真正搞清楚城市向大气‘排放了什么、排了多少’，我们需要一种更直接的方法。”论文第一作者、暨南大学博士生何贤俊对《中国科学报》表示。

给城市戴上“呼吸监测器”

为攻克这一难题，研究团队于2021年5月至7月，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，开展了城市VOCs通量观测。

“这相当于给城市戴上了一个‘呼吸监测器’，能够直接测量城市地表向大气释放了哪些VOCs、释放速度有多快。”何贤俊表示，这类观测技术门槛极高，全球案例寥寥，在亚洲超大城市中尤为难得。团队耗时数年攻克了观测平台选址与搭建、长距离管路采样、高频数据处理等一系列技术难题。

“我们最初关注的重点，是交通尾气、溶剂使用和餐饮油烟等人为排放源。然而，通量观测的数据却把一个原本被视为‘配角’的来源推到了台前——城市树木。”何贤俊说。

数据显示，北京观测期间，植物来源的VOCs只占排放通量的10%上下，听起来不起眼。可接下来的发现让人意外，这10%的排放，贡献了总VOCs反应活性的一半以上。

“排放通量”说的是排放了多少，“反应活性”说的是这些排放进入大气后推动臭氧生成的潜力。植物排放的主要成分是异戊二烯——一种反应活性极强的VOCs，在大气里的寿命往往只有几个小时。它就像一颗化学火药，量不大，威力却惊人。

“这个出乎预期的发现，彻底改变了我们研究的走向。”何贤俊表示，该研究从2020年的方法攻关起步，2021年完成外场观测，历经数据处理、论文撰写和近两年半的投稿修改，到2026年8月正式发表，整个链条历时约6年。“投稿过程同样一波三折。”

据介绍，该研究由暨南大学牵头，与奥地利因斯布鲁克大学、美国科罗拉多大学博尔德分校、美国加州大学尔湾分校、芬兰赫尔辛基大学、韩国光州科技学院等团队合作完成。2024年年初首次投稿《自然》未获送审；同年6月，《科学》发表了美国洛杉矶的一项独立研究，结论与北京发现高度一致——高温驱动的天然源排放是夏季二次污染的重要来源。

“虽然未能率先发表这一认识，但来自不同城市的独立证据，反而印证了研究方向的正确性。团队随后将研究从北京的单点发现拓展至全球城市比较，最终在《科学进展》上发表。”何贤俊表示。

高温“放大器”，越热越活跃

温度是这场化学反应的“放大器”。当气温从20℃升至35℃时，植物来源VOCs的反应活性通量增加了约700%，而人为来源的增幅仅约40%。植物来源在总反应活性中的占比，从21%升至74%。在凉爽天气，树木排放的VOCs还不成气候；可热浪一来，偏偏是臭氧最容易超标的时段，树木的化学输出会急剧攀升。

这种温度响应会直接反映在臭氧生成上。基于大气三维模型的估算显示，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约13 ppb（十亿分之一）。

模型结果显示，在计入城市绿化排放的情况下，32℃以上高温天的臭氧超标概率达到67%。城市热岛效应还会进一步放大这种影响——北京城区约0.8℃的热岛增温，能让峰值臭氧增加约6.8%。气候变暖意味着更多高温天，更多高温天意味着树木释放更多活性VOCs，更多活性VOCs意味着更多臭氧——这条连锁效应可能进一步加大城市臭氧治理压力。

有人会问，北京并不是中国绿化率最高的城市，为什么树木排放的影响却这么强？

“我们将北京观测结果与全球已有城市数据进行横向比较，发现北京的植被异戊二烯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。”袁斌说。

与此同时，北京人为源排放相关的VOCs浓度持续下降。政府不断收紧排放管控，让“人为排放”这条腿变短；城市绿化持续推进，又让“树木排放”这条腿变长，两者共同造就了眼下的结果。

团队进一步比对全球20多个大城市的树木清单、绿化数据和排放数据，最终锁定了一个关键因素：树种结构。研究发现，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。在全球城市比较中，各地植被异戊二烯标准化排放强度相差超过一个数量级，而高排放树种占比正是解释这种差异的核心指标。

“扩绿”更要“优种”

论文共同通讯作者邵敏指出，决定城市树木排放强度及其空气质量效应的关键，不是绿化覆盖率本身，而是城市里种了什么树。

“我们的研究并不是否定城市绿化，而是为‘如何更科学地扩绿’增加了一个空气质量维度。”邵敏说。

研究提示，可将高VOCs排放树种比例作为一个补充指标，用于评估城市树木影响空气质量的潜在风险。对北方城市而言，这一点尤其值得关注——柳树、杨树等树种因适应性强、生长快而被广泛种植，但它们往往具有较高的异戊二烯排放潜势，可能在高温天气下增加臭氧治理压力。

当然，这并不意味着要“一刀切”地砍树换树。对于已有城区，可以结合树木生命周期，在补植、更新和新增绿地中逐步提高低排放树种比例；对于新城区、公园、道路绿化和城市森林建设，则可在规划阶段就把空气质量影响纳入树种选择。越早把树种排放特性纳入绿化规划，越有助于减少未来气候变暖背景下的臭氧治理压力。

同时需要强调，树木排放的VOCs只是臭氧生成的条件之一，臭氧污染还取决于氮氧化物、阳光和气象条件等因素。在北京高温天气下，持续加强氮氧化物减排仍是控制臭氧污染的重要措施。树种优化应作为现有减排政策的补充，而非替代。

袁斌告诉《中国科学报》，下一步，团队计划从三个方面继续推进：一是拓展现有城市VOCs通量数据集的应用，将其用于验证排放清单和改进排放模型，为提高城市VOCs排放估算的准确性提供观测约束；二是开展覆盖不同季节、不同年份和多个城市的VOCs通量观测，系统刻画城市VOCs排放的季节变化、年际变化和城市间差异；三是构建基于空中平台的VOCs通量观测体系，拓展通量观测的空间覆盖能力，进一步缩小我国在该领域的落后局面。

相关论文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.aee5583