北京天壇公園春季樹(shù)木花粉飛散規(guī)律研究

周江鴻 夏菲 劉育儉

摘要：利用Burkard公司生產(chǎn)的HIRST型孢子捕捉儀和Phenom ProX全自動(dòng)臺(tái)式掃描電子顯微鏡，對(duì)2018年春季北京天壇公園氣傳樹(shù)木花粉種類和濃度的變化規(guī)律進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，春季最低氣溫穩(wěn)定超過(guò)0 ℃，最高氣溫穩(wěn)定超過(guò)15 ℃時(shí)，天壇公園的柏科、榆科和楊柳科樹(shù)木將進(jìn)入盛花期。西門(mén)北側(cè)外壇區(qū)域和南部三座門(mén)附近的氣傳花粉日平均濃度各有3個(gè)峰值，第1個(gè)峰值較高，出現(xiàn)在3月16日至4月7日期間，最高值分別為509.99粒/m3和 1 650.58粒/m3;第2個(gè)和第3個(gè)峰值均較小，分別出現(xiàn)在4月8—14日和4月25日至5月1日期間，最高值均小于65粒/m3。在第1個(gè)峰值期間，2個(gè)采樣點(diǎn)的主要花粉種類都為柏科樹(shù)木花粉，所占比例都達(dá)到了80%以上。第2個(gè)峰值期間，主要花粉種類都為銀杏科樹(shù)木花粉。第3個(gè)峰值期間，主要花粉種類都為桑科樹(shù)木花粉。3月16日至4月7日期間，逐時(shí)花粉濃度平均值表現(xiàn)為02：00—08：00高，16：00—21：00低;4月25日至5月1日期間，逐時(shí)花粉濃度平均值則表現(xiàn)為16：00—21：00高，02：00—08：00低。結(jié)果可為開(kāi)展天壇公園花粉濃度的精細(xì)化預(yù)報(bào)、指導(dǎo)游客進(jìn)行自我防護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐，也可為天壇公園植物群落的升級(jí)改造提供參考。

關(guān)鍵詞：天壇公園;氣傳樹(shù)木花粉;飛散規(guī)律;花粉濃度;花粉種類

中圖分類號(hào)： S731.2 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2020）15-0192-07

園林植物在凈化空氣和水質(zhì)、保持水土、改善城市小氣候、降低城市噪音等方面發(fā)揮著重要的作用[1]，然而有些風(fēng)媒花植物所產(chǎn)生的花粉可大量飄散在公園和綠地近地面的空氣中，引發(fā)人體過(guò)敏反應(yīng)，嚴(yán)重危害人體健康，因此美國(guó)的Stanley等和我國(guó)的廖鳳林都將致敏花粉列為了空氣污染物[2-3]。近年來(lái)，世界各地花粉過(guò)敏癥的發(fā)病率均呈逐年升高的趨勢(shì)，我國(guó)的發(fā)病率為0.5%～1.0%，高發(fā)地區(qū)能達(dá)到5.0%;北京地區(qū)呼吸道過(guò)敏病人中，有 1/4～1/3對(duì)花粉過(guò)敏[4-5]。園林綠地中的植被組成是影響空氣中花粉種類和濃度大小的主要因素之一[6]，由于不同公園中植物種類和數(shù)量差異較大，空氣中致敏花粉的種類和數(shù)量不同，因此在不同公園中開(kāi)展氣傳花粉飛散規(guī)律研究能夠?yàn)榛ǚ蹪舛鹊木?xì)化預(yù)報(bào)提供數(shù)據(jù)支撐。

