傅偉聰, 陳梓茹, 朱志鵬, 吳倩楠, 李　慧, 董建文, 丁國昌

(1.福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院，福建 福州 350002；2.國家林業(yè)局森林公園工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350002)

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福州城郊不同游憩空間大氣顆粒物濃度的變化規(guī)律
——以福建農(nóng)林大學(xué)校園為例

傅偉聰1,2, 陳梓茹1, 朱志鵬1, 吳倩楠1, 李慧1, 董建文1,2, 丁國昌1,2

(1.福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院，福建 福州 350002；2.國家林業(yè)局森林公園工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350002)

摘要:為合理評價城郊游憩地改善生態(tài)環(huán)境功能，提高規(guī)劃合理性，對5類16個游憩監(jiān)測點進行大氣顆粒物濃度、氣象因子4季監(jiān)測，分析同一環(huán)境不同類型游憩地大氣顆粒物濃度變化規(guī)律及特征.結(jié)果表明：(1)大氣顆粒物濃度整體表現(xiàn)為夏季低，冬季高，春、秋季不同粒徑大氣顆粒物濃度變化介于夏季與冬季之間；(2)不同類型游憩地立地條件對各粒徑大氣顆粒物濃度有較大影響，且隨季節(jié)變化各粒徑大氣顆粒物濃度變化規(guī)律有所不同；(3)影響大氣顆粒物的環(huán)境因子有風速、氣壓、濕度、溫度等；(4)不同立地條件對大氣顆粒物、溫度、濕度、風速等有顯著影響，改善立地條件，對降低大氣顆粒物濃度，提高環(huán)境功能有積極作用.

關(guān)鍵詞:福州; 城郊游憩地; 大氣顆粒物; 氣象因子; 立地條件

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，美麗城鎮(zhèn)建設(shè)進程的加快，人們生活質(zhì)量得到普遍提高，健康層面上的消費受到市民的普遍關(guān)注.以生態(tài)保健為目的的健康出行已成為旅游業(yè)的重要組成部分和發(fā)展趨勢.由于交通便利、環(huán)境優(yōu)美，城郊型森林公園、城周大學(xué)校區(qū)、城郊鄉(xiāng)村等城郊游憩地逐漸成為廣大市民出行的目的地[1-3].空氣質(zhì)量的好壞是評價游憩地好壞的標準之一，而大氣顆粒物是我國大中城市空氣首要污染物，大氣顆粒物濃度的大小在一定程度上決定了游憩地質(zhì)量的高低.

目前對游憩地大氣顆粒物的研究主要集中在不同林分滯塵作用[4]、植物配置對降塵效果的影響[5-8]、距離污染源不同距離綠地的滯塵效果[9-10]等，城郊游憩地應(yīng)如何規(guī)劃，哪個季節(jié)、哪個時間段、哪類游憩地最適合進行活動是一個值得探討的問題.福州地處東南沿海，經(jīng)濟發(fā)展迅速，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化造成大氣顆粒物濃度增高，加之地處盆地近地層受逆溫等特殊天氣條件的影響，城市空氣污染加重，進行相關(guān)研究具有重要意義[11].關(guān)于福州大氣顆粒物的相關(guān)研究，主要以大氣顆粒物濃度日變化居多，針對不同類型游憩地季節(jié)變化鮮少報道.筆者以福建農(nóng)林大學(xué)校園為研究對象，選擇草坪休憩地、廣場、水畔休憩地、游憩林地、樓間綠地5類16個典型代表進行4季監(jiān)測，進行不同粒徑大氣顆粒物、氣象因子監(jiān)測，包括總懸浮顆粒物(total suspended particulate, TSP,d≤100 μm)、可吸入顆粒物(particulate matter 10, PM10,d≤10 μm)、可吸入肺細顆粒物(particulate matter 2.5, PM2.5,d≤2.5 μm)、超細顆粒物(particulate matter 1.0, PM1.0,d≤1.0 μm)、風速、氣壓、濕球指數(shù)、熱力指數(shù)、溫度、濕度等，探討不同類型游憩地、不同時間段、不同綠地環(huán)境與大氣顆粒物濃度的關(guān)系，為城郊游憩地規(guī)劃設(shè)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并可豐富福州空氣質(zhì)量研究的相關(guān)背景，為福州及我國校園規(guī)劃和建設(shè)、市民出行提供一定的指導(dǎo)作用.

