苦楝花粉飄散對林內(nèi)空氣顆粒物濃度的影響

張燕, 何燕, 鄭紹偉, 侯曉云, 汪劍, 黎燕瓊*

1. 四川省冕寧縣林業(yè)和草原局，四川 冕寧 615600；

2. 四川省小金縣林業(yè)和草原局，四川 小金 624200；

3. 四川省林業(yè)科學(xué)研究院/森林和濕地生態(tài)恢復(fù)與保育四川省重點實驗室，四川 成都610081；

4. 安岳縣自然資源和規(guī)劃局，四川 安岳 642350

隨著城市建設(shè)植物種類越來越復(fù)雜，城市綠化植物除了會帶來美麗的外形、艷麗的色彩、芬芳的香味等正面效應(yīng)外，也可能導(dǎo)致飛絮污染、花粉污染等植源性污染相關(guān)的負(fù)面效應(yīng)。尤其近年來因部分氣傳花粉植物花粉具有致敏性，能使人發(fā)生過敏性反應(yīng)，產(chǎn)生包括鼻塞、打噴嚏、流涕、喉嚨發(fā)癢、眼皮腫脹，甚至出現(xiàn)全身皮膚奇癢、起疹塊和鱗屑、脫皮等癥狀[3-5]。有研究報道空氣中的花粉濃度達(dá)到20粒m-3時便可以誘發(fā)敏感人群發(fā)生過敏反應(yīng)[6]。同時，花粉也是空氣顆粒物的重要組成部分，對人們的生活也會造成負(fù)面影響。目前，空氣顆粒物已成為首要的空氣污染物，是危害世界環(huán)境和公共健康的主要影響因素之一，備受世界各國政府和公眾廣泛關(guān)注。研究表明直徑在 2.5～10 um 空氣顆粒物則可直接進入下呼吸道的支氣管；直徑小于2.5 um空氣顆粒物可到達(dá)肺泡，并長期黏附在肺泡上；直徑小于1.0 um 的空氣顆粒物透過肺泡進入到血液，進一步到人體的其他器官和組織中[1]；長期暴露在空氣顆粒物污染環(huán)境下會引起人體呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)及免疫系統(tǒng)等疾病[2]。

本研究以成都市塔子山公園香樟林及其林內(nèi)苦楝為研究對象，開展苦楝花粉濃度飄散時空特征研究及其對香樟林內(nèi)空氣顆粒物濃度的影響研究，以了解致敏花粉在林內(nèi)的傳播規(guī)律和對空氣顆粒物的影響，為城市生態(tài)休閑綠地建設(shè)中花粉污染型植源污染的防控提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于成都市塔子山公園內(nèi)。成都屬亞熱帶濕潤氣候區(qū)，境內(nèi)氣候溫和，四季分明，熱量豐富，雨水充足，年均降雨量900 mm左右；但降雨季節(jié)分布不均，大多集中在5—9月；全市多年平均氣溫為15.9℃，以7月溫度最高，月平均氣溫24.8℃，1月溫度最低，月平均氣溫5.7℃；年均日照時數(shù)1216.6 h，多年無霜期達(dá)289 d。塔子山公園占地面積410畝，前身系專為城市園林綠化提供苗木的生產(chǎn)基地—塔子山苗圃；初建于1956年，1984年底進行改建公園建設(shè)，于1987年春節(jié)向游人開放。公園內(nèi)植被豐富，有雪松、銀杏、香樟、紫薇、水杉、桃樹、桂花、玉蘭、苦楝等林木共80余種4萬余株。園內(nèi)辟有蠟梅園、海棠園、紫薇園、竹林、釣魚池、泉石山林、銀杏閣、玉茗軒等景區(qū)，還新建有巴蜀古跡微縮苑，以及成都市的標(biāo)志性景觀——九天樓。

