侯貽菊　丁訪軍　劉延惠　趙文君　吳鵬　舒德遠(yuǎn)　崔迎春

摘要：為探討城市森林對(duì)空氣顆粒物的調(diào)控作用，采用同步監(jiān)測(cè)法對(duì)貴州省貴陽(yáng)市東郊針闊混交林林內(nèi)林外一年四季空氣顆粒物進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)（09：00—18：00）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）貴陽(yáng)市東郊針闊混交林4種粒徑空氣顆粒物日變化整體上近似呈“V”形，2個(gè)峰值分別出現(xiàn)在09：00和18：00，谷值多數(shù)出現(xiàn)在13：00—15：00，個(gè)別情況出現(xiàn)在17：00，不同季節(jié)之間峰谷值出現(xiàn)時(shí)間稍有差異。（2）冬季空氣顆粒物濃度最高，春、夏、秋季空氣顆粒物濃度高低因粒徑大小、林內(nèi)林外而異。（3）除夏季PM1濃度林內(nèi)高于林外外，其他情況均表現(xiàn)為林內(nèi)低于林外，粗顆粒物濃度林內(nèi)林外差異達(dá)到顯著水平。（4）4種粒徑顆粒物濃度日變化趨勢(shì)比較一致，最大值、最小值出現(xiàn)時(shí)間基本相同，粗顆粒物濃度值顯著高于細(xì)顆粒物。

關(guān)鍵詞：貴陽(yáng)東郊；針闊混交林；空氣顆粒物；日變化

中圖分類號(hào)： S718.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2017）19-0280-05

收稿日期：2016-02-27

基金項(xiàng)目：貴州省林業(yè)重大項(xiàng)目（編號(hào)：黔林科合[2014]重大01號(hào)）；貴州省科技廳社會(huì)發(fā)展項(xiàng)目（編號(hào)：黔科合SY字[2015]3021）。

作者簡(jiǎn)介：侯貽菊（1988—），女，貴州貴陽(yáng)人，助理工程師，主要從事森林生態(tài)、森林水文研究。E-mail：792085279@qq.com。

通信作者：丁訪軍，博士，研究員，主要從事森林生態(tài)、森林水文研究。E-mail：ding3920034@163.com。 近年來(lái)，空氣懸浮顆粒物已經(jīng)成為許多城市的首要污染物[1]，特別是空氣動(dòng)力學(xué)等效直徑≤2.5 μm的可吸入細(xì)顆粒物PM2.5對(duì)人體健康的危害更大。2012年國(guó)家環(huán)保部重新修訂了《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012），頒布PM2.5國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（年平均35 μg/m3，24 h平均75 μg/m3），把PM2.5納入環(huán)境空氣污染物基本項(xiàng)目中進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在北京首先開(kāi)展了PM2.5監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和數(shù)據(jù)公布等一系列工作，計(jì)劃于2016年開(kāi)始在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測(cè)[2]。了解空氣顆粒物變化規(guī)律以預(yù)防和減輕對(duì)人體健康和城市空氣環(huán)境質(zhì)量的影響，已經(jīng)成為政府部門(mén)和社會(huì)各界關(guān)注的環(huán)境熱點(diǎn)問(wèn)題之一。城市森林是城市有生命的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，也是居民休閑游憩的主要場(chǎng)所，對(duì)改善城市生態(tài)環(huán)境和滿足居民生態(tài)休閑游憩需求發(fā)揮著重要作用。貴陽(yáng)市東郊環(huán)城林帶是貴陽(yáng)重要的生態(tài)屏障，因環(huán)境優(yōu)美、空氣清新成為市民和游客進(jìn)行徒步旅行、登高、健身、攝影等各種游憩活動(dòng)的重要區(qū)域，因此該區(qū)域城市森林內(nèi)空氣顆粒物濃度水平不僅反映城市森林的空氣凈化能力，也是游客和市民關(guān)注的問(wèn)題。目前有關(guān)PM2.5等空氣顆粒物的詳細(xì)研究主要集中在來(lái)源分析[3-5]、成分解析[6-7]和危害評(píng)價(jià)[8-9]上，對(duì)城市森林內(nèi)空氣顆粒物動(dòng)態(tài)變化還缺少時(shí)間尺度上連續(xù)完整的研究。本研究以貴陽(yáng)市東郊的馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）針闊混交林為對(duì)象，研究了針闊混交林內(nèi)外一年四季白天09：00—18：00空氣顆粒物的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，旨在為了解城市森林對(duì)空氣顆粒物污染的調(diào)控功能，為“以人為本”的城市森林建設(shè)、森林游憩環(huán)境開(kāi)發(fā)管理提供理論依據(jù)，并為市民選擇游憩時(shí)間提出合理建議。

