冬季校園內(nèi)3種典型用地空氣顆粒物濃度日變化*

傅偉聰 鄭 宇 董建文

1 福建農(nóng)林大學(xué)藝術(shù)學(xué)院園林學(xué)院 福州 350002

2 閩江學(xué)院 福州 350108

空氣顆粒物對(duì)空氣質(zhì)量、能見度、酸沉降、云和降水等有重要影響［1］，且大量成分復(fù)雜、影響人類健康［2-3］。研究表明，可吸入顆粒物具有致突變性，可增加死亡率、損害呼吸系統(tǒng)、破壞免疫系統(tǒng)［4］。因此，空氣顆粒物的研究受到高度重視。綠色植被在減少環(huán)境空氣顆粒物方面發(fā)揮著無法替代的重要作用［5］。有關(guān)空氣顆粒物的研究目前多集中在游憩林、公園綠地和道路等方面［5-6］，校園綠地是城市綠地系統(tǒng)中較為重要的一種類型，但相關(guān)研究報(bào)道不多［7］。本文將以冬季福建農(nóng)林大學(xué)校園為例，研究冬季校園內(nèi)3種典型用地在師生出行時(shí)間空氣顆粒物的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，旨在為校園綠地建設(shè)、規(guī)劃和管理提供理論依據(jù)。

1 研究地概況

福建農(nóng)林大學(xué)校園本部地處福州倉(cāng)山區(qū)，位于福州市城區(qū)南部，占地超過320 hm2。校園內(nèi)典型用地眾多，適合進(jìn)行不同地形空氣顆粒物濃度變化規(guī)律對(duì)比研究。南北環(huán)山，東西兩側(cè)各有閩江、烏龍江環(huán)繞。校園內(nèi)建有森林蘭苑、百竹園、中華名特優(yōu)植物園等教學(xué)、觀賞性植物園，觀音湖、濕地公園等水系，拓荒廣場(chǎng)、明德廣場(chǎng)、逸夫廣場(chǎng)等小廣場(chǎng)。

2 研究方法

2.1 樣地選擇

選擇福建農(nóng)林大學(xué)校園內(nèi)主干道兩側(cè)的廣場(chǎng)、湖面及行政樓前綠地進(jìn)行研究，道路行道樹種以白蘭、小葉榕、龍眼為主。3種用地均有較大人流量，分別為硬質(zhì)廣場(chǎng)(面積2 400 m2)，水上休憩廊道(長(zhǎng)300 m，寬3 m)，綠化休憩地(郁閉度0.5，樹種為千頭柏、洋紫荊、小葉榕、橡皮榕等)［8］。

2.2 指標(biāo)測(cè)定和數(shù)據(jù)處理

選擇2012年12月― 2013年1月晴朗無風(fēng)天7 d，觀測(cè)時(shí)間為5:00-23:00，每隔2 h 觀測(cè)1次，同步觀測(cè)3種典型用地。用Dustmate 煙塵檢測(cè)儀測(cè)定人體平均呼吸高度(1.2 ～1.5 m)處空氣TSP(總懸浮顆粒物，d≤l00 μm)，PM10(可吸入顆粒物，d≤l0 μm，)，PM2.5(可吸入肺細(xì)顆粒物，d≤2.5 μm，)，PM1.0(d≤1.0 μm)的濃度，每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)設(shè)3 個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)間距5 m。同時(shí)，使用小氣候監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)風(fēng)速、溫度、濕度，使用照度計(jì)檢測(cè)光照變化，使用Gas Analyzer 檢測(cè)氧氣濃度變化，使用聲級(jí)計(jì)記錄聲音分貝數(shù)變化。

用SPSS 19.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 校園內(nèi)不同粒徑空氣顆粒物濃度的總體變化規(guī)律

觀測(cè)結(jié)果表明，不同校園用地的空氣顆粒物濃度均為早晚高、中午低，成“雙峰單谷”的“V”字型。在圖1，2，3，4 中，4種顆粒物均在早上5 ∶00-7 ∶00 達(dá)到較高值，中午15 ∶00 降低到一天中最低，之后不斷上升，19 ∶00-21 ∶00 達(dá)到第2 個(gè)高峰，而23 ∶00 過后空氣顆粒物濃度又開始下降。