2 研究方法

2.1 觀測樹種的選擇

苦楝（Melia azedarach），楝科楝屬，落葉喬木，落葉喬木，樹形優(yōu)美，枝條秀麗，在春夏之交開淡紫色花，香味濃郁，耐煙塵，抗二氧化硫能力強，并能殺菌；適宜作庭蔭樹和行道樹，是良好的城市及礦區(qū)綠化樹種；與其他樹種混栽，能起到對樹木蟲害的防治作用；在草坪中孤植、叢植或配置于建筑物旁都很合適，也可種植于水邊、山坡、墻角等處?？嚅浅啥际谐Ｒ娋G化樹種之一，且花粉量大，易于收集。

選擇塔子山公園香樟林內(nèi)孤植的苦楝為主要監(jiān)測樹種。香樟林郁閉度0.4，平均樹高10 m；林下覆蓋鳶尾、麥冬等地被物，地被物蓋度95%，平均高15 cm；苦楝，平均樹高12 m，平均冠幅7.5 m，花期4上旬—5月中旬，花粉粒呈類圓球形，花粉粒大小為36 μm X～39.5 μm，萌發(fā)孔為溝狀有3～4條孔溝沿極軸方向分布。

2.2 花粉采集與鑒定

根據(jù)苦楝的花期，在苦楝盛花期（2021年4月13日、15日、16日和20日），于成都市塔子山公園對香樟林內(nèi)的苦楝花粉晝間和林內(nèi)空間飄散規(guī)律進行觀測。監(jiān)測天氣晴，林內(nèi)風(fēng)速0—1.8 m·s-1，溫度17.8—20.9℃。研究中花粉的采集采用JWL-IIC型撞擊式多功能空氣微生物監(jiān)測儀在1.5 m高度處的不同時間和與目標(biāo)樹種的迎風(fēng)、背風(fēng)和垂直風(fēng)向4個方向上不同距離下自動化采集。對載玻片上收集的花粉進行鏡檢分類，通過花粉大小、孔、溝數(shù)目的多少、結(jié)構(gòu)和排列狀況以及花粉外壁紋理特征等，參照《中國氣傳花粉和植物彩色圖譜》[7]和《中國植物花粉形態(tài)》[8]，找出目標(biāo)植物的花粉，計數(shù)。

2.3 林內(nèi)空氣顆粒物濃度監(jiān)測

在采集苦楝花粉的同時，采用手持式空氣顆粒物檢測儀met-one，于1.5 m高度處，以目標(biāo)樹種-苦楝有花樹冠投影范圍為中心（0 m）、E（垂直風(fēng)向1）、W（垂直風(fēng)向2）、S（逆風(fēng)）、N（迎風(fēng)）4個方向上，以3 m為間隔，向外，等距離開展PM1、PM2.5、PM4、PM10、TSP等5種徑級的空氣顆粒物濃度監(jiān)測。

2.4 花粉濃度計算

花粉濃度計算采用Davis法計算花粉濃度[9]

式中，N為花粉濃度（?！m-3）；A為計數(shù)點內(nèi)花粉總個數(shù)；B為玻璃篇面積（mm2）；D為計數(shù)點面積（mm2）；E為抽樣體積（mm3）。

3 研究結(jié)果

3.1 苦楝花粉飄散的時空特征

3.1.1 苦楝花粉的晝間動態(tài)變化

香樟林內(nèi)的苦楝花粉晝間飄散規(guī)律，結(jié)果表明（圖1）：苦楝的花粉晝變化呈單峰倒“V”型曲線，峰值在14:00點出現(xiàn)。根據(jù)苦楝花粉飄散濃度的方差分析和 LSD檢驗結(jié)果顯示不同時段苦楝的花粉飄散濃度差異顯著，但主要表現(xiàn)為12:00—15:00的花粉飄散濃度顯著性高于其余時段。

圖1 苦楝花粉林內(nèi)晝變化規(guī)律Fig. 1 Diurnal variation of neem pollen in forest

光照可能是影響苦楝的花粉飄散濃度的晝變化的主要因素。從早上6:00點開始，隨著時間的推移，空氣溫度逐漸上升、濕度逐漸下降、光照增強，花粉囊由濕變干到逐漸開裂，易于花粉飄散。14:00是一天中溫度最高、濕度最低，也是花粉囊開裂最多的時候，故花粉濃度也最高。14:00以后溫度逐漸降低，濕度逐漸增加，光照逐漸減弱，花粉濃度降低。