北京天壇公園是我國(guó)保存最為完整的祭壇園林，為了從整體上營(yíng)造靜謐、肅穆、莊重的祭祀氛圍，自明清時(shí)期壇域內(nèi)便廣泛種植柏樹(shù)和松樹(shù)[7]。檜柏和側(cè)柏花粉是北京地區(qū)春季主要的致敏花粉[8]，每年春季大量柏樹(shù)開(kāi)花散粉，往往會(huì)形成煙霧狀的“花粉云”，造成園內(nèi)空氣中花粉濃度極高，對(duì)園內(nèi)職工、游人和周邊居民的健康造成了嚴(yán)重影響，據(jù)統(tǒng)計(jì)，天壇公園職工中花粉過(guò)敏癥的發(fā)病率高達(dá)30%以上。因此，研究天壇公園春季空氣中樹(shù)木花粉種類和濃度的變化及飄散規(guī)律，對(duì)于在公園內(nèi)開(kāi)展花粉濃度的精細(xì)化預(yù)報(bào)、指導(dǎo)敏感人群合理安排游園時(shí)間、減少花粉過(guò)敏癥的發(fā)生具有重要意義，也可為建設(shè)有益健康的園林綠地提供合理化建議。

1 材料與方法

1.1 花粉樣品的采集

花粉樣品采集使用英國(guó)Burkard公司生產(chǎn)的HIRST型孢子捕捉儀，分別在天壇公園西門(mén)北側(cè)和南部三座門(mén)附近各放置1臺(tái)。該捕捉儀配有內(nèi)置真空泵，可以連續(xù)24 h捕捉空氣中的花粉，其滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)速度為2 mm/h，持續(xù)采樣的時(shí)間達(dá)7 d，空氣流量為10 L/min，花粉會(huì)粘到由發(fā)條驅(qū)動(dòng)的滾筒上的粘合劑涂層上。由于本研究要利用掃描電鏡進(jìn)行樣品觀察，因此將掃描電鏡專用的雙面碳導(dǎo)電膠帶（Ted Pella，寬8 mm，長(zhǎng)20 m）纏繞在孢子捕捉儀的滾筒上來(lái)采集空氣中的花粉樣品。

1.2 掃描電鏡制樣和觀察方法

將采集了花粉樣品的雙面導(dǎo)電膠帶按時(shí)間順序剪成小段，每段長(zhǎng)度16 mm，代表8 h所采集的樣品，然后將其粘在直徑為25 mm的掃描電鏡樣品臺(tái)上，并用Cressington 108 auto離子濺射儀噴金、鍍膜，電流為20 mA，濺射時(shí)間為20 s。利用Phenom ProX全自動(dòng)臺(tái)式掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀測(cè)，在 270×放大倍數(shù)下，每視野面積約為1 mm2，統(tǒng)計(jì)1 mm2 視野內(nèi)的花粉數(shù)目，每小時(shí)區(qū)域統(tǒng)計(jì)3個(gè)視野，每個(gè)視野內(nèi)選取10粒花粉，在5 000×左右放大倍數(shù)下，測(cè)量花粉大小，觀測(cè)其形狀、極面和赤道面的表面紋飾、萌發(fā)溝或萌發(fā)孔的數(shù)量及形態(tài)，參照《中國(guó)木本植物花粉電鏡掃描圖志》[9]和《中國(guó)氣傳花粉和植物彩色圖譜》[10]確定花粉種類。

1.3 花粉濃度計(jì)算方法

參照郄光發(fā)等的公式[11]計(jì)算花粉濃度，

N=A×BD·E。

式中：N為空氣中花粉濃度;A為計(jì)數(shù)點(diǎn)內(nèi)花粉個(gè)數(shù);B為每小時(shí)采樣區(qū)域面積（B=16 mm2，膠帶寬 8 mm，每小時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)2 mm）;D為計(jì)數(shù)點(diǎn)面積（D= 1 mm2，掃描電鏡270×視野面積）;E為每小時(shí)采樣空氣體積（E=0.6 m3，Burkard采樣器空氣流量為10 L/min）。因此，本研究計(jì)算每立方米空氣中花粉濃度的公式為N=26.67A。

