北京天壇公園春季樹木花粉飛散規(guī)律研究

周江鴻 夏菲 劉育儉

摘要：利用Burkard公司生產(chǎn)的HIRST型孢子捕捉儀和Phenom ProX全自動臺式掃描電子顯微鏡，對2018年春季北京天壇公園氣傳樹木花粉種類和濃度的變化規(guī)律進行了研究。結(jié)果表明，春季最低氣溫穩(wěn)定超過0 ℃，最高氣溫穩(wěn)定超過15 ℃時，天壇公園的柏科、榆科和楊柳科樹木將進入盛花期。西門北側(cè)外壇區(qū)域和南部三座門附近的氣傳花粉日平均濃度各有3個峰值，第1個峰值較高，出現(xiàn)在3月16日至4月7日期間，最高值分別為509.99粒/m3和 1 650.58粒/m3;第2個和第3個峰值均較小，分別出現(xiàn)在4月8—14日和4月25日至5月1日期間，最高值均小于65粒/m3。在第1個峰值期間，2個采樣點的主要花粉種類都為柏科樹木花粉，所占比例都達到了80%以上。第2個峰值期間，主要花粉種類都為銀杏科樹木花粉。第3個峰值期間，主要花粉種類都為?？茦淠净ǚ?。3月16日至4月7日期間，逐時花粉濃度平均值表現(xiàn)為02：00—08：00高，16：00—21：00低;4月25日至5月1日期間，逐時花粉濃度平均值則表現(xiàn)為16：00—21：00高，02：00—08：00低。結(jié)果可為開展天壇公園花粉濃度的精細化預(yù)報、指導(dǎo)游客進行自我防護提供數(shù)據(jù)支撐，也可為天壇公園植物群落的升級改造提供參考。

關(guān)鍵詞：天壇公園;氣傳樹木花粉;飛散規(guī)律;花粉濃度;花粉種類

中圖分類號： S731.2 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）15-0192-07

園林植物在凈化空氣和水質(zhì)、保持水土、改善城市小氣候、降低城市噪音等方面發(fā)揮著重要的作用[1]，然而有些風(fēng)媒花植物所產(chǎn)生的花粉可大量飄散在公園和綠地近地面的空氣中，引發(fā)人體過敏反應(yīng)，嚴重危害人體健康，因此美國的Stanley等和我國的廖鳳林都將致敏花粉列為了空氣污染物[2-3]。近年來，世界各地花粉過敏癥的發(fā)病率均呈逐年升高的趨勢，我國的發(fā)病率為0.5%～1.0%，高發(fā)地區(qū)能達到5.0%;北京地區(qū)呼吸道過敏病人中，有 1/4～1/3對花粉過敏[4-5]。園林綠地中的植被組成是影響空氣中花粉種類和濃度大小的主要因素之一[6]，由于不同公園中植物種類和數(shù)量差異較大，空氣中致敏花粉的種類和數(shù)量不同，因此在不同公園中開展氣傳花粉飛散規(guī)律研究能夠為花粉濃度的精細化預(yù)報提供數(shù)據(jù)支撐。

北京天壇公園是我國保存最為完整的祭壇園林，為了從整體上營造靜謐、肅穆、莊重的祭祀氛圍，自明清時期壇域內(nèi)便廣泛種植柏樹和松樹[7]。檜柏和側(cè)柏花粉是北京地區(qū)春季主要的致敏花粉[8]，每年春季大量柏樹開花散粉，往往會形成煙霧狀的“花粉云”，造成園內(nèi)空氣中花粉濃度極高，對園內(nèi)職工、游人和周邊居民的健康造成了嚴重影響，據(jù)統(tǒng)計，天壇公園職工中花粉過敏癥的發(fā)病率高達30%以上。因此，研究天壇公園春季空氣中樹木花粉種類和濃度的變化及飄散規(guī)律，對于在公園內(nèi)開展花粉濃度的精細化預(yù)報、指導(dǎo)敏感人群合理安排游園時間、減少花粉過敏癥的發(fā)生具有重要意義，也可為建設(shè)有益健康的園林綠地提供合理化建議。

