路 瑞, 李婉欣, 宋 穎, 謝錚勝, 李彥鵬,2*

1.長安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 陜西 西安 710054 2.長安大學(xué), 旱區(qū)地下水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實驗室, 陜西 西安 710054

西安市不同天氣下可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度變化特征

路 瑞1, 李婉欣1, 宋 穎1, 謝錚勝1, 李彥鵬1,2*

1.長安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 陜西 西安 710054 2.長安大學(xué), 旱區(qū)地下水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實驗室, 陜西 西安 710054

為探明天氣狀況對可培養(yǎng)微生物氣溶膠分布特性的影響，于2014年8月—2015年7月利用Anderson六級空氣微生物采樣器對西安市微生物氣溶膠進(jìn)行采樣，通過培養(yǎng)法檢測分析了可培養(yǎng)細(xì)菌和真菌氣溶膠在1 a的月際與季節(jié)性濃度變化特征，重點(diǎn)研究了不同天氣狀況下氣溶膠的濃度與粒徑分布. 結(jié)果表明：西安市可培養(yǎng)細(xì)菌和真菌氣溶膠月均濃度均在10月最高，分別為(1 004.81±546.14)和(765.54±544.36)CFU/m3. 可培養(yǎng)細(xì)菌和真菌氣溶膠的季節(jié)平均濃度均在夏季最低，分別為(361.96±56.96)和(280.33±74.43)CFU/m3；不同天氣條件下氣溶膠的濃度變化為晴天<雨天<陰云天<霾天. 可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠在晴天、陰云天、雨天和霾天粒徑分布的峰值分別出現(xiàn)在3.3～4.7、4.7～7.0、3.3～4.7、3.3～4.7 μm區(qū)間上，表現(xiàn)為明顯的單峰分布；而可培養(yǎng)真菌氣溶膠的粒徑分布在非霾天則無顯著性差異(P>0.05). 不同天氣狀況下可呼吸微生物氣溶膠均超過總微生物氣溶膠的60%. 各天氣狀況下可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠的幾何中值直徑大于真菌氣溶膠.

天氣; 微生物氣溶膠; 濃度; 粒徑分布; 霾天

Abstract： To quantify the characteristics of culturable bioaerosols in Xi′an City under different weather conditions, microbial aerosols were sampled with an 6-stage Andersen impactor in Xi′an City between August 2014 and July 2015. The plate-culture and colony-counting methods were employed to determine the concentrations and size distributions of culturable airborne bacteria and fungi′s diameters under different weather conditions. The monthly and seasonal variations of culturable bioaerosols were also examined. The results showed that the highest mean concentrations of airborne culturable bacteria and fungi were observed in October, which were (1004.81±546.14) and (765.54±544.36) CFU/m3, respectively. The lowest seasonal average concentrations of culturable bacteria and fungi were observed in summer with (361.96±56.96) and (280.33±74.43) CFU/m3, respectively. The concentrations under different weather conditions decreased in the order of sunny days < raining days < cloudy days < haze days. The highest proportions of airborne culturable bacteria were detected in the size range of 3.3- 4.7, 4.7- 7.0, 3.3- 4.7 and 3.3- 4.7 μm on sunny days, cloudy days, rainy days and hazy days, respectively. The airborne culturable bacteria presented a similar unimodal distribution pattern in particle size under various weather conditions, while non-unimodal distribution for airborne culturable fungi was found in non-hazy days (P>0.05). More than 60% of bculturable bioaerosols were in respirable size range under various weather. The geometric median diameter of airborne bacteria was larger than that of fungi under each weather condition. The present findings could provide basic data to evaluate environmental quality and human health impacts from bioaerosol contamination.

