北京地區(qū)某高校教室細(xì)菌氣溶膠濃度隨季節(jié)變化特性實(shí)測調(diào)研*

北京工業(yè)大學(xué) 苗豆豆 陳 超 趙 晨

0 引言

大多數(shù)人80%以上的時(shí)間是在室內(nèi)度過的，病態(tài)建筑綜合征的出現(xiàn)使室內(nèi)空氣質(zhì)量成為一個(gè)熱點(diǎn)問題。生物氣溶膠是指由人工或自然產(chǎn)生的懸浮在空氣中有生物來源的粒子。室內(nèi)生物氣溶膠已被廣大學(xué)者認(rèn)為是病態(tài)建筑綜合征的主要原因。雖然大多數(shù)由寄生微生物引起的疾病(傳染病)是通過直接接觸獲得的，但麻疹、流感、肺結(jié)核和上呼吸道病毒(導(dǎo)致感冒)的人源病原體很容易通過氣溶膠傳播，通常由被感染者咳嗽、打噴嚏，甚至說話引起[1-2]?？諝鉁囟?、相對濕度、顆粒物濃度及太陽輻射等因素則會(huì)不同程度地影響室外空氣細(xì)菌的分布特征[3- 4]。而造成室內(nèi)生物氣溶膠問題的重要環(huán)境因素包括室外空氣的微生物含量、通風(fēng)方式、人員密度、換氣次數(shù)及室內(nèi)空氣濕度[5]。流行病學(xué)調(diào)查表明，空氣傳播的細(xì)菌可能具有毒性、致敏性和傳染性[6]。細(xì)菌濃度升高會(huì)使流行病和食物污染的可能性加大，可能導(dǎo)致許多呼吸道和皮膚感染等疾病[7-8]。吸入生物氣溶膠引起的病癥不僅取決于生物氣溶膠的生物學(xué)特性和化學(xué)成分，而且還取決于吸入的數(shù)量和它們在呼吸系統(tǒng)中的沉積部位。由于顆粒的沉積位置與顆粒的空氣動(dòng)力學(xué)直徑直接相關(guān)，因此，生物氣溶膠對健康的影響在很大程度上取決于其物理性質(zhì)，特別是粒徑分布?？諝鈩?dòng)力學(xué)直徑大于10 μm的粒子進(jìn)入和穿越上呼吸道鼻腔的可能性較?。涣?～10 μm的生物氣溶膠主要沉積在上呼吸道系統(tǒng)中，可引起過敏性鼻炎；粒徑小于5 μm的顆粒能夠穿透肺泡，并可導(dǎo)致過敏性肺泡炎和其他嚴(yán)重疾病[5,9-13]。

高校教室人員密度大，遭受空氣細(xì)菌傳播的潛在健康危害也大。高校教室的室內(nèi)外環(huán)境的細(xì)菌氣溶膠濃度水平及其分布特性已被越來越多的學(xué)者關(guān)注。 Bartlett等人對37所小學(xué)進(jìn)行了調(diào)查，利用回歸模型評估了環(huán)境參數(shù)、通風(fēng)方式和人員密度等因素和室內(nèi)嗜溫菌濃度之間的關(guān)聯(lián)性[14]。Mirhoseini等人對6類建筑的室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠進(jìn)行采樣后發(fā)現(xiàn)，高校教室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠濃度水平高于辦公室和實(shí)驗(yàn)室，與小學(xué)教室接近[15]。Aydogdu 等人的研究結(jié)果表明，由于人員活動(dòng)及高頻率使用教室，使得教室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠濃度高于其他室內(nèi)采樣點(diǎn)[16]。Li等人得到了某高校教室在有人條件下的細(xì)菌氣溶膠濃度和粒徑分布特征，并給出了細(xì)菌氣溶膠濃度與空氣溫濕度之間的相關(guān)系數(shù)[17]。

