潘劍彬

朱丹莉

李樹(shù)華

董 麗

城市綠地作為城市建成環(huán)境中的自然生態(tài)系統(tǒng)，具有固碳釋氧、調(diào)濕降溫、消減可致病微生物等多重功能，對(duì)于滿足城市基本衛(wèi)生需求、構(gòu)建健康物理環(huán)境、提高城市居民生活質(zhì)量，以及實(shí)現(xiàn)城市“綠色康養(yǎng)”功能等起到重要作用，因而受到來(lái)自人居環(huán)境學(xué)科和生態(tài)學(xué)等的廣泛關(guān)注。城市公園綠地(G1)是城市建成區(qū)土地利用的類型之一，是集中成片的面狀綠色開(kāi)放空間，也是城市綠地文化和功能的主要載體，因其具有改善城市區(qū)域物理環(huán)境的功能而備受關(guān)注。作為自然地域和城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成之一，空氣細(xì)菌、真菌孢子、放線菌和病毒等生物粒子對(duì)于自然界乃至城市的自然生態(tài)平衡和若干生命現(xiàn)象至關(guān)重要[1-3]。然而，根據(jù)當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域的研究成果可知，在人類已知的1 200余種真菌和放線菌、4 000余種細(xì)菌中，絕大多數(shù)菌類的生物性與致病性尚不明確[4]。在此背景下，相關(guān)學(xué)者早在20世紀(jì)初就通過(guò)相關(guān)研究提出，無(wú)菌或少菌的清潔環(huán)境是有益于人群健康的，因此空氣菌類成為評(píng)價(jià)城市空氣環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)之一[5]。自然界中的森林區(qū)域和城市綠地的植物個(gè)體與群體能夠通過(guò)多種(物理或生化的)作用向空氣釋放對(duì)人類健康有益的有機(jī)化合物，進(jìn)而消減空氣中的菌類粒度(粒度概念指大氣中固態(tài)顆粒物的空間密度，是描述單位空間內(nèi)物質(zhì)數(shù)量的度量單位)。目前該領(lǐng)域研究主要關(guān)注不同地域城市、不同城市功能區(qū)中空氣微生物(細(xì)菌、真菌和病原微生物)的時(shí)空分異特征。相關(guān)研究表明，中國(guó)北京、廣州、蘭州等不同城市的空氣優(yōu)勢(shì)菌類(主要是真菌和細(xì)菌)種類、粒度分布和時(shí)空分異特征存在顯著差異[6-10]；城市交通樞紐、綠地與道路、大學(xué)校園等不同區(qū)域的不同季節(jié)、不同功能空間(高校的教學(xué)區(qū)、景觀區(qū)和運(yùn)動(dòng)區(qū)等)、建筑室內(nèi)外區(qū)域的空氣菌類種類和數(shù)量存在較大差異，同時(shí)人群密度及活動(dòng)特征也能夠影響其范圍內(nèi)的空氣微生物粒度分布[11-16]。潘劍彬及其研究團(tuán)隊(duì)以北京奧林匹克森林公園綠地為例，自2005年(北京奧林匹克森林公園建成前期)至2020年持續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)綠地植物群落的微環(huán)境生態(tài)效益(例如消減空氣菌類、降溫增濕及負(fù)氧離子效益等)，在其團(tuán)隊(duì)的階段性著述中，闡述了公園綠地區(qū)域的空氣菌類粒度以季節(jié)、日變化為代表的時(shí)間變化規(guī)律[17-18](圖1)。

圖1 奧運(yùn)森林公園綠地空氣菌類培養(yǎng)

