春季農(nóng)田地表空氣中PM10濃度變化與環(huán)境因子關系

武亞堂，吳建國，王立

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學林學院，蘭州730070；2.中國環(huán)境科學研究院，北京100021）

PM10是指以固態(tài)和液態(tài)形式懸浮于大氣中，空氣動力學粒徑≤10μm 的顆粒狀物質(zhì)[1]，在我國又稱為可吸入顆粒物，是主要的大氣污染物之一[2]，對生態(tài)系統(tǒng)、環(huán)境衛(wèi)生及公共健康等都危害極大[3-4]。隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的深入推進，區(qū)域型與復合型的大氣污染問題日趨嚴重[5]，PM10成為首要污染物[6]。農(nóng)田土壤風蝕揚塵是PM10的重要來源[7-8]。在風等環(huán)境因子影響下，裸露農(nóng)田土壤顆粒物經(jīng)風蝕和搬運等過程被釋放到近地表空氣中，形成了土壤風蝕揚塵[9]，又經(jīng)擴散等過程影響近地表空氣中的PM10濃度及空氣質(zhì)量[10]。另外，區(qū)域大氣中PM10也會經(jīng)擴散和沉降過程而影響農(nóng)田近地表空氣中的PM10濃度[7]。因此，系統(tǒng)分析農(nóng)田近地表空氣中PM10濃度變化與環(huán)境因子的關系，對科學認識土壤風蝕揚塵PM10排放對區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量影響，以及確定空氣中PM10濃度變化與環(huán)境因子的關系等方面都具有重要的現(xiàn)實意義。

在國際上，空氣中顆粒物濃度變化與環(huán)境因子關系研究廣泛展開，但這些研究還多集中于城市及工業(yè)污染區(qū)[11-13]，在一些區(qū)域也開展了土壤風蝕揚塵排放時空分布與變化特征分析[14]、預測[15]、估算[16]、模擬[17]、理化性質(zhì)分析[18-19]、來源解析[20]及氣候變化[21]、地形條件[22]、地表擾動[23]和耕作制度[24]等對土壤風蝕揚塵排放的影響，以及土壤風蝕揚塵與鹽分[25]、地表覆蓋度[26]和土壤質(zhì)地及紋理[27]等環(huán)境因子的關系方面的分析。另外，在一些區(qū)域也開展了土壤風蝕揚塵PM10排放與氣象因子（風速、相對濕度）和土壤因子（土壤濕度）關系方面的研究，如Kim 等[28]研究發(fā)現(xiàn)1982—2008 年在北非撒哈拉和薩赫勒地區(qū)揚塵PM10排放量與地表風速呈顯著正相關關系；Csavina 等[29]在墨西哥華雷斯研究發(fā)現(xiàn)2011 年3—5 月PM10濃度與相對濕度呈正相關關系，當超過閾值后則呈負相關關系；Aimar等[30]在阿根廷研究發(fā)現(xiàn)土壤風蝕PM10排放與土壤濕度呈負相關關系。這些研究結果對科學認識農(nóng)田土壤風蝕揚塵PM10排放特征有重要的參考意義。但目前缺少氣象及土壤因子對土壤風蝕揚塵PM10排放影響，以及多種環(huán)境因子對土壤風蝕PM10排放綜合影響方面的觀測分析，特別是對農(nóng)田近地表空氣中PM10濃度變化與環(huán)境因子關系方面的研究報道還極少。在我國，空氣中PM10濃度變化與環(huán)境因子關系研究也在許多城市或工業(yè)區(qū)展開[31-33]，對農(nóng)田土壤風蝕揚塵PM10排放與環(huán)境因子關系也有一些研究報道，如高建華等[34]在陜西中北部地區(qū)農(nóng)田近地表觀測發(fā)現(xiàn)PM10排放量與地表粗糙度呈冪函數(shù)關系，與摩阻風速呈四次冪函數(shù)關系，與土壤濕度呈負相關關系；南嶺等[35]研究發(fā)現(xiàn)在農(nóng)牧交錯帶非沙區(qū)農(nóng)田地表平均PM10排放量與風速呈顯著線性關系，最大排放量與風速呈冪函數(shù)關系等。這些結果對認識農(nóng)田土壤風蝕揚塵PM10排放與環(huán)境因子關系有重要參考價值，但目前的研究還多集中在冬季城區(qū)及工業(yè)區(qū)PM2.5污染，對春季農(nóng)田近地表空氣中PM10濃度變化與環(huán)境因子關系的研究還鮮有報道。

