石門國家森林公園空氣顆粒物動(dòng)態(tài)變化及評(píng)價(jià)*

高瑤瑤 潘勇軍 張華

隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，我國空氣質(zhì)量狀況令人堪憂，并且空氣污染物中的顆粒物（PM）對人體產(chǎn)生較大危害[1～3]。直徑≤10 μm的顆粒物為可吸入顆粒物（PM10），這是人體上呼吸道感染的罪魁禍?zhǔn)祝恢睆健?.5 μm的為細(xì)顆粒物（PM2.5），可能對人體支氣管末端造成損傷，干擾肺部氣體交換[4]。因此，空氣顆粒物濃度的時(shí)空變化是評(píng)價(jià)大氣質(zhì)量一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)廣州市環(huán)境保護(hù)局2019公布的數(shù)據(jù)[5]，廣州市全年空氣質(zhì)量略有下降，與2018年相比，空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)天數(shù)減少5.2%；PM10年均值上升6.0%，其中南沙區(qū)、白云區(qū)PM10濃度增幅最大；從化區(qū)、南沙區(qū)PM2.5濃度增幅也較大?？諝赓|(zhì)量的下降使市民對清新、干凈的空氣需求越來越強(qiáng)烈，故尋找大氣環(huán)境舒適的游憩場所，滿足市民生理及心理上的需求至關(guān)重要。因此，在廣州市石門國家森林公園進(jìn)行空氣顆粒物時(shí)空變化規(guī)律及空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)研究，將為掌握城市森林公園對空氣顆粒物的調(diào)控能力提供基礎(chǔ)[6～7]，為城市森林公園合理開發(fā)森林游憩功能提供科學(xué)理論依據(jù)[8]。

1 研究區(qū)概況

石門國家森林公園（113′45″E，23′27″N）位于從化區(qū)東北部，距廣州市區(qū)86 km，總面積2 636 hm2，森林覆蓋率達(dá)98.9%，次生林面積1 067 hm2。其屬于南亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛，年平均降雨量約2 000 mm， 80%以上的降水量集中在4—9月；冬暖夏涼，具有明顯的山地氣候特征，年均氣溫為21℃，夏季比廣州中心城區(qū)的溫度低6～8℃，年氣候舒適日達(dá)200 d以上[9]。公園植被類型多，物種豐富度極高，已知有維管束植物1 090種，其中蕨類植物106種，種子植物976種[10]。

2 研究方法

2.1 觀測點(diǎn)選擇

綠闊葉林）4種典型生境類型的群落作為試驗(yàn)樣地（圖2），各樣地面積為20 m×20 m，且坡度較緩，適合開展森林游憩活動(dòng)。每塊試驗(yàn)樣地采用“S”型取樣法設(shè)置3個(gè)觀測點(diǎn)，作為3個(gè)重復(fù)。

2.2 觀測方法

1995年經(jīng)國家林業(yè)部批準(zhǔn)，在石門國家森林公園建立了第一家國際森林浴場，目前在此基礎(chǔ)上規(guī)劃了森林康養(yǎng)基地（圖1）。為了解不同生境類型的空氣質(zhì)量，在規(guī)劃的基地內(nèi)建立標(biāo)準(zhǔn)氣象觀測場，并且采用典型抽樣法，根據(jù)試驗(yàn)需要結(jié)合實(shí)地踏查篩選后，確定花海（草本植物群落）、湖心島（靠近水體森林）、竹林、國際森林浴場（常

通過研究廣州市近5年氣象數(shù)據(jù)，根據(jù)降雨量與降雨頻率，劃分旱季和雨季作為廣州市的典型天氣。跟蹤記錄氣象數(shù)據(jù)并在試驗(yàn)日監(jiān)測記錄氣象實(shí)況，篩選氣象數(shù)據(jù)與要選擇的氣象條件相符的觀測數(shù)據(jù)作為典型天氣的代表數(shù)據(jù)。旱季和雨季的觀測時(shí)間分別為2018年11—12月、2019年6—7月，各選擇5天典型天氣，旱季選擇“連續(xù)晴天”，雨季選擇“雨后晴天”。