本文延續(xù)研究團(tuán)隊(duì)自2005年起的樣地、試驗(yàn)樣點(diǎn)，以及數(shù)據(jù)獲取與分析方法，進(jìn)行城市公園綠地菌類粒度分布規(guī)律的闡述，闡釋綠地不同的植被類型、植物群落類型、植物群落結(jié)構(gòu)與其空間范圍內(nèi)菌類粒度的空間相關(guān)性。為便于研究，將數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)樣方內(nèi)的植物群落進(jìn)行區(qū)分：依據(jù)群落類型將其劃分為針葉林型(Coniferous Plant community，CP)、針闊葉混交型(Coniferous and Broadleaved mixed Plant community，CBP)、闊葉林型(Deciduous Broadleaf Plant community，DBP)、灌叢型(Shrub，S)和地被/草坪型(Grass/Ground cover，G)5種；依據(jù)植物群落結(jié)構(gòu)將其劃分為喬灌草型(Tree-Shrub-Grass，TSG)、喬灌型(Tree-Shrub，TS)、喬草型(Tree-Grass，TG)、灌草型(Shrub-Grass，SG)和地被/草坪型(Grass/Ground cover，G)5種。其中，TSG為復(fù)層群落結(jié)構(gòu)(Multi-layer Plant Community，MPC)，TS、TG、SG為雙層群落結(jié)構(gòu)(Double-layer Plant Community，DPC)，G為單層群落結(jié)構(gòu)(Single-Plant Community，SPC)。研究可為具有高效微環(huán)境效應(yīng)的功能型綠地規(guī)劃設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

北京奧林匹克森林公園(以下簡(jiǎn)稱“奧運(yùn)森林公園”)綠地規(guī)劃設(shè)計(jì)工作始于2003年11月，于2005年6月開(kāi)工建設(shè)，是第29屆夏季奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)(北京奧運(yùn)會(huì))的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，也是該賽事饋贈(zèng)給北京市民重要的“綠色遺產(chǎn)”。奧運(yùn)森林公園橫跨北五環(huán)路，南起科薈路，北至清河，東至安立路，西至林萃路。公園總占地面積680hm2，其中南園占地面積約380hm2，北園占地面積約300hm2。綠地植物種植以本土喬木、花灌木和草本植物為主，整體綠化覆蓋率達(dá)95.61%。

1.2 研究方法

1.2.1 樣點(diǎn)與對(duì)比樣點(diǎn)設(shè)置

研究參照奧運(yùn)森林公園施工過(guò)程中采用的相對(duì)坐標(biāo)網(wǎng)格，以棋盤(pán)式取樣法在園區(qū)范圍內(nèi)選定17處實(shí)測(cè)試驗(yàn)樣點(diǎn)，其中保證具有3處以上典型植物群落類型和結(jié)構(gòu)試驗(yàn)樣點(diǎn)(為使實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)具備統(tǒng)計(jì)學(xué)意義)[17]；并對(duì)其位置進(jìn)行微調(diào)，原則上保證試驗(yàn)樣點(diǎn)遠(yuǎn)離較大規(guī)模人群活動(dòng)區(qū)域(道路、廣場(chǎng)等)。2處試驗(yàn)對(duì)比樣點(diǎn)分別位于奧運(yùn)森林公園南門(mén)以南1km處的奧林匹克公園鋪裝廣場(chǎng)(近地下商業(yè)區(qū))和北四環(huán)路北側(cè)鋪裝廣場(chǎng)(近“鳥(niǎo)巢”國(guó)家體育場(chǎng))，2處場(chǎng)地硬質(zhì)鋪裝較多、人群活動(dòng)密集、綠地面積和植物群落數(shù)量較少。