2 結(jié)果與分析

2.1 天壇公園風(fēng)媒花喬木的組成及分布

建壇至今，經(jīng)過(guò)近600年的綠化，天壇公園形成了中心區(qū)域以常綠喬木林為主，邊緣以落葉林和混交林為主的植被類型，樹(shù)木總數(shù)達(dá)5.6萬(wàn)余株，其中側(cè)柏1.1萬(wàn)株，檜柏2.0萬(wàn)株，主要分布在內(nèi)壇各古建筑周?chē)孕辛幸?guī)則式純林種植;外壇的檜柏主要分布在北門(mén)、西門(mén)、南門(mén)和東門(mén)的甬道兩側(cè)，側(cè)柏則分布在北門(mén)西側(cè)區(qū)域。松樹(shù)有0.4萬(wàn)株，主要分布在內(nèi)壇丹陛橋東側(cè)，油松以純林種植，白皮松則與檜柏形成混交林。落葉喬木共有0.6萬(wàn)余株，主要分布在外壇區(qū)域，其中核桃、杜仲和榆樹(shù)主要分布在西門(mén)北側(cè);銀杏主要分布在西門(mén)和東門(mén)北側(cè)區(qū)域，小葉樸主要分布在東門(mén)北側(cè)，毛白楊主要分布在北門(mén)附近和神樂(lè)署門(mén)前。

2.2 2018年3—4月天壇公園氣傳花粉濃度日平均值的變化規(guī)律

從圖1可以看出，2018年3—4月三座門(mén)附近的氣傳花粉濃度日平均值有3個(gè)峰值，第1個(gè)峰值較高，出現(xiàn)在3月16日至4月7日期間，其中有 10 d 花粉濃度日平均值超過(guò)400粒/m3;3月17日花粉濃度日平均值為34.08粒/m3，隨后濃度逐漸升高，至3月26日達(dá)到最高值，為1 650.58粒/m3;3月26日以后花粉濃度逐漸下降，4月5日花粉濃度日平均值只有 10.00粒/m3。4月8—14日出現(xiàn)第2個(gè)峰值，花粉濃度日平均值最高為60.01粒/m3，出現(xiàn)在4月10日;最低值為4.07粒/m3，出現(xiàn)在4月13日。4月15—24日花粉濃度一直維持在較低水平，日平均值均小于12粒/m3。第3個(gè)小峰值出現(xiàn)在4月25日至5月1日期間，其中有3 d花粉濃度日平均值超過(guò)30粒/m3，最高值為44.08粒/m3，出現(xiàn)在4月30日;最低值為18.18粒/m3，出現(xiàn)在4月27日。

2018年3—4月西門(mén)北側(cè)外壇區(qū)域的氣傳花粉濃度日平均值也有3個(gè)峰值，第1個(gè)峰值同樣出現(xiàn)在3月16日至4月7日期間，但是最高值只有 509.99粒/m3，出現(xiàn)在3月22日。第2個(gè)峰值較小，出現(xiàn)在4月8—14日期間，其中有2 d花粉濃度日平均值超過(guò)30粒/m3，最高值為 37.60粒/m3，出現(xiàn)在4月12日;最低值為 13.71粒/m3，出現(xiàn)在4月14日。4月15—24日期間花粉濃度維持較低水平，日平均值均小于 20粒/m3。第3個(gè)小峰值也出現(xiàn)在4月25日至5月1日期間，其中有2 d花粉濃度日平均值超過(guò) 30粒/m3，最高值為48.45粒/m3，出現(xiàn)在4月26日;最低值為8.89粒/m3，出現(xiàn)在4月30日。

根據(jù)2018年3—4月天壇公園氣溫觀察值（圖2）可知，3月1日至3月22日期間氣溫偏低，只有 6 d 的最低氣溫高于0 ℃，有16 d的最高氣溫高于或等于10 ℃，3月17日還有1次降雪天氣。3月23日至4月3日，最低氣溫均在0 ℃以上，最高氣溫均超過(guò)15 ℃，使柏科、榆科和楊柳科植物大量開(kāi)花散粉，形成了花粉濃度的第1個(gè)高峰。

2.3 不同時(shí)間段花粉種類和數(shù)量的變化

根據(jù)圖1的結(jié)果可知，2018年3月16日至5月1日天壇公園西門(mén)和三座門(mén)區(qū)域的花粉濃度日平均值變化均可分為4個(gè)時(shí)間段，分別為3個(gè)花粉濃度高峰時(shí)間段和第1個(gè)峰值與第3個(gè)峰值之間的花粉濃度較低時(shí)間段，本研究分別對(duì)這4個(gè)時(shí)間段內(nèi)的氣傳花粉種類進(jìn)行識(shí)別和鑒定。由于同科不同種植物的花粉形態(tài)特征極為相似，因此花粉種類只鑒定到科。

