北京市不同季節(jié)室外細(xì)菌氣溶膠分布特征及其環(huán)境影響因素分析

雒月云，毛怡心，莊思琪，鄧富昌，侯 敏，唐 宋,3，姚孝元*

1.中國(guó)疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與人群健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全所，北京 100021

2.徐州醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，江蘇 徐州 221004

3.南京醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院全球健康中心，江蘇 南京 211166

空氣微生物是衡量空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，世界范圍內(nèi)最主要的41 種重大傳染性疾病中有14 種是由空氣微生物傳播[1].近年來(lái)，SARS、流感、新型冠狀病毒、耐藥細(xì)菌等在全球的傳播，使人們更加重視空氣微生物所帶來(lái)的環(huán)境健康問(wèn)題.例如，空氣中的微生物可通過(guò)皮膚、黏膜、呼吸道和消化道進(jìn)入人體，對(duì)健康構(gòu)成威脅，導(dǎo)致呼吸道傳染病、感染、急性中毒、過(guò)敏、癌癥等疾病的發(fā)生[2-3].空氣微生物種類多樣，包括病毒、細(xì)菌、真菌等，主要來(lái)源于自然界的土壤、水體、動(dòng)植物、人類活動(dòng)以及污水處理、動(dòng)物飼養(yǎng)、發(fā)酵等各種生產(chǎn)活動(dòng)[4-7].空氣微生物以氣溶膠的形式在環(huán)境中擴(kuò)散.在近地面大氣中，生物氣溶膠約占大氣氣溶膠的25%[8-9]，其中細(xì)菌占生物氣溶膠的80%以上[10]，近地表大氣中細(xì)菌豐度為104～106cells/m3[11].細(xì)菌氣溶膠可以隨氣流遷移，從而影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng).

細(xì)菌氣溶膠對(duì)人體健康的危害不僅取決于其生物特性，還取決于它在空氣中的濃度，以及在人體呼吸道中的沉積位置.細(xì)菌氣溶膠在呼吸道中的沉積位置與其空氣動(dòng)力學(xué)直徑(粒徑大小)直接相關(guān)[9,12-13].較大的細(xì)菌氣溶膠多沉積在上呼吸道(鼻、咽)，可引起干咳、發(fā)熱等癥狀；較小的細(xì)菌氣溶膠可進(jìn)入下支氣管，導(dǎo)致過(guò)敏和哮喘；更小的細(xì)菌氣溶膠則能進(jìn)入肺泡或更深的部位，造成不同程度的健康危害[14-15].因此，細(xì)菌氣溶膠的粒徑分布是衡量其對(duì)人體健康危害的重要指標(biāo).細(xì)菌氣溶膠濃度和粒徑分布因地區(qū)和季節(jié)而異，受氣象條件、土地類型、人類活動(dòng)等多種因素的影響[16].目前，有關(guān)空氣細(xì)菌濃度與環(huán)境影響因素關(guān)系的研究結(jié)論尚不一致.Gao 等[17]研究發(fā)現(xiàn)，空氣微生物濃度隨霧霾嚴(yán)重程度的增加而降低；Li等[18-19]研究發(fā)現(xiàn)，霧霾天氣的微生物濃度大于非霾天氣的微生物濃度；青島地區(qū)空氣中的細(xì)菌在較低相對(duì)濕度下更容易生長(zhǎng)繁殖[20]，而新鄉(xiāng)市生物氣溶膠濃度與相對(duì)濕度呈正相關(guān)[21].因此，研究空氣細(xì)菌濃度、粒徑分布、動(dòng)態(tài)變化規(guī)律對(duì)控制微生物污染、改善環(huán)境質(zhì)量、預(yù)防疾病發(fā)生具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義.

