冬季校园内3种典型用地空气颗粒物浓度日变化*

傅伟聪 郑 宇 董建文

1 福建农林大学艺术学院园林学院 福州 350002

2 闽江学院 福州 350108

空气颗粒物对空气质量、能见度、酸沉降、云和降水等有重要影响［1］，且大量成分复杂、影响人类健康［2-3］。研究表明，可吸入颗粒物具有致突变性，可增加死亡率、损害呼吸系统、破坏免疫系统［4］。因此，空气颗粒物的研究受到高度重视。绿色植被在减少环境空气颗粒物方面发挥着无法替代的重要作用［5］。有关空气颗粒物的研究目前多集中在游憩林、公园绿地和道路等方面［5-6］，校园绿地是城市绿地系统中较为重要的一种类型，但相关研究报道不多［7］。本文将以冬季福建农林大学校园为例，研究冬季校园内3种典型用地在师生出行时间空气颗粒物的动态变化规律，旨在为校园绿地建设、规划和管理提供理论依据。

1 研究地概况

福建农林大学校园本部地处福州仓山区，位于福州市城区南部，占地超过320 hm2。校园内典型用地众多，适合进行不同地形空气颗粒物浓度变化规律对比研究。南北环山，东西两侧各有闽江、乌龙江环绕。校园内建有森林兰苑、百竹园、中华名特优植物园等教学、观赏性植物园，观音湖、湿地公园等水系，拓荒广场、明德广场、逸夫广场等小广场。

2 研究方法

2.1 样地选择

选择福建农林大学校园内主干道两侧的广场、湖面及行政楼前绿地进行研究，道路行道树种以白兰、小叶榕、龙眼为主。3种用地均有较大人流量，分别为硬质广场(面积2 400 m2)，水上休憩廊道(长300 m，宽3 m)，绿化休憩地(郁闭度0.5，树种为千头柏、洋紫荆、小叶榕、橡皮榕等)［8］。

2.2 指标测定和数据处理

选择2012年12月― 2013年1月晴朗无风天7 d，观测时间为5:00-23:00，每隔2 h 观测1次，同步观测3种典型用地。用Dustmate 烟尘检测仪测定人体平均呼吸高度(1.2 ～1.5 m)处空气TSP(总悬浮颗粒物，d≤l00 μm)，PM10(可吸入颗粒物，d≤l0 μm，)，PM2.5(可吸入肺细颗粒物，d≤2.5 μm，)，PM1.0(d≤1.0 μm)的浓度，每个观测点设3 个重复，每个重复间距5 m。同时，使用小气候监测仪监测风速、温度、湿度，使用照度计检测光照变化，使用Gas Analyzer 检测氧气浓度变化，使用声级计记录声音分贝数变化。

用SPSS 19.0 进行统计分析。

3 结果与分析

3.1 校园内不同粒径空气颗粒物浓度的总体变化规律

观测结果表明，不同校园用地的空气颗粒物浓度均为早晚高、中午低，成“双峰单谷”的“V”字型。在图1，2，3，4 中，4种颗粒物均在早上5 ∶00-7 ∶00 达到较高值，中午15 ∶00 降低到一天中最低，之后不断上升，19 ∶00-21 ∶00 达到第2 个高峰，而23 ∶00 过后空气颗粒物浓度又开始下降。

大粒径空气颗粒物清晨较大的原因可能与湿度高，温度低空气流动相对缓慢有关，且晨读、晨练的师生较多也是造成这一现象的原因。11 ∶00-15 ∶00是每日光照最强、气压高、气温最高的时段，温度的迅速提高促使气流交换，因此在这个时段颗粒物浓度相对较小。17 ∶00-21 ∶00 为市内交通高峰期，加上空气流动减缓，湿度增加，相对静风的气象状态使空气颗粒物的聚集增多，空气颗粒物浓度开始缓慢升高。21:00 之后温度继续降低，空气湿度增加导致颗粒物凝结，出现一天中颗粒物的第2 次降低［7-10］。

小粒径颗粒物日变化趋势与大粒径颗粒物浓度变化整体趋势基本相似，但早晨浓度的最高值相对傍晚较高，可能与空气湿度高、风速大、噪音量小有关［1］。

对校园内3种不同用地空气颗粒物浓度进行分析，广场、湖面、绿地TSP日均浓度分别为148.49 μg/m3，129.82 μg/ m3、129.51 μg/ m3;PM10日均浓度分别为89.63 μg/ m3，82.95 μg/ m3，82.12 μg/ m3;PM2.5日均 浓 度 分 别 为 33.12 μg/m3，35.21 μg/ m3，34.83 μg/m3，PM1.0 分 别 为12.84 μg/m3，13.94 μg/m3，13.51μg/m3。湖面、绿地TSP、PM10 的日均浓度与广场相比差异显著(p ＜0.05)，PM2.5 及PM1.0 差异不显著。由此可知，水面及绿化用地对大粒径颗粒物TSP、PM10 有降低作用，而对于小粒径颗粒物浓度的降低作用并不明显(见表1)。