本文結(jié)合前人的研究成果，基于課題組2018 年12月至2019年12月對北京地區(qū)某高校教室室內(nèi)外環(huán)境的細(xì)菌氣溶膠濃度、環(huán)境參數(shù)(溫度、濕度、細(xì)顆粒物濃度)實(shí)測調(diào)研數(shù)據(jù)，重點(diǎn)分析高校教室環(huán)境細(xì)菌氣溶膠濃度水平及其粒徑分布特性隨季節(jié)的變化規(guī)律，以期為教室環(huán)境質(zhì)量安全控制及相關(guān)室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)制訂提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究方法

1.1 實(shí)測概況

北京地區(qū)氣候?yàn)榈湫偷呐瘻貛О霛駶櫞箨懶约撅L(fēng)氣候，夏季高溫多雨、冬季寒冷干燥。實(shí)測地點(diǎn)位于北京市東三環(huán)與東四環(huán)之間的某高校教學(xué)樓，毗鄰城市交通要道，周圍以住宅小區(qū)為主。采樣時(shí)間為2018年12月至2019年12月學(xué)校正常教學(xué)活動(dòng)時(shí)間，教室門窗及機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)，采樣分別在上午課前(無人工況，上課前教室內(nèi)至少12 h處于無人的狀態(tài))及第1、2、3、4節(jié)課后(有人工況，實(shí)測間隔45～60 min)進(jìn)行。為了把握不同季節(jié)的影響規(guī)律，根據(jù)高校教學(xué)時(shí)間安排，春、夏、秋、冬采樣分別在3—5月、6—7月中旬、9—11月、12月至次年1月中旬及2月中旬至2月底期間實(shí)施。采樣期間，每周采樣1～2次，每個(gè)季節(jié)采樣8～12次，共計(jì)40次。

1.2 采樣和培養(yǎng)方法

細(xì)菌氣溶膠濃度水平表征了空氣中微生物的污染水平，而細(xì)菌在各粒徑范圍內(nèi)的分布更能深刻反映其對人體健康的危害，決定其在呼吸系統(tǒng)中的沉積部位和沉積量。本研究選用FA-1型Andersen 6級撞擊式空氣微生物采集器采樣。 根據(jù)捕獲粒子粒徑范圍，6級采樣器粒徑大小依次劃分為：第Ⅰ級，≥7.0 μm；第Ⅱ級，4.7～7.0 μm；第Ⅲ級，3.3～4.7 μm；第Ⅳ級，2.1～3.3 μm；第Ⅴ級，1.1～2.1 μm；第Ⅵ級，0.65～1.1 μm。將直徑為90 mm的普通營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基分別置于器皿中，采樣時(shí)間為5 min，采樣流量為28.3 L/min，采樣高度為1.2～1.5 m(正常人體呼吸區(qū)的高度)。布點(diǎn)和采樣根據(jù)GB/T 1820.4—2013《公共場所衛(wèi)生檢驗(yàn)方法 第3部分：空氣微生物》[18]的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，室內(nèi)采樣的同時(shí)對室外進(jìn)行采樣。室內(nèi)依據(jù)對稱原則，設(shè)置2個(gè)采樣點(diǎn)；室外空氣采樣器位于距離附近物理屏障至少2 m的地方。重復(fù)采樣2次，以測試數(shù)據(jù)的平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

每次采樣時(shí)設(shè)置空白樣本，同測試樣一起培養(yǎng)，沒有菌落生長則測試有效。采樣前,用70%乙醇對采樣器消毒；采樣后，將培養(yǎng)基放在密閉空間中轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室生化培養(yǎng)箱(SPL-80)中，在37 ℃溫度下培養(yǎng)48 h。每個(gè)平板上的細(xì)菌菌落以菌落形成單位(cfu)進(jìn)行計(jì)數(shù)。本研究根據(jù)菌落的大小、形態(tài)、顏色等特征，區(qū)分細(xì)菌和真菌，并將不符合細(xì)菌外觀的采樣數(shù)據(jù)剔除。

1.3 環(huán)境參數(shù)