圖1 石門國家森林公園康養(yǎng)基地區(qū)位圖

圖2 空氣顆粒物監(jiān)測樣點(diǎn)區(qū)位圖

觀測期間，每天監(jiān)測4種生境的空氣顆粒物。采用美國Metone Aerocet 531S 便攜式PM值/粒子計(jì)數(shù)器，測試粒徑包括PM1、PM2.5、PM4、PM7、PM10和TSP（總懸浮顆粒物），PM值濃度模式量程為 0～1 000 μg /m3，分辨率為0.1 μg /m3，取樣時(shí)間為1 min，數(shù)據(jù)輸出采用配套軟件遠(yuǎn)端控制保存數(shù)據(jù)。每天8:00—18:00整點(diǎn)測定各監(jiān)測點(diǎn)的PM1、PM2.5、PM4、PM7、PM10、TSP 濃度，測定時(shí)將儀器平放在高度1.3～1.5 m的三腳架上，每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)在東西南北4個(gè)方向各測量1次。

2.3 評(píng)價(jià)方法

根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3095-2012）》[11]中 TSP、PM10和 PM2.5的質(zhì)量濃度等級(jí)來評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量（表1）。鑒于我國還未將顆粒物小時(shí)平均質(zhì)量濃度值納入空氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，故采用日平均顆粒物質(zhì)量濃度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 結(jié)果與分析

3.1 空氣顆粒物時(shí)空動(dòng)態(tài)變化

3.1.1 不同監(jiān)測點(diǎn)空氣顆粒物時(shí)間動(dòng)態(tài)變化

由監(jiān)測結(jié)果（表2）可知，石門國家森林公園TSP、PM10、PM2.5濃度分別為 76 μg/m3、72 μg/m3、44 μg/m3，小粒徑占比PM10/TSP為94.73%，PM2.5/TSP為57.89%?？諝忸w粒物每項(xiàng)指標(biāo)均為旱季＞雨季，其存在顯著性差異（P＜0.05）。旱季小粒徑占比例PM10/TSP為96.20%，PM2.5/TSP為68.35%，雨季小粒徑占比例PM10/TSP為93.15%，PM2.5/TSP為47.94%，雨季小粒徑占比遠(yuǎn)小于旱季，說明降雨不僅能降低顆粒物濃度，更重要的是還能降低可吸入顆粒物的占比，從而起到保護(hù)人體健康、凈化大氣環(huán)境的作用。主要原因是雨季空氣相對濕度較高，其與空氣污染物呈負(fù)相關(guān)：空氣中水分含量較多時(shí)，空氣污染物擴(kuò)散速度減弱，并溶于水中，在重力作用下沉降，特別是在降雨時(shí)，空氣中的污染物、植物葉片滯納污染物都隨雨水落入土壤中，凈化空氣；降雨后溫度升高，空氣負(fù)離子含量增多，與污染物結(jié)合后沉降[12]。

表1 空氣顆粒物質(zhì)量濃度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表2 石門國家森林公園空氣顆粒物