1 研究地概況

觀測(cè)點(diǎn)位于貴陽(yáng)市東郊的馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）針闊混交林內(nèi)，該城市森林位于1 180 m的海拔高度上（106°46′11″E，26°31′57″N）。林分優(yōu)勢(shì)樹(shù)種為馬尾松，林分密度為750株/ hm2，林分平均樹(shù)高13.8 m，平均胸徑19.3 cm，郁閉度為0.60，植被覆蓋率高達(dá)90%以上。林內(nèi)植物包括針葉樹(shù)、闊葉樹(shù)以及其他野生灌叢草本植物，針葉樹(shù)以馬尾松為主，闊葉樹(shù)有女貞（Ligustrum lucidum Ait.）、樸樹(shù)（Celtis sinensis Pers.）、楊樹(shù)（Populus L.）、油茶（Camellia oleifera Abel.）、鹽膚木（Rhus chinensis Mill.）、光皮樺（Betula luminifera H. Winkl. ）、檫木（Sassafras tzumu Hemsl.）、鵝耳櫪（Carpinus turczaninowii Hance）、青岡[Cyclobalanopsis glauca （Thunb.） Oerst.]等，灌木層包括油茶（Camellia oleifera Abel.）、白櫟（Quercus fabri Hance）、小果南燭[Lyonia ovalifolia （Wall.） Drude var. elliptica]、鐵仔（Myrsine africana L.）、馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）、竹葉椒（Zanthoxylum armatum DC.）等植物，是貴陽(yáng)城市森林的典型代表。

2 研究方法

在混交林林內(nèi)和林外各設(shè)1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，為了保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)具有相近的污染源，且避免林緣效應(yīng)，林內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)在林分距林緣50 m位置，林外監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)在林外距林緣50 m的位置且四周無(wú)高大喬木和建筑遮擋的空曠地。從2014年6月至2015年5月期間選擇連續(xù)無(wú)雨天（至少3 d）開(kāi)展林內(nèi)林外同步監(jiān)測(cè)，每日9：00—18：00采用Turnkey儀器制造公司生產(chǎn)，且符合粉塵監(jiān)測(cè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的 DustMate 粉塵檢測(cè)儀（分辨率0.01 μg/m3；測(cè)量范圍0～6 000 μg/m3；粒徑范圍 0.5～15 μm）同步連續(xù)測(cè)定2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)距地面1.5 m處的空氣顆粒物質(zhì)量濃度。測(cè)定時(shí)每15 s讀數(shù)1次，每1min記錄平均值保存于DustMate中，回實(shí)驗(yàn)室后下載到PC機(jī)上并進(jìn)行分析處理。分析所用平均值為各季節(jié)不同監(jiān)測(cè)日同一時(shí)刻的平均值。

所有數(shù)據(jù)應(yīng)用 Microsoft Excel 2007和SPSS 19.0分析，采用單因素方差分析和多因素方差分析比較混交林林內(nèi)和林外的差異；顯著性水平設(shè)定為α=0.05。endprint

3 結(jié)果與分析

3.1 針闊混交林林內(nèi)和林外空氣顆粒物不同季節(jié)的日變化

3.1.1 春季 春季混交林內(nèi)外4種粒徑空氣顆粒物濃度日變化總體均呈下降趨勢(shì)，林外粗顆粒物濃度變化波動(dòng)較大，TSP日變化曲線呈起伏波動(dòng)變化，PM10日變化曲線呈“雙峰雙谷”形。林外細(xì)顆粒物和林內(nèi)4種粒徑空氣顆粒物濃度變化波動(dòng)平緩，林外PM2.5、PM1日變化中有2個(gè)峰值2個(gè)谷值，林內(nèi)4種粒徑空氣顆粒物日變化為“雙峰單谷”曲線（圖1）。具體的變化趨勢(shì)是：09：00為觀測(cè)時(shí)段內(nèi)的第1個(gè)峰值（最大值），之后開(kāi)始下降，14：00—15：00降到一天中的最低值，然后基本保持不斷上升趨勢(shì)，林外上升到16：00—17：00后達(dá)到第2個(gè)峰值，之后保持下降直到觀測(cè)結(jié)束，林內(nèi)一直保持上升趨勢(shì)直到18：00達(dá)到第2個(gè)峰值。

