石門國家森林公園空氣顆粒物動態變化及評價*

高瑤瑤 潘勇軍 張華

隨著工業化和城市化進程的加快，我國空氣質量狀況令人堪憂，并且空氣污染物中的顆粒物（PM）對人體產生較大危害[1～3]。直徑≤10 μm的顆粒物為可吸入顆粒物（PM10），這是人體上呼吸道感染的罪魁禍首；直徑≤2.5 μm的為細顆粒物（PM2.5），可能對人體支氣管末端造成損傷，干擾肺部氣體交換[4]。因此，空氣顆粒物濃度的時空變化是評價大氣質量一個重要標準。

根據廣州市環境保護局2019公布的數據[5]，廣州市全年空氣質量略有下降，與2018年相比，空氣質量達標天數減少5.2%；PM10年均值上升6.0%，其中南沙區、白云區PM10濃度增幅最大；從化區、南沙區PM2.5濃度增幅也較大。空氣質量的下降使市民對清新、干凈的空氣需求越來越強烈，故尋找大氣環境舒適的游憩場所，滿足市民生理及心理上的需求至關重要。因此，在廣州市石門國家森林公園進行空氣顆粒物時空變化規律及空氣質量評價研究，將為掌握城市森林公園對空氣顆粒物的調控能力提供基礎[6～7]，為城市森林公園合理開發森林游憩功能提供科學理論依據[8]。

1 研究區概況

石門國家森林公園（113′45″E，23′27″N）位于從化區東北部，距廣州市區86 km，總面積2 636 hm2，森林覆蓋率達98.9%，次生林面積1 067 hm2。其屬于南亞熱帶濕潤季風氣候區，雨量充沛，年平均降雨量約2 000 mm， 80%以上的降水量集中在4—9月；冬暖夏涼，具有明顯的山地氣候特征，年均氣溫為21℃，夏季比廣州中心城區的溫度低6～8℃，年氣候舒適日達200 d以上[9]。公園植被類型多，物種豐富度極高，已知有維管束植物1 090種，其中蕨類植物106種，種子植物976種[10]。

2 研究方法

2.1 觀測點選擇

綠闊葉林）4種典型生境類型的群落作為試驗樣地（圖2），各樣地面積為20 m×20 m，且坡度較緩，適合開展森林游憩活動。每塊試驗樣地采用“S”型取樣法設置3個觀測點，作為3個重復。

2.2 觀測方法

1995年經國家林業部批準，在石門國家森林公園建立了第一家國際森林浴場，目前在此基礎上規劃了森林康養基地（圖1）。為了解不同生境類型的空氣質量，在規劃的基地內建立標準氣象觀測場，并且采用典型抽樣法，根據試驗需要結合實地踏查篩選后，確定花海（草本植物群落）、湖心島（靠近水體森林）、竹林、國際森林浴場（常

通過研究廣州市近5年氣象數據，根據降雨量與降雨頻率，劃分旱季和雨季作為廣州市的典型天氣。跟蹤記錄氣象數據并在試驗日監測記錄氣象實況，篩選氣象數據與要選擇的氣象條件相符的觀測數據作為典型天氣的代表數據。旱季和雨季的觀測時間分別為2018年11—12月、2019年6—7月，各選擇5天典型天氣，旱季選擇“連續晴天”，雨季選擇“雨后晴天”。

圖1 石門國家森林公園康養基地區位圖

圖2 空氣顆粒物監測樣點區位圖

觀測期間，每天監測4種生境的空氣顆粒物。采用美國Metone Aerocet 531S 便攜式PM值/粒子計數器，測試粒徑包括PM1、PM2.5、PM4、PM7、PM10和TSP（總懸浮顆粒物），PM值濃度模式量程為 0～1 000 μg /m3，分辨率為0.1 μg /m3，取樣時間為1 min，數據輸出采用配套軟件遠端控制保存數據。每天8:00—18:00整點測定各監測點的PM1、PM2.5、PM4、PM7、PM10、TSP 濃度，測定時將儀器平放在高度1.3～1.5 m的三腳架上，每個監測點在東西南北4個方向各測量1次。

2.3 評價方法

根據《環境空氣質量標準（GB3095-2012）》[11]中 TSP、PM10和 PM2.5的質量濃度等級來評價空氣質量（表1）。鑒于我國還未將顆粒物小時平均質量濃度值納入空氣環境質量標準，故采用日平均顆粒物質量濃度進行評價。