使用Testo 625溫濕度儀(測量精度：溫度，±0.5 ℃；相對濕度，±2.5 %)記錄空氣溫度和相對濕度。采用 LD-5C(R)型激光粒子檢測儀(測量精度1 μg/m)測量室內(nèi)外PM2.5、PM10質(zhì)量濃度。采用 Y09-301 AC-DC 型激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器(粒子通道直徑分別為0.3、0.5、1、3、5、10 μm)測量顆粒物計(jì)數(shù)濃度，采樣流量為2.83 L/min ，采樣時(shí)間為1 min，均重復(fù)采樣6次，取平均值。

1.4 細(xì)菌氣溶膠粒徑分析

粒徑1～10 μm的細(xì)菌氣溶膠與呼吸道疾病密切相關(guān)，所致疾病主要由粒徑為1～5 μm的細(xì)菌氣溶膠引起，因此，將第Ⅲ～Ⅵ級粒徑范圍內(nèi)的細(xì)菌氣溶膠定義為可吸入氣溶膠[9]。

中值直徑是指按照 Andersen 6級空氣微生物采樣器捕獲粒子的結(jié)果，從小粒徑開始累加，累加到顆粒比例達(dá)到50%時(shí)所對應(yīng)的粒徑值[19]，是衡量生物氣溶膠整體粒徑水平的重要指標(biāo)。細(xì)菌氣溶膠的中值直徑若在可吸入氣溶膠粒徑范圍內(nèi)，細(xì)菌將進(jìn)入人體呼吸系統(tǒng)，粒徑越小對人體危害越大，特別是粒徑2.1 μm以下的氣溶膠能夠沉積到肺部。如果細(xì)顆粒物攜帶各種微生物細(xì)菌或者病毒，將對人體健康產(chǎn)生危害[20]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

單位顆粒物可培養(yǎng)細(xì)菌含量根據(jù)式(1)計(jì)算。

(1)

式中V為單位顆粒物可培養(yǎng)細(xì)菌含量，cfu/顆；C為某一粒徑范圍內(nèi)的細(xì)菌氣溶膠濃度，cfu/m3；N為對應(yīng)粒徑范圍內(nèi)的顆粒物計(jì)數(shù)濃度，顆/m3。

Andersen 6級采樣器粒子通道直徑采用空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑，而激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器粒子通道直徑采用的是光散射當(dāng)量直徑，對此，本研究根據(jù)Hospodsky等人的研究結(jié)果[21]，將Andersen采樣器0.65～1.1、1.1～3.3、3.3～4.7、≥4.7 μm粒徑通道的采樣結(jié)果分別與激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器0.5～1、1～3、3～5、≥5 μm粒徑通道采樣結(jié)果近似比較，以評價(jià)細(xì)菌微生物計(jì)數(shù)濃度與顆粒物計(jì)數(shù)濃度的關(guān)聯(lián)特性。

對采樣期間異常的數(shù)據(jù)(過高或過低)進(jìn)行剔除。剔除后，采用Wilcoxon 檢驗(yàn)和獨(dú)立樣本Kruskal-Wallis檢驗(yàn)，分別比較人員進(jìn)入前后及季節(jié)性差異。通過Spearman相關(guān)分析確定環(huán)境參數(shù)與各粒徑范圍內(nèi)的細(xì)菌氣溶膠濃度及其與總濃度的關(guān)系。P<0.05表示有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的顯著性差異。 使用Excel、SPSS和Origin分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并制圖。

2 實(shí)測結(jié)果及分析

2.1 室外細(xì)菌氣溶膠

2.1.1濃度水平季節(jié)變化特性

不同城市細(xì)菌氣溶膠濃度有不同特點(diǎn)，同一城市不同時(shí)期的變化規(guī)律也會(huì)因地區(qū)和環(huán)境條件不同而產(chǎn)生差異性。實(shí)測期間室外細(xì)菌氣溶膠濃度變化范圍為7～1 237 cfu/m3，圖1反映了其平均水平在各季節(jié)的變化特性,其中平均最高濃度出現(xiàn)在秋季(326 cfu/m3)，最低濃度出現(xiàn)在夏季(201 cfu/m3)，且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。該結(jié)果與Fang等人于2003年6月至2004年5月在北京市海淀區(qū)中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究中心樓頂處的采樣結(jié)果[22]比較，兩者的室外細(xì)菌氣溶膠濃度水平季節(jié)變化規(guī)律相同，但本研究的實(shí)測值平均下降了約91%；與Gao等人2013年1月至2014年1月在北京西四環(huán)農(nóng)林科學(xué)院大樓(20 m高)屋頂處的采樣結(jié)果[23]比較，本研究的實(shí)測值平均下降了約76%。

