秋季旗山國家森林公園毛竹林空氣顆粒物日變化規(guī)律研究

王茜，王成，張中霞，許超，郭珺琪

（1.北京市園林科學(xué)研究院，北京100102；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所、國家林業(yè)局森林培育重點實驗室，北京100091；3.國家林業(yè)局城市森林研究中心，北京100091；4.內(nèi)丘縣林業(yè)局，河北 邢臺054200）

近年來，隨著城市的快速發(fā)展，汽車尾氣排放、工廠廢棄物排放等引發(fā)的空氣污染日益嚴(yán)重，給人類健康帶來嚴(yán)重的威脅。研究表明，PM2.5可入肺顆粒物由于其質(zhì)量輕、粒徑小和容易附著等特點，容易攜帶有毒物質(zhì)被吸入肺泡，嚴(yán)重危害人類的健康；PM1.0小粒徑顆粒物也同樣具有突變性，吸入后可大大提高死傷率。因此，大量有害的化學(xué)物質(zhì)富集在顆粒物表面，經(jīng)人體呼吸道進(jìn)入肺部，長期積累可損害呼吸系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)，導(dǎo)致肺癌等疾病的發(fā)生[1-3]；竹子的葉片由于其濕潤性和特殊構(gòu)造可粘附顆粒物，對凈化環(huán)境起到良好的作用[4]。毛竹林是福建省最重要的可再生森林資源之一，隨著栽培面積不斷擴大，人們對它改善空氣質(zhì)量的性能也日漸重視。福州市空氣污染的多發(fā)季節(jié)一般出現(xiàn)在秋季，本文選擇毛竹林為研究對象，分析其秋季顆粒物日變化規(guī)律，目的為游客在其內(nèi)選擇合適的時間開展休息、游憩等活動提供參考。

1 研究區(qū)概況

旗山國家森林公園位于福建省福州市閩侯縣，面積約3 600 hm2，年均溫度18 ℃，年降水量1 393 mm；景區(qū)風(fēng)景秀麗，四季常青，植物覆蓋率達(dá)90%以上；有國家一級保護植物刺桫欏、南方紅豆杉，有百齡的柳杉王、夫妻樹等。公園內(nèi)千峰競秀，景色宜人，是游客休閑娛樂的極佳場所。

2 研究方法

2.1 樣地選擇

樣地海拔713 m，毛竹林平均竹高15 m，平均胸徑18 cm，面積約70 m2。地被覆蓋以雜草為主。樣地設(shè)3 個重復(fù)，重復(fù)間隔5 m，呈“三角形”排列。

2.2 環(huán)境指標(biāo)測量方法

于2017 年10 月下旬選擇7 d（11 月12 日～11月18 日），用顆粒物監(jiān)測儀測定1.3～1.6 m 處TSP(d≤100 μm，總懸浮顆粒物)、PM10（d≤10 μm，可吸入顆粒物）、PM2.5（d≤2.5 μm，可入肺顆粒物）、PM1.0濃度（d≤1.0 μm，可吸入細(xì)顆粒物）4 種粒徑顆粒物濃度。用小氣候儀同步監(jiān)測空氣溫濕度、光照強度以及平均風(fēng)速等小氣候因子數(shù)據(jù)。從早7:00 至晚19:00 共監(jiān)測7 次，且要求3 個重復(fù)，秋季日變化取7 d 監(jiān)測的均值。

2.3 數(shù)據(jù)處理

用EXCEL2003 和SPSS16.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 竹林內(nèi)空氣懸浮顆粒物濃度總體日變化

由表1 可知，4 種粒徑顆粒物濃度日變化均出現(xiàn)3 個峰值和兩個谷值，時間分別為7：00、15：00、19:00 和9:00、17：00。具體的變化趨勢是：早上7：00第1 個峰值之后，粒徑顆粒物濃度開始下降；9：00，濃度開始反彈，至下午15:00 出現(xiàn)第2 個峰值；15:00～17:00，粒徑顆粒物濃度又出現(xiàn)短暫回落；17:00～19:00，隨著外界因素影響，濃度直線上升，并于19:00 達(dá)到全天最大值。

