城市森林配置对空气微生物影响的研究进展

2015-03-21任启文李联地徐振华王耀涛李治国

河北林业科技 2015年1期

任启文，李联地，徐振华，党磊，王耀涛，李治国

（1.河北省林木良种工程技术研究中心，河北石家庄 050061；2.河北省林业科学研究院，河北石家庄050061；3.石家庄市环境监测中心，河北石家庄 050022）

空气微生物是指空气中细菌、霉菌和放线菌等有生命的活体，它主要来源于自然界的土壤、水体、动植物和人类，此外污水处理、动物饲养、发酵过程和农业活动等也是空气微生物的重要来源[1-4]，已知存在空气中的细菌及放线菌有1200种，真菌有40000种[5]。空气中广泛分布的细菌、真菌孢子、放线菌、病毒等生物粒子与城市空气污染、城市环境质量和人体健康密切相关[6-7]。空气微生物中的病原菌通过传播扩散，可以导致人们出现哮喘、麻疹、结核、白喉、百日咳、过敏性皮炎、过敏性肺炎、传染性疾病等，对免疫力低下的人群造成严重的健康危害[8]。因此城市空气微生物状况是城市环境综合因素的集中体现，是评价城市空气环境质量的重要指标之一[9]。城市森林在净化空气、改善空气质量方面发挥着巨大的作用，特别是杀灭细菌的功能越来越受到人们的重视。不同植物种类、不同植物群落、不同空间结构对空气微生物的影响是不一样的，了解城市森林配置对空气微生物浓度的影响，不仅对于评价城市森林生态功能有帮助，也可以为城市森林建设中植物的合理配置提供科学的依据。

1 空气微生物的主要类群

空气微生物中各种球菌占66%，芽孢菌占25%，还有霉菌、放线菌、病毒、蕨类孢子、花粉、微球藻类、原虫及少量厌氧芽孢菌[9]。球菌中以抵抗力较强G+球菌为主，特别是春秋两季最为明显[10]。谢淑敏在京津地区大气微生物的研究报告中指出：京津地区大气中的细菌主要是G+球菌，G-菌少，优势菌是微球菌属、葡萄球菌属、芽孢杆菌等属的细菌[11]。除了自然的微生物外，还有各种病原菌，细菌有结核杆菌、肺炎双球菌和绿脓杆菌等约160种，真菌有球孢子菌、组织胞桨菌、隐球酵母、青霉和曲霉等约600多种，病毒有鼻病毒、腺病毒等约几百种，此外还有支原体、衣原体等[12]。

由于受到温度、湿度、人口密度、植被盖度等各种因素的影响，不同地区空气中微生物种类不同，东北地区的抚顺和沈阳空气微生物种类较多，北京、上海和广州空气微生物种类也比较多，而合肥和乌鲁木齐细菌和真菌出现的种类较少[13]。综合文献结果，在调查的城市中，空气细菌有21属，其中优势菌属为芽孢杆菌属（Bacillus）、葡萄球菌属（Staphy lococcus）、微球菌属（Micrococcus）和微杆菌属（Microbacterium）；真菌有21属，其中优势菌属为交链孢属（Alternaria）、青霉属（Penicillium）、曲霉属（Aspergillus）和木霉属（Trichoderma）；放线菌共有7属[13]。

2 城市森林对空气微生物的作用机理

2.1 分泌杀菌素抑制空气微生物

植物杀菌作用的解释中，有几个著名的假说[14]。一是托金的“植物自然免疫理论”假说：植物在长期的进化过程中会形成一种自我保护机理，分泌具有杀菌作用的物质，避免自身受外界微生物，尤其是致病微生物的危害。二是植物创伤保护假说：植物在受到创伤时会分泌出大量挥发性杀菌物质，有人对此进行研究，用来解释草地、草坪、树林修剪后，植物杀菌物质分泌量增多等现象。三是植物杀菌素形成与植物生长发育规律相关的假说：植物杀菌素在植物生长旺盛时杀菌作用最强，随着植物生长代谢减弱或个体死亡，则分泌杀菌素的过程也即中止。程培青研究得出，植物中具有抗菌、杀菌活性物质主要是精油类，即酯、醛、酮、酚和萜烯等，另外氨基酸、生物碱也可能具有抗菌、杀菌活性[15]。

2.2 通过滞尘作用抑制空气微生物

在空气中由于悬浮颗粒物的凝聚作用，微生物会附着在悬浮颗粒物上，也有一些是在地面上的带菌颗粒物，由于人为活动或风力的作用而使其漂浮起来，悬浮颗粒物作为微生物的载体，不仅能为微生物提供营养，还能降低紫外线的杀菌作用。有研究表明空气微生物浓度与大气环境中悬浮颗粒物呈正相关关系，特别是与TSP和PM10呈显著正相关[16]。树木借助3种方式同时进行滞尘：一是滞留或停着，由于树冠茂密，冠内风速低，空气中携带的大颗粒便沉降，随机落在叶表面。二是附着，因叶表面的沟状、毛状构造，能够吸附尘埃。三是粘附，靠植物叶表面特殊的分泌物沾粘空气颗粒物。所有的滞尘都通过降水将尘埃颗粒洗出叶表面，完成滞尘过程[17]。所以树木可以通过降低空气颗粒物含量而间接降低空气微生物浓度。