近年來，京津冀及周邊地區(qū)一直是污染最嚴重的地區(qū)之一[5]。經(jīng)政府大力治理，盡管空氣環(huán)境質(zhì)量已明顯改善[36]，但PM10污染物問題依舊嚴峻[37]。該區(qū)域旱作農(nóng)田分布廣泛，并且在易旱多風的春季缺少植被保護，開墾前后地表土壤處于裸露或半裸露狀態(tài)[38]，進而使春季土壤風蝕揚塵排放成為影響區(qū)域空氣PM10的重要源[8]。裸露農(nóng)田風蝕揚塵PM10排放對京津冀及周邊空氣質(zhì)量影響較大[39-40]。系統(tǒng)分析裸露農(nóng)田地表空氣中PM10濃度變化與環(huán)境因子關系，對科學認識京津冀及周邊地區(qū)大氣重污染成因和制定有效防控對策有重要的現(xiàn)實意義。目前對京津冀及周邊地區(qū)土壤風蝕揚塵與環(huán)境因子的關系已有一些研究[41]，但對農(nóng)田近地表空氣中PM10濃度變化與環(huán)境因子的關系卻很少有研究報道。為此，本研究在農(nóng)田分布廣泛、大氣污染嚴重的山東省濟寧地區(qū)[42]，選擇典型農(nóng)田，進行春季近地表空氣中PM10濃度變化與環(huán)境因子同步觀測，對農(nóng)田近地表空氣中PM10濃度變化與環(huán)境因子的關系進行探索，希望為京津冀及周邊地區(qū)大氣重污染防治提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況和試驗地選擇

研究區(qū)位于山東省濟寧市泗水縣，在山東省中南部，泰沂山區(qū)南麓（35°28′～35°48′N，117°5′～117°35′E）；該縣東西最大橫距46 km，南北最大縱距40.6 km；地勢南北高、中部低，由東向西傾斜，南部和北部多為400 m 以下低山丘陵，中部為河谷平地。境內(nèi)河流屬淮河水系，多東西流向[43]。該縣地處暖溫帶大陸性季風氣候區(qū)，年均氣溫約13.4 ℃，年降水量約755 mm（集中于7—9 月），年相對濕度65%，無霜期180～220 d，春季（3—5 月）易旱多風[44]。該縣為典型農(nóng)業(yè)縣，有土地面積1 118.11 km2，其中農(nóng)用地約84 953.53 hm2（耕地約56 043.17 hm2），主要種植小麥、玉米及薯類和油料作物；旱田廣泛分布，并且旱田前茬作物收獲后秸稈多不會留存于地表，使冬春季農(nóng)田地表土壤覆蓋度低，呈季節(jié)性裸露和半裸露的狀態(tài)[44]。

考慮到典型性和試驗的操作性，在位于距離泗水縣城中心約15 km 處的泗河北岸的林泉西村（35°68′N，117°38′E），選擇開墾且地表土壤完全裸露的農(nóng)田作為試驗觀測場（海拔約122.3 m），該處地勢平坦開闊，周邊30～50 km 范圍都為類似旱田。觀測場中土壤為潮土，主要實施傳統(tǒng)耕地方式，種植小麥等[45]。另外，為了減少人為干擾，在試驗場中心位置劃定了面積為667 m2（長×寬為29 m×23 m）的地塊進行封圍，作為架設觀測儀器（顆粒物、氣象與土壤因素觀測）的固定場地。