3 結果與分析

3.1 空氣顆粒物時空動態變化

3.1.1 不同監測點空氣顆粒物時間動態變化

由監測結果（表2）可知，石門國家森林公園TSP、PM10、PM2.5濃度分別為 76 μg/m3、72 μg/m3、44 μg/m3，小粒徑占比PM10/TSP為94.73%，PM2.5/TSP為57.89%。空氣顆粒物每項指標均為旱季＞雨季，其存在顯著性差異（P＜0.05）。旱季小粒徑占比例PM10/TSP為96.20%，PM2.5/TSP為68.35%，雨季小粒徑占比例PM10/TSP為93.15%，PM2.5/TSP為47.94%，雨季小粒徑占比遠小于旱季，說明降雨不僅能降低顆粒物濃度，更重要的是還能降低可吸入顆粒物的占比，從而起到保護人體健康、凈化大氣環境的作用。主要原因是雨季空氣相對濕度較高，其與空氣污染物呈負相關：空氣中水分含量較多時，空氣污染物擴散速度減弱，并溶于水中，在重力作用下沉降，特別是在降雨時，空氣中的污染物、植物葉片滯納污染物都隨雨水落入土壤中，凈化空氣；降雨后溫度升高，空氣負離子含量增多，與污染物結合后沉降[12]。

表1 空氣顆粒物質量濃度評價標準

表2 石門國家森林公園空氣顆粒物

在旱季，各監測點日變化趨勢存在明顯差異，同一監測點的TSP、PM10、PM2.5日變化規律基本一致，且各時間點TSP和PM10濃度最為接近（圖3～6）。1）森林浴場的 TSP、PM10、PM2.5濃度均在 8:00—11:00呈下降趨勢，最大值在8:00為77 μg/m3、76 μg/m3、53 μg/m3，11:00出現最小值為 46 μg/m3、44 μg/m3、28 μg/m3，11:00—13:00 濃度均增高，14:00—15:00濃度急劇增高，15:00—16:00濃度急劇下降，16:00之后呈上升趨勢，日較差為31 μg/m3、32 μg/m3、25 μg/m3。2） 湖心島TSP、PM10、PM2.5濃度均在8:00—11:00開始下降，11:00—15:00平緩波動，15:00—16:00濃度均急劇下降，16:00出現最小值為 69 μg/m3、67 μg/m3、51 μg/m3，16:00—18:00濃度急劇增加，最大值在18:00為103 μg/m3、101 μg/m3、79 μg/m3，日 較 差 為 34 μg/m3、34 μg/m3、28 μg/m3。3） 竹 林TSP、PM10濃 度均在8:00—10:00開 始 下 降，10:00—12:00急劇上升，12:00出現最大值 為 169 μg/m3、116 μg/m3，12:00—15:00下降趨勢，15:00出現最小值為66 μg/m3、64μg/m3，之后處于上升趨勢；PM2.5濃度8:00—16:00平緩波動，最小值在12:00為45 μg/m3，最大值在13:00為63 μg/m3，之后處于上升趨勢。竹林TSP、PM10、PM2.5濃度日較差為103 μg/m3、52 μg/m3、18 μg/m3。4）花海 TSP、PM10、PM2.5濃度8:00—10:00開始下降，10:00出現最小值為60 μg/m3、56 μg/m3、41 μg/m3，10:00—16:00波動增長，16:00之后急劇上升，最大值在 18:00 為 114 μg/m3、113 μg/m3、88 μg/m3， 日 較 差 為 54 μg/m3、57 μg/m3、47 μg/m3。

在雨季，由監測結果（圖7～10）可知：1）森林浴場 TSP、PM10、PM2.5濃 度 均 在 8:00—9:00、11:00—13:00、14:00—16:00呈下降趨勢，16:00出現最小值為25 μg/m3、24 μg/m3、12 μg/m3，其余監測時段濃度均增高，14:00出現最大值為57 μg/m3、54 μg/m3、28 μg/m3，日 較 差 為 32 μg/m3、30 μg/m3、16 μg/m3；2）湖心島 TSP、PM10、PM2.5濃度均在 8:00—9:00、11:00—13:00、14:00—16:00呈下降趨勢，16:00出現最小值為 42 μg/m3、40 μg/m3、21 μg/m3，其余監測時段濃度均增高，14:00出現最大值為77 μg/m3、70 μg/m3、32 μg/m3， 日 較差為 35 μg/m3、30 μg/m3、11 μg/m3；3）竹林TSP、PM10、PM2.5濃度均在8:00—13:00、14:00—15:00、16:00—18:00呈上升趨勢，13:00出現最大值為112 μg/m3、108 μg/m3、64 μg/m3，13:00—14:00、15:00—16:00濃度均減小，8:00出 現 最 小 值 為 29 μg/m3、27 μg/m3、12 μg/m3，日較 差 為 83 μg/m3、81 μg/m3、52 μg/m3；4）花海TSP、PM10、PM2.5濃 度 均 在 8:00—13:00趨勢平緩，最小值在9:00為59 μg/m3、56 μg/m3、27 μg/m3，13:00—15:00濃度急劇增加，15:00出現最大值為 342 μg/m3、325 μg/m3、142 μg/m3，15:00—16:00濃度急劇下降，之后平緩增加，日較差為283 μg/m3、269 μg/m3、115 μg/m3。