3 城市森林配置对空气微生物的影响

3.1 植物种类配置对空气微生物的作用

不同植物种类对空气微生物的作用效果不同。戚继忠等研究园林植物清除细菌能力得出：油松、大圆锥绣球花除菌率大于80%，落叶松、圆柏、垂榆、加杨、华北柽柳、鸡冠花、黑心菊等除菌率介于40%～80%，一串红、接骨木、火炬树、京桃、树锦鸡儿等植物除菌率小于40%[18]。谢慧玲等对郑州市生长的多种绿化植物进行研究，发现27种供试植物种均有一定的杀菌作用，杀菌作用较强的有圆柏、雪松、碧桃、核桃、龙柏、芭蕉、侧柏、腊梅、女贞、银杏等[19]。褚泓阳等用室内水插枝法研究树木杀菌作用，结果表明杀菌能力由大到小依次为：七叶树、云杉、圆柏、女贞、油松、核桃、白皮松、石楠、雪松、丁香、悬铃木[20]。

各种树种对不同菌类的杀伤作用有一定的选择性。碧桃对黑曲霉、黄曲霉有较强的杀伤力[19]；云杉对绿脓杆菌的杀菌作用较强[21]；珍珠梅对金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌的杀菌作用非常强[22]。松科、柏科、槭树科、木兰科、忍冬科、桃金娘科等植物对结核杆菌有抑制作用[23]。核桃、油松、白皮松、云杉、法国梧桐对葡萄球菌有抑制作用[21]。

3.2 植物群落配置对空气微生物的作用

植物群落是植物群体的自然组合，能分泌出大量植物杀菌物质，据统计，全世界的森林每年要散发出大约1.77×108t的挥发性物质[24]。B.H尼洛克统计证明，1株桧树在1d内能分泌出30g挥发性油类，如1000株/hm2桧树，每天可以分泌出30kg的挥发性油类，这些物质能均匀地扩散到森林周围2km远的地方，杀灭随着尘埃飘浮在空气中的细菌[25]。森林区空气总微生物浓度是城市区的1/7，细菌浓度是城市区的1/48[26]。南京市环保所探索了不同林地减少空气微生物浓度的效益，结果表明油松林杀菌效果最好，柏树林、樟树林次之，喜树林、麻栎林及杂木林的杀菌作用最差[27]。桧柏林内的空气细菌浓度比毛白杨林内低3.8倍，显示出桧柏林杀菌作用较好。植物群落的大小对空气微生物浓度也有很大影响。

3.3 植物空间结构配置对空气微生物的作用

城市森林空间配置不同，降低空气微生物浓度的能力也不同。田玉军等研究兰州城区绿地减菌效果得出：具有乔、灌、草空间配置的绿地系统减菌效果显著，减菌能力表现为乔、灌、草结构＞乔、灌结构>灌、草结构>草坪[28]。巨天珍等对兰州市空气微生物分析得出，乔、灌、草结合的复层绿地结构对细菌的滤除率可达70%以上，草坪对细菌的滤除率也达20%以上，而通透性较差的绿地对真菌却有一定的滋养作用[29]。

4 讨论

（1）城市森林配置对空气微生物影响研究具有重要意义。随着经济的发展，生活水平的提高，人们对清洁、舒适和健康生活环境、居住环境的要求也越来越高，细菌、真菌等微生物通过孽生繁殖污染空气已经成为目前重要的公共环境卫生问题，在美、日、德、法等国家是人们最为关注的课题之一。1999年在英国召开第8届室内空气环境国际会议的700篇论文中，以微生物为议题的就有126篇之多，仅次于挥发性有机物（218篇）。城市森林建设作为改善城市空气质量、打造宜居人居环境的主要方式，在降低空气微生物浓度方面的作用必将受到重视。

（2）当前研究存在的问题与局限。从目前国内外学者的研究状况来看，大多数研究还集中在定性研究水平上，研究方法相对粗放，尚未形成成熟的理论体系。空气微生物的研究多集中在不同地域和不同功能区上，而对于城市森林配置对空气微生物影响的研究还不够深入。当前的研究多为初步探索，大部分是验证性研究，只能说明城市森林具有减菌效果，而对于不同树种、不同群落、不同空间结构的城市森林对不同微生物的作用效果还缺乏定量的系统性的研究，对于植物通过改变环境因素间接影响空气微生物浓度还缺乏深入研究。同时，由于受测试仪器、试验条件、评价体系和标准等因素的影响，研究结果间可比性不强。可以看出，城市森林配置对空气微生物影响的研究由于涉及领域较多，研究手段复杂，还处于起步阶段，对树木抑菌作用的开发和利用不足。随着我国城市化进程的加快，城市环境越来越受到重视，城市森林作为市民休闲健身的主要场所，其保健功能应该提上日程。

（3）今后研究展望。今后应当继续加强生态学、植物学与微生物学、医学、分子生物学等有关学科的融合，在更深更广的层次上开展植物抑菌作用的应用研究工作，充分挖掘植物在抑制微生物方面的生态效益，更好地为城市森林建设提供理论指导和科学依据，为医疗卫生服务事业提供新资源。一方面要深入研究不同植物对不同微生物的作用特点，在城市森林建设中达到因害设防的目的；另一方面要深入研究不同植物群落、不同空间配置对不同微生物的作用特点，为城市森林建设、城市园林绿化植物配置提供理论依据。

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