Keywords： weather; bioaerosol; concentration; size distribution; haze days

微生物氣溶膠是一群形體微小、構(gòu)造簡單的單細(xì)胞或接近于單細(xì)胞的生物懸浮于空氣中所形成的膠體體系，粒徑一般為0.1～30 μm，它是重要的空氣污染因子之一. 人類的一切活動均在微生物氣溶膠的包圍之中，其隨時可以被人體吸入，從而可能導(dǎo)致人類的過敏或致病反應(yīng)，尤其可能會對免疫力低下的人群造成嚴(yán)重健康危害[1-3]. 因此，微生物氣溶膠的研究已經(jīng)成為了大氣氣溶膠領(lǐng)域的研究熱點(diǎn). 空氣中微生物來源多樣，受到各種環(huán)境因素和人類活動的多重影響，導(dǎo)致生物氣溶膠中微生物濃度具有明顯的時間和空間變化性. 謝淑敏[4]觀測發(fā)現(xiàn)，京津地區(qū)夏季的微生物氣溶膠濃度要高于冬季. 陳梅玲等[5]監(jiān)測表明，南京市夏季細(xì)菌與真菌的平均濃度均低于春季，而在冬季與秋季，微生物氣溶膠濃度會隨著高度的增加而降低. Borodulin等[6]研究發(fā)現(xiàn)，在西西伯利亞南部地區(qū)不同高度上生物氣溶膠的分布存在一定的季節(jié)性變化規(guī)律.

對于微生物氣溶膠的粒徑分布，不同地區(qū)也存在著顯著的差異. 胡慶軒等[7]研究發(fā)現(xiàn)，北京市城區(qū)存在著大量的細(xì)菌粗粒子，其中大于2.0 μm的細(xì)菌氣溶膠顆粒物的比例甚至可達(dá)83.0%. FANG等[8]在2005年對北京市室外空氣中可培養(yǎng)真菌氣溶膠的調(diào)查后指出，其濃度峰值出現(xiàn)在2.0～3.5 μm上，而在0.65～1.1 μm粒徑范圍內(nèi)的分布比例最低. 青島市空氣中可培養(yǎng)真菌氣溶膠的粒徑分布也具有相似的規(guī)律[9]；此外，Zuraimi等[10]對新加坡室外環(huán)境空氣中的真菌氣溶膠進(jìn)行研究，也發(fā)現(xiàn)其在2.1～3.3 μm粒徑范圍內(nèi)出現(xiàn)峰值.

大量研究已表明氣象因素(風(fēng)、溫度與濕度等)對空氣中微生物的濃度與傳輸有重要影響. 但是已有研究大都聚焦于氣象因素與微生物氣溶膠的相關(guān)關(guān)系上，而且現(xiàn)場采樣多是在晴好天氣下進(jìn)行，缺乏在各種天氣條件下的定量監(jiān)測數(shù)據(jù). 王偉等[11]的最新研究表明，與晴好天氣相比較，特殊天氣下微生物氣溶膠的濃度和粒徑分布存在差異，尤其是在灰霾天氣下可培養(yǎng)微生物的氣溶膠濃度遠(yuǎn)高于非灰霾天時的濃度.

基于以上背景，該研究對西安市空氣中可培養(yǎng)微生物氣溶膠進(jìn)行采樣，分析其濃度及粒徑分布狀況，并著重比較分析不同天氣條件下微生物氣溶膠的分布特征，這對于控制西安市空氣污染、預(yù)防疾病流行以及改善環(huán)境質(zhì)量具有重要意義，以期為評估微生物氣溶膠污染所引起的環(huán)境效應(yīng)和健康效應(yīng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù).

1 材料與方法

1.1 采樣時間與地點(diǎn)

采樣點(diǎn)設(shè)置在西安市長安大學(xué)雁塔校區(qū)環(huán)工學(xué)院樓頂(34.23°N、108.96°E，距離地面27 m)，采樣高度為樓頂上1.5 m處，受人為因素影響較少. 該采樣點(diǎn)位于西安市南二環(huán)與三環(huán)之間，周圍主要是住宅區(qū)和教學(xué)區(qū)，無工業(yè)污染排放源. 可培養(yǎng)微生物氣溶膠的采樣儀器為Andersen六級撞擊式空氣采樣器，儀器將所采樣品根據(jù)粒徑大小分為六級：>7.0、4.7～7.0、3.3～4.7、2.1～3.3、1.1～2.1、0.65～1.1 μm，將粒徑小于4.7 μm的顆粒物稱為可呼吸顆粒物[12]，對應(yīng)采樣器的3～6級. 采樣流量為28.3 L/min，約為10 min/次，采樣時間為2014年8月—2015年7月，在每個月的上中下旬分別取2～3 d，固定于每天 07∶30—08∶30 和 11∶00—12∶00 兩個時段分別進(jìn)行采樣，取樣品平均值作為當(dāng)日可培養(yǎng)生物氣溶膠的濃度水平.