3.1.2 不同監測點空氣顆粒物空間動態變化

圖3 旱季森林浴場空氣顆粒物日變化

圖4 旱季湖心島空氣顆粒物日變化

圖5 旱季竹林空氣顆粒物日變化

圖6 旱季花海空氣顆粒物日變化

圖7 雨季森林浴場空氣顆粒物日變化

圖8 雨季湖心島空氣顆粒物日變化

圖9 雨季竹林空氣顆粒物日變化

圖10 雨季花海空氣顆粒物日變化

由統計結果（圖11～13）可知，石門國家森林公園TSP、PM10平均濃度在各監測點排序為花海＞竹林＞湖心島＞森林浴場，PM2.5平均濃度排序為花海＞湖心島＞竹林＞森林浴場。TSP濃度在旱季和雨季均表現為花海＞竹林＞湖心島＞森林浴場，且存在極顯著差異（P＜0.01）。雨季花海TSP濃度是森林浴場的2.86倍、湖心島的1.92倍、竹林的1.71倍，旱季花海TSP濃度是森林浴場的1.93倍、湖心島的1.36倍、竹林的1.20倍。PM10濃度在雨季表現為花海＞竹林＞湖心島＞森林浴場，旱季竹林＞湖心島＞花海＞森林浴場，且存在極顯著差異（P＜0.01）。雨季花海PM10濃度是森林浴場的2.82倍、湖心島的2.01倍、竹林的1.71倍，旱季竹林PM10濃度是森林浴場的1.45倍、花海1.13倍、湖心島的1.03倍。PM2.5濃度在雨季表現為花海＞竹林＞湖心島＞森林浴場，旱季湖心島＞花海＞竹林＞森林浴場，且存在顯著差異（P＜0.05）。雨季花海PM2.5濃度是森林浴場的2.54倍、湖心島的1.99倍、竹林的1.59倍，旱季湖心島PM2.5濃度是森林浴場的1.55倍、竹林的1.12倍、花海的1.09倍。

綜上所述，森林浴場在旱季和雨季發揮凈化顆粒物的作用最大。其主要原因是浴場“喬-灌-草”結構完善，在顆粒物進入后每一層植物的葉、莖、枝都起到阻隔、滯納、吸收的作用，降低了顆粒物含量。而花海的植被“破碎化”嚴重，裸露的土地面積大，對顆粒物的削弱作用微弱，且花粉進入空氣后會二次增加TSP；再者花海的游客量大，活動頻繁，易形成粉塵飛揚現象，因此花海的空氣顆粒物含量較高。

3.2 石門國家森林公園空氣保健功能評估

根據監測到的不同粒徑空氣顆粒物日平均水平（表3）可知，石門國家森林公園各監測點的空氣質量等級均在“Ⅱ”及其以上，未達到污染水平，且4個監測點的TSP濃度全部達到“Ⅰ”，說明石門國家森林公園規劃的康養基地在大氣顆粒物指標上完全符合國家標準，且空氣顆粒物指標對其森林康養、森林旅游等活動的時間和地點均無限制。

4 小結

圖11 不同監測點TSP濃度

圖12 不同監測點PM10濃度

圖13 不同監測點PM2.5濃度

表3 石門國家森林公園不同粒徑空氣顆粒物日平均水平評價

石門國家森林公園TSP、PM10、PM2.5濃度在旱季和雨季表現出較大差異，影響其濃度原因有兩方面，一是旱季和雨季氣象因子不同，比如降雨、風速等；二是游客人為影響，比如游人的活動使土壤破碎，在風的作用下形成顆粒物。石門國家森林公園監測點不同粒徑顆粒物等級均在“Ⅱ”及其以上，尚未達到污染水平，其中森林浴場的平均TSP、PM10、PM2.5都達到“Ⅰ”，湖心島的平均TSP和PM2.5也達到“Ⅰ”。因此，從空氣顆粒物對身體影響考慮，石門國家森林公園的建議最佳康養時間為6—7月，地點選擇以森林浴場為主。

根據監測結果，建議石門國家森林公園在后期建設上可以加強對森林浴場和湖心島的開發利用，尤其是在森林浴場進行森林康養基地建設，康養理療效果更佳。