圖1 室外細(xì)菌氣溶膠濃度季節(jié)變化特性(單位：cfu/m3)

通常，夏季由于太陽輻射加強(qiáng)而使細(xì)菌死亡率升高，而秋季顆粒物濃度較高，且顆粒有較大的遮蔽面積，除了成為碳和能量來源外，還能使細(xì)菌免受紫外線照射[24]。Aydogdu等人[16]與Fang等人[7]的研究報(bào)告均表明秋季細(xì)菌氣溶膠濃度最高，與本文結(jié)論一致。然而，一些研究報(bào)告結(jié)果為夏季空氣細(xì)菌濃度水平最高[23,25-26]，這也說明了空氣細(xì)菌氣溶膠濃度受地理區(qū)域的影響較大。

2.1.2粒徑分布特性

圖2顯示了室外細(xì)菌氣溶膠各粒徑濃度百分比隨季節(jié)的變化特性。春、冬季較大粒徑細(xì)菌氣溶膠占比較高，其中，春季室外細(xì)菌氣溶膠濃度在各粒徑范圍的百分比以第Ⅰ～Ⅳ級為主，占總數(shù)的80.3%，呈雙峰分布，主峰為第Ⅰ級(粒徑≥7.0 μm)，次峰為第Ⅳ級(粒徑為2.1～3.3 μm)，這可能與春季風(fēng)沙較大，細(xì)菌主要附著在顆粒物上的緣故有關(guān)；冬季室外細(xì)菌氣溶膠濃度以第Ⅰ～Ⅴ級為主，占總數(shù)的89.4%，呈雙峰分布，主峰為第Ⅱ、Ⅲ級(粒徑為4.7～7.0 μm)，次峰為第Ⅴ級(粒徑為1.1～2.1 μm)。夏、秋季節(jié)細(xì)顆粒物中細(xì)菌氣溶膠濃度較高，百分比主要集中在第Ⅲ～Ⅴ級(粒徑為1.1～4.7 μm)，占總數(shù)的60%～80%，且呈偏態(tài)分布，在第Ⅴ級(粒徑為1.1～2.1 μm)百分比最大。本文研究結(jié)果與許鵬程等人實(shí)測大學(xué)校園、公交車站和醫(yī)院門診區(qū)得到的細(xì)菌氣溶膠濃度結(jié)果[19]基本一致。

圖2 室外細(xì)菌氣溶膠濃度百分比隨季節(jié)的變化特性

春、夏、秋、冬四季中室外可吸入細(xì)菌氣溶膠分別占總數(shù)的59.1%、81.0%、72.0%、65.5%，春季最低，夏季最高；中值直徑分別為2.31、1.66、1.83、2.03 μm，春季最大，夏季最小。這主要是由于春季多風(fēng)沙，容易帶起沉降在地面上的大粒徑細(xì)菌氣溶膠，并使其擴(kuò)散到空中，進(jìn)而使環(huán)境中細(xì)菌氣溶膠的中值直徑增大[27]，而降雨和降雪則對大粒子有沖刷作用,降低了它們占總粒子數(shù)的比例,從而改變空氣微生物的粒徑分布特征和中值直徑[28]。方治國等人的研究發(fā)現(xiàn)，空氣細(xì)菌粒子中值直徑約為2. 5 μm[29]，比本文實(shí)驗(yàn)所得值小，主要是由于選取的采樣點(diǎn)位于市區(qū)，受交通、人群活動(dòng)等的擾動(dòng)較大。