大粒徑空氣顆粒物清晨較大的原因可能與濕度高，溫度低空氣流動(dòng)相對(duì)緩慢有關(guān)，且晨讀、晨練的師生較多也是造成這一現(xiàn)象的原因。11 ∶00-15 ∶00是每日光照最強(qiáng)、氣壓高、氣溫最高的時(shí)段，溫度的迅速提高促使氣流交換，因此在這個(gè)時(shí)段顆粒物濃度相對(duì)較小。17 ∶00-21 ∶00 為市內(nèi)交通高峰期，加上空氣流動(dòng)減緩，濕度增加，相對(duì)靜風(fēng)的氣象狀態(tài)使空氣顆粒物的聚集增多，空氣顆粒物濃度開始緩慢升高。21:00 之后溫度繼續(xù)降低，空氣濕度增加導(dǎo)致顆粒物凝結(jié)，出現(xiàn)一天中顆粒物的第2 次降低［7-10］。

小粒徑顆粒物日變化趨勢(shì)與大粒徑顆粒物濃度變化整體趨勢(shì)基本相似，但早晨濃度的最高值相對(duì)傍晚較高，可能與空氣濕度高、風(fēng)速大、噪音量小有關(guān)［1］。

對(duì)校園內(nèi)3種不同用地空氣顆粒物濃度進(jìn)行分析，廣場(chǎng)、湖面、綠地TSP日均濃度分別為148.49 μg/m3，129.82 μg/ m3、129.51 μg/ m3;PM10日均濃度分別為89.63 μg/ m3，82.95 μg/ m3，82.12 μg/ m3;PM2.5日均 濃 度 分 別 為 33.12 μg/m3，35.21 μg/ m3，34.83 μg/m3，PM1.0 分 別 為12.84 μg/m3，13.94 μg/m3，13.51μg/m3。湖面、綠地TSP、PM10 的日均濃度與廣場(chǎng)相比差異顯著(p ＜0.05)，PM2.5 及PM1.0 差異不顯著。由此可知，水面及綠化用地對(duì)大粒徑顆粒物TSP、PM10 有降低作用，而對(duì)于小粒徑顆粒物濃度的降低作用并不明顯(見表1)。

表1 顆粒物清潔度評(píng)價(jià)指標(biāo)［11］

3.2 校園內(nèi)3種用地空氣顆粒物濃度日變化差異分析

圖1 廣場(chǎng)顆粒物濃度日變化

圖2 湖面顆粒物濃度日變化

圖3 綠地顆粒物濃度日變化

廣場(chǎng)、湖面、綠地空氣顆粒物濃度變化趨勢(shì)相似。廣場(chǎng)空氣顆粒物濃度高峰出現(xiàn)時(shí)段與師生出行的高峰早8 ∶00 和晚5 ∶00 基本吻合，可能是因?yàn)榈貏?shì)開闊、地形平坦(圖1)。湖面空氣顆粒物濃度變化規(guī)律與廣場(chǎng)空氣顆粒物濃度變化規(guī)律相近，但與早晚交通高峰時(shí)間段相比具有高峰提前效應(yīng)，2 個(gè)空氣顆粒物濃度高峰分別出現(xiàn)在早7 ∶00 及晚17 ∶00，并在晚21 ∶00 出現(xiàn)第3 個(gè)高峰(圖2)。

從不同校園用地空氣顆粒物濃度變化規(guī)律對(duì)比看，綠地的變化趨勢(shì)與其他2種用地存在一定差異(圖1，2，3)?？赡苁窃摼G地為農(nóng)大植物園，植物葉片粘性較大，對(duì)空氣顆粒物的吸附、捕獲能力強(qiáng)，對(duì)減少空氣顆粒物有較強(qiáng)的效果。植物園早5 ∶00-7 ∶00 與17 ∶00 這2 個(gè)高峰出現(xiàn)時(shí)間提前，且空氣顆粒物濃度降低速度緩慢，主要因?yàn)榍宄坑休^多學(xué)生在植物園早讀、教職工在此晨練對(duì)空氣顆粒物濃度帶來的影響。傍晚，有較多師生在植物園散步是17 ∶00高峰提前出現(xiàn)的原因。并且，由于植物葉片對(duì)顆粒物有吸附、捕獲和阻擋的作用，空氣顆粒物進(jìn)入植物園后又不容易擴(kuò)散開，所以夜間空氣顆粒物濃度降低速度相比其他2種地形相對(duì)緩慢［6-10］。