1材料與方法

1.1研究地概況

研究地點均設(shè)在福建農(nóng)林大學(xué)校園(東經(jīng)119°23′，北緯26°08′)內(nèi)，環(huán)境條件相似.校園屬海洋性亞熱帶季風氣候，年均溫度16～20 ℃，年均日照數(shù)1 700～1 980 h，年降水量900～2 100 mm，全年冬短夏長，氣候溫暖濕潤，年平均日照1 700～1 980 h，最冷月1～2月份的平均氣溫6～10 ℃，極端最低溫-1.2 ℃，最熱月7～8月份的平均氣溫24～29 ℃，極端最高溫42.3 ℃，年相對濕度77%.各類植物168科843屬1 458種[12].城郊典型游憩用地眾多，適合進行不同地形大氣顆粒物濃度變化規(guī)律對比研究，南北環(huán)山，東西兩側(cè)各有閩江、烏龍江環(huán)繞，校園內(nèi)建有蘭花植物園、百竹園、名特優(yōu)植物園、相思林地等典型山林游憩地，觀音湖、濕地公園等水系，拓荒廣場、明德廣場、逸夫廣場、西門入口廣場等廣場，并有眾多樓間綠地、臨道路休憩地等.

1.2研究方法

1.2.1樣地選擇依據(jù)不同游憩地類型，選擇16個監(jiān)測地(表1)進行數(shù)據(jù)監(jiān)測.

表1　監(jiān)測點基本情況

1.2.2指標測定選擇2015年3月(春季)、2015年6月(夏季)、2014年10月(秋季)，2015年1月(冬季)晴朗天進行觀測，觀測時間為7:00～19:00，同一用地每隔2 h觀測1次.用Dustmate粉塵檢測儀測定人體平均呼吸高度1.2～1.5 m處空氣TSP、PM10、PM2.5、PM1.0的濃度，每個觀測點設(shè)3個重復(fù)；同時，使用小氣候監(jiān)測儀監(jiān)測風速、溫度、濕度等；并采用“中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測分析平臺”監(jiān)測福州同一時間段的空氣質(zhì)量，進行對比研究.

1.3數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計、處理及圖表制作采用SPSS 19.0、Excel 2007軟件進行.

2結(jié)果與分析

2.1各監(jiān)測點大氣顆粒物濃度的季節(jié)變化

圖1顯示，大氣顆粒物濃度具有明顯的季節(jié)變化，表現(xiàn)為夏季最低，冬季最高，春、秋季不同粒徑大氣顆粒物的濃度變化區(qū)間介于夏季與冬季之間.進一步觀察大粒徑大氣顆粒物TSP、PM10，濃度從高到低依次為冬季、秋季、春季、夏季；而小粒徑大氣顆粒物PM2.5、PM1.0，濃度則為冬季較高，夏季最低而春、秋季無明顯區(qū)別.大氣顆粒物濃度出現(xiàn)這種季節(jié)變化的原因主要有：(1)冬季降水少，氣候干燥，逆溫層較厚、強度最大、出現(xiàn)頻率最多、持續(xù)時間最長，使污染物難以擴散；(2)北方冬、春季采暖，燃燒后的化石粉塵隨氣流導(dǎo)入的污染物在多云、霧天較多的冬季難以擴散，加重了大氣顆粒物的污染程度；(3)冬、春季溫度較低，植物生理活性減弱，降低大氣顆粒物的能力差.相反，福州夏季有以下特點：(1)溫度高、降雨對大氣顆粒物有一定的清潔作用，且降雨相對集中對大氣污染物有明顯的清潔作用；(2)夏季游憩林地樹木枝葉繁茂，生理活性強，減塵效果明顯；(3)夏季正處于學(xué)校放假，師生人數(shù)較少，也是影響大氣顆粒物濃度的原因.福州秋季雨水較少，氣候干燥(2014年9～10月的平均濕度為67%，最低日均49%，最高日均80%)，而且降雨相對較少，減少了對大氣顆粒物的清潔作用.福州春季雖雨水較多，氣候相對濕潤，樹木生理活性也最強，但由于低溫(2015年3月的平均溫度14 ℃，最高溫度23 ℃，最低溫度-1 ℃)不易于大氣顆粒物的擴散，導(dǎo)致春季各粒徑大氣顆粒物濃度也處于較高水平.