3.1.2 苦楝花粉的距離動態(tài)變化

苦楝花粉在香樟林內(nèi)的空間飄散規(guī)律結(jié)果顯示（圖2）：順風(fēng)方向花粉空間飄散呈單峰曲線，其峰值出現(xiàn)在21 m；逆風(fēng)和垂直風(fēng)向的花粉飄散濃度則呈雙峰曲線，其峰值空間的分別出現(xiàn)在9 m和21 m；在27 m開始顯著降低，33 m花粉開始較難收集。

圖2 苦楝花粉林內(nèi)空間傳播規(guī)律Fig. 2 Spatial dispersal of neem pollen in forest

從苦楝花粉的空間飄散規(guī)律可以看出：風(fēng)向?qū)諝庵谢ǚ蹪舛扔忻黠@影響。順風(fēng)方向花粉濃度高于逆風(fēng)方向，順風(fēng)方向花粉濃度隨著距離的增加而增加，在21 m處達(dá)到峰值，之后隨著距離的增加花粉濃度逐漸減小。逆風(fēng)方向花粉的飄散濃度呈雙峰曲線，峰值出現(xiàn)在9 m和21 m。

3.2 花粉飄閃對林內(nèi)空氣顆粒物的濃度的影響

根據(jù)苦楝飄散的晝間變化趨勢，選擇花粉濃度最高的時段，即12:00—15:00之間林內(nèi)空氣顆粒濃度觀測時段。圖3是花粉飄散下不同風(fēng)向和水平距離上香樟林內(nèi)的空氣顆粒物濃度變化特征圖，可以看出：受苦楝花粉飄散的影響，香樟林內(nèi)PM1、PM2.5、PM4、PM10、TSP等5種徑級的空氣顆粒物濃度大小表現(xiàn)趨勢與花粉分布趨勢大致相同，均表現(xiàn)為順風(fēng)方向空氣顆粒物含量最高，垂直風(fēng)向次之，逆風(fēng)方向含量最低；但不同徑級的空氣顆粒物濃度在距離苦楝花粉源0—40 m范圍內(nèi)的變化趨勢有差異。PM1在四個方向上均出現(xiàn)兩個峰值，其中順風(fēng)方向和其中一個垂直風(fēng)向上的兩個峰值分別是3 m和21 m；在逆風(fēng)和另一個垂直風(fēng)向上，峰值則出現(xiàn)在9 m和21 m；在空間范圍上，花粉對PM1的影響在從21 m開始減弱，但逆風(fēng)方向則在27 m以上，苦楝花粉對其的影響降低到最小，但順風(fēng)方向在33 m以上影響才能達(dá)到最低水平。PM2.5也在4個方向上均出現(xiàn)2個峰值，其中順風(fēng)方向出現(xiàn)在3 m和21 m；其它方向上，則出現(xiàn)在9 m和21 m；而花粉對空氣顆粒物的影響，順風(fēng)方向則在0—33 m范圍；逆風(fēng)方向則0—30 m范圍。PM4、PM10和TSP的含量大小則表現(xiàn)為順風(fēng)方向為一個峰值，并出現(xiàn)在21 m；逆風(fēng)和垂直風(fēng)向上有兩個峰值，并均出現(xiàn)在9 m和21 m；花粉對PM4、PM10和TSP濃度的影響也主要表現(xiàn)在0—30 m范圍。

圖3 不同風(fēng)向和水平距離上香樟林內(nèi)的空氣顆粒物濃度變化特征Fig. 3 Variation characteristics of particulate matter concentration in camphora forest at different wind directions and horizontal distances