表1 颗粒物清洁度评价指标［11］

3.2 校园内3种用地空气颗粒物浓度日变化差异分析

图1 广场颗粒物浓度日变化

图2 湖面颗粒物浓度日变化

图3 绿地颗粒物浓度日变化

广场、湖面、绿地空气颗粒物浓度变化趋势相似。广场空气颗粒物浓度高峰出现时段与师生出行的高峰早8 ∶00 和晚5 ∶00 基本吻合，可能是因为地势开阔、地形平坦(图1)。湖面空气颗粒物浓度变化规律与广场空气颗粒物浓度变化规律相近，但与早晚交通高峰时间段相比具有高峰提前效应，2 个空气颗粒物浓度高峰分别出现在早7 ∶00 及晚17 ∶00，并在晚21 ∶00 出现第3 个高峰(图2)。

从不同校园用地空气颗粒物浓度变化规律对比看，绿地的变化趋势与其他2种用地存在一定差异(图1，2，3)。可能是该绿地为农大植物园，植物叶片粘性较大，对空气颗粒物的吸附、捕获能力强，对减少空气颗粒物有较强的效果。植物园早5 ∶00-7 ∶00 与17 ∶00 这2 个高峰出现时间提前，且空气颗粒物浓度降低速度缓慢，主要因为清晨有较多学生在植物园早读、教职工在此晨练对空气颗粒物浓度带来的影响。傍晚，有较多师生在植物园散步是17 ∶00高峰提前出现的原因。并且，由于植物叶片对颗粒物有吸附、捕获和阻挡的作用，空气颗粒物进入植物园后又不容易扩散开，所以夜间空气颗粒物浓度降低速度相比其他2种地形相对缓慢［6-10］。

3.3 小气候、噪音、氧气指标与颗粒物浓度的相关性

空气颗粒物浓度的大小除与颗粒物本身的性质和地形的影响有关外，还受到小气候因子等环境因素影响［1］。对空气颗粒物浓度数据和小气候指标数据(包括平均风速、温度、空气相对湿度、热力指数、露点温度、湿球温度、气压、氧气含量、噪音分贝数［7］)进行相关性分析(表2)表明，在所测环境因子中，影响空气颗粒物的环境因子有平均风速、温度、相对湿度和声音分贝数。其中，温度、相对湿度和平均风速与大、小粒径空气颗粒物浓度均呈极显著负相关;声音分贝数与大粒径颗粒物(TSP、PM10)浓度呈极显著正相关，与PM2.5 呈显著正相关。

表2 空气颗粒物浓度与气象因子的相关系数

4 结论与讨论

1)按照国家环保部新出台的《环境空气质量标准》校园内PM10日均浓度为84.90 μg/ m3，达到二级地区标准;PM2.5日均浓度为34.39 μg/ m3，达到一级地区标准。从校园内广场、湖面、绿地的空气颗粒物日均浓度分析来看，水面及绿化用地对大粒径颗粒物TSP、PM10 有一定降低作用，而对于小粒径颗粒物浓度的降低作用并不明显。根据以上研究，笔者认为适宜出行时间为9 ∶00-11 ∶00 及15 ∶00-19 ∶00，并建议师生选择植物相对较多或伴有水面的场所锻炼或出行［11］。

2)通过日均浓度对比发现，水面具有一定降低大粒径空气颗粒物浓度的作用。在空气颗粒物浓度与空气湿度呈正相关［12-13］情况下，水面与其他用地相比平均空气湿度虽较大，但小粒径颗粒物浓度并没有提高(图1，2，3)。

3)研究表明，颗粒物浓度日变化受小气候影响。温度与大、小粒径空气颗粒物浓度呈极显著负相关，这与邓利群等认为PM2.5 和PM10 质量浓度与温度没有明显相关性等研究结论有所不同，原因可能与实验方法不同有关［12］，有待进一步实验研究。平均风速与TSP 没有明显相关性，而与PM10以及小粒径空气颗粒物(PM2.5、PM1.0)浓度呈极显著负相关，这与之前黄哲等［13］和赵卫红［14］认为空气颗粒物风速与空气颗粒物浓度呈负相关的研究结论有所不同，可能与研究对象不同有关。

4)根据此次研究结果，建议在校园保持原有功能分区基础上，合理规划、适当增加水体与绿地的面积。可以在校园机动车主干道道路绿化上进行乔灌草式植物配置，提高空间密闭度;在师生出行的非机动车道路上，为达到降低空气颗粒物浓度的目的和提高园林效果，可在绿化条件下设置一定面积水面;校园主要活动场所应设置在远离机动车干道、靠近水面的地方。

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