王 茜 王 成 任彬彬 許 超 郭珺琪 張中霞

（1北京市園林科學(xué)研究院，北京 100102；2中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，國家林業(yè)局森林培育重點實驗室，北京 100091；3國家林業(yè)局城市森林研究中心，北京 100091；4河北省邢臺市內(nèi)丘縣林業(yè)局，河北邢臺 054200）

隨著我國城市的快速發(fā)展和城市規(guī)模的擴大，城市環(huán)境污染不斷加劇，空氣顆粒物已成為許多城市的首要污染物［1-2］。森林植物是凈化環(huán)境的主體，有研究表明，森林植物對于滯塵具有很好的作用：一方面，葉片表面特性和本身的濕潤性對顆粒物有吸附或附著作用，而且經(jīng)過雨水的沖刷會重新滯塵；另一方面，茂密的林冠層能有效降低風(fēng)速，顆粒物隨風(fēng)的攜帶作用下沉到植物葉表或飄落地面，從而起到滯塵效應(yīng)［3-4］。毛竹以其組織空間性、觀賞性、生態(tài)性和環(huán)保性在景觀園林中得到廣泛的應(yīng)用。目前對于毛竹的研究主要集中在栽培技術(shù)、景觀功能等［5-7］，對于其林內(nèi)和林緣春季空氣顆粒物日變化規(guī)律研究未見報道。本文以竹林內(nèi)外為研究對象，分析了其生長季節(jié)空氣顆粒物日變化的規(guī)律，旨在為毛竹游憩林的合理利用提供理論依據(jù)。

1 概況

福州旗山森林公園，面積859.3hm2。公園內(nèi)無霜期約326d，年均氣溫16～20℃，年均日照數(shù)為1700～1980h，年降水量900～2100mm，年相對濕度約77%，海拔700m左右。森林公園內(nèi)植物種類繁多，植物覆蓋率95%以上，其中毛竹林地面積4.3hm2，密度為5356株/hm2。

2 研究方法

2.1 樣地選擇樣地選在位于旗山森林公園海拔715m高處的毛竹純林，主要以2～3度竹為主，竹高8～13m，胸徑11～25cm，郁閉度0.95。地被覆蓋以白楠木、野山茶等為主，植物群落調(diào)查方法參照《生態(tài)學(xué)試驗與實習(xí)》［8］。在毛竹林內(nèi)設(shè)置6個重復(fù)，每個重復(fù)相隔5m，呈“品”字形排列；距離毛竹1m、3m、5m遠處的水泥步道作為林緣對照點。

2.2 指標測定和數(shù)據(jù)處理2017年4月選擇晴朗無風(fēng)的天氣10d，采用英國儀器制造公司生產(chǎn)的Dustmate煙塵檢測儀測定人體1.5m處呼吸高度空氣顆粒物濃度，林內(nèi)與林緣每個時刻每個監(jiān)測點重復(fù)觀測3次，同時用小氣候監(jiān)測儀監(jiān)測小氣候因子等常規(guī)氣象數(shù)據(jù)。每天7∶00至次日5∶00每隔2h觀測1次。春季毛竹林內(nèi)和林緣日變化取10d觀測的平均值。

所有數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS19.0和EXCEL2003分析軟件進行統(tǒng)計分析和圖表的制作。

3 結(jié)果與分析

3.1 4種粒徑顆粒物濃度總體日變化由表1可知：TSP與PM10濃度林內(nèi)外差異較大，而PM2.5和PM1.0濃度差異較小。用單因素方差分析（LSD多重比較法）結(jié)果表明，林內(nèi)外TSP濃度在7∶00、9∶00、19∶00時差異顯著（P＜0.05）；PM10濃度在9∶00、11∶00、17∶00時差異顯著（P＜0.05）。4種粒徑顆粒物濃度日變化趨勢相似，2個高峰期分別出現(xiàn)在：11∶00～13∶00、17∶00～19∶00；2個低谷期分別出現(xiàn)在：7∶00～9∶00、15∶00～17∶00。上午時段隨著太陽輻射的加強，氣溫升高，空氣相對濕度逐漸降低，此段時間風(fēng)速也加大，空氣對流和亂流作用明顯加強，使得空氣顆粒物濃度較低。下午13：00左右，氣溫達到最高，空氣相對濕度較小，且基本處于靜風(fēng)狀態(tài)，這種氣象條件使得顆粒物處于凝結(jié)狀態(tài)不易于擴散，使得顆粒物濃度達到高峰。傍晚17∶00左右由于山上冷暖空氣交換，水汽凝結(jié)成小水滴，很多小水滴懸浮在近地面形成霧，使林內(nèi)外濕度增大，這種氣粒轉(zhuǎn)化過程是空氣顆粒物的重要來源。