2.2不同類型游憩地空氣大氣顆粒物濃度對比

根據(jù)地勢地形、植被水體及構(gòu)筑物等不同因素，將16個監(jiān)測點分為5種游憩地類型：草坪休憩地(S5、S11、S13)、廣場(S1、S6、S10、S12、S15)、水畔休憩地(S7、S8、S9)、游憩林地(S2、S3、S4)、樓間綠地(S14、S16).

不同游憩地類型大氣顆粒物濃度之間存在差異，且隨季節(jié)變化而有所不同.使用SPSS 19.0軟件對其中兩因素隨機區(qū)組方差分析后發(fā)現(xiàn)，游憩地類型對4種粒徑大氣顆粒物濃度的影響差異顯著(P<0.05)，證明不同類型游憩地對各粒徑大氣顆粒物的濃度有較大影響.春季，從大粒徑大氣顆粒物濃度來看，僅有游憩林地的TSP濃度及游憩林地、草坪休憩地的PM10濃度相對較低，其他類型游憩地差異不大(表2)；從小粒徑顆粒物來看，水畔休憩地、樓間綠地濃度的均值大于其他3種類型游憩地，可能與高濕度、地形條件有關(guān).夏季，不同類型游憩地的大氣顆粒物濃度均低于Ⅰ級標準[13]，且各類型游憩地間的差異不顯著，表明夏季福建農(nóng)林大學(xué)校園全園可游.秋季，園內(nèi)各游憩地類型的PM2.5濃度均低于Ⅰ級標準，而PM10濃度處于一級與二級之間，表明秋季各游憩地的適游性較高；進一步分析可知，游憩林地、草坪休憩地、水畔休憩地的大氣顆粒物濃度整體低于廣場、樓間綠地，以TSP表現(xiàn)得最為明顯，可能與綠化植物降塵、除塵相關(guān).冬季，為一年中大氣顆粒物濃度最高的季節(jié)，各粒徑大氣顆粒物濃度皆處于Ⅰ級與Ⅱ級之間，從大粒徑大氣顆粒物濃度對比來看，空曠地類型游憩地要明顯大于山林游憩地，而從小粒徑大氣顆粒物濃度對比來看，空曠地類型游憩地明顯低于封閉性較高的游憩地，這與封閉性高低、空氣是否易于擴散有關(guān)，而水畔休憩地小粒徑大氣顆粒物的濃度較高，應(yīng)與其濕度大有關(guān).

2.3四季不同類型游憩地大氣顆粒物濃度對比

不同粒徑大氣顆粒物的季節(jié)變化也有明顯差異(表3)，冬季的PM10、PM1.0濃度占比最高，與其他城市污染物擴散、降雨量低、空氣干燥有關(guān)；春季的PM2.5濃度占比最高，與其高濕度有密切關(guān)系.此外，福州秋季的多云和逆溫天氣可能更容易使小粒徑顆粒物集聚增多，而春季降雨對大粒徑顆粒物的沖刷作用顯著，促使小粒徑顆粒物濃度及其所占比例在春、秋季降低，而在冬、夏季因高溫大粒徑大氣顆粒物增高.夏季的大氣顆粒物濃度最低，由于夏季持續(xù)高溫、高濕致使其PM1.0濃度占比較大.從不同游憩地類型看，廣場、草坪休憩地、水畔休憩地、樓間綠地各粒徑大氣顆粒物濃度占比的變化規(guī)律并不明顯，可能與其立地條件較為復(fù)雜有關(guān)；游憩林地PM10濃度的占比大于其他類型游憩地，而在其PM10濃度略低于其他類型游憩地的情況下，與林地降低TSP濃度效果高相關(guān).秋、冬季游憩林地PM10、PM2.5、PM1.0濃度的占比較春、夏季高，與樹木生理活性減弱有關(guān).