在旱季，各監(jiān)測點(diǎn)日變化趨勢存在明顯差異，同一監(jiān)測點(diǎn)的TSP、PM10、PM2.5日變化規(guī)律基本一致，且各時(shí)間點(diǎn)TSP和PM10濃度最為接近（圖3～6）。1）森林浴場的 TSP、PM10、PM2.5濃度均在 8:00—11:00呈下降趨勢，最大值在8:00為77 μg/m3、76 μg/m3、53 μg/m3，11:00出現(xiàn)最小值為 46 μg/m3、44 μg/m3、28 μg/m3，11:00—13:00 濃度均增高，14:00—15:00濃度急劇增高，15:00—16:00濃度急劇下降，16:00之后呈上升趨勢，日較差為31 μg/m3、32 μg/m3、25 μg/m3。2） 湖心島TSP、PM10、PM2.5濃度均在8:00—11:00開始下降，11:00—15:00平緩波動(dòng)，15:00—16:00濃度均急劇下降，16:00出現(xiàn)最小值為 69 μg/m3、67 μg/m3、51 μg/m3，16:00—18:00濃度急劇增加，最大值在18:00為103 μg/m3、101 μg/m3、79 μg/m3，日 較 差 為 34 μg/m3、34 μg/m3、28 μg/m3。3） 竹 林TSP、PM10濃 度均在8:00—10:00開 始 下 降，10:00—12:00急劇上升，12:00出現(xiàn)最大值 為 169 μg/m3、116 μg/m3，12:00—15:00下降趨勢，15:00出現(xiàn)最小值為66 μg/m3、64μg/m3，之后處于上升趨勢；PM2.5濃度8:00—16:00平緩波動(dòng)，最小值在12:00為45 μg/m3，最大值在13:00為63 μg/m3，之后處于上升趨勢。竹林TSP、PM10、PM2.5濃度日較差為103 μg/m3、52 μg/m3、18 μg/m3。4）花海 TSP、PM10、PM2.5濃度8:00—10:00開始下降，10:00出現(xiàn)最小值為60 μg/m3、56 μg/m3、41 μg/m3，10:00—16:00波動(dòng)增長，16:00之后急劇上升，最大值在 18:00 為 114 μg/m3、113 μg/m3、88 μg/m3， 日 較 差 為 54 μg/m3、57 μg/m3、47 μg/m3。

在雨季，由監(jiān)測結(jié)果（圖7～10）可知：1）森林浴場 TSP、PM10、PM2.5濃 度 均 在 8:00—9:00、11:00—13:00、14:00—16:00呈下降趨勢，16:00出現(xiàn)最小值為25 μg/m3、24 μg/m3、12 μg/m3，其余監(jiān)測時(shí)段濃度均增高，14:00出現(xiàn)最大值為57 μg/m3、54 μg/m3、28 μg/m3，日 較 差 為 32 μg/m3、30 μg/m3、16 μg/m3；2）湖心島 TSP、PM10、PM2.5濃度均在 8:00—9:00、11:00—13:00、14:00—16:00呈下降趨勢，16:00出現(xiàn)最小值為 42 μg/m3、40 μg/m3、21 μg/m3，其余監(jiān)測時(shí)段濃度均增高，14:00出現(xiàn)最大值為77 μg/m3、70 μg/m3、32 μg/m3， 日 較差為 35 μg/m3、30 μg/m3、11 μg/m3；3）竹林TSP、PM10、PM2.5濃度均在8:00—13:00、14:00—15:00、16:00—18:00呈上升趨勢，13:00出現(xiàn)最大值為112 μg/m3、108 μg/m3、64 μg/m3，13:00—14:00、15:00—16:00濃度均減小，8:00出 現(xiàn) 最 小 值 為 29 μg/m3、27 μg/m3、12 μg/m3，日較 差 為 83 μg/m3、81 μg/m3、52 μg/m3；4）花海TSP、PM10、PM2.5濃 度 均 在 8:00—13:00趨勢平緩，最小值在9:00為59 μg/m3、56 μg/m3、27 μg/m3，13:00—15:00濃度急劇增加，15:00出現(xiàn)最大值為 342 μg/m3、325 μg/m3、142 μg/m3，15:00—16:00濃度急劇下降，之后平緩增加，日較差為283 μg/m3、269 μg/m3、115 μg/m3。