北京市人口密集，工業(yè)和交通十分發(fā)達(dá)，周邊地區(qū)高污染行業(yè)聚集，且京津冀地區(qū)是我國(guó)大氣污染防治的重點(diǎn)區(qū)域.采樣點(diǎn)所在區(qū)(朝陽(yáng)區(qū))作為北京市重要的工業(yè)基地，有紡織、電子、化工、機(jī)械制造、汽車制造等工業(yè)基地[22].因此，該研究于2020 年9月?2021 年5 月使用Anderson-6 級(jí)撞擊式空氣微生物采樣器采集北京市的細(xì)菌氣溶膠樣本，在掌握不同季節(jié)室外細(xì)菌氣溶膠濃度及粒徑分布特征的同時(shí)，闡明影響細(xì)菌氣溶膠濃度的環(huán)境因素，以期為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)細(xì)菌氣溶膠、深入研究其傳播機(jī)制和評(píng)估環(huán)境與健康效應(yīng)提供參考.

1 材料與方法

1.1 采樣地點(diǎn)與時(shí)間

采樣點(diǎn)位于北京市朝陽(yáng)區(qū)，是北京市屬近郊區(qū)向城區(qū)的過(guò)渡，四周與北京市9 個(gè)區(qū)相鄰，位于39°49′N～40°50′N、116°21′E～116°38′E 之間，總面積470.8 km2.屬典型的暖溫帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，四季分明，降水集中.春季溫暖干燥，夏季高溫多雨，秋季涼爽短促，冬季寒冷干燥、多霧[22].樣本采集位點(diǎn)為朝陽(yáng)區(qū)潘家園南里7 號(hào)中國(guó)疾病預(yù)防控制中心環(huán)境所實(shí)驗(yàn)樓6 層露臺(tái)(116°27′26′′E、39°52′48′′N).采樣點(diǎn)距離地面15 m，采樣高度1.5 m.該建筑地處北京市東南二環(huán)與三環(huán)之間，西鄰龍?zhí)逗珗@，西北至北京西站，西南至中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院，東南至垂楊柳醫(yī)院，南至分鐘寺，東面為北京工業(yè)大學(xué).該采樣點(diǎn)周圍2 km 范圍內(nèi)有40 多個(gè)居民社區(qū).采樣時(shí)間為2020 年9 月?2021 年5 月，采樣時(shí)段為09:00?11:00，每次采樣時(shí)長(zhǎng)為5 min，覆蓋秋季(n=9)、冬季(n=12)及春季(n=13)，共采樣34 次.

1.2 采樣方法

使用Anderson-6 級(jí)撞擊式空氣微生物采樣器(青島眾瑞智能儀器有限公司)進(jìn)行采樣，該采樣器模擬人體呼吸道的解剖結(jié)構(gòu)和空氣動(dòng)力學(xué)特征，采用慣性撞擊原理設(shè)計(jì)，對(duì)空氣微生物的捕獲率較高.采樣器自上而下共分為6 級(jí)，每級(jí)400 個(gè)孔，第1～6 級(jí)孔的直徑逐漸縮小(見圖1)，空氣流速逐次增大，從而將懸浮在空氣中的微生物粒子按粒徑大小分別捕獲在各級(jí)培養(yǎng)介質(zhì)上[23].每次采樣前后，使用75%酒精對(duì)采樣器各級(jí)進(jìn)行擦拭消毒.采樣平皿選用直徑90 mm 的營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)皿(廣州市迪景微生物科技有限公司).

圖1 Anderson-6 級(jí)撞擊式空氣微生物采樣器特征Fig.1 Characteristic of Anderson six-stage sampler

采樣流量為28.3 L/min.每次采樣時(shí)使用實(shí)時(shí)環(huán)境因子監(jiān)測(cè)儀(漢王霾表，北京漢王藍(lán)天科技有限公司)記錄空氣顆粒物(PM2.5、PM10)濃度數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)(溫度、相對(duì)濕度).

1.3 細(xì)菌培養(yǎng)

采樣完成后，立即將營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)皿倒置于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱(德國(guó)Binder)進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)，48 h 后進(jìn)行細(xì)菌菌落形態(tài)觀察并計(jì)數(shù)[24].