2.4氣象因子與大氣顆粒物濃度的相關(guān)性

大氣顆粒物濃度的大小除與顆粒物本身的性質(zhì)、地形的影響有關(guān)外，還受到氣象因子等環(huán)境因素的影響.本試驗對大氣顆粒物濃度、氣象因子(包括即時風速、最大風速、平均風速、溫度、風寒指數(shù)、相對濕度、熱力指數(shù)、露點溫度、濕球溫度)進行相關(guān)性分析.結(jié)果(表4)表明，在所測的環(huán)境因子中，影響大氣顆粒物的環(huán)境因子有最大風速、平均風速、氣壓、濕球指數(shù)、熱力指數(shù)、濕度、溫度.其中，相對濕度、熱力指數(shù)、氣壓對空氣中不同粒徑顆粒物的影響較大，均呈顯著或極顯著正相關(guān).熱力指數(shù)除對TSP濃度影響較大外，對各粒徑大氣顆粒物濃度影響較小，而隨著氣壓、濕度的提高各粒徑大氣顆粒物濃度呈顯著上升趨勢.最大風速、平均風速、濕球指數(shù)、溫度與大氣顆粒物濃度呈顯著或極顯著負相關(guān)，風速僅與大粒徑大氣顆粒物濃度相關(guān)，而濕球指數(shù)、溫度與各粒徑大氣顆粒物濃度呈極顯著負相關(guān).

表4　氣象因子與大氣顆粒物濃度的相關(guān)性

2.5與福州市國控監(jiān)測點主要大氣顆粒物濃度的對比

福州市共設(shè)置6個國控監(jiān)測點：五四北路、紫陽、師大、楊橋西路、快安、鼓山(圖2).從監(jiān)測點設(shè)置情況來看，二環(huán)內(nèi)有3個，二環(huán)與三環(huán)之間2個，三環(huán)外1個，大氣顆粒物濃度監(jiān)測指標為PM10、PM2.5，總體上較好地反映出福州大氣顆粒物濃度的整體水平.福州市國控監(jiān)測點的PM10、PM2.5濃度與本試驗所監(jiān)測的城郊游憩地(福建農(nóng)林大學(xué)校園)進行對比發(fā)現(xiàn)：春季兩者并無明顯差別；夏季城郊游憩地大氣顆粒物濃度略低于國控監(jiān)測點水平；秋、冬季則表現(xiàn)出城郊游憩地的PM10濃度明顯大于國控監(jiān)測點數(shù)值，而PM2.5濃度則無明顯差別(圖3).原因為：夏季外來大氣顆粒物影響因素較低，而因為城郊所處環(huán)境綠化面積較大，呈現(xiàn)出城郊低于整體水平；秋、冬季因北方采暖的粉塵隨氣流導(dǎo)入，而福州四周環(huán)山，氣流多從閩江、烏龍江導(dǎo)入，導(dǎo)致城郊游憩地大氣顆粒物濃度略高于福州整體水平.

3討論

本試驗結(jié)果表明：福建農(nóng)林大學(xué)校園各類游憩地大氣顆粒物濃度均處于國家Ⅰ級或Ⅱ級排放標準，空氣質(zhì)量良好，同前人的研究結(jié)果[14-17]基本一致；福州空氣質(zhì)量季節(jié)性變化明顯，冬、春季污染較嚴重，夏、秋季空氣質(zhì)量較好.與各大城市大氣顆粒物濃度[18-23]比較，福州生態(tài)環(huán)境良好，長期對環(huán)保的投入取得了較為顯著的效果.相關(guān)游憩地的建設(shè)改善了市民的生活環(huán)境，提高了市民的生活質(zhì)量.在本試驗對大氣顆粒物季節(jié)變化規(guī)律研究的基礎(chǔ)上，將進一步在福州較大范圍游憩地開展不同月份大氣顆粒物濃度變化規(guī)律的研究，對改善福州空氣生態(tài)的園林景觀規(guī)劃和建設(shè)提供一定的指導(dǎo)作用.相對濕度、熱力指數(shù)、氣壓對空氣中不同粒徑顆粒物的影響較大，均呈顯著或極顯著正相關(guān).鄧利群等[24]研究表明，濕度超過一定閾值，會導(dǎo)致大氣顆粒物濃度的增加，加之高溫條件致使小粒徑顆粒物濃度明顯升高.前人[25-26]研究表明，一定范圍內(nèi)大氣顆粒物濃度與溫度、風速呈負相關(guān)，與相對濕度呈正相關(guān)，本試驗結(jié)果與其基本一致，但風速對小粒徑大氣顆粒物濃度的影響不顯著.柯馨姝等[27]研究表明，溫度升高對大氣垂直對流有加劇作用，有利于大氣擴散，因而一般與氣溶膠(大氣顆粒物)濃度呈負相關(guān).

