福州城郊鄉(xiāng)村大氣顆粒物濃度日變化規(guī)律

喬雨軒，王月明，王楠楠，朱志鵬，陳梓茹，傅偉聰，2，董建文，2

(1.福建農(nóng)林大學(xué) 園林學(xué)院，福建 福州 350002；2.國(guó)家林業(yè)局森林公園工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350002)

當(dāng)前人們對(duì)空氣質(zhì)量的關(guān)注隨著生活質(zhì)量的提升而升高，已成為環(huán)境問題的焦點(diǎn)，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(xì)顆粒物，d≤2.5 μm)和 PM1.0(d≤1.0 μm)作為空氣的首要污染物對(duì)空氣質(zhì)量有重要影響[1]。大氣顆粒物攜帶附著眾多有害物質(zhì)[2]，對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)[3]和免疫系統(tǒng)[4]造成較大的損害，甚至造成心臟病和癌癥的死亡率升高[5-8]。由于城市空氣質(zhì)量問題日漸突出，人們的生態(tài)環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，在閑暇之余更加渴望回歸自然，加之十九大報(bào)告中提出的“鄉(xiāng)村振興”戰(zhàn)略，鄉(xiāng)村作為當(dāng)代社會(huì)為數(shù)不多的可以讓人們親近自然、擁抱自然的場(chǎng)所，憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和政府政策導(dǎo)向，其旅游業(yè)日益繁榮。 但在游客選擇游憩地點(diǎn)時(shí)，除了景觀質(zhì)量這一因素外，人們逐漸重視生態(tài)功能這一要素[9]。

目前，傅偉聰?shù)萚10-13]在福州國(guó)家森林公園與百里杜鵑國(guó)家森林公園分別進(jìn)行大氣顆粒物相關(guān)的監(jiān)測(cè)研究， 對(duì)研究地異質(zhì)空間下大氣顆粒物的日變化規(guī)律進(jìn)行分析， 但未進(jìn)行不同季節(jié)的對(duì)比研究；郭二果等[14]、劉凡等[15]對(duì)不同氣象因子對(duì)城市空氣顆粒物濃度的影響已進(jìn)行了探討，但未對(duì)海拔、氣壓等氣象因子進(jìn)行研究。 但目前研究大多側(cè)重于城區(qū)或森林內(nèi)不同空間對(duì)空氣顆粒物濃度的影響作用，針對(duì)鄉(xiāng)村不同類型游憩地空氣顆粒物濃度的監(jiān)測(cè)研究鮮見報(bào)道。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，人們生活質(zhì)量大大提升，健康逐漸成為人們的消費(fèi)需求，以生態(tài)保健為目的的健康出行已成為旅游業(yè)的重要組成部分和發(fā)展趨勢(shì)[16]。 鄉(xiāng)村因擁有較好的環(huán)境、保存較好的鄉(xiāng)土景觀，正成為越來越多游客選擇的游覽目的地。 空氣質(zhì)量是衡量游憩地好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一，而顆粒物濃度是評(píng)判空氣污染度、當(dāng)?shù)厝司迎h(huán)境優(yōu)劣的重要指標(biāo)，因此大氣顆粒物濃度在一定程度上影響了游憩地環(huán)境質(zhì)量的好壞。 對(duì)鄉(xiāng)村大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，依據(jù)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行下墊面改善、地形調(diào)整等，有助于更好地建設(shè)美麗鄉(xiāng)村，發(fā)展鄉(xiāng)村旅游，實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興。 筆者選擇五一游客高峰期針對(duì)福州周邊典型鄉(xiāng)村——孔元村與井下村的5 類游憩空間，設(shè)置12 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，開展大氣顆粒物濃度及氣象因子等數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)分析， 以便了解村內(nèi)各類游憩空間的空氣顆粒物含量的異同與日變化規(guī)律的差異，為進(jìn)一步的美麗鄉(xiāng)村規(guī)劃建設(shè)及休憩空間、游覽時(shí)間的選擇，游線的規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐，并可豐富福州周邊鄉(xiāng)村空氣質(zhì)量研究的相關(guān)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

孔元村、井下村地處福州市近郊的閩侯縣白沙鎮(zhèn)（26.20°N， 119.07°E），四面環(huán)山，但交通便捷，閩江、萊福鐵路、115 縣道及合福高鐵穿境而過，距福州城區(qū)約31.1 km，區(qū)位優(yōu)勢(shì)突出。 氣候兼具亞熱帶季風(fēng)與海洋性氣候的特征，春季多雨、夏季炎熱而漫長(zhǎng)，少霜而無雪，日照充足，年平均氣溫17～20 ℃，境內(nèi)年降雨量 1 200～2 100 mm，水量充沛。 村域耕地 1 000 多畝，山林地 8 850 畝，井下溪、東溪穿村而過，青山綠水、風(fēng)景秀麗。 兩村因遠(yuǎn)山、溪澗、良田和農(nóng)家屋舍的和諧相融，吸引了眾多游客觀光旅游。