3月16日至4月7日期間，三座門(mén)附近的空氣中有7科植物花粉，其中柏科植物花粉所占比例最高，達(dá)到了92.01%;楊柳科、榆科和木樨科植物花粉所占比例分別為3.76%、1.62%和1.53%;樺木科、銀杏科和杜仲科植物花粉所占比例均低于0.5%（圖3-a）。同一時(shí)期，西門(mén)北側(cè)外壇區(qū)域空氣中則有10科植物花粉，柏科植物花粉只占到82.39%，低于三座門(mén)附近;而榆科、楊柳科、木樨科、杜仲科和銀杏科植物花粉所占比例分別6.74%、4.45%、3.55%、1.79%和0.54%，高于三座門(mén)附近;樺木科植物花粉所占比例為0.42%，與三座門(mén)附近差別不大;松科、胡桃科和懸鈴木科植物花粉所占比例均小于0.1%，是三座門(mén)附近沒(méi)有采集到的花粉種類（圖4-a）。

4月8—14日期間，三座門(mén)附近空氣中仍有7科植物花粉，但是隨著柏科、楊柳科和榆科植物盛花期的結(jié)束以及銀杏科和木樨科植物進(jìn)入盛花期，柏科植物花粉所占比例下降為30.47%，沒(méi)有采集到楊柳科和榆科植物花粉;銀杏科、木樨科和杜仲科植物花粉所占比例分別上升為54.66%、10.75%和1.61%;懸鈴木科、胡桃科和松科植物花粉所占比例分別為1.25%、0.72%和0.54%（圖3-b）。同一時(shí)期，西門(mén)北側(cè)外壇區(qū)域空氣中有11科植物花粉，銀杏科植物花粉所占比例最高，為64.73%，柏科植物花粉所占比例下降為4.01%;胡桃科、木樨科、杜仲科和樺木科植物花粉所占比例分別上升為11.42%、10.02%、5.01%和2.61%;楊柳科植物花粉所占比例為1.40%，而榆科、松科、殼斗科和桑科植物花粉所占比例均為0.20%（圖4-b）。

4月15—24日期間，三座門(mén)附近空氣中有8科植物花粉，隨著松科和胡桃科植物進(jìn)入盛花期，柏科和銀杏科植物花粉所占比例分別下降為1.75%和4.55%;而松科和胡桃科植物花粉則分別上升為68.88%和20.63%;樺木科、木樨科、殼斗科和懸鈴木科植物花粉所占比例分別為1.40%、1.05%、1.05%和0.70%（圖3-c）。同一時(shí)期，西門(mén)北側(cè)外壇區(qū)域空氣中有12科植物花粉，柏科和銀杏科植物花粉所占比例分別下降為1.13%和26.67%;而松科和胡桃科植物花粉則分別上升為36.86%和27.92%;桑科、殼斗科、懸鈴木科、木樨科、樺木科、杜仲科、楊柳科和榆科植物花粉所占比例分別為2.26%、1.38%、1.26%、0.75%、0.63%、0.63%、0.38%和0.13%（圖4-c）。

4月25日至5月1期間，三座門(mén)附近空氣中有10科植物花粉，隨著桑科和懸鈴木科植物進(jìn)入盛花期，松科、胡桃科和銀杏科植物花粉所占比例分別下降為28.50%、2.90%和0.24%，而桑科、懸鈴木科和樺木科植物花粉所占比例分別上升為47.83%、10.39%和5.80%;殼斗科和柏科植物花粉所占比例分別為2.66%和1.21%，榆科和楊柳科植物花粉所占比例均為0.24%（圖3-d）。同一時(shí)期，西門(mén)北側(cè)外壇區(qū)域空氣中有8科植物花粉，松科、胡桃科和銀杏科植物花粉所占比例分別下降為27.95%、5.30%和0.48%，而桑科、懸鈴木科和樺木科植物花粉所占比例則分別上升為50.60%、8.19%和3.86%;殼斗科和柏科植物花粉所占比例分別為3.13%和0.48%（圖4-d）。