1 材料與方法

1.1 花粉樣品的采集

花粉樣品采集使用英國Burkard公司生產(chǎn)的HIRST型孢子捕捉儀，分別在天壇公園西門北側(cè)和南部三座門附近各放置1臺。該捕捉儀配有內(nèi)置真空泵，可以連續(xù)24 h捕捉空氣中的花粉，其滾筒轉(zhuǎn)動速度為2 mm/h，持續(xù)采樣的時間達7 d，空氣流量為10 L/min，花粉會粘到由發(fā)條驅(qū)動的滾筒上的粘合劑涂層上。由于本研究要利用掃描電鏡進行樣品觀察，因此將掃描電鏡專用的雙面碳導(dǎo)電膠帶（Ted Pella，寬8 mm，長20 m）纏繞在孢子捕捉儀的滾筒上來采集空氣中的花粉樣品。

1.2 掃描電鏡制樣和觀察方法

將采集了花粉樣品的雙面導(dǎo)電膠帶按時間順序剪成小段，每段長度16 mm，代表8 h所采集的樣品，然后將其粘在直徑為25 mm的掃描電鏡樣品臺上，并用Cressington 108 auto離子濺射儀噴金、鍍膜，電流為20 mA，濺射時間為20 s。利用Phenom ProX全自動臺式掃描電子顯微鏡進行觀測，在 270×放大倍數(shù)下，每視野面積約為1 mm2，統(tǒng)計1 mm2 視野內(nèi)的花粉數(shù)目，每小時區(qū)域統(tǒng)計3個視野，每個視野內(nèi)選取10?；ǚ?，在5 000×左右放大倍數(shù)下，測量花粉大小，觀測其形狀、極面和赤道面的表面紋飾、萌發(fā)溝或萌發(fā)孔的數(shù)量及形態(tài)，參照《中國木本植物花粉電鏡掃描圖志》[9]和《中國氣傳花粉和植物彩色圖譜》[10]確定花粉種類。

1.3 花粉濃度計算方法

參照郄光發(fā)等的公式[11]計算花粉濃度，

N=A×BD·E。

式中：N為空氣中花粉濃度;A為計數(shù)點內(nèi)花粉個數(shù);B為每小時采樣區(qū)域面積（B=16 mm2，膠帶寬 8 mm，每小時轉(zhuǎn)動2 mm）;D為計數(shù)點面積（D= 1 mm2，掃描電鏡270×視野面積）;E為每小時采樣空氣體積（E=0.6 m3，Burkard采樣器空氣流量為10 L/min）。因此，本研究計算每立方米空氣中花粉濃度的公式為N=26.67A。

2 結(jié)果與分析

2.1 天壇公園風(fēng)媒花喬木的組成及分布

建壇至今，經(jīng)過近600年的綠化，天壇公園形成了中心區(qū)域以常綠喬木林為主，邊緣以落葉林和混交林為主的植被類型，樹木總數(shù)達5.6萬余株，其中側(cè)柏1.1萬株，檜柏2.0萬株，主要分布在內(nèi)壇各古建筑周圍，以行列規(guī)則式純林種植;外壇的檜柏主要分布在北門、西門、南門和東門的甬道兩側(cè)，側(cè)柏則分布在北門西側(cè)區(qū)域。松樹有0.4萬株，主要分布在內(nèi)壇丹陛橋東側(cè)，油松以純林種植，白皮松則與檜柏形成混交林。落葉喬木共有0.6萬余株，主要分布在外壇區(qū)域，其中核桃、杜仲和榆樹主要分布在西門北側(cè);銀杏主要分布在西門和東門北側(cè)區(qū)域，小葉樸主要分布在東門北側(cè)，毛白楊主要分布在北門附近和神樂署門前。