1.2.2 試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析方法

1)試驗(yàn)方法。

因空氣真菌、細(xì)菌均屬于固態(tài)顆粒物，故本試驗(yàn)采用離子計(jì)算法；空氣菌類取樣使用固體撞擊式多功能空氣微生物檢測(cè)儀(JWL-ⅡB型)。試驗(yàn)樣點(diǎn)所屬的群落樣方范圍為30m×30m(群落優(yōu)勢(shì)種、郁閉度等重要信息所屬的樣方范圍)。為排除氣象因素干擾，實(shí)測(cè)時(shí)間均為晴朗、靜風(fēng)天氣(實(shí)測(cè)季節(jié)典型天氣狀況)。取樣采用TCG(蛋白胨-葡萄糖-牛肉膏)瓊脂培養(yǎng)基，于植物生長(zhǎng)季節(jié)(8月下旬—9月上旬)作為取樣典型季節(jié)(因氣象條件穩(wěn)定、植被生長(zhǎng)充分)，取樣時(shí)間為8：00—17：00，每個(gè)樣點(diǎn)于早晨(8：00—11：00)、中午(11：00—14：00)、下午(14：00—17：00)各取樣3次；采樣高度為1.5m，空氣流速設(shè)定為20L·min-1，采樣時(shí)間為3min。將上述(17+2)×3×3共171個(gè)取樣培養(yǎng)基(含對(duì)比樣點(diǎn))進(jìn)行編號(hào)處理，并在首次實(shí)測(cè)取樣后的3d內(nèi)選定氣象條件類似的時(shí)間重復(fù)試驗(yàn)1次作為備用數(shù)據(jù)(主數(shù)據(jù)培養(yǎng)基被污染的情況下啟用)。所有取樣培養(yǎng)基樣品(含主試驗(yàn)培養(yǎng)基與備用試驗(yàn)培養(yǎng)基)于實(shí)驗(yàn)室中25℃±1℃培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)72h后在顯微鏡下觀察并計(jì)算真菌菌落數(shù)量；取樣后培養(yǎng)基在36℃±1℃培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)48h后在顯微鏡下觀察并計(jì)算細(xì)菌菌落數(shù)量[16-19]。

2)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法。

依國(guó)家環(huán)?？偩?004年頒布的單位體積空氣微生物粒度計(jì)算公式(適用于城市室內(nèi)外環(huán)境質(zhì)量研究)進(jìn)行計(jì)算[20-21]：

式中，E為單位體積內(nèi)空氣含菌量(CFU·m-3)；N為培養(yǎng)皿中菌落平均數(shù)量(CFU)；A為空氣流速(L·min-1)；T為采樣時(shí)間(min)。

依據(jù)下列公式取典型群落類型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)樣點(diǎn)的空氣菌類粒度算術(shù)平均值：

表1 奧運(yùn)森林公園綠地樣點(diǎn)基本信息

3)數(shù)據(jù)分析方法。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析使用SPSS軟件進(jìn)行ANOVA單因素(植物群落結(jié)構(gòu)或類型)一元(真菌或細(xì)菌粒度)方差分析、雙因素(植物群落結(jié)構(gòu)和類型)一元方差分析，以及雙因素多元(真菌和細(xì)菌粒度)方差分析。研究中，將植物群落結(jié)構(gòu)和類型作為自變量，將菌類粒度視為因變量，顯著性水平設(shè)置為а=0.05；以對(duì)照點(diǎn)空氣菌類粒度平均值作為城市區(qū)域環(huán)境本底數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 奧運(yùn)森林公園綠地不同類型群落區(qū)域空氣菌類粒度特征

2.1.1 公園綠地群落類型與空氣真菌粒度的相關(guān)關(guān)系

由圖2可知，常綠針葉林群落區(qū)域具有最低的真菌粒度(43CPU·m-3)，而落葉闊葉林群落區(qū)域和草坪/地被植物區(qū)域(170和160 CPU·m-3)的真菌粒度是前者的4倍，針闊葉混交林區(qū)域和灌叢區(qū)域的真菌粒度居中，分別為80和96CPU·m-3。此外，奧運(yùn)森林公園綠地區(qū)域除常綠針葉林群落區(qū)域外的針闊葉混交林、闊葉林、灌叢及草本地被4種典型群落類型區(qū)域的空氣真菌粒度均顯著高于對(duì)比樣點(diǎn)。