2.4 不同時(shí)間段的花粉逐時(shí)平均濃度變化

為了掌握天壇公園不同區(qū)域花粉濃度在一天當(dāng)中的逐時(shí)變化規(guī)律，根據(jù)花粉濃度日平均值的變化規(guī)律（圖1），本研究分4個(gè)時(shí)間段統(tǒng)計(jì)了天壇公園春季花粉逐時(shí)濃度的平均值。

2018年3月16日至4月7日期間，天壇公園西門(mén)北側(cè)外壇區(qū)域的花粉濃度維持較低水平，逐時(shí)濃度的平均值在89.42～224.86粒/m3之間，最高值出現(xiàn)在07：00—08：00，最低值在19：00—20：00;三座門(mén)附近花粉濃度較高，逐時(shí)濃度的平均值在294.18～644.12粒/m3之間，最高值出現(xiàn)在 02：00—03：00，最低值在15：00—16：00（圖5-a）。

2018年4月8—14日期間，西門(mén)北側(cè)外壇區(qū)域花粉逐時(shí)濃度的平均值在13.34～44.45粒/m3之間，最高值出現(xiàn)在02：00—03：00，最低值在14：00—15：00;三座門(mén)附近花粉逐時(shí)濃度的平均值在 19.26～65.19粒/m3之間，最高值出現(xiàn)在07：00—08：00，最低值在01：00—02：00（圖5-b）。

2018年4月15—24日期間，花粉濃度維持較低水平，西門(mén)北側(cè)外壇區(qū)域花粉逐時(shí)濃度的平均值在2.54～24.13粒/m3之間，最高值出現(xiàn)在15：00—16：00，最低值在21：00—22：00;三座門(mén)附近花粉逐時(shí)濃度的平均值在0～8.89粒/m3 之間，最高值出現(xiàn)在16：00—17：00，最低值在01：00—02：00（圖5-c）。

2018年4月25日至5月1日期間，西門(mén)北側(cè)外壇區(qū)域花粉逐時(shí)濃度的平均值在1.78～32.00粒/m3 之間，最高值出現(xiàn)在16：00—17：00，最低值在22：00—23：00;三座門(mén)附近花粉逐時(shí)濃度的平均值在7.41～72.60粒/m3之間，最高值出現(xiàn)在17：00—18：00，最低值在06：00—07：00（圖5-d）。

3 結(jié)論與討論

有關(guān)研究表明，影響春季樹(shù)木始花期的主要?dú)庀笠蜃邮菤鉁兀諝鉂穸取⒔邓考叭照諘r(shí)數(shù)對(duì)始花期的影響有限[12]，開(kāi)花較早樹(shù)種的始花期受冬春氣溫變化的影響更顯著[13]，早春氣溫偏高會(huì)使多數(shù)樹(shù)木的始花期提前。公園綠地中不同時(shí)期空氣中花粉種類和濃度的日平均值是由不同植物的數(shù)量和盛花期決定的，不同植物種植的數(shù)量不同、始花期不同、盛花期持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短也可能不同，從而造成不同時(shí)間段空氣中花粉的種類和濃度是不同的。本研究結(jié)果表明，春季最低氣溫穩(wěn)定超過(guò)0 ℃，最高氣溫穩(wěn)定超過(guò)15 ℃時(shí)，天壇公園的柏科、榆科和楊柳科樹(shù)木將進(jìn)入盛花期，形成花粉濃度的第1個(gè)高峰。由于天壇公園柏科樹(shù)木的數(shù)量占全部樹(shù)木的55%以上，其盛花期主要集中在3月下旬，而且單株柏樹(shù)所產(chǎn)生的花粉量遠(yuǎn)高于其他樹(shù)種，因此天壇公園氣傳花粉日平均濃度的高峰期也主要集中3月下旬，其中柏科植物花粉的貢獻(xiàn)率大于80%。盛花期在4月8—14日的樹(shù)種主要是銀杏科和木樨科樹(shù)木，盛花期在4月25日至5月1日的主要是松科和桑科樹(shù)木，雖然這些樹(shù)木單株所產(chǎn)生的花粉量也較大，但由于種植數(shù)量較少，因此第2個(gè)和第3個(gè)高峰期的花粉濃度遠(yuǎn)低于3月下旬的第1個(gè)峰值。