1.2 顆粒物濃度觀測

在2019 年3 月1 日—5 月31 日，進行近地表空氣中PM10逐日采樣觀測?？紤]到早晨是白天空氣中顆粒物較高的時段[33]，本研究PM10采樣觀測在每日早晨9：30—10：30 進行。采樣PM10儀器為青島精誠儀器儀表有限公司生產(chǎn)的JH-120F 型智能顆粒物中流量采樣器（2018 年2 月生產(chǎn)），配備有QH-100 中流量PM10切割器。考慮到過去土壤風蝕揚塵與PM10濃度觀測都集中在1 m 以上的較高地表[34]，而Kasumba等[46]研究發(fā)現(xiàn)在農(nóng)田地表4 m 以下顆粒物濃度是20～100 m 處的4～7 倍，且地表4 m 以下顆粒物濃度隨離地表高度增加而減小，近地表土壤風蝕揚塵排放對空氣中顆粒物影響較大，但目前對近1 m 內(nèi)地表觀測分析不足，對農(nóng)田近地表土壤風蝕揚塵認識有限。本研究開展農(nóng)田近地表1 m 內(nèi)空氣中PM10濃度觀測分析，結合考慮氣象站觀測高度限制，采樣高度設為近地表80 cm 處，采樣儀布設于觀測場中心，采氣流量為100 L·min-1，每次采集60 min。利用濾膜稱質(zhì)量法確定所采集空氣中PM10的質(zhì)量，即用上海佑科儀器儀表有限公司生產(chǎn)的FA1104B型0.1 mg精度電子天平（2018年3 月生產(chǎn)），在采樣前和采樣后分別稱空白濾膜和已采集到空氣中PM10濾膜質(zhì)量，根據(jù)采集后與采集前濾膜的質(zhì)量差，計算采集空氣中PM10的質(zhì)量，再根據(jù)采氣流量100 L·min-1計算采樣60 min 累積采樣空氣體積，由采樣PM10質(zhì)量與采樣空氣的體積計算空氣中PM10的質(zhì)量濃度。所用濾膜為山東青島精誠儀器儀表有限公司生產(chǎn)的直徑90 mm 玻璃纖維濾膜（2018年6月生產(chǎn)）。在停止采樣時，濾膜存放在干凈濾膜盒內(nèi)進行低溫避光密封保存。在降雨天（包括3月29 日及4 月8、9、11 日）及停電時（3 月6 日），停止PM10采樣觀測。

1.3 環(huán)境因素監(jiān)測

在2019 年3 月1 日至5 月31 日，使用架設在觀測場北偏東45 °距離采樣儀約2 m 處的QS-3000 自動氣象站（由河北邯鄲開發(fā)區(qū)清易電子科技有限公司2018 年5 月生產(chǎn)），在PM10采樣開始與結束時段進行近地表80 cm 處風速、溫度和相對濕度的同步監(jiān)測，每隔30 min 自動記錄數(shù)據(jù)。同時，使用美國Decagon 公司生產(chǎn)的5 通道的Em50 土壤溫濕度數(shù)據(jù)采集器（2016 年8 月生產(chǎn)），在PM10采樣開始與結束時段測定5 cm 處土壤溫度和濕度，每隔30 min 自動記錄數(shù)據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

為了使環(huán)境因子分析時段與PM10質(zhì)量濃度采樣觀測時段一致，把PM10質(zhì)量濃度觀測時段對應期間的氣象和土壤因子每隔30 min 記錄的觀測數(shù)據(jù)都統(tǒng)一計算60 min 平均值。另外，為了減少區(qū)域沙塵影響，把3 月2 日和5 月13 日受沙塵影響明顯的觀測數(shù)據(jù)剔除。使用線性回歸和Pearson 相關系數(shù)分析法，分析農(nóng)田近地表空氣中的PM10濃度變化與風速、氣溫、空氣相對濕度、5 cm土壤溫度和濕度的關系；使用曲線回歸分析方法，分析PM10濃度變化與風速、氣溫、相對濕度、5 cm 土壤溫度和濕度非線性關系。另外，考慮到不同環(huán)境因子（風速、氣溫、相對濕度、5 cm土壤溫度和濕度）可能會對PM10濃度產(chǎn)生一定協(xié)同影響，在分析PM10濃度變化與單一因子關系的基礎上，為了進一步識別多種因子綜合對PM10濃度變化的影響，又進行了PM10濃度與環(huán)境因子間的多元線性回歸和逐步回歸分析。

所有數(shù)據(jù)處理和圖表制作都在Excel 2013 中完成，所有數(shù)據(jù)分析（包括線性回歸和Pearson 相關系數(shù)分析、曲線回歸分析、多元線性回歸和逐步回歸統(tǒng)計分析）都在SPSS 21.0中執(zhí)行[47]。