從林內(nèi)林外對(duì)比來(lái)看，春季細(xì)顆粒物日變化趨勢(shì)林內(nèi)林外比較一致，但粗顆粒物日變化趨勢(shì)林內(nèi)林外有一定差異。林外TSP日變化中在12：00、15：00、18：00達(dá)到谷值，林內(nèi)TSP只有15：00一個(gè)谷值。林外PM10日變化中的第2個(gè)峰值較林內(nèi)有提前現(xiàn)象，分別在17：00、18：00出現(xiàn)。林內(nèi)TSP、PM10顯著低于林外，林內(nèi)林外PM2.5、PM1差異不顯著（表1）。

3.1.2 夏季 夏季針闊混交林內(nèi)外TSP、PM10、PM2.5 3種顆粒物日變化趨勢(shì)不盡相同，而PM1日變化趨勢(shì)非常相似，總體表現(xiàn)為早晚高中間低的雙峰單谷型日變化曲線（TSP呈波動(dòng)變化，趨勢(shì)不明顯）。4種粒徑空氣顆粒物林內(nèi)林外最高值均在上午09：00，林外低估值多出現(xiàn)在14：00，相較于春季有所提前，林內(nèi)低谷值多出現(xiàn)在17：00，相較于春季有所延遲（圖2）。方差分析顯示，林外TSP、PM10、PM2.5顯著高于林內(nèi)，林內(nèi)外PM1差異不顯著，且林外低于林內(nèi)（表1）。

3.1.3 秋季 秋季粗顆粒物林內(nèi)林外日變化趨勢(shì)各不相同，林外呈近“V”形，13：00—14：00達(dá)到最低值，總體呈下降趨勢(shì)，林內(nèi)各時(shí)刻濃度值差異不顯著，總體略有升高。細(xì)顆粒物林內(nèi)林外變化趨勢(shì)比較一致，全天呈波動(dòng)升高變化，在觀測(cè)結(jié)束時(shí)達(dá)到全天最大值（圖3）。方差分析顯示，林外TSP顯著高于林內(nèi)，混交林內(nèi)外PM10、PM2.5、PM1差異不顯著（表1）。

3.1.4 冬季 冬季與秋季相似，粗顆粒物在林內(nèi)林外的日變化趨勢(shì)完全不同，林外整體呈“W”形上升趨勢(shì)，2個(gè)谷值出現(xiàn)在12：00和15：00，林內(nèi)呈向上弧形下降趨勢(shì)，最小值在

15：00—16：00出現(xiàn)。細(xì)顆粒物林內(nèi)林外變化趨勢(shì)相對(duì)一致，整體呈下降趨勢(shì)，最小值均出現(xiàn)在15：00，最大值出現(xiàn)在 09：00—10：00（圖4）。方差分析顯示，林外TSP、PM10顯著高于林內(nèi)，PM2.5、PM1差異不顯著，且林外PM1略低于林內(nèi)（表1）。

從以上4個(gè)季度混交林內(nèi)外空氣顆粒物濃度的日變化可以看出，林內(nèi)4種粒徑空氣顆粒物濃度在4個(gè)季度的日變化規(guī)律有很高的相似性，春、夏、冬3季均表現(xiàn)出隨著監(jiān)測(cè)時(shí)間的推移逐步下降的趨勢(shì)，秋季則表現(xiàn)為上升趨勢(shì)。林內(nèi)TSP濃度呈現(xiàn)冬季>春季>秋季>夏季的規(guī)律，PM10濃度呈現(xiàn)冬季>夏季>春季>秋季的規(guī)律，PM2.5和PM1表現(xiàn)為冬季>秋季>春季>夏季的規(guī)律。林外4種粒徑空氣顆粒物濃度在4個(gè)季度的日變化規(guī)律各不相同，但仍體現(xiàn)為早晚高、中間低的總體變化趨勢(shì)，林外除夏季顆粒物濃度時(shí)刻值變化幅度不大而外，春、秋、冬3季顆粒物濃度值變化幅度均較大，有明顯的峰值谷值。林外TSP、PM10呈現(xiàn)冬季>春季>夏季>秋季的規(guī)律， PM2.5 呈現(xiàn)冬季>夏季>秋季>春季的規(guī)律， PM1呈現(xiàn)冬季>秋季>春季>夏季的規(guī)律（表1）。