圖2 奧運(yùn)森林公園綠地不同群落類型空氣真菌粒度

由方差分析結(jié)果可知，奧運(yùn)森林公園綠地不同群落類型區(qū)域的空氣真菌粒度差異顯著(F0.05=0.045)。

2.1.2 公園綠地群落類型與空氣細(xì)菌粒度的相關(guān)關(guān)系

由圖3可知，灌叢植物區(qū)域具有最高的細(xì)菌粒度(208CPU·m-3)，而常綠針葉型群落區(qū)域具有最低的空氣細(xì)菌粒度(77CPU·m-3)，前者是后者細(xì)菌粒度的近3倍。與此同時(shí)，針闊葉混交型、常綠闊葉型和草坪/地被植物型區(qū)域的空氣細(xì)菌粒度較為接近(分別為89、125和114CPU·m-3)。此外，對(duì)比樣點(diǎn)空氣細(xì)菌粒度數(shù)據(jù)(331CPU·m-3)可知，公園綠地內(nèi)所有群落類型區(qū)域?qū)崪y(cè)試驗(yàn)樣點(diǎn)空氣細(xì)菌粒度數(shù)據(jù)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于該數(shù)值。

圖3 奧運(yùn)森林公園綠地不同群落類型空氣細(xì)菌粒度

2.2 奧運(yùn)森林公園不同結(jié)構(gòu)植物群落區(qū)域空氣菌類粒度特征

2.2.1 公園綠地植物群落結(jié)構(gòu)與空氣真菌粒度的相關(guān)關(guān)系

由圖4、5可知，在奧運(yùn)森林公園綠地不同群落結(jié)構(gòu)類型中，喬灌草復(fù)合植物群落結(jié)構(gòu)、喬草結(jié)構(gòu)、灌草及灌叢結(jié)構(gòu)區(qū)域具有較高的真菌粒度(144、128和144CPU·m-3)，而喬灌結(jié)構(gòu)、喬木結(jié)構(gòu)區(qū)域則具有較低的真菌粒度(39、48CPU·m-3)。喬灌、喬草和灌草3種雙層群落結(jié)構(gòu)相比，灌草結(jié)構(gòu)群落區(qū)域具有最高的真菌粒度(144CPU·m-3)，喬灌結(jié)構(gòu)試驗(yàn)樣點(diǎn)區(qū)域的真菌粒度(39CPU·m-3)顯著低于喬草、灌草2種雙層結(jié)構(gòu)群落類型。在喬木、灌木和草本地被3種單層群落結(jié)構(gòu)區(qū)域中，草本地被群落結(jié)構(gòu)區(qū)域具有相對(duì)最高的真菌粒度(160CPU·m-3)，灌叢群落結(jié)構(gòu)區(qū)域具有較高的真菌粒度(128CPU·m-3)，喬木群落結(jié)構(gòu)區(qū)域具有最低的真菌粒度(48CPU·m-3)。

圖4 奧運(yùn)森林公園綠地不同群落結(jié)構(gòu)組成區(qū)域空氣真菌粒度

圖5 奧運(yùn)森林公園綠地不同群落結(jié)構(gòu)區(qū)域空氣真菌粒度

由方差分析結(jié)果可知，奧運(yùn)森林公園綠地不同結(jié)構(gòu)群落區(qū)域空氣真菌粒度差異顯著(F0.05=0.025)。

2.2.2 公園綠地植物群落結(jié)構(gòu)與空氣細(xì)菌粒度的相關(guān)關(guān)系

由圖6、7可知，在不同的群落結(jié)構(gòu)類型中，灌叢群落區(qū)域具有最高的空氣細(xì)菌粒度(372CPU·m-3)，而喬灌草復(fù)合植物群落及喬木群落區(qū)域的細(xì)菌粒度數(shù)值接近且較低(分別為98和95CPU·m-3)；其他植物群落結(jié)構(gòu)類型區(qū)域的空氣細(xì)菌粒度差異不顯著。在不同群落結(jié)構(gòu)條件下，單層植物群落結(jié)構(gòu)區(qū)域的空氣細(xì)菌粒度最高(194CPU·m-3)，而喬灌草復(fù)層與雙層植物群落結(jié)構(gòu)區(qū)域的空氣細(xì)菌粒度較為接近(分別為98和110CPU·m-3)。

