冬季校園內3種典型用地空氣顆粒物濃度日變化*

傅偉聰 鄭 宇 董建文

1 福建農林大學藝術學院園林學院 福州 350002

2 閩江學院 福州 350108

空氣顆粒物對空氣質量、能見度、酸沉降、云和降水等有重要影響［1］，且大量成分復雜、影響人類健康［2-3］。研究表明，可吸入顆粒物具有致突變性，可增加死亡率、損害呼吸系統、破壞免疫系統［4］。因此，空氣顆粒物的研究受到高度重視。綠色植被在減少環境空氣顆粒物方面發揮著無法替代的重要作用［5］。有關空氣顆粒物的研究目前多集中在游憩林、公園綠地和道路等方面［5-6］，校園綠地是城市綠地系統中較為重要的一種類型，但相關研究報道不多［7］。本文將以冬季福建農林大學校園為例，研究冬季校園內3種典型用地在師生出行時間空氣顆粒物的動態變化規律，旨在為校園綠地建設、規劃和管理提供理論依據。

1 研究地概況

福建農林大學校園本部地處福州倉山區，位于福州市城區南部，占地超過320 hm2。校園內典型用地眾多，適合進行不同地形空氣顆粒物濃度變化規律對比研究。南北環山，東西兩側各有閩江、烏龍江環繞。校園內建有森林蘭苑、百竹園、中華名特優植物園等教學、觀賞性植物園，觀音湖、濕地公園等水系，拓荒廣場、明德廣場、逸夫廣場等小廣場。

2 研究方法

2.1 樣地選擇

選擇福建農林大學校園內主干道兩側的廣場、湖面及行政樓前綠地進行研究，道路行道樹種以白蘭、小葉榕、龍眼為主。3種用地均有較大人流量，分別為硬質廣場(面積2 400 m2)，水上休憩廊道(長300 m，寬3 m)，綠化休憩地(郁閉度0.5，樹種為千頭柏、洋紫荊、小葉榕、橡皮榕等)［8］。

2.2 指標測定和數據處理

選擇2012年12月― 2013年1月晴朗無風天7 d，觀測時間為5:00-23:00，每隔2 h 觀測1次，同步觀測3種典型用地。用Dustmate 煙塵檢測儀測定人體平均呼吸高度(1.2 ～1.5 m)處空氣TSP(總懸浮顆粒物，d≤l00 μm)，PM10(可吸入顆粒物，d≤l0 μm，)，PM2.5(可吸入肺細顆粒物，d≤2.5 μm，)，PM1.0(d≤1.0 μm)的濃度，每個觀測點設3 個重復，每個重復間距5 m。同時，使用小氣候監測儀監測風速、溫度、濕度，使用照度計檢測光照變化，使用Gas Analyzer 檢測氧氣濃度變化，使用聲級計記錄聲音分貝數變化。

用SPSS 19.0 進行統計分析。

3 結果與分析

3.1 校園內不同粒徑空氣顆粒物濃度的總體變化規律

觀測結果表明，不同校園用地的空氣顆粒物濃度均為早晚高、中午低，成“雙峰單谷”的“V”字型。在圖1，2，3，4 中，4種顆粒物均在早上5 ∶00-7 ∶00 達到較高值，中午15 ∶00 降低到一天中最低，之后不斷上升，19 ∶00-21 ∶00 達到第2 個高峰，而23 ∶00 過后空氣顆粒物濃度又開始下降。

大粒徑空氣顆粒物清晨較大的原因可能與濕度高，溫度低空氣流動相對緩慢有關，且晨讀、晨練的師生較多也是造成這一現象的原因。11 ∶00-15 ∶00是每日光照最強、氣壓高、氣溫最高的時段，溫度的迅速提高促使氣流交換，因此在這個時段顆粒物濃度相對較小。17 ∶00-21 ∶00 為市內交通高峰期，加上空氣流動減緩，濕度增加，相對靜風的氣象狀態使空氣顆粒物的聚集增多，空氣顆粒物濃度開始緩慢升高。21:00 之后溫度繼續降低，空氣濕度增加導致顆粒物凝結，出現一天中顆粒物的第2 次降低［7-10］。

小粒徑顆粒物日變化趨勢與大粒徑顆粒物濃度變化整體趨勢基本相似，但早晨濃度的最高值相對傍晚較高，可能與空氣濕度高、風速大、噪音量小有關［1］。

對校園內3種不同用地空氣顆粒物濃度進行分析，廣場、湖面、綠地TSP日均濃度分別為148.49 μg/m3，129.82 μg/ m3、129.51 μg/ m3;PM10日均濃度分別為89.63 μg/ m3，82.95 μg/ m3，82.12 μg/ m3;PM2.5日均 濃 度 分 別 為 33.12 μg/m3，35.21 μg/ m3，34.83 μg/m3，PM1.0 分 別 為12.84 μg/m3，13.94 μg/m3，13.51μg/m3。湖面、綠地TSP、PM10 的日均濃度與廣場相比差異顯著(p ＜0.05)，PM2.5 及PM1.0 差異不顯著。由此可知，水面及綠化用地對大粒徑顆粒物TSP、PM10 有降低作用，而對于小粒徑顆粒物濃度的降低作用并不明顯(見表1)。