4 結(jié)論與討論

苦楝花粉飄散的濃度時間變化上，花粉濃度的日變化呈單峰曲線，即花粉濃度從6:00—14:00持續(xù)上升，并在14:00達(dá)到峰值；14:00—20:00則持續(xù)下降，但到20:00花粉濃度依然高于早上6:00；12:00—15:00的花粉飄散濃度顯著性高于其余時段。從苦楝花粉飄散的日變化濃度變化趨勢看，其變化趨勢與研究區(qū)地面溫度變化基本一致：6:00—14:00日曬后地面溫度持續(xù)上升并在14:00在達(dá)到一天中的最高峰值，14:00—20:00地面溫度持續(xù)下降。苦楝花粉濃度的晝間變化表明花粉的飄散溫度相關(guān)[11]，因為早晨溫度較低，大多類花還沒有綻放，而晚上氣溫較低，且沒有陽光，大多數(shù)花處于閉合狀態(tài)[12]，受這種開花時間的限制，花粉顆粒物在早晚的濃度較低，中午濃度較高。楊穎[10]在對北京的玉蘭、白皮松、油松、臭椿4個樹種的花粉飄散日變化研究中也表明，在軟質(zhì)地面，林木花粉濃度的日變化成單峰曲線，并在14:00達(dá)到最大值，與本研究結(jié)果一致。

苦楝花粉濃度的水平方向上，順風(fēng)方向花粉濃度高于逆風(fēng)方向；順風(fēng)方向花粉濃度隨著距離的增加而增加，并在21 m處達(dá)到峰值，之后隨著距離的增加花粉濃度逐漸減??；逆風(fēng)方向花粉的飄散濃度呈雙峰曲線，峰值出現(xiàn)在9 m和21 m。楊穎研究的北京城區(qū)樹木花粉在水平距離上的飄散規(guī)律也表現(xiàn)為順風(fēng)方向花粉濃度高于逆風(fēng)方向，順風(fēng)方向花粉的飄散濃度呈單峰曲線，逆風(fēng)方向花粉的飄散濃度呈雙峰曲線；但花粉最高濃度的距離上有差異，這可能與兩個研究區(qū)的環(huán)境條件有關(guān)。在本研究中，目標(biāo)樹種苦楝分布于香樟林內(nèi)，花粉的水平傳播受林內(nèi)風(fēng)向風(fēng)力因素的影響較大。

在水平空間上，苦楝花粉飄散對PM1、PM2.5、PM4、PM10和TSP等5種徑級的空氣顆粒物濃度均有影響，但影響范圍在林內(nèi)主要表現(xiàn)在花粉源周邊0—30 m范圍以內(nèi)。同時，受苦楝花粉飄散的影響，香樟林內(nèi)空氣顆粒物濃度在水平空間上的含量分布趨勢與花粉濃度變化趨勢大致相同，總體均表現(xiàn)為順風(fēng)方向高于逆風(fēng)方向；在順風(fēng)方向，僅PM1和PM2.5出現(xiàn)兩個峰值，分別為3 m和21 m，而PM4、PM10和TSP則僅在21 m出現(xiàn)一個峰值；在逆風(fēng)方向和垂直風(fēng)向上，PM1、PM2.5、PM4、PM10和TSP等5個徑級的空氣顆粒物均出現(xiàn)兩個峰值，即為9 m和21 m。

根據(jù)花粉飄散的日濃度變化特征，建議花粉癥患者在時間上要考慮12:00—15:00致敏花粉的威脅，在這段時間出行應(yīng)做好防護措施。根據(jù)花粉在水平距離上飄散特征及其對空氣顆粒物的疊加效應(yīng)，在花粉飄散期間，針對花粉的過敏性源警示牌，應(yīng)設(shè)置在花粉源33 m以外的位置。另外，根據(jù)花粉濃度在水平空間上表現(xiàn)除了的順風(fēng)方向高于逆風(fēng)方向的特征，在綠化植物配置方面應(yīng)該盡量把致敏植物置于下風(fēng)口方向，并且在花粉傳播的有效范圍內(nèi)間植其他的植物。