3.2 林內(nèi)林外不同粒徑空氣顆粒物的日變化比較

3.2.1 春季 春季針闊混交林內(nèi)外， 4種不同粒徑空氣顆粒物日變化趨勢(shì)大體相似，出現(xiàn)峰值和谷值的時(shí)間也基本一致（峰值出現(xiàn)在09：00，谷值出現(xiàn)在15：00，林外PM1谷值提前在14：00出現(xiàn)）（圖5）。方差分析顯示，林內(nèi)TSP顯著高于PM10、PM2.5、PM1，PM10與PM2.5、PM2.5與PM1差異不顯著，PM10與PM1差異顯著。林外除PM2.5與PM1差異不顯著外，其他粒徑顆粒物之間差異顯著。

3.2.2 夏季 夏季混交林內(nèi)TSP、PM10、PM13種顆粒物日變化趨勢(shì)大致相同，PM2.5日變化趨勢(shì)與春季相同，林外PM10、PM2.5、PM1變化相似，TSP呈波動(dòng)變化。全天最大值均出現(xiàn)在09：00，最小值林內(nèi)大部分集中在17：00出現(xiàn)，林外大部分集中在14：00出現(xiàn)（圖6）。方差分析顯示，除林內(nèi)PM2.5與PM1差異不顯著外，其他情況均差異顯著。

3.2.3 秋季 秋季除個(gè)別時(shí)刻外，混交林內(nèi)外4種粒徑空氣顆粒物日變化曲線基本一致，林內(nèi)各粒徑顆粒物濃度和林外細(xì)粒徑顆粒物濃度最大值在18：00出現(xiàn)， 林外粗顆粒物濃度最大值出現(xiàn)在09：00，谷值集中在11：00—14：00出現(xiàn)（圖7）。方差分析結(jié)果與夏季相同。

3.2.4 冬季 冬季林內(nèi)4種粒徑空氣顆粒物日變化趨勢(shì)基本一致，林外粗顆粒物與細(xì)顆粒物變化趨勢(shì)不盡相同，林內(nèi)全天最大值除個(gè)別時(shí)刻外均出現(xiàn)在09：00，林外粗顆粒物和細(xì)顆粒物濃度最大值出現(xiàn)時(shí)刻分別是18：00和09：00（TSP除外）。

4 結(jié)論與討論

貴陽(yáng)東郊針闊混交林內(nèi)外空氣顆粒物濃度在監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)具有明顯的變化趨勢(shì)，近似呈“V”形變化2個(gè)峰值分別出現(xiàn)在09：00和18：00， 谷值多數(shù)出現(xiàn)在13：00—15：00， 個(gè)別情況出現(xiàn)在17：00，這與其他學(xué)者的研究結(jié)果比較一致。郭二果等對(duì)北京西山典型游憩林空氣顆粒物的24小時(shí)監(jiān)測(cè)研究得出空氣顆粒物的日變化近似呈“雙峰雙谷”型，2個(gè)高峰時(shí)段分別出現(xiàn)在05：00—09：00和19：00之后，低谷出現(xiàn)時(shí)間是15：00左右[10]。無(wú)錫惠山PM2.5 的日變化最大值和最小值在07：00—09：00和15：00—19：00出現(xiàn)[11]。天津空氣PM10日變化高峰出現(xiàn)在08：00和19：00，低谷出現(xiàn)在14：00和 01：00[12]。英國(guó)空氣PM10在07：00—10：00以及19：00—22：00 有2個(gè)高峰，在12：00和17：00相對(duì)穩(wěn)定[13]?？諝忸w粒物濃度呈現(xiàn)出這種日變化規(guī)律是由于人為活動(dòng)對(duì)其影響較大， 上午 07：00—09：00和下午17：00—20：00是上下班高峰期，車(chē)流量不斷增加，導(dǎo)致地面揚(yáng)塵、汽車(chē)尾氣排放量也不斷增加，致使空氣顆粒物質(zhì)量濃度達(dá)到最高。另外，顆粒物的輸送和積累與一天中的氣象條件和大氣穩(wěn)定狀態(tài)有很大關(guān)系，午后光照強(qiáng)、氣溫高、空氣濕度小，空氣對(duì)流加強(qiáng)，易于空氣顆粒物的輸送和擴(kuò)散而使其達(dá)到最低，相反，早晚和夜間低溫、高濕和相對(duì)靜風(fēng)的氣象狀態(tài)不利于空氣顆粒物的擴(kuò)散和輸送，使其聚集增多。endprint

