王 茜，王 成，張中霞，許 超，郭珺琪

（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）

隨著工業(yè)城市的發(fā)展，帶來一系列環(huán)境問題嚴(yán)重威脅到居民的生活質(zhì)量。這其中大氣環(huán)境、溫室效應(yīng)等氣候特征的變化影響著我們?nèi)粘Ｉ頪1]?？諝忸w粒物懸浮在空氣中降低能見度，影響氣候變化，是大氣環(huán)境污染的重要組成，成分復(fù)雜、來源多樣，又稱氣溶膠，其以固態(tài)、液態(tài)形式的顆粒狀物質(zhì)分散在大氣當(dāng)中[2-3]。國內(nèi)外學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，顆粒物可以吸附多環(huán)芳烴和重金屬等對人體有危害的物質(zhì)，具有很強(qiáng)的吸附能力，從而影響植物光合作用及生長，影響動物正常生理活動，影響人類身體健康[4]。人體的一些慢性健康問題的出現(xiàn)與大氣顆粒物的影響有直接關(guān)系，而PM10、PM2.5等細(xì)顆粒物在大氣中留存時間長，危害更嚴(yán)重，吸入肺以后可以引發(fā)呼吸道疾病，甚至可能導(dǎo)致心臟病發(fā)作和提高人體肺部癌變的風(fēng)險[5]。同時，顆粒物還能通過吸收太陽光的散射和發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)等方式，降低環(huán)境空氣質(zhì)量，影響都市生態(tài)環(huán)境。本研究以福建柏林為研究對象，對其林內(nèi)外秋季顆粒物日變化進(jìn)行了分析，以期為林業(yè)資源管理、開發(fā)建設(shè)提供參考。

1 研究區(qū)概況和研究方法

位于閩侯東南方向的旗山森林公園，面積約900hm2，地理位置為東經(jīng) 107°24'，北緯 24°12'。年均氣溫為 18～22℃，年均日照時數(shù)約為 1800～2180h，年降水量約為920～2220mm，年相對濕度約為77%，海拔750m左右。福建柏林地面積約4.5hm2，密度為5921 株/hm2。

1.1 樣地選擇

樣地位于旗山森林公園海拔730m高處的福建柏林，平均樹齡25～30年，樹高8～13m，胸徑11～25cm，郁閉度0.92。地被覆蓋以白楠木、白蘭、野草莓等為主，在福建柏林內(nèi)設(shè)置10個重復(fù)，重復(fù)與重復(fù)間隔5m；距離福建柏3m、5m、7m遠(yuǎn)處的柏油鋪裝路作為林緣對照點。

1.2 測量指標(biāo)的方法

2017年10月中旬選擇10天無陰雨天氣，用美國產(chǎn)的顆粒物檢測儀，測定高度1.2～1.5m處4種粒徑空氣顆粒物濃度，每次3個重復(fù)，并同步檢測其他森林環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)。從7:00-19:00間隔兩個小時觀測一次。春季福建柏林內(nèi)外日變化取10天觀測的平均值。

數(shù)據(jù)使用EXCEL2003和SPSS16.0分析軟件進(jìn)行圖標(biāo)的制作和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 空氣顆粒物的總體日變化

從福建柏林內(nèi)外顆粒物日變化水平來看，林內(nèi)外差異不大，用單因素方差分析（LSD多重比較法）結(jié)果表明，林內(nèi)外在17:00或（19:00）4種粒徑空氣顆粒物濃度差異顯著（P〈0.05）。林內(nèi)外四種粒徑顆粒物濃度的日變化趨勢相似，均呈“V”型，只是TSP和PM10濃度的低谷期較林緣提前。林內(nèi)外均在7:00出現(xiàn)全天的第1個高峰、林內(nèi)在19:00而林外在17:00(TSP、PM10、PM2.5)或者 19:00（PM1.0）出現(xiàn)全天的第2個高峰；林內(nèi)外均在11:00-13：00出現(xiàn)低谷。出現(xiàn)這種高峰和低谷值的原因可能是：白天風(fēng)速大且氣溫快速升高，特別是7:00-11:00時風(fēng)速突然變大，而濕度卻減小，空氣對流活動加強(qiáng)，這種天氣條件對顆粒物的擴(kuò)散十分有利，使?jié)舛茸畹?。傍?7:00-19:00是游客集中返程的時間段，人流量和車流量都明顯增加，人為活動和汽車尾氣排放產(chǎn)生的空氣污染被輸送到福建柏林內(nèi)，導(dǎo)致其顆粒物濃度瞬間增大；同時附近居民準(zhǔn)備晚餐排放的炊煙也會為空氣顆粒物濃度做較大貢獻(xiàn)[6]。從空氣顆粒物總體日變化規(guī)律分析來看，春季福建柏林內(nèi)外上午最適合進(jìn)行游憩活動，考慮到空氣顆粒物污染的集中時間段，傍晚外出活動對人體健康較為不利。