2.2 2018年3—4月天壇公園氣傳花粉濃度日平均值的變化規(guī)律

從圖1可以看出，2018年3—4月三座門附近的氣傳花粉濃度日平均值有3個峰值，第1個峰值較高，出現(xiàn)在3月16日至4月7日期間，其中有 10 d 花粉濃度日平均值超過400粒/m3;3月17日花粉濃度日平均值為34.08粒/m3，隨后濃度逐漸升高，至3月26日達到最高值，為1 650.58粒/m3;3月26日以后花粉濃度逐漸下降，4月5日花粉濃度日平均值只有 10.00粒/m3。4月8—14日出現(xiàn)第2個峰值，花粉濃度日平均值最高為60.01粒/m3，出現(xiàn)在4月10日;最低值為4.07粒/m3，出現(xiàn)在4月13日。4月15—24日花粉濃度一直維持在較低水平，日平均值均小于12粒/m3。第3個小峰值出現(xiàn)在4月25日至5月1日期間，其中有3 d花粉濃度日平均值超過30粒/m3，最高值為44.08粒/m3，出現(xiàn)在4月30日;最低值為18.18粒/m3，出現(xiàn)在4月27日。

2018年3—4月西門北側(cè)外壇區(qū)域的氣傳花粉濃度日平均值也有3個峰值，第1個峰值同樣出現(xiàn)在3月16日至4月7日期間，但是最高值只有 509.99粒/m3，出現(xiàn)在3月22日。第2個峰值較小，出現(xiàn)在4月8—14日期間，其中有2 d花粉濃度日平均值超過30粒/m3，最高值為 37.60粒/m3，出現(xiàn)在4月12日;最低值為 13.71粒/m3，出現(xiàn)在4月14日。4月15—24日期間花粉濃度維持較低水平，日平均值均小于 20粒/m3。第3個小峰值也出現(xiàn)在4月25日至5月1日期間，其中有2 d花粉濃度日平均值超過 30粒/m3，最高值為48.45粒/m3，出現(xiàn)在4月26日;最低值為8.89粒/m3，出現(xiàn)在4月30日。

根據(jù)2018年3—4月天壇公園氣溫觀察值（圖2）可知，3月1日至3月22日期間氣溫偏低，只有 6 d 的最低氣溫高于0 ℃，有16 d的最高氣溫高于或等于10 ℃，3月17日還有1次降雪天氣。3月23日至4月3日，最低氣溫均在0 ℃以上，最高氣溫均超過15 ℃，使柏科、榆科和楊柳科植物大量開花散粉，形成了花粉濃度的第1個高峰。

2.3 不同時間段花粉種類和數(shù)量的變化

根據(jù)圖1的結(jié)果可知，2018年3月16日至5月1日天壇公園西門和三座門區(qū)域的花粉濃度日平均值變化均可分為4個時間段，分別為3個花粉濃度高峰時間段和第1個峰值與第3個峰值之間的花粉濃度較低時間段，本研究分別對這4個時間段內(nèi)的氣傳花粉種類進行識別和鑒定。由于同科不同種植物的花粉形態(tài)特征極為相似，因此花粉種類只鑒定到科。

3月16日至4月7日期間，三座門附近的空氣中有7科植物花粉，其中柏科植物花粉所占比例最高，達到了92.01%;楊柳科、榆科和木樨科植物花粉所占比例分別為3.76%、1.62%和1.53%;樺木科、銀杏科和杜仲科植物花粉所占比例均低于0.5%（圖3-a）。同一時期，西門北側(cè)外壇區(qū)域空氣中則有10科植物花粉，柏科植物花粉只占到82.39%，低于三座門附近;而榆科、楊柳科、木樨科、杜仲科和銀杏科植物花粉所占比例分別6.74%、4.45%、3.55%、1.79%和0.54%，高于三座門附近;樺木科植物花粉所占比例為0.42%，與三座門附近差別不大;松科、胡桃科和懸鈴木科植物花粉所占比例均小于0.1%，是三座門附近沒有采集到的花粉種類（圖4-a）。