不同季節(jié)室外細(xì)菌氣溶膠濃度粒徑分布特性如圖3所示。由圖3可見，各季節(jié)細(xì)菌氣溶膠濃度粒徑均呈單峰分布，春、秋、冬季均為2.1～7.0 μm粒徑范圍內(nèi)的分布密度最高，夏季主要集中在1.1～4.7 μm范圍內(nèi)。

因Andersen采樣器與粒子濃度計(jì)數(shù)儀的有效截留粒徑不同，故將細(xì)菌氣溶膠的粒徑分級0.65～1.1 μm、1.1～3.3 μm、3.3～4.7 μm、≥4.7 μm與粒子數(shù)濃度的粒徑分級0.5～1 μm、1～3 μm、3～5 μm、≥5 μm相對應(yīng)，以方便評價(jià)單位顆粒物可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠的含量(如圖4所示)。在粒徑5 μm以上的顆粒物中細(xì)菌氣溶膠數(shù)量最多，其次依次為3～5 μm、1～3 μm、0.5～1 μm。這主要是因?yàn)榇箢w粒物裸露表面積大，能為細(xì)菌生長提供良好的營養(yǎng)物質(zhì)和生長環(huán)境[24]。 春、夏、秋季室外各粒徑區(qū)間單位顆粒物可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠的含量沒有顯著性差異(P>0.05)，而冬季含量總體較高，其中5 μm以上粒徑單位顆粒物平均含有2.2個(gè)可培養(yǎng)細(xì)菌。

圖4 不同季節(jié)室外各粒徑區(qū)間單位顆粒物可培養(yǎng)細(xì)菌含量

2.2 室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠

2.2.1濃度水平季節(jié)變化特性

圖5反映了教室內(nèi)無人和有人工況條件下，室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠平均濃度及I/O比(指室內(nèi)外細(xì)菌氣溶膠的濃度比)隨季節(jié)的變化規(guī)律。從圖5可見：室內(nèi)無人工況時(shí)，I/O比平均值小于1，表明室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠主要源自室外，室外細(xì)菌氣溶膠主要通過門窗縫隙進(jìn)入室內(nèi)，該工況下細(xì)菌氣溶膠濃度為57～664 cfu/m3，季節(jié)變化規(guī)律不明顯(P>0.05)，這與Pastuszka等人的研究結(jié)果[9]一致；室內(nèi)有人工況時(shí)，I/O比平均值大于1，濃度為無人工況的2～8倍，說明該工況下室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠主要來源為人體，雖然室內(nèi)桌椅和墻壁等物體表面及地面的灰塵等可能存在細(xì)菌氣溶膠污染源，但它們對室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠濃度的貢獻(xiàn)相對較??；夏季室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠濃度明顯高于其他季節(jié)，這可能與夏季人體暴露于空氣中的皮膚面積相對較大、易出汗、易滋生細(xì)菌等因素有關(guān)[30]；室內(nèi)有人工況時(shí)，細(xì)菌氣溶膠濃度為230～1 484 cfu/m3。目前國際上尚沒有統(tǒng)一的細(xì)菌氣溶膠濃度限值標(biāo)準(zhǔn)[31]，不同國家或組織給出的細(xì)菌氣溶膠濃度指導(dǎo)值差別較大，最小500 cfu/m3，最大10 000 cfu/m3[32-33]。中國科學(xué)院生態(tài)中心推薦使用的《空氣微生物評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，空氣中的細(xì)菌濃度<1 000 cfu/m3為清潔狀態(tài)[34]。本文測得的室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠樣本濃度大于1 000 cfu/m3的樣本量約占9.1%，且主要分布在夏季。