圖6 奧運(yùn)森林公園綠地不同群落結(jié)構(gòu)組成區(qū)域空氣細(xì)菌粒度

圖7 奧運(yùn)森林公園綠地不同群落結(jié)構(gòu)區(qū)域空氣細(xì)菌粒度

3 結(jié)論與討論

針對(duì)城市公園綠地植物群落類型的試驗(yàn)結(jié)果表明，常綠針葉型群落區(qū)域的真菌、細(xì)菌的粒度均較低，該結(jié)果與目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)廣泛開(kāi)展并得出的試驗(yàn)結(jié)果基本一致。相關(guān)研究認(rèn)為，正在生長(zhǎng)和已經(jīng)死亡的植物體本身是空氣真菌的最主要來(lái)源。但自然地域(森林)及城市環(huán)境(各類城市綠地)中的各類植物均能夠通過(guò)自身分泌的芳香類物質(zhì)抑制或直接殺滅空氣菌類(實(shí)質(zhì)上這是植物的一種自我保護(hù)機(jī)制)，這一功能以常綠針葉樹(shù)種最為顯著，而落葉闊葉樹(shù)種則相對(duì)較低。另外，植物群落抑制其生活空間內(nèi)真菌粒度的效率與其生長(zhǎng)狀態(tài)有顯著相關(guān)關(guān)系，生長(zhǎng)勢(shì)較強(qiáng)的植物群落區(qū)域該功能顯著，反之則不顯著。若試驗(yàn)樣點(diǎn)的落葉闊葉樹(shù)絕大多數(shù)為新植，生長(zhǎng)勢(shì)尚未完全恢復(fù)(裸根移植)且種植密度較大，則可能導(dǎo)致群落內(nèi)通風(fēng)不暢，這是造成該群落類型區(qū)域真菌、細(xì)菌粒度較高的主要原因之一。灌叢、草坪及地被植物群落類型區(qū)域具有最高的真菌、細(xì)菌粒度，可能與這一植被類型的單位面積綠量少、生態(tài)效益有限有關(guān)。上述試驗(yàn)結(jié)果為城市綠地規(guī)劃與設(shè)計(jì)及更新實(shí)踐中各群落類型的功能認(rèn)識(shí)和布局比例提供了一定的科學(xué)依據(jù)。

城市公園綠地植物群落結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)結(jié)果總體趨向于：植物群落結(jié)構(gòu)層次越復(fù)雜，例如擁有較多林下植物層次的喬灌草復(fù)層植物群落，其群落區(qū)域中的空氣真菌粒度越高，群落結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單；沒(méi)有或較少林下植物層次的單層喬木或灌木，其環(huán)境真菌粒度偏低。但空氣細(xì)菌粒度與植物群落結(jié)構(gòu)的空間負(fù)相關(guān)性，即相對(duì)復(fù)雜的喬灌草復(fù)合植物群落區(qū)域的細(xì)菌粒度最低，而相對(duì)簡(jiǎn)單的單層植物群落區(qū)域卻有較高的細(xì)菌粒度，該結(jié)果在一定程度上印證了植物本身是空氣真菌的一個(gè)重要來(lái)源，但同時(shí)對(duì)空氣細(xì)菌的繁殖與生長(zhǎng)具有抑制作用。已有研究認(rèn)為，本著增加城市空間三維綠量的目的，強(qiáng)調(diào)在城市區(qū)域營(yíng)建喬灌草復(fù)合的植物群落景觀，但基于本試驗(yàn)結(jié)果，這一建議應(yīng)該慎用，或者在營(yíng)建喬灌草復(fù)層植物群落的同時(shí)增加群落區(qū)域的通風(fēng)透光條件，促進(jìn)該區(qū)域的空氣真菌快速擴(kuò)散，降低對(duì)城市人群(主要是亞健康人群及易感病性人群)健康的潛在不良影響(若城市綠地空氣中含有較高粒度或較復(fù)雜類別的空氣真菌，就在一定程度上增加了危險(xiǎn)的致病源或傳播疾病的媒介的可能性)。此外，在城市各類型的綠地中，為達(dá)到快速綠化效果而密植的植物群落，由于其內(nèi)部空氣不流通或林下殘存較多的枯枝敗葉，很有可能產(chǎn)生較多種類和數(shù)量的真菌，或?yàn)檎婢淖躺鷦?chuàng)造條件。