4月8—14日期間，三座門附近空氣中仍有7科植物花粉，但是隨著柏科、楊柳科和榆科植物盛花期的結(jié)束以及銀杏科和木樨科植物進入盛花期，柏科植物花粉所占比例下降為30.47%，沒有采集到楊柳科和榆科植物花粉;銀杏科、木樨科和杜仲科植物花粉所占比例分別上升為54.66%、10.75%和1.61%;懸鈴木科、胡桃科和松科植物花粉所占比例分別為1.25%、0.72%和0.54%（圖3-b）。同一時期，西門北側(cè)外壇區(qū)域空氣中有11科植物花粉，銀杏科植物花粉所占比例最高，為64.73%，柏科植物花粉所占比例下降為4.01%;胡桃科、木樨科、杜仲科和樺木科植物花粉所占比例分別上升為11.42%、10.02%、5.01%和2.61%;楊柳科植物花粉所占比例為1.40%，而榆科、松科、殼斗科和?？浦参锘ǚ鬯急壤鶠?.20%（圖4-b）。

4月15—24日期間，三座門附近空氣中有8科植物花粉，隨著松科和胡桃科植物進入盛花期，柏科和銀杏科植物花粉所占比例分別下降為1.75%和4.55%;而松科和胡桃科植物花粉則分別上升為68.88%和20.63%;樺木科、木樨科、殼斗科和懸鈴木科植物花粉所占比例分別為1.40%、1.05%、1.05%和0.70%（圖3-c）。同一時期，西門北側(cè)外壇區(qū)域空氣中有12科植物花粉，柏科和銀杏科植物花粉所占比例分別下降為1.13%和26.67%;而松科和胡桃科植物花粉則分別上升為36.86%和27.92%;桑科、殼斗科、懸鈴木科、木樨科、樺木科、杜仲科、楊柳科和榆科植物花粉所占比例分別為2.26%、1.38%、1.26%、0.75%、0.63%、0.63%、0.38%和0.13%（圖4-c）。

4月25日至5月1期間，三座門附近空氣中有10科植物花粉，隨著?？坪蛻意從究浦参镞M入盛花期，松科、胡桃科和銀杏科植物花粉所占比例分別下降為28.50%、2.90%和0.24%，而桑科、懸鈴木科和樺木科植物花粉所占比例分別上升為47.83%、10.39%和5.80%;殼斗科和柏科植物花粉所占比例分別為2.66%和1.21%，榆科和楊柳科植物花粉所占比例均為0.24%（圖3-d）。同一時期，西門北側(cè)外壇區(qū)域空氣中有8科植物花粉，松科、胡桃科和銀杏科植物花粉所占比例分別下降為27.95%、5.30%和0.48%，而?？?、懸鈴木科和樺木科植物花粉所占比例則分別上升為50.60%、8.19%和3.86%;殼斗科和柏科植物花粉所占比例分別為3.13%和0.48%（圖4-d）。

2.4 不同時間段的花粉逐時平均濃度變化

為了掌握天壇公園不同區(qū)域花粉濃度在一天當中的逐時變化規(guī)律，根據(jù)花粉濃度日平均值的變化規(guī)律（圖1），本研究分4個時間段統(tǒng)計了天壇公園春季花粉逐時濃度的平均值。

2018年3月16日至4月7日期間，天壇公園西門北側(cè)外壇區(qū)域的花粉濃度維持較低水平，逐時濃度的平均值在89.42～224.86粒/m3之間，最高值出現(xiàn)在07：00—08：00，最低值在19：00—20：00;三座門附近花粉濃度較高，逐時濃度的平均值在294.18～644.12粒/m3之間，最高值出現(xiàn)在 02：00—03：00，最低值在15：00—16：00（圖5-a）。

