西寧市典型綠地空氣中微粒物PM2.5和PM10.0測定與分析

耿生蓮, 辛永清

(青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院 青海高原林木遺傳育種實驗室，青海 西寧 810016)

2016-12-18

青海省農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化與示范計劃項目(2015—NK—510)

耿生蓮(1966-)，女，青海湟中人，副研究員。研究方向：城市林業(yè)。

西寧市典型綠地空氣中微粒物PM2.5和PM10.0測定與分析

耿生蓮, 辛永清

(青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院 青海高原林木遺傳育種實驗室，青海 西寧 810016)

利用 2014 年 8月—2015 年7月西寧市5個典型綠地空氣中可吸入顆粒物 PM2.5和PM10.0及同期氣象因子監(jiān)測資料, 分析了可吸入顆粒物分布特征、污染水平及其與氣象因子的關(guān)系。 結(jié)果表明: ①西寧市5個典型綠地空氣中PM2.5的平均濃度為0.034 mg·m-3，低于我國日平均濃度標(biāo)準(zhǔn)(0.065 mg·m-3)47.69%，PM10.0為0.153 mg·m-3，超出我國 PM10.0日平均濃度二級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(0.15 mg·m-3)2.00%。尤其是海湖大道、新寧廣場和省委家屬院PM10.0超標(biāo)率分別為44.00%、13.33%和6.67%，應(yīng)引起大眾和相關(guān)部門的高度重視； PM2.5和PM10.0濃度從大到小的排序為海湖大道>新寧廣場>省委家屬院>麒麟灣>植物園；②5個典型綠地空氣中PM2.5和 PM10.0的日平均濃度變化和年平均濃度變化趨勢基本一致, 具有區(qū)域分布特征；③ PM2.5、PM10.0與溫度和相對濕度呈負相關(guān), 與風(fēng)速沒有相關(guān)性。PM2.5 與PM10.0 之間有較好的相關(guān)性。

PM2.5 ；PM10.0；典型綠地；相關(guān)性；西寧市

美國 、歐洲在流行病學(xué)領(lǐng)域的研究表明[1,2]， 城市空氣可吸入性顆粒物 PM10.0及細顆粒物(PM2.5、PM1)的污染與醫(yī)院就診率、呼吸道疾病發(fā)病率乃至死亡率等諸多不利健康效應(yīng)之間關(guān)系密切[1,2]。粒徑小于2.5 μm 的顆粒物可在肺泡沉積，并進入血液循環(huán)，對人體健康的危害更大[3]。因此，空氣顆粒物質(zhì)量濃度是目前評價大氣質(zhì)量的主要依據(jù)之一。隨著對大氣顆粒研究的深入，1997年美國國家環(huán)保署(USEPA)公布了PM2.5標(biāo)準(zhǔn)[2], 規(guī)定其日均值為 0.065 mg·m-3,年均值為0.150 mg·m-3[2]。2012年我國更新制定了新的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[4]，規(guī)定PM10.0質(zhì)量濃度的日均值為0.15 mg·m-3,PM2.5 質(zhì)量濃度的日均值為0.065 mg·m-3(二級標(biāo)準(zhǔn), GB3095-2012)[4]。本文選取了西寧市5個典型綠地進行了PM2.5和PM10.0的測定，以期為西寧市春夏秋冬空氣污染狀況分析及大氣環(huán)境管理提供依據(jù)，從而采取最快速、最有效、最經(jīng)濟的措施改善環(huán)境空氣質(zhì)量。

1 研究區(qū)概況

西寧市地處青藏高原河湟谷地南北兩山對峙之間，統(tǒng)屬祁連山系，黃河支流湟水河自西向東貫穿市區(qū)。全市總面積7 665 km2，市區(qū)面積3 505 km2，建城區(qū)面積755 km2。海拔2 261 m，年平均降水量380 mm，蒸發(fā)量1 363.6 mm，年平均日照為1 939.7 h，年平均氣溫7.6 ℃，最高氣溫34.6 ℃，最低氣溫-18.9 ℃，屬大陸高原半干旱氣候。夏季平均氣溫17～19 ℃，氣候宜人，是消夏避暑勝地，有“中國夏都”之稱。市區(qū)平均海拔2 295 m，屬大陸高原半干旱氣候，平均氣溫6.1 ℃，冬無嚴寒，夏無酷暑，是天然的避暑勝地。

2 研究方法

2.1 典型綠地

測定地點設(shè)在西寧市新寧廣場(休閑娛樂區(qū))、植物園(景觀區(qū))、海湖大道(交通主干道)、麒麟灣(水系游樂區(qū))和省委家屬院(居民生活區(qū)),地點相距10 km以上，環(huán)境條件與綠地功能各不相同，各觀測區(qū)環(huán)境特征與綠地樹種植見表1。