1.2 培養(yǎng)方法

采用平皿培養(yǎng)和平板菌落計數(shù)法來檢測微生物濃度. 每次采樣前將90 mm玻璃培養(yǎng)皿進(jìn)行滅菌處理(121 ℃和30 min)后，加入30 mL培養(yǎng)基. 采樣完成后，迅速將培養(yǎng)皿取出、加蓋，然后倒置于培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng). 細(xì)菌使用營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基(牛肉膏3 g，蛋白胨10 g，氯化鈉5 g，瓊脂15 g，蒸餾水 1 000 mL，pH為7.4，放線菌酮500 mg)，37 ℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)48 h；真菌使用沙氏培養(yǎng)基(葡萄糖40 g，蛋白胨10 g，瓊脂20 g，蒸餾水 1 000 mL，pH=6.2，氯霉素100 mg)，28 ℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)72 h. 通過在適宜微生物生長的條件下對樣品進(jìn)行培養(yǎng)，使樣品中優(yōu)勢菌群出現(xiàn).

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1 生物氣溶膠濃度

在對所采集的樣品進(jìn)行菌落計數(shù)的過程中，為避免培養(yǎng)皿上微生物粒子的重疊現(xiàn)象，采用Positive-hole法[13]對菌落數(shù)進(jìn)行校正處理：

(1)

式中，Pr和r分別表示校正后菌落數(shù)和實際菌落數(shù)，N為采樣器各級采樣孔數(shù).

根據(jù)采樣流量(Q)和采樣時間(t)，由式(2)求得生物氣溶膠濃度：

(2)

式中，C為生物氣溶膠濃度，以菌落形成單位表示，CFU/m3.

1.3.2 生物氣溶膠粒子的中值直徑

通過計算采樣器上各級微生物氣溶膠顆粒占總濃度的比例，然后按照由Ⅵ～Ⅰ的順序進(jìn)行累加，計算出各級的累計百分比. 之后，通過對各級累計百分比與采樣器上對應(yīng)各級的有效截留直徑進(jìn)行對數(shù)擬合，得到回歸方程，其中當(dāng)累計百分比為50%時對應(yīng)的值即為中值直徑.

1.3.3 統(tǒng)計方法

該研究圖標(biāo)繪制主要采用Origin 8.5.利用SPSS 19.0對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，文中主要采用單因素方差分析、t檢驗與Spearman′s相關(guān)性分析. 其中，當(dāng)P<0.05時，表明95%的置信區(qū)間內(nèi)具有統(tǒng)計學(xué)意義上的顯著差異.

2 結(jié)果與討論

2.1 采樣期間可培養(yǎng)微生物氣溶膠的月際和季節(jié)濃度水平

注：*表示在置信度(雙測)為0.05時，差異顯著;** 表示在置信度(雙測)為0.01時，差異顯著.圖2 不同季節(jié)可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度分布Fig.2 Seasonal variations of culturable bioaerosol concentrations at the sampling site in Xi′an

圖1 不同月份可培養(yǎng)微生物氣溶膠的濃度分布Fig.1 Monthly variations of culturable bioaerosols concentrations at the sampling site in Xi′an

圖1為不同月份可培養(yǎng)微生物氣溶膠的濃度分布.由圖1可見，可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠濃度最高值出現(xiàn)在2014年10月，為(1 004.81±546.14)CFU/m3；最低值出現(xiàn)在2014年9月，為(240.47±136.21)CFU/m3.可培養(yǎng)真菌氣溶膠濃度最高值也出現(xiàn)在2014年10月，為(765.54±544.36)CFU/m3；最低值出現(xiàn)在2014年11月，為(197.11±63.55)CFU/m3. 胡慶軒等[14]對北京的監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，北京豐臺地區(qū)真菌濃度在1—5月較低，較高值則出現(xiàn)在6月、9月、10月；而細(xì)菌濃度在9月、10月較高，1—5月濃度值較低. 該研究的月濃度峰值同樣出現(xiàn)在10月. 西安作為典型的北方城市，在10月進(jìn)入秋收季節(jié)，其周邊農(nóng)村地區(qū)的露天焚燒秸稈等現(xiàn)象[15]使其持續(xù)爆發(fā)灰霾天氣，空氣中顆粒物濃度較高，從而導(dǎo)致西安市可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度在10月處于一個相對較高的水平. 在2015年8月、9月期間，西安市降雨較多，雨水對空氣中的顆粒物有一定的沖刷作用，使得這兩個月的微生物氣溶膠濃度相對較低.