1.4 空氣細(xì)菌濃度計(jì)算

細(xì)菌濃度以每立方米空氣中的菌落形成單位(CFU/m3)表示.當(dāng)通過(guò)Anderson-6 級(jí)采樣器各篩孔的微生物粒子超過(guò)一定數(shù)量后，會(huì)出現(xiàn)微生物粒子通過(guò)同一篩孔撞擊在同一點(diǎn)上的重疊現(xiàn)象，故采用Positive-hole 法[23]對(duì)各級(jí)菌落數(shù)進(jìn)行校正.根據(jù)校正后各級(jí)菌落數(shù)的數(shù)量計(jì)算細(xì)菌濃度和各級(jí)帶菌粒子的百分比[25-26]，計(jì)算公式:

式中：C為空氣細(xì)菌總濃度，CFU/m3；T為校正后的總細(xì)菌菌落數(shù)，CFU；t為采樣時(shí)間，min；F為空氣流量，L/min；P為各級(jí)帶菌粒子百分比，%；N為校正后各級(jí)菌落數(shù)，CFU.

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2010 軟件建立數(shù)據(jù)庫(kù).所有數(shù)據(jù)分析均使用R 4.0.4 軟件進(jìn)行.數(shù)據(jù)分析和可視化使用的軟件包包括ggplot2、corroplot、Hmisc、tidyverse、cowplot 等.采用Spearman 相關(guān)性分析表征細(xì)菌氣溶膠濃度與氣象參數(shù)(溫度、相對(duì)濕度)和空氣顆粒物(PM2.5、PM10)濃度之間的統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)性，顯著性水平α=0.05.

2 結(jié)果與討論

2.1 空氣細(xì)菌總濃度

細(xì)菌氣溶膠總濃度為研究期間測(cè)量的6 種粒徑分級(jí)濃度的平均值.北京市細(xì)菌氣溶膠濃度范圍為42.40～1 745.58 CFU/m3，平均濃度為447.10 CFU/m3，最高濃度出現(xiàn)在3 月(見圖2).目前，關(guān)于室外空氣細(xì)菌氣溶膠標(biāo)準(zhǔn)濃度限值及允許暴露水平的研究較少.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心建議：室外環(huán)境中空氣細(xì)菌氣溶膠濃度應(yīng)低于1 000 CFU/m3，才能達(dá)到清潔空氣的要求[19,27]，否則可能存在微生物污染，具有一定的健康風(fēng)險(xiǎn).該研究中有3 次采樣空氣細(xì)菌濃度超過(guò)1 000 CFU/m3，且主要出現(xiàn)在春季，可能與2021 年3?4 月北京市遭遇的幾次沙塵污染事件有關(guān)[28-30].研究[31-35]表明，沙塵天氣時(shí)空氣細(xì)菌濃度明顯升高，北京市沙塵期間可培養(yǎng)細(xì)菌濃度比非沙塵期間高1～2 個(gè)數(shù)量級(jí).

圖2 采樣期間細(xì)菌氣溶膠濃度的月變化情況Fig.2 Concentration changes of bacterial aerosol during sampling