本試驗結(jié)果顯示，總體上，福州典型城郊游憩地大氣顆粒物濃度春、冬季高，夏、秋季低，影響大氣顆粒物濃度的主要因素有立地條件、人群活動、機動車輛尾氣、揚塵等，此結(jié)果與余曼等[28]的“不同綠化樹種的滯塵效應(yīng)差異較大”研究結(jié)果較為相近.對比福州市國控監(jiān)測點數(shù)據(jù)，夏季城郊游憩地大氣顆粒物濃度明顯低于國控監(jiān)測點數(shù)據(jù)，秋、冬季則國控監(jiān)測點數(shù)值略低.結(jié)合此次監(jiān)測結(jié)果表明：不同氣象因子對大氣顆粒物濃度的影響不同；同一氣象因子與不同粒徑大氣顆粒物濃度的關(guān)系亦存在差異.針對部分立地條件特殊容易積聚大氣顆粒物的游憩地，可適當開闊其空間，增加對流以降低大氣顆粒物濃度；游憩林內(nèi)的部分地點可適當降低郁閉度以降低濕度，達到降低大氣顆粒物濃度的作用；淮安半島為閩江、烏龍江通往市區(qū)的分流處，風口地帶應(yīng)適當提高立體綠化程度，降低秋、冬季北方取暖產(chǎn)生的粉塵對城郊游憩地及市區(qū)的影響.整體而言，城郊游憩地森林覆蓋率高于市區(qū)，大氣顆粒物濃度較低，提高游憩地森林覆蓋率有助于降低其大氣顆粒物濃度.

為改善城郊游憩地生態(tài)環(huán)境的功能，規(guī)劃設(shè)計人員應(yīng)盡量提高建設(shè)合理性：(1)主干道等大氣顆粒物產(chǎn)生及容易聚集的地方應(yīng)該控制游憩設(shè)施建設(shè)，減少在此類地點設(shè)置封閉空間、半開敞空間；(2)適當提高游憩林地植物層次，合理進行植物配置；(3)改善建筑環(huán)境特征，提高建筑立面綠化率，隔離污染源；(4)營造通風線路，適當引導(dǎo)人流、車流的方向，促使車輛產(chǎn)生的大氣顆粒物較好地擴散.

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(責任編輯:施曉棠)

收稿日期：2015-11-01修回日期：2016-01-29

基金項目:林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201404301、201404315)；國家林業(yè)局森林公園工程技術(shù)研究中心開放課題(PTJH1500207).

作者簡介:傅偉聰(1989-),男,博士研究生.研究方向：風景園林學(xué)、森林公園規(guī)劃設(shè)計.Email：112986953@qq.com.通訊作者丁國昌(1972-),男,博士,副教授.研究方向：海綿城市.Email：fjdgc@qq.com.

中圖分類號:S731.2

文獻標識碼:A

文章編號:1671-5470(2016)04-0458-07

DOI:10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2016.04.015

Changing rule of atmospheric particulate matter concentration in Fuzhou different spatial suburb recreational region——Take the campus of Fujian Agriculture and Forestry University for example

FU Weicong1,2, CHEN Ziru1, ZHU Zhipeng1, WU Qiannan1, LI Hui1, DONG Jianwen1,2, Ding Guochang1,2

(1.College of Landscape Architecture, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China; 2.State Forestry Administration National Forest Park Engineering Research Center, Fuzhou, Fujian 350002, China)

Abstract:To evaluate air quality of suburb recreational regions for higher rationality of planning, atmospheric particulate matter concentration (APMC) and meteorological factors from 16 observation stations of 5 types were recorded and interpreted. Result showed that APMC was averagely low in summer and high in winter, those of spring and autumn fluctuated between this range. APMC diameters also changed between summer and winter. Types and conditions of recreational regions had great influence on APMC at different diameters, and the changing rule varied among different seasons. Environmental factors, including maximum and average wind speed, air pressure, wet bulb index, thermal index, humidity and temperature, all affected concentrations and diameters of particulate matter. Furthermore, plant configuration setting posed significant impacts on temperature, humidity, wind speed and atmospheric particulate matter. To summarize, improving site condition plays a pivot role on reducing APMC and should be under prudent consideration when urban planning.

Key words:Fuzhou; suburb recreational region; atmospheric particulate matter; meteorological factor; site condition