3.3 小氣候、噪音、氧氣指標(biāo)與顆粒物濃度的相關(guān)性

空氣顆粒物濃度的大小除與顆粒物本身的性質(zhì)和地形的影響有關(guān)外，還受到小氣候因子等環(huán)境因素影響［1］。對(duì)空氣顆粒物濃度數(shù)據(jù)和小氣候指標(biāo)數(shù)據(jù)(包括平均風(fēng)速、溫度、空氣相對(duì)濕度、熱力指數(shù)、露點(diǎn)溫度、濕球溫度、氣壓、氧氣含量、噪音分貝數(shù)［7］)進(jìn)行相關(guān)性分析(表2)表明，在所測(cè)環(huán)境因子中，影響空氣顆粒物的環(huán)境因子有平均風(fēng)速、溫度、相對(duì)濕度和聲音分貝數(shù)。其中，溫度、相對(duì)濕度和平均風(fēng)速與大、小粒徑空氣顆粒物濃度均呈極顯著負(fù)相關(guān);聲音分貝數(shù)與大粒徑顆粒物(TSP、PM10)濃度呈極顯著正相關(guān)，與PM2.5 呈顯著正相關(guān)。

表2 空氣顆粒物濃度與氣象因子的相關(guān)系數(shù)

4 結(jié)論與討論

1)按照國(guó)家環(huán)保部新出臺(tái)的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》校園內(nèi)PM10日均濃度為84.90 μg/ m3，達(dá)到二級(jí)地區(qū)標(biāo)準(zhǔn);PM2.5日均濃度為34.39 μg/ m3，達(dá)到一級(jí)地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。從校園內(nèi)廣場(chǎng)、湖面、綠地的空氣顆粒物日均濃度分析來看，水面及綠化用地對(duì)大粒徑顆粒物TSP、PM10 有一定降低作用，而對(duì)于小粒徑顆粒物濃度的降低作用并不明顯。根據(jù)以上研究，筆者認(rèn)為適宜出行時(shí)間為9 ∶00-11 ∶00 及15 ∶00-19 ∶00，并建議師生選擇植物相對(duì)較多或伴有水面的場(chǎng)所鍛煉或出行［11］。

2)通過日均濃度對(duì)比發(fā)現(xiàn)，水面具有一定降低大粒徑空氣顆粒物濃度的作用。在空氣顆粒物濃度與空氣濕度呈正相關(guān)［12-13］情況下，水面與其他用地相比平均空氣濕度雖較大，但小粒徑顆粒物濃度并沒有提高(圖1，2，3)。

3)研究表明，顆粒物濃度日變化受小氣候影響。溫度與大、小粒徑空氣顆粒物濃度呈極顯著負(fù)相關(guān)，這與鄧?yán)旱日J(rèn)為PM2.5 和PM10 質(zhì)量濃度與溫度沒有明顯相關(guān)性等研究結(jié)論有所不同，原因可能與實(shí)驗(yàn)方法不同有關(guān)［12］，有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。平均風(fēng)速與TSP 沒有明顯相關(guān)性，而與PM10以及小粒徑空氣顆粒物(PM2.5、PM1.0)濃度呈極顯著負(fù)相關(guān)，這與之前黃哲等［13］和趙衛(wèi)紅［14］認(rèn)為空氣顆粒物風(fēng)速與空氣顆粒物濃度呈負(fù)相關(guān)的研究結(jié)論有所不同，可能與研究對(duì)象不同有關(guān)。

4)根據(jù)此次研究結(jié)果，建議在校園保持原有功能分區(qū)基礎(chǔ)上，合理規(guī)劃、適當(dāng)增加水體與綠地的面積?？梢栽谛@機(jī)動(dòng)車主干道道路綠化上進(jìn)行喬灌草式植物配置，提高空間密閉度;在師生出行的非機(jī)動(dòng)車道路上，為達(dá)到降低空氣顆粒物濃度的目的和提高園林效果，可在綠化條件下設(shè)置一定面積水面;校園主要活動(dòng)場(chǎng)所應(yīng)設(shè)置在遠(yuǎn)離機(jī)動(dòng)車干道、靠近水面的地方。

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