2.2 不同天氣狀況下可培養(yǎng)微生物氣溶膠的濃度分布

圖3是不同天氣狀況下可培養(yǎng)微生物氣溶膠的日均濃度變化情況. 由圖3可知，可培養(yǎng)細(xì)菌和真菌氣溶膠濃度變化范圍是96.88～1 763.36 和96.87～1 736.53 CFU/m3. GAO等[17]在北京地區(qū)所檢測到的細(xì)菌和真菌氣溶膠濃度范圍分別是80～5 800 和41～7 210 CFU/m3，明顯高于西安的濃度值；WANG等[18]研究發(fā)現(xiàn)，敦煌地區(qū)的細(xì)菌氣溶膠濃度范圍為101～3 800 CFU/m3. 這可能是因為西安和敦煌都屬于干旱大陸性氣候，高強(qiáng)度的紫外輻射和干旱的氣候條件不利于微生物的存活與生長；而在不同天氣條件下，可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度也是有所變化的. 特別是灰霾天氣爆發(fā)時，比其他天氣的日均濃度有大幅增長，并且絕大多數(shù)是處在中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心推薦的室外標(biāo)準(zhǔn)值(細(xì)菌氣溶膠<1 000 CFU/m3，真菌氣溶膠<500 CFU/m3)之上，也就是說當(dāng)灰霾天氣爆發(fā)時，可培養(yǎng)微生物氣溶膠的濃度值多會超標(biāo)，而在其他三種天氣狀況下的微生物氣溶膠濃度未超過該標(biāo)準(zhǔn)值. 對比其他兩種天氣的可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度發(fā)現(xiàn)，在陰云天氣下其日均濃度值出現(xiàn)了一定幅度的增長，而在雨天前后的日均濃度波動不大.

圖3 不同天氣狀況下可培養(yǎng)微生物氣溶膠的濃度分布Fig.3 Concentration variations of airborne culturable bacteria, fungi and PM2.5 under various weather conditions in Xi′an

表1給出了不同天氣狀況下的氣象值參數(shù)以及可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度. 由表1可知，四種天氣狀況下可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠的濃度變化順序是晴天〔(151.40±34.40)CFU/m3〕<雨天〔(167.16±79.32)CFU/m3〕<陰云天〔(388.05±195.87)CFU/m3〕<霾天〔(1 662.94±280.36)CFU/m3〕；可培養(yǎng)真菌氣溶膠的濃度變化規(guī)律也是晴天〔(245.19±260.05)CFU/m3〕<雨天〔(248.49±71.64)CFU/m3〕<陰云天〔(298.79±56.48)CFU/m3〕<霾天〔(1 261.89±249.24)CFU/m3〕.

表1 不同天氣狀況下可培養(yǎng)微生物氣溶膠的濃度及相應(yīng)的氣象值

可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度在霾天時的統(tǒng)計學(xué)意義顯著大于其他三種天氣狀況(P<0.05)，而其他三種天氣狀況之間的濃度值差異并不顯著(P>0.05). 同樣，Griffin等[19]在非灰霾天氣發(fā)生時從 3 652 L空氣中檢出19種細(xì)菌、28種真菌，但是在灰霾天氣爆發(fā)時從同一地點(diǎn)的 2 369 L空氣樣品中則共檢出171種細(xì)菌、76種真菌，遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于非灰霾天氣條件的數(shù)量. DONG等[20]對青島沿海岸線的微生物氣溶膠從2013年10月—2014年8月研究發(fā)現(xiàn)，霾天的微生物氣溶膠濃度也高于非霾天. 一個主要的原因是霾天大量的細(xì)顆粒物、高濕度、低太陽輻射和穩(wěn)定的大氣層為微生物的增殖和生長提供了一個良好的條件，并且也抵抗了有毒有害微生物濃度的增加；另外一個重要的原因可能是霾天和非霾天微生物種屬的不同.