圖5 室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠濃度及I/O比的季節(jié)分布

有人工況下室內(nèi)人員密度和人均貢獻(xiàn)細(xì)菌氣溶膠濃度隨季節(jié)的變化如表1所示。夏季實(shí)測期間，教室內(nèi)平均人員密度約為0.21人/m2，顯著低于春、秋、冬三季(P<0.05)，但室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠濃度較無人工況增幅最大，為278 cfu/m3。春、秋、冬三季教室內(nèi)人員密度(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)分別為(0.33±0.09)、(0.32±0.12)、(0.30±0.07)人/m2，無季節(jié)差異(P>0.05)，且約為夏季人員密度的1.5倍，但細(xì)菌氣溶膠濃度增幅低于夏季，分別為197、230、168 cfu/m3。這主要是由于夏季人體皮膚的暴露面積大且出汗量較大，因此細(xì)菌氣溶膠增幅較高。經(jīng)計(jì)算，夏季人均可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠濃度最高，為3 526 cfu/人，余下依次為秋季(2 374 cfu/人)、春季(1 994 cfu/人)和冬季(1 386 cfu/人)。

表1 室內(nèi)有人工況人均貢獻(xiàn)細(xì)菌氣溶膠濃度

2.2.2粒徑分布特性

不同季節(jié)室內(nèi)無人、有人2種工況下細(xì)菌氣溶膠粒徑濃度占比如圖6、7所示。2種工況條件下，室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠濃度在各粒徑范圍的百分比均呈偏態(tài)分布，在第Ⅴ級百分比最大，且夏季在第Ⅴ級百分比高于其他季節(jié)(P<0.05)。郝翠梅發(fā)現(xiàn)杭州市居室內(nèi)空氣細(xì)菌粒徑分布從Ⅰ級到Ⅴ級逐級增加，然后急劇下降，Ⅵ級達(dá)到最小[35]，與本文研究結(jié)果一致。

圖6 無人工況細(xì)菌氣溶膠濃度百分比分布

圖7 有人工況細(xì)菌氣溶膠濃度百分比分布

無人工況下，室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠可吸入部分無季節(jié)性差異(P>0.05)，平均占總細(xì)菌氣溶膠濃度的74%～87%。有人工況下，室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠可吸入部分呈現(xiàn)季節(jié)性差異(P<0.05)，在春、夏、秋、冬分別為79.2%、84.9%、78.8%、72.4%。除秋季外，其余3個(gè)季節(jié)的可吸入部分有人工況較無人工況的占比均下降，這可能是秋季人體攜帶進(jìn)室內(nèi)較多小顆粒細(xì)菌氣溶膠的緣故。Li等人研究發(fā)現(xiàn)室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠可吸入部分占總細(xì)菌氣溶膠總數(shù)的80%以上[36]，與本文研究結(jié)果基本一致。但相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠可吸入部分占總數(shù)的50%左右[9, 37]。這意味著，室內(nèi)人員可能處在較高濃度的微生物暴露水平中。

室內(nèi)無人、有人工況下細(xì)菌氣溶膠中值直徑如圖8所示，無人與有人工況下細(xì)菌氣溶膠中值直徑的范圍分別為1.27～1.43 μm、1.37～2.03 μm，無明顯的季節(jié)變化規(guī)律(P>0.05)。

室內(nèi)無人、有人工況下細(xì)菌氣溶膠濃度粒徑分布特性如圖9、10所示。由圖9、10可見：無人工況下，春、冬季細(xì)菌氣溶膠濃度在0.65～3.3 μm粒徑范圍內(nèi)分布最密集，夏、秋季在1.1～4.7 μm粒徑范圍內(nèi)分布最廣；有人工況下，細(xì)菌氣溶膠濃度在1.1～4.7 μm粒徑范圍內(nèi)達(dá)到峰值，且各粒徑范圍內(nèi)的濃度分布密度均高于無人工況。

圖9 無人工況細(xì)菌氣溶膠濃度粒徑分布特性

圖10 有人工況細(xì)菌氣溶膠濃度粒徑分布特性

室內(nèi)單位顆粒物中可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠含量同室外一樣，在粒徑≥5 μm、3～5 μm、1～3 μm、0.5～1 μm范圍中依次降低，如圖11、12所示，室內(nèi)不同大小顆粒物中細(xì)菌氣溶膠含量在不同季節(jié)中變化規(guī)律不同。