表1 5種典型綠地特征描述

2.2 觀測方法

環(huán)境空氣監(jiān)測中采樣環(huán)境及采樣頻率的要求，按 HJ/T 194 的要求執(zhí)行。即采樣時，采樣器入口距地面高度不得低于1.5 m，采樣不宜在風(fēng)速大于8 m/s 等天氣條件下進行，采樣點應(yīng)避開污染源及障礙物，如果測定交通樞紐處 PM2.5和PM10，采樣點應(yīng)布置在距人行道邊緣外側(cè) 1m 處[5]。本研究為消除環(huán)境因素可能帶來的誤差，于 2014年8月5日至2015年7月16日全年每月上旬、中旬和下旬選擇大氣狀態(tài)相對穩(wěn)定、天氣晴朗的日間進行PM2.5和PM10.0的測定，儀器為手持式高精度空氣顆粒物速測儀—美國粉塵濃度檢測儀(型號metone831)；同時采用NK4000小氣候儀對空氣溫度、相對濕度、風(fēng)速進行監(jiān)測。每日測定時間段為7:00、9：00、11：00、13：00、15:00、17：00和 19:00，每3分鐘測一次，測3次取其平均值，運用統(tǒng)計學(xué)分析軟件 SPSS 15.0 進行統(tǒng)計分析 。

3 結(jié)果與分析

3.1 各典型綠地空氣PM2.5與PM10.0分布特點[5-9]

3.1.1 各典型綠地空氣PM2.5與PM10.0的濃度 經(jīng)統(tǒng)計分析(表2)，5個典型綠地空氣中PM2.5和PM10.0的平均濃度分別為0.034和0.153 mg·m-3，范圍在0.001～0.239 mg·m-3和0.012～2.112 mg·m-3之間(表2)。,以我國日平均濃度二級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)PM2.5為0.065 mg·m-3和PM 10.0為0.15 mg·m-3評價,西寧市5個典型綠地空氣中PM2.5平均值低于標(biāo)準(zhǔn)47.69%，即PM2.5濃度沒有超標(biāo)[6-9]。超標(biāo)率范圍為-98.46%～267.69%，也就是說5個典型綠地空氣中PM2.5最大濃度均超出標(biāo)準(zhǔn)； PM10.0超標(biāo)率為2.00%，范圍在-92.00%～1 308.00%，在 5個典型綠地空氣中PM10.0最大濃度均超出標(biāo)準(zhǔn)。尤其是，海湖大道、新寧廣場和省委家屬院平均濃度超標(biāo)率分別為44.00%、13.33%和6.67%，應(yīng)引起大眾和相關(guān)部門的高度重視； PM2.5和PM10.0濃度從大到小的排序為海湖大道>新寧廣場>省委家屬院>麒麟灣>植物園。

3.1.2 各綠地空氣PM2.5和PM10.0的日動態(tài)變化 總體看(圖1)，5個綠地空氣的PM2.5和PM10.0日動態(tài)變化是一致的，早上7：00最高，之后逐漸下漸，至19：00又回升但比早上偏低；其中PM10.0除新寧廣場外，其余4個綠地的日動態(tài)變化一致，植物園、麒麟灣和省委家屬院變化幅度小，新寧廣場和海湖大道變化幅度大，這與人員活動、車流量有很大的關(guān)系[19]；從各時段看(表3)，PM2.5在西寧市白天均不超標(biāo)，PM10.0從在早上7：00-11：00均不超標(biāo)，但下午13：00-19；00均超標(biāo)，提醒市民戶外活動以早晨為宜，下午13：00-19：00活動應(yīng)采取一定的防護措施；經(jīng)方差分析,5個綠地空氣的PM2.5和PM10.0日濃度在不同時間段差異顯著(Sig=0.00p<0.01)，且與具體的觀測時間段存在線性相關(guān)性(Sig=0.010、0.00≤0.01)。

表2 各種典型綠地空氣PM2.5和PM10.0濃度 mg·m-3

圖1 5種綠地空氣PM2.5和PM10.0日動態(tài)變化

表3 PM2.5和PM10.0在白天7個時段的濃度與超標(biāo)率統(tǒng)計

3.1.3 各典型綠地空氣PM2.5和PM10.0的年月動態(tài)變化[10,11]5個綠地空氣PM2.5的年內(nèi)變化基本一致，即1-5月份和10-12份濃度較高，6-9月份普通遍減少(圖2、表4)，這與西寧市城市森林大氣候條件有關(guān)，5-6月份隨著森林綠量的增加林木的滯塵功能也增加，有效吸附了空氣中的微小顆粒物；全年5個綠地PM2.5均低于國家標(biāo)準(zhǔn)[2]；PM10.0于1月、2月、3月、11月和12月份5個月較高，超標(biāo)率在21.29%～169.51%出國家標(biāo)準(zhǔn)[12]，尤以2月可吸入顆粒物日平均濃度超標(biāo)率為全年最高。其余月份較低，范圍在-30.33%～-9.72%，而8月份最低。從PM 2.5占 PM10的比例可以看出，全年比值范圍在0.11～0.32之間，其中4月和10月 PM2.5占 PM 10 的比例最高，即4月和10月份微粒物濃度中PM2.5濃度較高；經(jīng)方差分析PM2.5每月濃度有明顯差異(Sig=0.00<0.01)，但與月無線性關(guān)系(Sig=0.514>0.05)。PM10.0每月濃度有明顯的差異(Sig=0.00<0.01)，且與月有線性關(guān)系(Sig=0.00<0.01)。