對于降雨天氣的研究，韓燕等[21]研究指出，降水過程對杭州市空氣中的顆粒物有顯著沖刷作用，尤其是對其中粗粒徑顆粒物的沖刷效果尤為明顯. 胡慶軒等[22]分別對降水與空氣細(xì)菌和真菌相關(guān)性的研究中發(fā)現(xiàn)，降水對其的影響與微生物本身的粒徑有顯著關(guān)系，粒徑越大，降水對其影響就越大. 然而，KANG等[23]研究卻提出微生物氣溶膠濃度在雨季的降雨過程中會增加，因為夏天的降雨過程為氣溶膠的生長提供了一個良好的附著生長環(huán)境和濕度環(huán)境. 比較該研究發(fā)現(xiàn)，西安雨天并沒有對微生物氣溶膠的生長造成大幅影響，這可能是因為西安位處半干旱地區(qū)，全年沒有明顯的季風(fēng)季節(jié)，因此，雨天對西安造成的潮濕環(huán)境對微生物的影響和其他地區(qū)不完全相同.

雖然文獻(xiàn)中沒有陰云天氣下的空氣微生物分布數(shù)據(jù)，但前人關(guān)于空氣微生物和氣象因子之間的相關(guān)性分析可以幫助解釋這種天氣狀況下微生物濃度升高的原因. LI等[24]研究表明，可培養(yǎng)微生物的濃度與濕度及AQI(PM2.5)(P<0.05)呈正相關(guān)，與西安的太陽輻射呈負(fù)相關(guān)(P<0.05). 如表1所示，采樣期間陰云天的相對濕度比晴天高. 根據(jù)Jones等[25]的研究，空氣中的水分可以改變細(xì)胞壁的完整性或病毒的外表，因此，陰云天空氣中濕度的增加就可以促進(jìn)空氣微生物的增長和存活. Hwang等[26]研究認(rèn)為，太陽輻射是一個有效的殺菌方法，因此在陰云天太陽輻射的減少使微生物死亡比例減少，從而導(dǎo)致微生物的累積.

2.3 不同天氣狀況下可培養(yǎng)類微生物氣溶膠的粒徑分布

微生物氣溶膠對人體健康的影響不僅與濃度有關(guān)，也和粒徑分布有關(guān). 圖4反映了采樣期間可培養(yǎng)微生物氣溶膠在四種天氣狀況下的粒徑分布. 由圖4(a) 可見，可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠在晴天、陰云天、雨天、霾天(P<0.05)粒徑分布的峰值分別在stage 3(3.3～4.7 μm)、stage 2(4.7～7.0 μm)、stage 3 (3.3～4.7 μm)、stage 3 (3.3～4.7 μm)上. XU等[27]在非霾天的相關(guān)研究也呈現(xiàn)類似的單峰分布，說明不同天氣和地域?qū)τ诹椒植嫉挠绊懖⒉幻黠@.

由圖4(b)可見，可培養(yǎng)真菌氣溶膠和可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠的粒徑分布有所不同，其在非霾天并沒有明顯的單峰分布，每種天氣下的各級分布之間也沒有顯著性差異(P>0.05). 這種粒徑分布和之前關(guān)于非霾天的研究不太一致，如北京[28]、青島[9]、新加坡[10]等地相關(guān)研究中，關(guān)于粒徑分布的研究分別在2.1～3.3、3.3～4.7、1.1～3.3 μm出現(xiàn)峰值.

圖4 不同天氣狀況下可培養(yǎng)微生物氣溶膠的粒徑分布Fig.4 Size distribution of culturable bioaerosols under different weather conditions in Xi′an

另外，不同天氣狀況下的可培養(yǎng)細(xì)菌和真菌氣溶膠在每級的濃度是不同的. 相對于晴天，空氣中可培養(yǎng)細(xì)菌和真菌氣溶膠在每級的平均濃度在陰云天較高、在雨天較低. 霾天時，每級的濃度有顯著增高(P<0.05). 這些濃度在每級的變化反映了天氣對生物氣膠濃度的影響.

該研究還發(fā)現(xiàn)，在晴天、陰云天、雨天、霾天四種天氣狀況下粒徑分布小于4.7 μm的細(xì)菌和真菌氣溶膠分別為69.4%、59.8%、67.8%、68.2%及70.7%、65.9%、63.1%、65.5%，表明在這四種天氣狀況下有超過60%的微生物氣溶膠在可呼吸粒徑范圍，因此，這些天氣狀況下的室外環(huán)境對人體健康存在潛在的危害. 此外，該研究也表明，四種天氣狀況下微生物氣溶膠的可呼吸粒徑部分隨天氣的變化比較微弱. Pastuszka等[29-30]研究也顯示，細(xì)菌和真菌的可呼吸粒徑比例可能不依賴于地理和氣象因素.