花粉濃度的逐時(shí)變化與樹(shù)木的開(kāi)花散粉習(xí)性、人為因素干擾和采樣點(diǎn)周?chē)乇項(xiàng)l件及小氣候因子等有密切關(guān)系[11]，在日照正常的情況下，多數(shù)風(fēng)媒植物的日散粉高峰期在12：00—14：00之間[14]。但是本研究結(jié)果表明，3月下旬在天壇公園柏樹(shù)盛花期，2個(gè)采樣點(diǎn)的花粉逐時(shí)平均濃度的最大值分別出現(xiàn)在02：00—03：00和07：00—08：00，該階段花粉敏感人群應(yīng)盡量避免早晨在天壇公園活動(dòng)，可以適當(dāng)選擇在傍晚的時(shí)間活動(dòng);4月8—24日的花粉濃度較低，逐時(shí)平均濃度變化均未表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性; 4月25日至5月1日在桑科和松科植物的盛花期，花粉逐時(shí)平均濃度的高峰出現(xiàn)在17：00—18：00 和16：00—17：00， 該階段花粉敏感人群應(yīng)盡量避免傍晚在天壇公園活動(dòng)，可以適當(dāng)選擇在早晨的時(shí)間活動(dòng)。這表明逐時(shí)花粉濃度的影響因素復(fù)雜，可能受樹(shù)種、氣象因子、附近的地形地貌及建筑物等多種因素影響，還需要繼續(xù)開(kāi)展深入的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓 平. 園林綠化“以人為本”理念探析[J]. 園藝與種苗，2013（12）：10-13.

[2]Stanley R G，Linskens H F. Pollen：biology，biochemistry and management[M]. NewYork：Springer-Verlag，1974.

[3]廖鳳林. 城市園林綠化中的花粉污染[J]. 城市環(huán)境與城市生態(tài)，1991，4（2）：21-25.

[4]廖鳳林. 城市空氣花粉污染評(píng)價(jià)[J]. 城市環(huán)境與城市生態(tài)，2000，13（3）：45-46.

[5]張 軍，徐 新，張?jiān)鲂牛? 南京市空氣中花粉特征及其與氣象條件關(guān)系[J]. 氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，25（5）：67-71.

[6]孟 齡，王效科，歐陽(yáng)志云，等. 北京城區(qū)氣傳花粉季節(jié)特征及與氣象條件關(guān)系[J]. 環(huán)境科學(xué)，2016，37（2）：452-458.

[7]王晶晶. 以天壇公園為例淺析祭壇園林的植物配置[C]//中國(guó)風(fēng)景園林學(xué)會(huì)2011年會(huì).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011：4.

[8]歐陽(yáng)志云，嘉 楠，鄭 華，等. 北京城區(qū)花粉致敏植物種類、分布及物候特征[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，18（9）：1953-1958.

[9]李天慶，曹慧娟，康木生，等. 中國(guó)木本植物花粉電鏡掃描圖志[M]. 北京：科學(xué)出版社，2011.

[10]喬秉善. 中國(guó)氣傳花粉和植物彩色圖譜[M]. 2版.北京：中國(guó)協(xié)和醫(yī)科大學(xué)出版社，2014.

[11]郄光發(fā)，楊 穎，王 成，等. 北京城區(qū)硬質(zhì)地面近地空間樹(shù)木花粉濃度日變化及小氣候因子的影響[J]. 林業(yè)科學(xué)，2010，46（8）：39-44.

[12]王 琳，鄭育桃，伍艷芳，等. 氣象因子對(duì)芳香植物始花期的影響[J]. 經(jīng)濟(jì)林研究，2017，35（2）：194-199.

[13]楊中義，馬 晉，張妮娜，等. 太谷地區(qū)園林樹(shù)木始花期對(duì)氣溫變化的響應(yīng)[J]. 山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（7）：866-869.

[14]趙明明，陳 虹，潘存德，等. 核桃散粉期花粉通量時(shí)空格局與影響因素[J]. 北方園藝，2017（23）：77-80.