秋季旗山国家森林公园毛竹林空气颗粒物日变化规律研究

王茜，王成，张中霞，许超，郭珺琪

（1.北京市园林科学研究院，北京100102；2.中国林业科学研究院林业研究所、国家林业局森林培育重点实验室，北京100091；3.国家林业局城市森林研究中心，北京100091；4.内丘县林业局，河北 邢台054200）

近年来，随着城市的快速发展，汽车尾气排放、工厂废弃物排放等引发的空气污染日益严重，给人类健康带来严重的威胁。研究表明，PM2.5可入肺颗粒物由于其质量轻、粒径小和容易附着等特点，容易携带有毒物质被吸入肺泡，严重危害人类的健康；PM1.0小粒径颗粒物也同样具有突变性，吸入后可大大提高死伤率。因此，大量有害的化学物质富集在颗粒物表面，经人体呼吸道进入肺部，长期积累可损害呼吸系统、免疫系统，导致肺癌等疾病的发生[1-3]；竹子的叶片由于其湿润性和特殊构造可粘附颗粒物，对净化环境起到良好的作用[4]。毛竹林是福建省最重要的可再生森林资源之一，随着栽培面积不断扩大，人们对它改善空气质量的性能也日渐重视。福州市空气污染的多发季节一般出现在秋季，本文选择毛竹林为研究对象，分析其秋季颗粒物日变化规律，目的为游客在其内选择合适的时间开展休息、游憩等活动提供参考。

1 研究区概况

旗山国家森林公园位于福建省福州市闽侯县，面积约3 600 hm2，年均温度18 ℃，年降水量1 393 mm；景区风景秀丽，四季常青，植物覆盖率达90%以上；有国家一级保护植物刺桫椤、南方红豆杉，有百龄的柳杉王、夫妻树等。公园内千峰竞秀，景色宜人，是游客休闲娱乐的极佳场所。

2 研究方法

2.1 样地选择

样地海拔713 m，毛竹林平均竹高15 m，平均胸径18 cm，面积约70 m2。地被覆盖以杂草为主。样地设3 个重复，重复间隔5 m，呈“三角形”排列。

2.2 环境指标测量方法

于2017 年10 月下旬选择7 d（11 月12 日～11月18 日），用颗粒物监测仪测定1.3～1.6 m 处TSP(d≤100 μm，总悬浮颗粒物)、PM10（d≤10 μm，可吸入颗粒物）、PM2.5（d≤2.5 μm，可入肺颗粒物）、PM1.0浓度（d≤1.0 μm，可吸入细颗粒物）4 种粒径颗粒物浓度。用小气候仪同步监测空气温湿度、光照强度以及平均风速等小气候因子数据。从早7:00 至晚19:00 共监测7 次，且要求3 个重复，秋季日变化取7 d 监测的均值。

2.3 数据处理

用EXCEL2003 和SPSS16.0 进行数据统计分析。

3 结果与分析

3.1 竹林内空气悬浮颗粒物浓度总体日变化

由表1 可知，4 种粒径颗粒物浓度日变化均出现3 个峰值和两个谷值，时间分别为7：00、15：00、19:00 和9:00、17：00。具体的变化趋势是：早上7：00第1 个峰值之后，粒径颗粒物浓度开始下降；9：00，浓度开始反弹，至下午15:00 出现第2 个峰值；15:00～17:00，粒径颗粒物浓度又出现短暂回落；17:00～19:00，随着外界因素影响，浓度直线上升，并于19:00 达到全天最大值。

从所占的比例来看，PM1.0小粒径颗粒物所占比例日变化趋势与颗粒物浓度变化整体趋势基本相似（见表2），这说明颗粒物浓度较高的时段小粒径颗粒物的比例也较高。按照国家环保部2012 年出台的《环境空气质量标准》（GB3095-2012）[5]，得出：3种粒径颗粒物TSP、PM10、PM2.5在7:00～13:00 空气颗粒物浓度均达到二级地区标准；15:00～19:00 达到三级地区标准。总体分析，TSP 日均值超标110%；PM10超标230%；PM2.5超标60%。这样来看，秋季竹林内上午适合人们休息游憩，下午应考虑颗粒物污染情况。

表1 竹林内空气悬浮颗粒物浓度总体日变化

表2 不同粒径颗粒物所占比例日变化

3.2 不同类型颗粒物浓度日变化分析

各粒径颗粒物浓度日变化相似，高峰值和低谷值时间基本一致。TSP 和PM10浓度在上午7:00～11:00升高率和降低率分别为15.29%和13.28，PM2.5和PM1.0浓度升高和降低率分别为9.76%和9.60%。下午TSP 和PM10浓度在13:00～15:00 和17:00～19:00时间段升高率分别为25.21%和24.23%；PM2.5和PM1.0浓度升高率分别为78.62%和51.12%；TSP 和PM10浓度15:00～17:00 降低 率 为3.78%，PM2.5和PM1.0浓度降低率为4.20%。

多重比较结果说明：毛竹林内4 种粒径颗粒物浓度全天所有时刻差异不显著；TSP 浓度与PM1.0浓度在17：00 时差异显著（P＜0.05)，PM10浓度与PM1.0浓度差异显著（P＜0.05)；TSP 浓度与PM2.5浓度在19：00 时差异显著（P＜0.05)。

3.3 各粒径颗粒物浓度与小气候因子相关性分析

许多空气污染物是温度依赖性物质。有学者对北京、上海、武汉等中国不同气候带的代表城市空气悬浮颗粒物成分进行研究发现，有些非甲基烷烃等可溶性易提取物与温度呈负相关，多环芳烃浓度也随着温度的增加而降低[6-7]。空气温湿度还能影响颗粒物组成成分的比例分配和转化，如温度和湿度均对大气中的NO3-的热力学平衡有影响[8]。气候干燥、风沙大、空气悬浮颗粒物多；反之，空气湿润、风速小、空气质量好。如果风速低、高湿度天气长时间持续，也会导致污染物积累而增加[9-11]。

表3 各粒径颗粒物与气候因子相关系数

从表3 可以看出，TSP 与相对湿度呈显著正相关，与光照强度呈显著负相关，且相关系数相等。相对湿度与各粒径颗粒物相关系数最大，说明相对湿度是影响颗粒物浓度的最主要因素，反之空气温度和风速对其影响较小。同时，空气温度与颗粒物浓度无显著相关性。由此可见，日照的强度和时间这些与温度相关的气象条件对污染物在空气中的分布无显著影响。

4 结论

（1）4 种颗粒物日变化均出现3 个峰值和两个谷值，时间分别为7：00、15：00、19:00 和9:00、17：00。PM1.0占比日变化趋势与颗粒物浓度变化整体趋势基本相似，这说明颗粒物浓度较高的时段小粒径颗粒的比例也较高。

（2）各粒径物质变化相似，高峰值和低谷值时间基本一致。上午TSP 和PM10浓度在7:00～11:00 升高率和降低率分别为15.29%和13.28，PM2.5和PM1.0浓度升高率和降低率分别为9.76%和9.60%。下午TSP 和PM10浓度在13:00～15:00 和17:00～19:00 升高率分别为25.21%和24.23%；PM2.5和PM1.0浓度升高率分别为78.62%和51.12%；TSP 和PM10浓度15:00～17:00 降低率为3.78%，PM2.5和PM1.0浓度降低率为4.20%。

（3）小气候因子对颗粒物浓度日变化的影响分析表明，相对湿度与其呈正相关；反之光照、风速、温度等其他气候因子与其呈负相关；相对湿度对颗粒物浓度总体变化影响较大。