2 結果與分析

2.1 PM10濃度變化

圖1 顯示，在3—5 月，農(nóng)田近地表80 cm 處空氣中PM10濃度變化范圍存在差異。在3、4、5 月，PM10濃度平均值分別為118.45、110.49、121.67 μg·m-3，變化范 圍 分 別 為33.33～333.33、16.67～250.00、66.67～216.67 μg·m-3，變異系數(shù)分別為68%、43%、29%。在3—5月整個時段，農(nóng)田近地表80 cm 處空氣中PM10濃度平均值為117.06μg·m-3，變化范圍為16.67～333.33μg·m-3，變異系數(shù)為49%，隨時間動態(tài)變化趨勢不顯著（R2=0.006，P＞0.05）。

2.2 PM10濃度變化與環(huán)境因子的關系

2.2.1 PM10濃度變化與氣象因子的關系

在3—5月，農(nóng)田近地表80 cm處空氣中PM10濃度變化與氣象因子相關性不同。3—5 月平均風速為1.98 m·s-1，變化范圍0.50～6.03 m·s-1，PM10濃度變化與風速相關系數(shù)和線性回歸關系都達顯著水平（P＜0.01，表1），并且PM10濃度變化與風速也呈顯著指數(shù)函數(shù)關系（P＜0.001，表2）；3—5月平均氣溫為16.91 ℃，變化范圍5.87～30.83 ℃，PM10濃度變化與氣溫呈顯著S 曲線函數(shù)關系（P＜0.01，表2）；3—5 月平均相對濕度為55.74%，變化范圍24.33%～94.83%，PM10濃度變化與相對濕度呈顯著二次函數(shù)關系（P＜0.05，表2），但PM10濃度變化與氣溫、相對濕度相關系數(shù)和線性回歸關系不顯著（P＞0.05）（表1）。

圖1 PM10濃度和氣象因素的變化特征Figure 1 Changes in the PM10concentrations and meteorological factors

續(xù)圖1 PM10濃度和氣象因素的變化特征Continued figure 1 Changes in the PM10concentrations and meteorological factors

表1 不同月份PM10濃度與環(huán)境因素的Pearson相關系數(shù)Table 1 Pearson correlation coefficient between the PM10concentrations and environmental factors in different months

在3—5月不同月份，農(nóng)田近地表80 cm 處空氣中PM10濃度變化與氣象因子相關性也不同。在3 月，平均風速為2.13 m·s-1，變化范圍0.50～6.03 m·s-1，PM10濃度變化與風速的Pearson 相關系數(shù)和線性回歸關系顯著（P＜0.05，表1），并且PM10濃度變化與風速也呈顯著指數(shù)函數(shù)關系（P＜0.05，表2）；平均氣溫為11.10 ℃，變化范圍5.87～19.2 ℃，PM10濃度變化與氣溫相關系數(shù)和線性回歸關系都不顯著（P＞0.05）；平均相對濕度為51.43%，變化范圍25.27%～94.83%，PM10濃度變化與相對濕度相關系數(shù)和線性回歸關系都達到顯著水平（P＜0.05，表1），并且PM10濃度變化與相對濕度也呈顯著倒數(shù)函數(shù)關系（P=0.01，表2）。在4 月，平均風速為2.14 m·s-1，變化范圍0.53～5.37 m·s-1；相對濕度平均63.81%、變化范圍39.87%～91.7%；平均氣溫為15.94 ℃，變化范圍9.40～24.3 ℃，PM10濃度變化與氣溫呈顯著S 曲線函數(shù)關系（P＜0.05，表2），但PM10濃度與風速、氣溫、相對濕度相關系數(shù)和線性回歸關系都不顯著（P＞0.05）。在5 月，平均風速為1.71 m·s-1，變化范圍0.77～4.67 m·s-1；平均氣溫23.21 ℃，變化范圍17.80～30.83 ℃；平均相對濕度52.50%，變化范圍24.33%～85.87%，PM10濃度變化與風速、氣溫、相對濕度相關系數(shù)和線性回歸關系均不顯著（P＞0.05）（圖1，表1）。

表2 PM10濃度與環(huán)境因素的非線性回歸方程Table 2 Nonlinear regression equation of the PM10concentrations with environmental factors