為了進(jìn)一步量化不同天氣狀況下空氣中可培養(yǎng)細(xì)菌和真菌氣溶膠的粒徑分布，計算了它們的幾何中值直徑及幾何標(biāo)準(zhǔn)差(見表2).由表2可見，可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠在晴天、陰云天、雨天、霾天的幾何中值直徑和幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為(2.06±1.36)(2.01±1.26)(1.93±1.28)(2.00±1.34)μm，可培養(yǎng)真菌氣溶膠分別為(1.72±1.00)(1.85±1.11)(1.90±1.30)(1.86±1.10)μm. 這與GAO等[17]之前的研究結(jié)果相一致，即四種天氣狀況下可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠的幾何中值直徑比真菌大.

表2 不同天氣下可培養(yǎng)微生物氣溶膠的粒徑分布

注：數(shù)據(jù)為幾何中值直徑±幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差.

由表2還可以發(fā)現(xiàn)，可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠在晴天的中值直徑比其他天氣大，雖然無顯著性差異(P>0.05)，但從晴天到其他天氣有一個向細(xì)顆粒遷移的趨勢. 通過比較LI等[31]的研究發(fā)現(xiàn)，可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠在霾天的中值直徑減少是因為空氣中細(xì)顆粒物的增加造成的，因為這些細(xì)顆粒物不僅可作為空氣微生物的傳輸者并且也可以提供給它們營養(yǎng)物質(zhì)，從而導(dǎo)致細(xì)菌顆粒物在細(xì)顆粒范圍的比例升高. 雨天時，雨水沉降可以捕獲和遷移空氣中的微生物氣溶膠，然而，這對小顆粒的去除效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大顆粒物，因此，仍會有大部分細(xì)顆粒微生物氣溶膠停留在空氣中，從而導(dǎo)致雨天的可培養(yǎng)微生物氣溶膠的中值直徑較小.

相反的是，可培養(yǎng)真菌氣溶膠在晴天的中值直徑比其他天氣的小，雖然也無顯著性差異(P>0.05). 可培養(yǎng)細(xì)菌和真菌氣溶膠中值直徑的變化趨勢不同大概是因為它們的生物特性不同. Reponen[32]研究表明，新釋放在空氣中的孢子的空氣動力學(xué)直徑比在空氣中長時間存在的孢子的空氣動力學(xué)直徑大. Nasir等[30]的研究也表明，周圍的環(huán)境條件(如相對濕度等)對真菌成長的影響大于對細(xì)菌的影響.

2.4 可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度與氣象因素及ρ(PM2.5) 的相關(guān)性分析

為了探究采樣期間不同天氣狀況下氣象因素對可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度分布的影響，對不同天氣狀況下可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度與風(fēng)速、溫度、濕度及空氣顆粒物濃度的關(guān)系進(jìn)行了Spearman相關(guān)性分析，主要包括晴天、陰云天、雨天、霾天下的可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠濃度(BS、BC、BR、BH)及可培養(yǎng)真菌氣溶膠濃度(FS、FC、FR、FH)的相關(guān)性分析(見表3).

在非霾天時，ρ(PM2.5)與可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度呈負(fù)相關(guān)，而在霾天時，ρ(PM2.5)與可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，這說明可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度與不同天氣下ρ(PM2.5)的變化并不一致. 王偉等[11]研究指出，AQI(PM2.5)指數(shù)與生物氣溶膠濃度呈正相關(guān). Haas等[33-34]也指出，微生物氣溶膠濃度與空氣中顆粒物濃度呈正相關(guān). 而高敏等[35]研究卻指出北京霾天AQI(PM2.5)指數(shù)與生物氣溶膠濃度呈負(fù)相關(guān). 韓晨等[36]研究發(fā)現(xiàn)，ρ(PM2.5) 與總真菌氣溶膠濃度呈正相關(guān)，但與細(xì)菌氣溶膠濃度變化的相關(guān)性卻很小.

表3 PM2.5、風(fēng)速、溫度、能見度與BS～BH和FS～FH的Spearman相關(guān)性分析

注：*表示在置信度(雙測)為 0.05 時，相關(guān)性是顯著的；** 表示在置信度(雙測)為 0.01 時，相關(guān)性是顯著的.n為采樣次數(shù).