2018年4月8—14日期間，西門北側(cè)外壇區(qū)域花粉逐時濃度的平均值在13.34～44.45粒/m3之間，最高值出現(xiàn)在02：00—03：00，最低值在14：00—15：00;三座門附近花粉逐時濃度的平均值在 19.26～65.19粒/m3之間，最高值出現(xiàn)在07：00—08：00，最低值在01：00—02：00（圖5-b）。

2018年4月15—24日期間，花粉濃度維持較低水平，西門北側(cè)外壇區(qū)域花粉逐時濃度的平均值在2.54～24.13粒/m3之間，最高值出現(xiàn)在15：00—16：00，最低值在21：00—22：00;三座門附近花粉逐時濃度的平均值在0～8.89粒/m3 之間，最高值出現(xiàn)在16：00—17：00，最低值在01：00—02：00（圖5-c）。

2018年4月25日至5月1日期間，西門北側(cè)外壇區(qū)域花粉逐時濃度的平均值在1.78～32.00粒/m3 之間，最高值出現(xiàn)在16：00—17：00，最低值在22：00—23：00;三座門附近花粉逐時濃度的平均值在7.41～72.60粒/m3之間，最高值出現(xiàn)在17：00—18：00，最低值在06：00—07：00（圖5-d）。

3 結(jié)論與討論

有關(guān)研究表明，影響春季樹木始花期的主要氣象因子是氣溫，而空氣濕度、降水量及日照時數(shù)對始花期的影響有限[12]，開花較早樹種的始花期受冬春氣溫變化的影響更顯著[13]，早春氣溫偏高會使多數(shù)樹木的始花期提前。公園綠地中不同時期空氣中花粉種類和濃度的日平均值是由不同植物的數(shù)量和盛花期決定的，不同植物種植的數(shù)量不同、始花期不同、盛花期持續(xù)時間長短也可能不同，從而造成不同時間段空氣中花粉的種類和濃度是不同的。本研究結(jié)果表明，春季最低氣溫穩(wěn)定超過0 ℃，最高氣溫穩(wěn)定超過15 ℃時，天壇公園的柏科、榆科和楊柳科樹木將進入盛花期，形成花粉濃度的第1個高峰。由于天壇公園柏科樹木的數(shù)量占全部樹木的55%以上，其盛花期主要集中在3月下旬，而且單株柏樹所產(chǎn)生的花粉量遠高于其他樹種，因此天壇公園氣傳花粉日平均濃度的高峰期也主要集中3月下旬，其中柏科植物花粉的貢獻率大于80%。盛花期在4月8—14日的樹種主要是銀杏科和木樨科樹木，盛花期在4月25日至5月1日的主要是松科和桑科樹木，雖然這些樹木單株所產(chǎn)生的花粉量也較大，但由于種植數(shù)量較少，因此第2個和第3個高峰期的花粉濃度遠低于3月下旬的第1個峰值。

花粉濃度的逐時變化與樹木的開花散粉習(xí)性、人為因素干擾和采樣點周圍地表條件及小氣候因子等有密切關(guān)系[11]，在日照正常的情況下，多數(shù)風(fēng)媒植物的日散粉高峰期在12：00—14：00之間[14]。但是本研究結(jié)果表明，3月下旬在天壇公園柏樹盛花期，2個采樣點的花粉逐時平均濃度的最大值分別出現(xiàn)在02：00—03：00和07：00—08：00，該階段花粉敏感人群應(yīng)盡量避免早晨在天壇公園活動，可以適當選擇在傍晚的時間活動;4月8—24日的花粉濃度較低，逐時平均濃度變化均未表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性; 4月25日至5月1日在?？坪退煽浦参锏氖⒒ㄆ?，花粉逐時平均濃度的高峰出現(xiàn)在17：00—18：00 和16：00—17：00， 該階段花粉敏感人群應(yīng)盡量避免傍晚在天壇公園活動，可以適當選擇在早晨的時間活動。這表明逐時花粉濃度的影響因素復(fù)雜，可能受樹種、氣象因子、附近的地形地貌及建筑物等多種因素影響，還需要繼續(xù)開展深入的研究。

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