2.2.2 PM10濃度變化與土壤因子的關系

在3—5月不同月份，農(nóng)田近地表80 cm 處空氣中PM10濃度變化與土壤因子關系不同。在3 月，土壤平均溫度為8.80 ℃，變化范圍3.97～14.37 ℃；土壤平均濕度為14.30%，變化范圍14.18%～14.50%，PM10濃度變化與土壤溫度和濕度相關系數(shù)及線性回歸關系不顯著（P＞0.05）。在4 月，土壤平均溫度為15.60 ℃，變化范圍10.43～20.67 ℃，PM10濃度變化與土壤溫度相關系數(shù)及線性回歸關系不顯著（P＞0.05）；土壤平均濕度為16.11%，變化范圍14.26%～19.17%，PM10濃度變化與土壤濕度呈顯著負相關和S 曲線函數(shù)關系（P＜0.01，表2）。在5 月，土壤平均溫度為22.84 ℃，變化范圍17.50～28.13 ℃，土壤平均濕度為18.42%，變化范圍17.78%～19.10%，PM10濃度與土壤溫度和濕度相關系數(shù)和線性回歸關系不顯著（P＞0.05）（圖2，表1）。在3—5月整個時段，農(nóng)田近地表80 cm 處空氣中PM10濃度變化與土壤因子關系不同。在3—5 月整個時段，土壤平均溫度為15.62 ℃，變化范圍為3.97～28.13 ℃，土壤平均濕度為16.33%，變化范圍14.18%～19.17%，PM10濃度變化與土壤溫度和濕度相關系數(shù)和線性回歸關系都不顯著（P＞0.05）（圖2，表1）。

2.3 PM10濃度變化與環(huán)境因子綜合關系

以農(nóng)田近地表80 cm 處空氣中PM10濃度為因變量，以風速、氣溫、相對濕度、5 cm 土壤溫度和濕度為自變量，PM10濃度變化與環(huán)境因子多元回歸關系達到顯著水平（R2=0.159，P=0.027），但只有風速標準化系數(shù)（-0.238）顯著（P＜0.05）（表3）。

按變量納入標準（P＜0.05）進行PM10濃度與環(huán)境因子逐步回歸分析，即氣溫、相對濕度、5 cm 土壤溫度和濕度為排除變量（表4），只有風速變量進入模型，PM10濃度變化與環(huán)境因子線性回歸方程為：y=-16.824x1+150.420（x1為風速，R2=0.126，F(xiàn)=9.658，P＜0.01），說明風速對PM10濃度變化影響達到顯著水平（表5）。

3 討論

3.1 農(nóng)田近地表PM10排放

一些觀測發(fā)現(xiàn)，城市空氣中PM10濃度變化較大。如趙晨曦等[32]觀測發(fā)現(xiàn)北京城區(qū)空氣中PM10平均濃度為127.99 μg·m-3，在冬春季空氣中PM10濃度范圍為30～450 μg·m-3；王嫣然等[48]觀測發(fā)現(xiàn)北京城區(qū)空氣中PM10平均濃度為136.50 μg·m-3。本研究表明，與以上城市空氣中PM10濃度相比，在山東泗水縣春季（3—5 月）農(nóng)田近地表空氣中PM10濃度也較高（平均值為117.06μg·m-3）。意味著在分析春季區(qū)域空氣中的PM10濃度變化中，對農(nóng)田近地表空氣中PM10需要高度關注。這些較高的PM10濃度一方面與本地污染物排放、外源輸送和沙塵有關，另一方面也與裸露農(nóng)田地表土壤風蝕揚塵排放有關[9]。

3.2 環(huán)境因子對農(nóng)田近地表PM10排放影響

農(nóng)田近地表空氣中PM10濃度變化受污染源排放、環(huán)境因子等的綜合影響[46]。山東泗水縣春季（3—5 月）農(nóng)田近地表80 cm 處空氣中PM10濃度波動性較大（16.67～333.33 μg·m-3），這與風速、氣溫、相對濕度、5 cm 土壤溫度和濕度因子綜合影響有關。在污染源強度和分布相對穩(wěn)定的條件下，氣象因子對空氣中PM10濃度變化起主導作用[13]，但不是單一因子影響，而是多種因子的共同作用[13]。

圖2 PM10濃度和土壤因素的變化特征Figure 2 Changes in the PM10concentrations and soil factors

表3 PM10濃度與環(huán)境因素多元線性回歸方程參數(shù)Table 3 Parameters of multiple linear regression equation of the PM10concentrations with environmental factors