1.2 研究方法

依據(jù)監(jiān)測(cè)地現(xiàn)狀及游客游憩需求、景觀類型等綜合考慮，本研究選擇 12 個(gè)樣地進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)點(diǎn)分為 5 類進(jìn)行數(shù)據(jù)歸類分析，涵蓋了兩村具有代表性的全部游憩地類型。 第 1 類： 游憩林地， 選取樣地 J1 竹林、J2 林緣和 K1 登山道； 第 2 類： 硬質(zhì)鋪裝游憩地， 為樣地 J3 停車場(chǎng)、J4 村道、J5 井下村村部、K3 孔元村村部和K4 廟外廣場(chǎng)； 第 3 類： 水畔游憩地，包含樣地 J6 水邊游憩地、J7 水邊棧道； 第 4 類： 田園游憩地，為 K2 花田； 第 5 類： 廟宇，為樣地 K5 廟內(nèi)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布情況如圖1～2 所示，詳細(xì)立地條件如表 1～2 所示。

圖1 井下村監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖

圖2 孔元村監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖

表1 井下村監(jiān)測(cè)點(diǎn)概況

表2 孔元村監(jiān)測(cè)點(diǎn)概況

1.2.1 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

選取2018年五一假期前后，3 個(gè)晴朗日進(jìn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)采集。 觀測(cè)時(shí)間為7：00-17：00，同一用地每隔2 h 觀測(cè)1 次。 采用Dustmate 粉塵檢測(cè)儀監(jiān)測(cè)人體平均呼吸高度1.2～1.5 m 處的空氣中TSP(總懸浮顆粒物，d≤l00 μm)、PM10 (可吸入顆粒物，d≤10 μm)、PM2.5 (可吸入肺細(xì)顆粒物，d≤2.5 μm，)、PM1.0(d≤1.0 μm)的濃度（以下大氣顆粒物濃度均以μg/m3為單位）；并使用南方測(cè)繪公司手持式厘米級(jí)GPS 測(cè)量各點(diǎn)的海拔，同時(shí)利用小氣候監(jiān)測(cè)儀（NK4500）測(cè)算風(fēng)速、氣壓、溫度、濕度等，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置3 個(gè)重復(fù)，并統(tǒng)計(jì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)游客人數(shù)。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、處理及圖表制作采用SPSS19.0 和Excel 2007 進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同粒徑大氣顆粒物的濃度日變化規(guī)律

整體而言，孔元村、井下村村內(nèi)大粒徑顆粒物（TSP、PM10）濃度的日變化規(guī)律為從早晨上下波動(dòng)持續(xù)至中午，下午上升至傍晚達(dá)到一天中最高值，表現(xiàn)為“雙峰雙谷”的“N”字型或“雙峰單谷”的“V”字型；小粒徑顆粒物（PM2.5 和PM1.0）濃度表現(xiàn)為早晨至下午低傍晚急速升高的規(guī)律，呈斜“V”字形（圖3）。 深入觀察分析可知，各類游憩地的大粒徑顆粒物濃度從早晨平緩上升在9：00 達(dá)到較高值，而在中午11：00-13：00 下降至最低值，之后持續(xù)升高。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)村內(nèi)游客量的記錄，表明村內(nèi)大粒徑顆粒物濃度的變化規(guī)律與村民生活習(xí)慣及游客活動(dòng)特征大致相符， 說明因村民和游人活動(dòng)所產(chǎn)生的揚(yáng)塵對(duì)村域內(nèi)大粒徑顆粒物濃度變化起到明顯的增加作用。

圖3 孔元村、井下村不同粒徑大氣顆粒物濃度日變化規(guī)律

小粒徑顆粒物濃度呈早上至午后較低，傍晚升高的趨勢(shì)，與古琳等[17]研究結(jié)果不同，可能由于5月是福州的雨季，空氣濕度較大，數(shù)據(jù)顯示福州5月份平均空氣濕度高達(dá)81%，鄉(xiāng)村因地理位置偏遠(yuǎn)，海拔較高，平均空氣濕度接近90%，早晨村內(nèi)空氣濕度為一天的較大值，對(duì)大氣中小粒徑顆粒物的沉降起到積極的作用。 由于兩村處于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，較高的海拔使得村域內(nèi)早晚溫差明顯，傍晚時(shí)分溫度迅速降低，小粒徑顆粒物濃度隨之升高。 小粒徑顆粒物濃度在下午15：00-17：00 達(dá)到白晝最高值。而中午11：00-13：00，溫度逐漸攀升，小粒徑顆粒物濃度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。此結(jié)果與已有的研究結(jié)論一致，即小粒徑顆粒物濃度隨溫度下降而上升[18]。