圖2 PM2.5與PM10.0全年和全天的變化關(guān)系

表4 PM2.5和PM10.0在全年12月濃度與超標(biāo)率統(tǒng)計

3.2 空氣中PM2.5、PM10.0的與環(huán)境因素間的相互關(guān)系

從表5、圖3和圖4看出，5個綠地空氣的PM2.5和PM10.0有顯著的相關(guān)性；PM2.5與綠地類型在水平0.05下相關(guān)，PM10.0與綠地類型在0.01水平下相關(guān)；PM2.5、PM10.0與溫度、濕度和風(fēng)速在水平0.01下呈負相關(guān)。即隨著溫度、相對濕度和風(fēng)速的增加空氣中PM2.5、PM10.0也相應(yīng)增加，全年的變化狀態(tài)也如此，該結(jié)果與馬雁軍[10，13]的研究結(jié)果一致。

表5 PM2.5、PM10.0與環(huán)境因子間的相關(guān)性分析

注：**表示在 0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān);*表示在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

經(jīng)回歸分析得出PM2.5、PM10.0與綠地類型、溫度和濕度間的線性方程：

y1=44.411+2.371x1-1.265x2-0.047x3(R2=0.952Sig=0.00p<0.01)

y2=156.997+29.651x1-5.988x2-0.574x3(R2=0.989p<0.01Sig=0.00)

式中：y1—PM2.5 ，y2—PM10.0，x1—綠地類型(標(biāo)簽值：1-新寧廣場、2-海湖大道、3-麒麟灣、4-省委家屬院、5-植物園)，x2—溫度(℃),x3——相對濕度(%)。

PM10.0濃度y2與PM2.5濃度y1間的線性方程：

y2=67.427+2.429 y1

(R2=0.946p<0.01Sig=0.00 )

4 結(jié)論

(1)西寧市城市5個典型綠地空氣中PM2.5的日平均濃度分別為0.034 mg·m-3，低于我國日平均濃度標(biāo)準(zhǔn)(0.065 mg·m-3)47.69%，PM10.0為0.153 mg·m-3，超出我國PM10.0日平均濃度二級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(0.15 mg·m-3)2.00%。尤其是海湖大道、新寧廣場和省委家屬院PM10.0超標(biāo)率分別為44.00%、13.33%和6.67%； PM2.5和PM10.0濃度從大到小的排序為海湖大道>新寧廣場>省委家屬院>麒麟灣>植物園。

(2)5個典型綠地空氣中PM2.5和PM10.0日、月動態(tài)變化是一致的。早上7：00最高，之后逐漸下降，至19：00又回升但比早上偏低；5個綠地空氣PM2.5的年變化基本一致，即1-5月份和10-12份濃度較高，6-9月份普遍減少；PM10.0于1月、2月、3月、11月和12月份5個月較高，其余月份較低。其中2月為全年最高， 8月份為全年最低。

(3)5個典型綠地空氣中PM2.5、PM10.0與空氣溫度、濕度和風(fēng)速在水平0.01下呈負相關(guān)。

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AnalysisoftheConcentrationofPM2.5andPM10.0intheAirof5TypicalPlantingModelsinXining

GENG Sheng-lian,XIN Yong-qin

(CollegeofAgricultureandForestrySciences,QinghaiPlateauKeyLaboratoryofTreeGeneticsandBreeding,QinghaiUniversity,Xining810016)

Based on the inhalable particles data of PM 2.5 and PM10.0 from August 2014 to July 2015 in the air of 5 typical planting models in Xinning, the distributions and pollution characteristics of those inhalable particles as well as the relationships with meteorological factors were analyzed.The results show thati) the concentration of PM2.5 in the air of 5 typical planting communities was 0.034(mg/m3), less than the average concentration standard of day (0.065 mg / m 3) 47.69%. PM10.0 was 0.153(mg/m 3), higher than the average concentration standard of day(0.15 mg/m 3)2.00%. The excessive rate of PM10.0 in Haihustreet, Xinning plaza and family member courtyard of Qinhai provincial were 44.00%, 13.33% and 6.67% respectively. Sequence of PM2.5 and PM10.0 was Haihu street >Xinning plaza>family member courtyard of Qinhai provincial>Qilin garden>Botanical garden; ii) the changing trends of the daily mean concentrations of PM10 and PM 2.5 in the four cities are similar because they are affected by the regional synoptic system, which are of the regional distribution characteristics; iii) PM 2.5 and PM10.0 had negative correlationships with air temperature and relative humidity, and had no correlations with wind speed .The correlation existed between PM2.5 and PM10.0.

PM2.5; PM10.0; typical planting model; correlation; Xining

S731.2

A

1001-2117(2017)03-0004-05