基于上述試驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)喬灌草復(fù)層植物群落與真菌、細(xì)菌粒度的“雙刃劍”相關(guān)關(guān)系情形，建議在城市綠地的規(guī)劃設(shè)計(jì)與更新優(yōu)化實(shí)踐中針對(duì)城市區(qū)域和建筑(群)環(huán)境特征及景觀需求深入分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行精細(xì)化、差異化的園林植物景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)，以滿足人們的景觀需求并充分發(fā)揮每一種群落結(jié)構(gòu)和類型的功能，從而真正做到“因地制宜”；常綠針葉型群落區(qū)域?qū)λ械目諝饩惗寄芷鸬斤@著的抑制作用，這一發(fā)現(xiàn)為功能性植物群落的建設(shè)提供了依據(jù)。此外，單層草坪及地被植物群落具有不顯著的生態(tài)效益，因而在之后的綠地規(guī)劃和建設(shè)中應(yīng)該控制該植物群落類型的比例和數(shù)量。

城市綠地實(shí)現(xiàn)城市人居環(huán)境清潔健康并非新時(shí)代賦予城市綠地的新功能，不是最新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，也不是因?yàn)槟硞€(gè)社會(huì)公眾健康事件引發(fā)的新思考，而是城市綠地自誕生之日起即擔(dān)負(fù)的使命。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，常識(shí)或經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，但必要的基礎(chǔ)研究不可或缺。在研究過(guò)程中集成不同學(xué)科的成果，形成城市綠地的地域性、文化性及功能性植被規(guī)劃設(shè)計(jì)科學(xué)依據(jù)，這既是風(fēng)景園林作為詢證設(shè)計(jì)的一個(gè)必要的基本過(guò)程，也有益于創(chuàng)建具有公共健康功能的城市人居環(huán)境。

本文研究屬性為應(yīng)用基礎(chǔ)研究，目的是為健康城市人居環(huán)境綠地構(gòu)建提供基礎(chǔ)科學(xué)依據(jù)，但是在研究深度和廣度上尚存在以下局限。

首先，該文所述采樣過(guò)程時(shí)間跨度長(zhǎng)達(dá)10余年，因采樣設(shè)備和試驗(yàn)人員更迭等造成的原始數(shù)據(jù)誤差不可避免；培養(yǎng)基中可能存在的選擇性試劑并不適用于所有的空氣菌類，僅有部分菌類在該類型培養(yǎng)基上有所顯現(xiàn)，適用于絕大多數(shù)菌類的培養(yǎng)基種類還有待進(jìn)一步研制。其次，數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，由于專業(yè)所限，只能根據(jù)菌落基本特征進(jìn)行表型鑒定，確認(rèn)到菌類和數(shù)量，尚不能鑒定到屬、種。此外，鑒于目前研究還不能做到多專業(yè)協(xié)同采樣及鑒定，以及尚不能完全闡釋各類空氣菌類粒度的生物學(xué)特征和致病性，本文的研究假設(shè)只能是無(wú)菌或少菌的清潔環(huán)境是對(duì)人類有益的。

注：文中圖片均由作者繪制或拍攝。