2.2 各類型游憩地大氣顆粒物濃度對(duì)比

數(shù)據(jù)表明，村內(nèi)不同粒徑顆粒物在不同類型游憩地有不同的濃度特征。 參照大氣顆粒物清潔度評(píng)價(jià)指標(biāo)[19]，孔元村、井下村空氣中PM2.5 和PM1.0 值均達(dá)到國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，TSP 和PM10 值只有臨水游憩地達(dá)到國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其余游憩地符合國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 根據(jù)表3 可知，孔元村、井下村各類有游憩地大氣顆粒物濃度由高至低排序，依次為：廟內(nèi)、硬質(zhì)鋪裝游憩地、游憩林地、田園和臨水游憩地。 但位于同種類型不同位置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)得的顆粒物濃度差別較大，例如在游憩林地中J2（林緣）的TSP 濃度日均值明顯低于J1（竹林）和K1（登山道），可能與游人的行為活動(dòng)有關(guān)，竹林與登山道有較多游人活動(dòng)，游覽行為造成的揚(yáng)塵導(dǎo)致J1、K1 的TSP 濃度日均值高于J2；其次硬質(zhì)地中K3（孔元村村部）的TSP 和PM10 濃度日均值為2 村最高，其濃度值分別為187.80 和68.33 μg/m3，這是由于孔元村村部位于主要道路交匯處，幾乎沒有植被覆蓋，缺少降塵防塵的功能，且受大量來往車輛、行人等因素的影響，導(dǎo)致大粒徑顆粒物濃度高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)；臨水游憩地不同粒徑顆粒物濃度日均值為2 村最低，可能跟其附近濕度較大降塵作用顯著相關(guān)；廟內(nèi)不同粒徑大氣顆粒物濃度日均值都為2村最高，這與游人活動(dòng)、廟宇香火有關(guān)，廟宇因其祈福、還愿等特殊的服務(wù)功能受到游人的偏愛，空氣顆粒物濃度也隨之上升。 游憩林地不同粒徑顆粒物濃度日均值都小于硬質(zhì)鋪裝游憩地，這是由于林地樹木具有吸附并阻攔顆粒物擴(kuò)散的功能因而空氣質(zhì)量通常較高[20-22]。

表3 村內(nèi)不同游憩地類型顆粒物日均濃度值(μg/m3)

2.3 氣象因子與大氣顆粒物濃度關(guān)聯(lián)性

大氣顆粒物濃度受多重因子共同作用的影響，除環(huán)境因素、人為因素外，還與某些氣象因子息息相關(guān)。因此同時(shí)進(jìn)行顆粒物濃度與氣象因子（最大風(fēng)速、平均風(fēng)速、海拔、氣壓、濕球指數(shù)、熱力指數(shù)、露點(diǎn)溫度、濕度、溫度）的相關(guān)性分析，結(jié)果如表4。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)大氣顆粒物濃度達(dá)到國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，與其濃度相關(guān)的氣象因素為海拔、氣壓、濕度、溫度、濕球指數(shù)和熱力指數(shù)。 其中，濕球指數(shù)和熱力指數(shù)與顆粒物濃度相關(guān)性較低，呈非顯著正相關(guān)，但隨著顆粒物粒徑變小，其相關(guān)性隨之增大；海拔與大氣顆粒物濃度之間呈極顯著負(fù)相關(guān)；氣壓對(duì)大氣顆粒物濃度呈極顯著的正相關(guān)；此外，濕度與顆粒物濃度的相關(guān)系數(shù)為正值，溫度為負(fù)值，濕度和溫度對(duì)大粒徑TSP 顆粒物濃度表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性，對(duì)PM10、PM2.5 及PM1.0 濃度呈極顯著的相關(guān)，且隨顆粒物粒徑減小，其相關(guān)性隨之降低。 總的來說，海拔和溫度越高，大氣顆粒物濃度越低；氣壓和濕度越大，大氣顆粒物濃度越高。