貴陽(yáng)東郊針闊混交林內(nèi)外4種粒徑空氣顆粒物總體日變化趨勢(shì)在4個(gè)季度均近似呈“V”形（夏季粗顆粒物呈波動(dòng)變化，冬季林外粗顆粒物呈“W”形變化），各粒徑顆粒物濃度監(jiān)測(cè)時(shí)段的最大值在春、夏、冬3季的09：00出現(xiàn)，秋季在18：00出現(xiàn)，最小值在春、冬兩季的15：00出現(xiàn)，夏季在14：00和 17：00 出現(xiàn)，秋季在14：00左右出現(xiàn)。不同季節(jié)相比，夏季日變化趨勢(shì)較其他3季平緩，且谷值出現(xiàn)時(shí)間稍有提前，秋季細(xì)顆粒物和林內(nèi)粗顆粒物日變化總體呈上升趨勢(shì)，與其他3季不同，冬季空氣顆粒物濃度水平最高，春、夏、秋空氣顆粒物水平大小排序因粒徑大小、林內(nèi)林外而異。這些變化除了受不同季節(jié)的氣候、監(jiān)測(cè)日風(fēng)速、空氣濕度等因子影響外，可能與監(jiān)測(cè)林山頂正處于建筑施工期有關(guān)。山頂施工造成大量建筑揚(yáng)塵，建筑揚(yáng)塵是空氣顆粒物的主要來(lái)源之一，這可能就是導(dǎo)致春、夏、秋3季空氣顆粒物濃度水平大小不一的關(guān)鍵原因。因此，若從空氣顆粒物角度來(lái)看，市民最好選擇15：00左右作為最佳游憩時(shí)間，而09：00之前到18：00之后外出活動(dòng)應(yīng)注意空氣顆粒物污染情況。

林內(nèi)林外相比較，各粒徑空氣顆粒物變化趨勢(shì)基本一致，除夏季PM1濃度林內(nèi)高于林外外，其他情況均表現(xiàn)成林內(nèi)低于林外，粗顆粒物濃度林內(nèi)林外差異達(dá)到顯著水平，說(shuō)明城市森林對(duì)空氣顆粒物具有明顯的調(diào)控作用。導(dǎo)致以上結(jié)果的原因可能為林外監(jiān)測(cè)點(diǎn)緊挨交通干道，路面揚(yáng)塵、汽車(chē)尾氣等對(duì)粗粒子TSP、PM10上升貢獻(xiàn)較大，PM2.5具有滯留時(shí)間長(zhǎng)、沉降速度慢等特點(diǎn)不容易被監(jiān)測(cè)儀器及時(shí)準(zhǔn)確記錄。這與陳博等對(duì)北京大興區(qū)景觀生態(tài)林內(nèi)外大氣顆粒物質(zhì)量濃度變化特征的研究結(jié)果[14]比較一致。

不同粒徑空氣顆粒物相比，各季節(jié)4種粒徑顆粒物濃度日變化趨勢(shì)比較一致，最大值、最小值出現(xiàn)時(shí)間基本相同，粗顆粒物濃度值顯著高于細(xì)顆粒物，說(shuō)明貴陽(yáng)東郊空氣顆粒物污染源主要來(lái)自TSP、PM10。這與郭二果等的研究結(jié)果[10]有所不同，可能是由于北京風(fēng)沙、霧霾等對(duì)粗顆粒物貢獻(xiàn)很大，而貴陽(yáng)幾乎沒(méi)有風(fēng)沙和霧霾天氣。參照國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3095—2012），林內(nèi)外PM2.5達(dá)到國(guó)家二級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（24 h平均75 μg/m3）的天數(shù)概率分別為65%、63%；林內(nèi)外PM10達(dá)到國(guó)家二級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（24 h平均150 μg/m3）的天數(shù)概率分別為89%、46%?？梢?jiàn)，貴陽(yáng)市東郊空氣質(zhì)量多處于優(yōu)良級(jí)，是適合人類生活居住的城市。

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