表1 顆粒物清潔度評價指標［11］

3.2 校園內3種用地空氣顆粒物濃度日變化差異分析

圖1 廣場顆粒物濃度日變化

圖2 湖面顆粒物濃度日變化

圖3 綠地顆粒物濃度日變化

廣場、湖面、綠地空氣顆粒物濃度變化趨勢相似。廣場空氣顆粒物濃度高峰出現時段與師生出行的高峰早8 ∶00 和晚5 ∶00 基本吻合，可能是因為地勢開闊、地形平坦(圖1)。湖面空氣顆粒物濃度變化規律與廣場空氣顆粒物濃度變化規律相近，但與早晚交通高峰時間段相比具有高峰提前效應，2 個空氣顆粒物濃度高峰分別出現在早7 ∶00 及晚17 ∶00，并在晚21 ∶00 出現第3 個高峰(圖2)。

從不同校園用地空氣顆粒物濃度變化規律對比看，綠地的變化趨勢與其他2種用地存在一定差異(圖1，2，3)。可能是該綠地為農大植物園，植物葉片粘性較大，對空氣顆粒物的吸附、捕獲能力強，對減少空氣顆粒物有較強的效果。植物園早5 ∶00-7 ∶00 與17 ∶00 這2 個高峰出現時間提前，且空氣顆粒物濃度降低速度緩慢，主要因為清晨有較多學生在植物園早讀、教職工在此晨練對空氣顆粒物濃度帶來的影響。傍晚，有較多師生在植物園散步是17 ∶00高峰提前出現的原因。并且，由于植物葉片對顆粒物有吸附、捕獲和阻擋的作用，空氣顆粒物進入植物園后又不容易擴散開，所以夜間空氣顆粒物濃度降低速度相比其他2種地形相對緩慢［6-10］。

3.3 小氣候、噪音、氧氣指標與顆粒物濃度的相關性

空氣顆粒物濃度的大小除與顆粒物本身的性質和地形的影響有關外，還受到小氣候因子等環境因素影響［1］。對空氣顆粒物濃度數據和小氣候指標數據(包括平均風速、溫度、空氣相對濕度、熱力指數、露點溫度、濕球溫度、氣壓、氧氣含量、噪音分貝數［7］)進行相關性分析(表2)表明，在所測環境因子中，影響空氣顆粒物的環境因子有平均風速、溫度、相對濕度和聲音分貝數。其中，溫度、相對濕度和平均風速與大、小粒徑空氣顆粒物濃度均呈極顯著負相關;聲音分貝數與大粒徑顆粒物(TSP、PM10)濃度呈極顯著正相關，與PM2.5 呈顯著正相關。

表2 空氣顆粒物濃度與氣象因子的相關系數

4 結論與討論

1)按照國家環保部新出臺的《環境空氣質量標準》校園內PM10日均濃度為84.90 μg/ m3，達到二級地區標準;PM2.5日均濃度為34.39 μg/ m3，達到一級地區標準。從校園內廣場、湖面、綠地的空氣顆粒物日均濃度分析來看，水面及綠化用地對大粒徑顆粒物TSP、PM10 有一定降低作用，而對于小粒徑顆粒物濃度的降低作用并不明顯。根據以上研究，筆者認為適宜出行時間為9 ∶00-11 ∶00 及15 ∶00-19 ∶00，并建議師生選擇植物相對較多或伴有水面的場所鍛煉或出行［11］。

2)通過日均濃度對比發現，水面具有一定降低大粒徑空氣顆粒物濃度的作用。在空氣顆粒物濃度與空氣濕度呈正相關［12-13］情況下，水面與其他用地相比平均空氣濕度雖較大，但小粒徑顆粒物濃度并沒有提高(圖1，2，3)。

3)研究表明，顆粒物濃度日變化受小氣候影響。溫度與大、小粒徑空氣顆粒物濃度呈極顯著負相關，這與鄧利群等認為PM2.5 和PM10 質量濃度與溫度沒有明顯相關性等研究結論有所不同，原因可能與實驗方法不同有關［12］，有待進一步實驗研究。平均風速與TSP 沒有明顯相關性，而與PM10以及小粒徑空氣顆粒物(PM2.5、PM1.0)濃度呈極顯著負相關，這與之前黃哲等［13］和趙衛紅［14］認為空氣顆粒物風速與空氣顆粒物濃度呈負相關的研究結論有所不同，可能與研究對象不同有關。

4)根據此次研究結果，建議在校園保持原有功能分區基礎上，合理規劃、適當增加水體與綠地的面積。可以在校園機動車主干道道路綠化上進行喬灌草式植物配置，提高空間密閉度;在師生出行的非機動車道路上，為達到降低空氣顆粒物濃度的目的和提高園林效果，可在綠化條件下設置一定面積水面;校園主要活動場所應設置在遠離機動車干道、靠近水面的地方。

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