表4 氣象因子與大氣顆粒物濃度的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

2018年初夏對(duì)福州市城郊孔元村、井下村大氣顆粒物濃度的監(jiān)測(cè)顯示，村內(nèi)小粒徑顆粒物濃度達(dá)到國(guó)家I 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，大粒徑顆粒物濃度處于國(guó)家Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，空氣質(zhì)量良好，這說明井下村、孔元村為福州城市居民提供了一個(gè)更為健康的休閑游憩環(huán)境。 大粒徑顆粒物（TSP、PM10）濃度日變化曲線呈現(xiàn)出上午較高到午時(shí)降至最低，隨后上升，在傍晚時(shí)達(dá)到一天中的峰值的變化，此變化規(guī)律與村民生活習(xí)慣及夏季游客活動(dòng)特征大致相符[23-25]。 游客行為與環(huán)境因素是影響大氣顆粒物濃度變化的重要原因[26]。 研究表明，夏季孔元村、井下村大氣顆粒物濃度與游人行為活動(dòng)聯(lián)系緊密，對(duì)郁閉度較大的樣地影響顯著，尤其TSP 顆粒物受游人活動(dòng)的揚(yáng)塵作用影響最為明顯。 因此，適當(dāng)疏林，降低游憩地郁閉度，增加空氣流通量，有助于改善空氣質(zhì)量。

測(cè)算數(shù)據(jù)顯示，氣象因子（海拔、溫度等）對(duì)不同粒徑顆粒物濃度的影響大致相同，海拔和溫度越高，大氣顆粒物濃度越低；氣壓和濕度越大，顆粒物濃度越高；氣壓與大氣顆粒物的濃度為極顯著的正相關(guān)，海拔與大氣顆粒物的濃度為極顯著的負(fù)相關(guān)，這與前人研究所得結(jié)果基本一致[27-29]。 鄉(xiāng)村因林地較多，植被較為茂盛，尤其是竹林或登山道等郁閉度較大的游憩地，林下空氣濕度較大是導(dǎo)致大粒徑顆粒物濃度較高的原因。 合理間伐或改種光合作用較弱的植物，不但可以豐富樣地生物多樣性，還有助于降低大氣顆粒物濃度。

不同類型游憩地及各監(jiān)測(cè)點(diǎn)間大氣顆粒物濃度都有不同的表現(xiàn)特征。夏季孔元村、井下村大氣顆粒物濃度按照由高至低降序排列為：廟內(nèi)、硬質(zhì)鋪裝游憩地、游憩林地、田園和臨水游憩地。 在郁閉度存在差異的游憩林地中， 空氣大粒徑顆粒物濃度亦不相同， 其數(shù)值隨郁閉度降低而下降：J2 林緣的TSP 濃度日均值明顯低于J1 竹林和K1 登山道，這與傅偉聰?shù)萚12]之前研究所得結(jié)果不同，可能是由于竹林和登山道郁閉度較大為100%，而林緣郁閉度為40%，使得林內(nèi)空氣不易流通，加之游客量較大，造成大粒徑顆粒物擴(kuò)散速率降低而濃度升高。 適當(dāng)疏林可降低林內(nèi)郁閉度，增加空氣流通量，有利于改善空氣質(zhì)量。 硬質(zhì)鋪裝游憩地的顆粒物含量平均水平都較高，因此在規(guī)劃美麗鄉(xiāng)村時(shí)，應(yīng)盡可能減少大面積硬質(zhì)鋪裝的使用多以綠化為主， 也可在廣場(chǎng)等硬質(zhì)鋪裝區(qū)域適當(dāng)設(shè)置一定的水體景觀如噴泉或種植一些鄉(xiāng)土樹種，既能對(duì)降低顆粒物濃度有一定效果，又能起到美化鄉(xiāng)村的作用。

本研究采用定點(diǎn)監(jiān)測(cè)的方法對(duì)孔元村、 井下村進(jìn)行大氣顆粒物濃度、 小氣候等數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與分析，為美麗鄉(xiāng)村的深入建設(shè)提供了理論依據(jù)。 由于兩村游客量、地理位置等因素的限制，本文僅對(duì)村內(nèi)12 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在7：00-17：00 時(shí)段開展研究，未能采集到全天候、四季的監(jiān)測(cè)信息。 在下一步的實(shí)驗(yàn)研究中，將展開多點(diǎn)、多時(shí)段和覆蓋四季的數(shù)據(jù)收集與分析，以提供更為全面的孔元村、井下村大氣顆粒物濃度變化特征，讓實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和科學(xué)分析成為美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的有力支撐，為鄉(xiāng)村旅游提供永續(xù)動(dòng)力。