從所占的比例來看，PM1.0小粒徑顆粒物所占比例日變化趨勢與顆粒物濃度變化整體趨勢基本相似（見表2），這說明顆粒物濃度較高的時段小粒徑顆粒物的比例也較高。按照國家環(huán)保部2012 年出臺的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）[5]，得出：3種粒徑顆粒物TSP、PM10、PM2.5在7:00～13:00 空氣顆粒物濃度均達(dá)到二級地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)；15:00～19:00 達(dá)到三級地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。總體分析，TSP 日均值超標(biāo)110%；PM10超標(biāo)230%；PM2.5超標(biāo)60%。這樣來看，秋季竹林內(nèi)上午適合人們休息游憩，下午應(yīng)考慮顆粒物污染情況。

表1 竹林內(nèi)空氣懸浮顆粒物濃度總體日變化

表2 不同粒徑顆粒物所占比例日變化

3.2 不同類型顆粒物濃度日變化分析

各粒徑顆粒物濃度日變化相似，高峰值和低谷值時間基本一致。TSP 和PM10濃度在上午7:00～11:00升高率和降低率分別為15.29%和13.28，PM2.5和PM1.0濃度升高和降低率分別為9.76%和9.60%。下午TSP 和PM10濃度在13:00～15:00 和17:00～19:00時間段升高率分別為25.21%和24.23%；PM2.5和PM1.0濃度升高率分別為78.62%和51.12%；TSP 和PM10濃度15:00～17:00 降低 率 為3.78%，PM2.5和PM1.0濃度降低率為4.20%。

多重比較結(jié)果說明：毛竹林內(nèi)4 種粒徑顆粒物濃度全天所有時刻差異不顯著；TSP 濃度與PM1.0濃度在17：00 時差異顯著（P＜0.05)，PM10濃度與PM1.0濃度差異顯著（P＜0.05)；TSP 濃度與PM2.5濃度在19：00 時差異顯著（P＜0.05)。

3.3 各粒徑顆粒物濃度與小氣候因子相關(guān)性分析

許多空氣污染物是溫度依賴性物質(zhì)。有學(xué)者對北京、上海、武漢等中國不同氣候帶的代表城市空氣懸浮顆粒物成分進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，有些非甲基烷烴等可溶性易提取物與溫度呈負(fù)相關(guān)，多環(huán)芳烴濃度也隨著溫度的增加而降低[6-7]?？諝鉁貪穸冗€能影響顆粒物組成成分的比例分配和轉(zhuǎn)化，如溫度和濕度均對大氣中的NO3-的熱力學(xué)平衡有影響[8]。氣候干燥、風(fēng)沙大、空氣懸浮顆粒物多；反之，空氣濕潤、風(fēng)速小、空氣質(zhì)量好。如果風(fēng)速低、高濕度天氣長時間持續(xù)，也會導(dǎo)致污染物積累而增加[9-11]。

表3 各粒徑顆粒物與氣候因子相關(guān)系數(shù)

從表3 可以看出，TSP 與相對濕度呈顯著正相關(guān)，與光照強度呈顯著負(fù)相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)相等。相對濕度與各粒徑顆粒物相關(guān)系數(shù)最大，說明相對濕度是影響顆粒物濃度的最主要因素，反之空氣溫度和風(fēng)速對其影響較小。同時，空氣溫度與顆粒物濃度無顯著相關(guān)性。由此可見，日照的強度和時間這些與溫度相關(guān)的氣象條件對污染物在空氣中的分布無顯著影響。

4 結(jié)論

（1）4 種顆粒物日變化均出現(xiàn)3 個峰值和兩個谷值，時間分別為7：00、15：00、19:00 和9:00、17：00。PM1.0占比日變化趨勢與顆粒物濃度變化整體趨勢基本相似，這說明顆粒物濃度較高的時段小粒徑顆粒的比例也較高。

（2）各粒徑物質(zhì)變化相似，高峰值和低谷值時間基本一致。上午TSP 和PM10濃度在7:00～11:00 升高率和降低率分別為15.29%和13.28，PM2.5和PM1.0濃度升高率和降低率分別為9.76%和9.60%。下午TSP 和PM10濃度在13:00～15:00 和17:00～19:00 升高率分別為25.21%和24.23%；PM2.5和PM1.0濃度升高率分別為78.62%和51.12%；TSP 和PM10濃度15:00～17:00 降低率為3.78%，PM2.5和PM1.0濃度降低率為4.20%。

（3）小氣候因子對顆粒物濃度日變化的影響分析表明，相對濕度與其呈正相關(guān)；反之光照、風(fēng)速、溫度等其他氣候因子與其呈負(fù)相關(guān)；相對濕度對顆粒物濃度總體變化影響較大。