2.2 各種粒徑空氣顆粒物日變化差異

圖2 林內(nèi)外不同粒徑顆粒物濃度日變化

表1 4種不同粒徑空氣顆粒物與小氣候之間的相關(guān)性分析

對于福建柏林內(nèi)外，13:00和19:00是TSP的兩個峰值出現(xiàn)的時間，而 9:00（林內(nèi)外）和15:00（林內(nèi)）或17:00（林外）是兩個低谷值出現(xiàn)的時間，PM10與TSP的相比的差異是林外的低谷值從9:00提前到7:00。13:00和19:00是林內(nèi)外PM2.5的兩個峰值出現(xiàn)的時間；9:00和15:00是其兩個低谷值出現(xiàn)的時間。而PM1.0相對PM2.5上午的低谷值（林內(nèi)外）均由9:00提前2h，同樣林外的第2個高峰值由19:00提前2h。說明細(xì)顆粒物對周圍環(huán)境比較敏感，早晨林內(nèi)外提前達(dá)到最低值，下午17:00（林外）又提前達(dá)到第2個高峰。

2.3 不同粒徑顆粒物與小氣候之間的相關(guān)性分析

從表1的數(shù)據(jù)得出，空氣溫度與光照強(qiáng)度均與空氣顆粒物濃度呈正相關(guān)，而相對濕度、平均風(fēng)速與其呈負(fù)相關(guān)，且林外的顆粒物濃度與風(fēng)速呈顯著負(fù)相關(guān)，與相對濕度呈極顯著負(fù)相關(guān)。4種粒徑顆粒物與小氣候因子的相關(guān)性大小排序：平均風(fēng)速〉空氣溫度〉相對濕度〉光照強(qiáng)度（林外光照強(qiáng)度〉相對濕度）。這是因為空氣湍流運(yùn)動對污染物的擴(kuò)散起決定作用，而湍流的混合狀況又是風(fēng)日變化差異的又一主要因素，在風(fēng)的作用下污染物被輸送到遠(yuǎn)處，且風(fēng)速與被傳送的距離呈正相關(guān)[7]。另一方面在維持弱氣壓場、風(fēng)力較小的不理想擴(kuò)散的氣象條件時，相對濕度可以對顆粒物有洗刷作用，稀釋了空氣中的顆粒物濃度[8-9]。溫度主要對大氣垂直對流產(chǎn)生影響，溫度越高，越有利于顆粒物的擴(kuò)散，但也有一定的闕值。這與有些學(xué)者對北京地區(qū)的觀測結(jié)果相反[10]。究其原因，秋季福州出現(xiàn)逆溫[11-12,9]，大氣對流運(yùn)動較弱，顆粒物難以得到轉(zhuǎn)移擴(kuò)散，加重污染。從小氣候因子與4種不同粒徑顆粒物的相關(guān)性分析來看：隨著粒徑的減?。ǔ薖M1.0），溫度與其相關(guān)性變?。欢鄬穸?、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，這與郭二果2009年對北京西山的研究結(jié)論一致[13]。

3 結(jié)論與討論

（1）從福建柏林內(nèi)外顆粒物日變化水平來看，林內(nèi)外差異不大，林內(nèi)外在17:00或（19:00）四種粒徑空氣顆粒物濃度差異顯著（P〈0.05）。林內(nèi)外四種粒徑顆粒物濃度變化相似，變化曲線均呈“V”型，只是TSP和PM10濃度的低谷期較林緣提前。林內(nèi)外均在7:00出現(xiàn)全天的第1個高峰、林內(nèi)在19:00而林外在17:00(TSP、PM10、PM2.5)或者 19:00（PM1.0）出現(xiàn)全天的第2個高峰；林內(nèi)外均在11:00-13：00出現(xiàn)全天的低谷。

（2）4種不同粒徑空氣顆粒物日變化趨勢大體相似，13:00和19:00是TSP的兩個峰值出現(xiàn)的時間，而 9:00（林內(nèi)外）和15:00（林內(nèi)）或 17:00（林外）是兩個低谷值出現(xiàn)的時間，PM10與TSP的相比的差異是林外的低谷值從9:00提前到7:00。13:00和19:00是林內(nèi)外PM2.5的兩個峰值出現(xiàn)的時間；9:00和15:00是其兩個低谷值出現(xiàn)的時間。

（3）天氣條件對顆粒物濃度的影響機(jī)理比較復(fù)雜，本研究發(fā)現(xiàn)高溫、低濕、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[13-15]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。今后還應(yīng)就其他環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)對其的影響機(jī)理作更加深入的研究。

（4）福州森林公園受城市污染環(huán)境的影響較小，反映的是良好森林環(huán)境條件下的變化特點；而有些學(xué)者對市區(qū)森林公園的研究對象特點是城市環(huán)抱公園，受城市大氣污染的影響較嚴(yán)重，城市污染空氣的輸送對林內(nèi)顆粒物濃度的影響較大。從這兩種環(huán)境背景下的森林公園的差異研究可以看出，森林在不同環(huán)境條件影響下，其滯塵效果會有差異。在條件比較復(fù)雜和顆粒物濃度較高的城市污染背景下森林的滯塵能力明顯下降。其他學(xué)者在上海、重慶、廣州的研究也發(fā)現(xiàn)7:00-9:00和19:00-21:00是顆粒物濃度的高峰期[16]，說明在同一個季節(jié)，但地點、氣象條件、研究背景等的不同，顆粒物濃度出現(xiàn)高峰或低谷的時間也不一致。