非霾天時可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度與風(fēng)速呈正相關(guān)，其中陰云天的可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠濃度和風(fēng)速的相關(guān)性尤為顯著(P<0.05). 一般情況下，風(fēng)速的增大有可能導(dǎo)致附著于建筑物表面或是沉積在地面的顆粒物被帶入大氣中，并使其長時間懸浮于空氣中，這就導(dǎo)致空氣中的懸浮顆粒增多、可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度增大. 相反，霾天時，可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度和風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)，這是因為霾天時，風(fēng)速較低，大氣層相對穩(wěn)定，不利于顆粒物的擴(kuò)散從而導(dǎo)致可培養(yǎng)微生物濃度較高.

環(huán)境溫度與可培養(yǎng)細(xì)菌和真菌氣溶膠濃度在不同天氣下的相關(guān)性略有不同，其中雨天的可培養(yǎng)真菌氣溶膠濃度與環(huán)境溫度呈顯著相關(guān)(P<0.05). 環(huán)境的相對濕度和可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度的相關(guān)性并不顯著.

3 結(jié)論

a) 不同月份不同季節(jié)微生物氣溶膠濃度的變化規(guī)律不同. 可培養(yǎng)類細(xì)菌氣溶膠的月濃度峰值出現(xiàn)在10月，為(1 004.81±546.14)CFU/m3，而其濃度季節(jié)分布規(guī)律為冬季〔(771.89±169.1)CFU/m3〕>秋季〔(622.62±540.47)CFU/m3〕>春季〔(424.98±252.18)CFU/m3〕>夏季〔(361.96±56.96)CFU/m3〕；可培養(yǎng)真菌氣溶膠的月濃度峰值也出現(xiàn)在10月(765.54±544.36)CFU/m3，其濃度的季節(jié)變化規(guī)律為秋季〔(522.45±343.78)CFU/m3〕>春季〔(409.63±97.69)CFU/m3〕>冬季〔(340.01±181.93)CFU/m3〕>夏季〔(280.33±74.43)CFU/m3〕.

b) 不同天氣狀況下可培養(yǎng)類微生物氣溶膠濃度的變化規(guī)律是晴天<雨天<陰云天<霾天，其中霾天的微生物氣溶膠濃度已超過中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心推薦的微生物評價標(biāo)準(zhǔn)，空氣處于污染狀態(tài)，對人體健康有重要的潛在危害.

c) 不同天氣狀況下可呼吸范圍的可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度超過60%. 相對于其他天氣，可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠在晴天的幾何中值直徑較高，從晴天到其他天氣有一個向細(xì)顆粒遷移的趨勢.

d) 晴天、陰云天、雨天時可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度和ρ(PM2.5)呈負(fù)相關(guān)，與風(fēng)速呈正相關(guān)，與環(huán)境溫度和濕度的相關(guān)性不顯著；霾天時，可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度和ρ(PM2.5)呈正相關(guān)，與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)，與環(huán)境溫度和濕度的相關(guān)性不顯著.

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Characteristics of Culturable Bioaerosols in Various Weather in Xi′an City, China

LU Rui1, LI Wanxin1, SONG Ying1, XIE Zhengsheng1, LI Yanpeng1,2*

1.School of Environmental Science and Engineering, Chang′an University, Xi′an 710054, China 2.Key Laboratory of Subsurface Hydrology and Ecological Effect in Acrid Region of Ministry of Education, Chang′an University, Xi′an 710054, China

2016-10-08

2017-03-25

國家自然科學(xué)基金項目(51208059，41230314)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)(310829163406)

路瑞(1993-)，女，寧夏彭陽人，luruichen11@163.com.

*責(zé)任作者，李彥鵬(1973-)，男，陜西涇陽人，教授，博士，博導(dǎo)，主要從事大氣氣溶膠與污染控制研究，liyanp01@chd.edu.cn

X172; X513

1001- 6929(2017)07- 1012- 08

A

10.13198/j.issn.1001- 6929.2017.02.37

路瑞,李婉欣,宋穎,等.西安市不同天氣下可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度變化特征[J].環(huán)境科學(xué)研究,2017,30(7):1012- 1019.

LU Rui,LI Wanxin,SONG Ying,etal.Characteristics of culturable bioaerosols in various weather in Xi′an City, China[J].Research of Environmental Sciences,2017,30(7):1012- 1019.