風是空氣中PM10稀釋擴散和輸送最重要的動力因子[28]。風速變化直接決定近地表空氣中PM10濃度變化[31]。本研究表明，山東泗水縣春季（3—5月）農(nóng)田近地表80 cm 處空氣中PM10濃度變化與風速呈顯著負相關和指數(shù)函數(shù)關系（P＜0.001），這與趙晨曦等[32]和Kim 等[28]研究結果相似。說明春季大風多有利于農(nóng)田近地表空氣中PM10稀釋擴散。另外，與4 月和5月相比，3 月農(nóng)田近地表80 cm 處空氣中PM10濃度變化與風速呈顯著負相關和指數(shù)函數(shù)關系，可能因為3月農(nóng)田地表裸露程度高，風速對裸露程度高的農(nóng)田土壤風蝕揚塵PM10排放和近地表80 cm 處空氣中PM10濃度變化影響更大。

表4 PM10濃度與環(huán)境因素多元線性逐步回歸方程已排除變量參數(shù)Table 4 Parameters of stepwise multiple linear regression equation has excluded variable of the PM10concentrations with environmental factors

表5 PM10濃度與環(huán)境因素多元線性逐步回歸方程參數(shù)Table 5 Parameters of stepwise multiple linear regression equation of the PM10concentrations with environmental factors

本研究表明，山東泗水縣春季（3—5 月）農(nóng)田近地表80 cm 處空氣中PM10濃度變化與氣溫線性關系并不顯著。但是，PM10濃度變化與氣溫的S 曲線函數(shù)關系卻達到顯著水平（P＜0.01）。這可能與空氣對流活動有關。在春季大氣環(huán)流背景下，山東泗水縣農(nóng)田近地表氣溫變化不足以改變大氣湍流運動和垂直對流變化的影響，而近地表氣溫較高卻反而與冷空氣活動少、大氣較穩(wěn)定直接相關[49]。

有研究發(fā)現(xiàn)，空氣中PM10濃度變化與空氣相對濕度Pearson 正相關系數(shù)達到顯著水平[32]。本研究表明，山東泗水春季（3—5 月）農(nóng)田近地表80 cm 處空氣中PM10濃度變化與空氣相對濕度二次函數(shù)關系達到顯著水平。這可能由于水汽對PM10具有吸附作用而引起空氣中PM10濃度增加所致。濕度越大越有利于農(nóng)田近地表空氣中PM10凝聚和成核，從而使空氣中PM10濃度升高（未發(fā)生沉降情況下），但當超過閾值后則呈負相關關系，因重力作用質(zhì)量較大的PM10易發(fā)生濕沉降，使空氣中PM10濃度降低[29]。另外，本研究也表明，與4 月和5 月相比，3 月農(nóng)田近地表80 cm 處空氣中PM10濃度變化與相對濕度呈顯著負相關和倒數(shù)函數(shù)關系（P=0.01）。這可能與3 月氣溫回升較快造成空氣干燥及相對濕度大幅降低有關。

本研究表明，山東泗水縣春季（3—5 月）農(nóng)田近地表80 cm 處空氣中PM10濃度變化與5 cm 土壤溫度相關系數(shù)和線性回歸關系都不顯著。這可能與土壤溫度變化和氣溫直接相關[9]。雖然3—5 月土壤溫度隨氣溫升高而有一定幅度增加，但仍處于較低水平，所以農(nóng)田近地表80 cm 處空氣中PM10濃度變化與5 cm 土壤溫度相關系數(shù)和線性回歸關系并沒有達到顯著水平。

有研究發(fā)現(xiàn)土壤濕度較高使土壤顆粒表面形成水膜層，土壤顆粒受表面水膜靜電作用及張拉力和黏聚力約束，不易被風揚起[9]，從而抑制農(nóng)田土壤風蝕揚塵顆粒物排放[30]。本研究表明，山東泗水縣春季（3—5 月）農(nóng)田近地表80 cm 處空氣中PM10濃度變化與5 cm 土壤濕度相關系數(shù)和線性回歸關系都不顯著。這可能因為春季空氣中PM10粒徑較大，造成水膜靜電作用和表面拉張力及黏聚力約束力較小而容易被風揚起。另外，本研究也表明，與3 月和5 月相比，4 月農(nóng)田近地表80 cm 處空氣中PM10濃度變化與土壤濕度呈顯著負相關和S 曲線函數(shù)關系（P＜0.01），這可能與4月降雨頻繁導致土壤濕度較大有關。