3.1.2 不同監(jiān)測點(diǎn)空氣顆粒物空間動(dòng)態(tài)變化

圖3 旱季森林浴場空氣顆粒物日變化

圖4 旱季湖心島空氣顆粒物日變化

圖5 旱季竹林空氣顆粒物日變化

圖6 旱季花?？諝忸w粒物日變化

圖7 雨季森林浴場空氣顆粒物日變化

圖8 雨季湖心島空氣顆粒物日變化

圖9 雨季竹林空氣顆粒物日變化

圖10 雨季花海空氣顆粒物日變化

由統(tǒng)計(jì)結(jié)果（圖11～13）可知，石門國家森林公園TSP、PM10平均濃度在各監(jiān)測點(diǎn)排序?yàn)榛ê＃局窳郑竞膷u＞森林浴場，PM2.5平均濃度排序?yàn)榛ê＃竞膷u＞竹林＞森林浴場。TSP濃度在旱季和雨季均表現(xiàn)為花海＞竹林＞湖心島＞森林浴場，且存在極顯著差異（P＜0.01）。雨季花海TSP濃度是森林浴場的2.86倍、湖心島的1.92倍、竹林的1.71倍，旱季花海TSP濃度是森林浴場的1.93倍、湖心島的1.36倍、竹林的1.20倍。PM10濃度在雨季表現(xiàn)為花海＞竹林＞湖心島＞森林浴場，旱季竹林＞湖心島＞花海＞森林浴場，且存在極顯著差異（P＜0.01）。雨季花海PM10濃度是森林浴場的2.82倍、湖心島的2.01倍、竹林的1.71倍，旱季竹林PM10濃度是森林浴場的1.45倍、花海1.13倍、湖心島的1.03倍。PM2.5濃度在雨季表現(xiàn)為花海＞竹林＞湖心島＞森林浴場，旱季湖心島＞花海＞竹林＞森林浴場，且存在顯著差異（P＜0.05）。雨季花海PM2.5濃度是森林浴場的2.54倍、湖心島的1.99倍、竹林的1.59倍，旱季湖心島PM2.5濃度是森林浴場的1.55倍、竹林的1.12倍、花海的1.09倍。

綜上所述，森林浴場在旱季和雨季發(fā)揮凈化顆粒物的作用最大。其主要原因是浴場“喬-灌-草”結(jié)構(gòu)完善，在顆粒物進(jìn)入后每一層植物的葉、莖、枝都起到阻隔、滯納、吸收的作用，降低了顆粒物含量。而花海的植被“破碎化”嚴(yán)重，裸露的土地面積大，對顆粒物的削弱作用微弱，且花粉進(jìn)入空氣后會(huì)二次增加TSP；再者花海的游客量大，活動(dòng)頻繁，易形成粉塵飛揚(yáng)現(xiàn)象，因此花海的空氣顆粒物含量較高。

3.2 石門國家森林公園空氣保健功能評(píng)估

根據(jù)監(jiān)測到的不同粒徑空氣顆粒物日平均水平（表3）可知，石門國家森林公園各監(jiān)測點(diǎn)的空氣質(zhì)量等級(jí)均在“Ⅱ”及其以上，未達(dá)到污染水平，且4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的TSP濃度全部達(dá)到“Ⅰ”，說明石門國家森林公園規(guī)劃的康養(yǎng)基地在大氣顆粒物指標(biāo)上完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)，且空氣顆粒物指標(biāo)對其森林康養(yǎng)、森林旅游等活動(dòng)的時(shí)間和地點(diǎn)均無限制。

4 小結(jié)

圖11 不同監(jiān)測點(diǎn)TSP濃度

圖12 不同監(jiān)測點(diǎn)PM10濃度

圖13 不同監(jiān)測點(diǎn)PM2.5濃度

表3 石門國家森林公園不同粒徑空氣顆粒物日平均水平評(píng)價(jià)

石門國家森林公園TSP、PM10、PM2.5濃度在旱季和雨季表現(xiàn)出較大差異，影響其濃度原因有兩方面，一是旱季和雨季氣象因子不同，比如降雨、風(fēng)速等；二是游客人為影響，比如游人的活動(dòng)使土壤破碎，在風(fēng)的作用下形成顆粒物。石門國家森林公園監(jiān)測點(diǎn)不同粒徑顆粒物等級(jí)均在“Ⅱ”及其以上，尚未達(dá)到污染水平，其中森林浴場的平均TSP、PM10、PM2.5都達(dá)到“Ⅰ”，湖心島的平均TSP和PM2.5也達(dá)到“Ⅰ”。因此，從空氣顆粒物對身體影響考慮，石門國家森林公園的建議最佳康養(yǎng)時(shí)間為6—7月，地點(diǎn)選擇以森林浴場為主。

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，建議石門國家森林公園在后期建設(shè)上可以加強(qiáng)對森林浴場和湖心島的開發(fā)利用，尤其是在森林浴場進(jìn)行森林康養(yǎng)基地建設(shè)，康養(yǎng)理療效果更佳。