表1 4種粒徑顆粒物濃度日變化

3.2 4種粒徑顆粒物日變化差異對于毛竹林內(nèi)和林緣，4種不同粒徑空氣顆粒物日變化趨勢均是“W”型，且顆粒物濃度上午低于下午，夜間低于白天。用單因素方差分析結(jié)果表明，13∶00與9∶00、15∶00等時段總體TSP濃度對林內(nèi)差異均顯著（P＜0.05）；13∶00與7∶00、19∶00等時段PM10濃度對林緣差異均顯著（P＜0.05）。林內(nèi)外4種粒徑顆粒物濃度具體日變化趨勢：7∶00～9∶00經(jīng)歷第1個低谷之后顆粒物濃度開始直線上升，至13∶00達到第1個高峰（林緣PM2.5提前至11∶00），之后緩慢下降，15∶00左右出現(xiàn)全天的第2個低谷（林緣TSP推遲至17∶00），隨后至17∶00（林內(nèi)PM2.5和林內(nèi)PM1.0）或19∶00顆粒物濃度又開始累積，出現(xiàn)第2個高峰。全天各時刻林內(nèi)與林緣不同粒徑顆粒物濃度相比，TSP濃度在9：00時差異最大，其值林緣比林內(nèi)高45%，15∶00時差異最小，其值林緣比林內(nèi)高1.3%；PM10濃度在9∶00時差異最大，其值林緣比林內(nèi)高31%，15∶00時差異最小，此時林內(nèi)比林緣高5.8%；而PM2.5和PM1.0濃度同樣在15∶00時差異最大，PM2.5濃度林緣比林內(nèi)高6%，PM1.0濃度林緣比林內(nèi)高10%；PM2.5濃度在13∶00時差異最小，林內(nèi)外差值為0.3%；PM1.0濃度在7∶00時差異最小，差值為0.2%。

3.3 不同粒徑顆粒物與小氣候之間的相關(guān)性通過對竹林內(nèi)外顆粒物濃度和氣象要素的分析，研究空氣顆粒物與主要氣象要素（如溫度、濕度、風(fēng)速、光照）之間的相關(guān)性［9-10］。

表2 4種不同粒徑空氣顆粒物與小氣候之間的相關(guān)性分析

續(xù)表2 4種不同粒徑空氣顆粒物與小氣候之間的相關(guān)性分析

由表2可知，空氣顆粒物濃度與溫度、濕度、光照均呈正相關(guān)，與風(fēng)速呈負相關(guān)，且林緣的顆粒物濃度與風(fēng)速呈顯著負相關(guān)。各粒徑顆粒物與氣候因子的相關(guān)性大小排序為：平均風(fēng)速最大，溫度和相對濕度次之，光照最?。志壒庹眨鞠鄬穸龋Ｕf明春季竹林內(nèi)外顆粒物濃度隨著溫度和相對濕度以及光照的增強而增加，卻隨著風(fēng)速的增大而減小。這是因為排放到大氣中的污染物在風(fēng)的作用下會被傳輸?shù)狡渌貐^(qū)，風(fēng)速越大，單位時間內(nèi)污染物被傳送的距離越遠，污染物濃度隨之越低［11］（毛竹林周圍主要是濕地松、福建柏、柳杉等植物林帶，沒有工廠等明顯污染源的存在），另一方面在維持弱氣壓場、風(fēng)力較小的不理想擴散的氣象條件時，僅有濕度而很少降水，相對濕度增大使得顆粒物容易堆積，導(dǎo)致顆粒物污染［12-13］。試驗結(jié)果表明：可吸入顆粒物濃度與溫度呈正相關(guān)。這可能與春季福州出現(xiàn)逆溫［14］，大氣對流運動較弱，顆粒物難以得到轉(zhuǎn)移擴散等因素有關(guān)。

從各個氣候因子與不同粒徑顆粒物的相關(guān)性（林內(nèi)與林緣均值）來看：隨著粒徑的減小（除了PM1.0），溫度與其相關(guān)性變??；而相對濕度、平均風(fēng)速和光照，則隨著粒徑的減小相關(guān)性變大。且溫度和光照與PM1.0的相關(guān)性最大。說明小粒徑顆粒物濃度比較敏感，受環(huán)境影響較大。

由表3可知，用最小2乘法求直線回歸方程，得到4種粒徑顆粒物濃度與林緣風(fēng)速之間的關(guān)系式。由判定系數(shù)值R2和相關(guān)系數(shù)R值可以看出，兩者之間關(guān)系密切，有很強的線性相關(guān)性。

表3 林緣4種不同粒徑空氣顆粒物與風(fēng)速回歸關(guān)系分析

4 結(jié)論與討論

（1）毛竹林內(nèi)和林緣空氣顆粒物日變化曲線均呈“2峰2谷”型，只是林緣出現(xiàn)波峰和波谷時間有所提前或滯后。2個高峰期分別出現(xiàn)在中午和傍晚時間段；2個低谷期分別出現(xiàn)在早晨和下午時間段。空氣顆粒物濃度的這種日變化規(guī)律與大氣穩(wěn)定狀態(tài)和氣象條件的變化有直接關(guān)系。

（2）不同粒徑顆粒物日變化趨勢基本相似，對于林內(nèi)和林緣，細顆粒物對周圍環(huán)境比較敏感，早晨7∶00前后林內(nèi)與林緣提前達到最低值，下午17∶00（林內(nèi)PM2.5和林內(nèi)PM1.0）又提前達到第2個高峰，之后顆粒物濃度開始緩慢降低。

（3）顆粒物濃度的變化主要受人類活動和氣象條件的雙重影響。本究發(fā)現(xiàn)高溫、高濕、相對靜風(fēng)狀態(tài)空氣顆粒物濃度增加。有學(xué)者對北京、西安、包頭［15-17］的研究卻發(fā)現(xiàn)，溫度越低顆粒物濃度反而越高。這可能與南北方的氣候差異有關(guān)，南方的逆溫現(xiàn)象和北方冷空氣的冷凝作用造成這一差異的產(chǎn)生，今后應(yīng)在前人研究的基礎(chǔ)之上就氣象條件對空氣顆粒物濃度的影響機理作更加細致深入的研究。