3.3 農(nóng)田近地表PM10排放對空氣質(zhì)量影響

春季農(nóng)田土壤風蝕揚塵PM10排放潛在輸送距離大，對區(qū)域尤其對城市區(qū)域大氣PM10濃度具有一定的貢獻。Ge 等[50]研究發(fā)現(xiàn)新疆艾比湖地區(qū)土壤風蝕揚塵輸送路徑具有明顯季節(jié)差異，在春夏兩季達到最大輸送距離（影響我國整個北方空氣中顆粒物濃度，軌跡從中亞延伸到朝鮮半島和俄羅斯東部，甚至到達日本北部并進入北太平洋），在秋冬季，輸送距離在1 km 以下；Zhu等[51]基于向后運動軌跡分析方法對北京PM10濃度輸送路徑進行分析發(fā)現(xiàn)，2003—2009 年春季蒙古南部、內(nèi)蒙古西部和黃土高原等地往北京輸送PM10頻率最高；韓旸等[52]評估裸土風蝕型開放源揚塵對城市空氣顆粒物影響發(fā)現(xiàn)，PM10起塵量對城區(qū)空氣中顆粒物平均貢獻值為41.45μg·m-3。本研究表明，在春季受風等多種環(huán)境因子綜合作用下，農(nóng)田土壤風蝕揚塵對近地表空氣中PM10濃度有一定的影響。

需要指出，山東泗水縣春季典型農(nóng)田近地表80 cm 處空氣中的PM10濃度變化是多種環(huán)境因子綜合作用的結果。特別是風速對春季農(nóng)田近地表空氣中PM10濃度變化影響涉及了兩方面的過程，一方面風速增大使近地表空氣中PM10濃度降低，另一方面風速增大也使土壤風蝕揚塵和沙塵增多而使近地表空氣中PM10濃度增多。此外，陳衛(wèi)衛(wèi)[53]總結發(fā)現(xiàn)農(nóng)田PM10排放也受到春耕期機械擾動、耕作方式（如翻耕、耙地、播種、撒播糞肥以及控制雜草和害蟲的燒地等）、田間管理（除草、噴殺蟲劑、施肥、灌溉等）、土壤質(zhì)地（有機質(zhì)含量、團粒粒度和穩(wěn)定性等）、作物類型的影響。另外，本地污染物排放與外源輸送、煙塵懸浮物及其他氣態(tài)污染物等也對農(nóng)田近地表空氣中PM10濃度變化有影響。這使本研究結論會存在一定誤差。此外，本研究只是在山東泗水縣進行了2019 年春季觀測，結論是否適用于其他年份及地區(qū)，還需要更多試驗去明確。目前空氣中顆粒物濃度觀測研究還集中在城市和工業(yè)污染地區(qū)，對農(nóng)田近地表空氣中PM10濃度觀測研究還較少。本研究開展的典型農(nóng)田近地表空氣中PM10濃度變化與環(huán)境因子關系的分析結果，對確定農(nóng)田土壤風蝕揚塵PM10排放對大氣環(huán)境的影響及科學制定防控對策能提供一定的參考依據(jù)，對相關研究具有一定的參考價值。

4 結論

（1）在春季，山東泗水縣農(nóng)田近地表空氣中PM10污染不容忽視。相比相關城市空氣中PM10濃度，農(nóng)田近地表80 cm處空氣中PM10濃度也不低。

（2）在春季，山東泗水縣典型農(nóng)田近地表80 cm處空氣中PM10濃度變化與風速相關性最高，與相對濕度、氣溫、5 cm 土壤溫度和土壤濕度的相關性其次。同時，PM10濃度變化與環(huán)境因子非線性關系也達到顯著水平。

（3）在春季，山東泗水縣農(nóng)田近地表80 cm 處空氣中PM10濃度變化受風速的影響最大。

（4）在春季，在風等多種環(huán)境因子綜合作用下，農(nóng)田土壤風蝕揚塵對近地表空氣中PM10濃度產(chǎn)生一定影響?？刂仆寥里L蝕揚塵PM10排放，對治理大氣PM10污染有重要的意義。