圖11 無人工況室內(nèi)單位顆粒物可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠含量

圖12 有人工況室內(nèi)單位顆粒物可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠含量

無人工況下，夏季室內(nèi)可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠占比最高(3.47×10-2cfu/顆)，其次為春季、秋季(1.89×10-2、1.01×10-2cfu/顆)，冬季最低(8.2×10-3cfu/顆)，年平均為 2.41×10-2cfu/顆。

有人工況下，春、夏季室內(nèi)可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠占比較高(3.58×10-2、3.32×10-2cfu/顆)，冬季、秋季次之(2.51×10-2、1.79×10-2cfu/顆)。夏季在0.5～1 μm粒徑范圍內(nèi)的細(xì)菌氣溶膠含量較無人工況低(P<0.05)；秋季在1～3 μm和3～5 μm粒徑范圍內(nèi)的細(xì)菌氣溶膠含量較無人工況高(P<0.05)。

2.3 環(huán)境參數(shù)對細(xì)菌氣溶膠濃度的影響

表2和表3分別給出了室外及室內(nèi)采樣點(diǎn)附近的環(huán)境參數(shù)與細(xì)菌氣溶膠濃度分布的Spearman相關(guān)系數(shù)。如表2、3所示，室外細(xì)菌氣溶膠總濃度與可吸入顆粒物PM10質(zhì)量濃度有較強(qiáng)的正相關(guān)性，與環(huán)境溫度呈顯著負(fù)相關(guān)。室外溫度與相對濕度的變化趨勢一致，夏季高、冬季低[38]。室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠總濃度與室內(nèi)環(huán)境溫度、PM10質(zhì)量濃度有較強(qiáng)的正相關(guān)性；從分級濃度中可以看出，室內(nèi)可吸入顆粒物中細(xì)菌氣溶膠易受環(huán)境溫度的影響，而細(xì)顆粒物中的細(xì)菌氣溶膠濃度受環(huán)境溫度、相對濕度和PM10質(zhì)量濃度綜合影響。

表2 室外環(huán)境參數(shù)與細(xì)菌氣溶膠濃度的Spearman相關(guān)系數(shù)

表3 室內(nèi)環(huán)境參數(shù)與細(xì)菌氣溶膠濃度的Spearman相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論

1) 實(shí)測表明，北京地區(qū)高校教學(xué)樓室外細(xì)菌氣溶膠濃度范圍為7～1 237 cfu/m3，平均最高濃度出現(xiàn)在秋季(326 cfu/m3)，最低濃度出現(xiàn)在夏季(201 cfu/m3)。該研究結(jié)果與中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究中心在2003年6月至2004年5月的采樣結(jié)果相比，平均下降了91%；與2013年在農(nóng)林科學(xué)院大樓的采樣結(jié)果相比，平均下降了76%。

2) 教室無人工況下，I/O比平均值小于1，細(xì)菌氣溶膠濃度為57～664 cfu/m3，季節(jié)變化不明顯；教室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠濃度主要受室外環(huán)境條件影響。

3) 教室上課期間(有人工況)，I/O比平均值大于1，細(xì)菌氣溶膠濃度為230～1 484 cfu/m3，且夏季濃度明顯高于其他季節(jié)，夏季人均可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠濃度最高，為3 526 cfu/人，其余依次為秋、春、冬季，分別為2 374、1 994、1 386 cfu/人；室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠濃度主要受在室人員影響，細(xì)菌氣溶膠濃度粒徑主要分布在1.1～4.7 μm。

4) 室內(nèi)細(xì)菌氣溶膠總濃度與室內(nèi)環(huán)境溫度、PM10質(zhì)量濃度有較強(qiáng)的正相關(guān)性；室內(nèi)可吸入顆粒物中細(xì)菌氣溶膠易受溫度的影響，而細(xì)顆粒物中的細(xì)菌氣溶膠濃度受溫度、相對濕度和PM10質(zhì)量濃度綜合影響。