與已有研究[34]相比，北京市細(xì)菌氣溶膠濃度有所降低.2003 年北京市監(jiān)測(cè)的空氣細(xì)菌濃度為71～22 000 CFU/m3[36]，2013 年為1 110 CFU/m3[37]，這可能歸結(jié)于我國(guó)實(shí)施的嚴(yán)格的大氣環(huán)境監(jiān)管措施，以及與近些年(尤其是新冠肺炎疫情后)生產(chǎn)、生活方式和節(jié)奏的變化有關(guān).此外，該研究中監(jiān)測(cè)到的北京市細(xì)菌氣溶膠濃度與其他地區(qū)不同(見表1).中國(guó)蘭州市〔(2 243±354)CFU/m3〕[38]、埃及(1.414×103CFU/m3)[50]、墨西哥(230～40 100 CFU/m3)[51]、尼日利亞(2 189 CFU/m3)[52]等地區(qū)的細(xì)菌氣溶膠濃度遠(yuǎn)高于北京市，而青島市〔(79±101)CFU/m3〕[39]的細(xì)菌氣溶膠濃度低于北京市.不同地區(qū)的細(xì)菌氣溶膠濃度存在差異，可能與不同城市的生產(chǎn)生活方式、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、氣象和環(huán)境條件、細(xì)菌氣溶膠來(lái)源以及研究人員使用的采樣方法等不同有關(guān).在我國(guó)北方地區(qū)的相關(guān)研究中，西安市(97～1 909 CFU/m3)[18]和鄭州市〔(685.9±396.1)CFU/m3〕[40]與筆者研究結(jié)果接近，可能因?yàn)猷嵵菔小⑽靼彩信c北京市的氣候相似，同屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候.然而，大氣中可培養(yǎng)細(xì)菌的量?jī)H占空氣微生物的1%左右[53]，使用Anderson-6 級(jí)撞擊式空氣微生物采樣器時(shí)，有些細(xì)菌氣溶膠粒子因不能被粘附到營(yíng)養(yǎng)瓊脂表面導(dǎo)致樣本采集效率降低[54-55]，或通過(guò)撞擊截留細(xì)菌粒子時(shí)導(dǎo)致部分細(xì)菌形態(tài)破壞，無(wú)法成功培養(yǎng)，加上培養(yǎng)結(jié)果受培養(yǎng)基組分影響較大，導(dǎo)致所測(cè)結(jié)果可能與實(shí)際情況存在偏差[56].因此，Anderson-6 撞擊式空氣微生物采樣并不能全面客觀地反映細(xì)菌氣溶膠總濃度的變化.

表1 我國(guó)不同地區(qū)室外細(xì)菌氣溶膠濃度統(tǒng)計(jì)Table 1 List of outdoor bacterial aerosol concentrations in different regions in China

2.2 不同季節(jié)空氣細(xì)菌濃度變化

北京市室外細(xì)菌氣溶膠濃度的季節(jié)性變化表現(xiàn)為春季〔(648.55±537.24)CFU/m3〕>冬季〔(324.50±181.99)CFU/m3〕>秋 季〔(319.59±305.07)CFU/m3〕(見圖3).春季細(xì)菌氣溶膠的平均濃度是秋季和冬季的2倍左右，但季節(jié)之間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.春季細(xì)菌氣溶膠平均濃度高于其他季節(jié)，可能是因?yàn)榇杭練夂驕囟冗m宜、萬(wàn)物復(fù)蘇，農(nóng)作物生長(zhǎng)[57]、花粉傳播、人及動(dòng)物的活動(dòng)使得細(xì)菌增多，適宜的環(huán)境條件導(dǎo)致細(xì)菌等微生物代謝相對(duì)活躍，室外細(xì)菌氣溶膠濃度增高.冬季細(xì)菌氣溶膠平均濃度較低，可能由于大部分植物在冬季枯萎或休眠，植物來(lái)源的細(xì)菌大幅減少[58]，較低的室外氣溫抑制了細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖[59]，且冬季冷空氣勢(shì)力強(qiáng)勁，風(fēng)速較大，更有利于污染物的擴(kuò)散遷移[60-61]，同時(shí)較少的室外活動(dòng)減少了細(xì)菌在環(huán)境中的擾動(dòng).秋季細(xì)菌氣溶膠平均濃度最低，可能因?yàn)榍锛径嘤?，降雨可以有效沖刷空氣中的細(xì)菌粒子，從而降低細(xì)菌氣溶膠濃度[62].

圖3 不同季節(jié)細(xì)菌氣溶膠濃度分布情況Fig.3 Concentration distribution of bacterial aerosol in different seasons

與筆者研究結(jié)果相似，祁建華等[63]通過(guò)對(duì)青島市微生物氣溶膠樣品的研究發(fā)現(xiàn)，春季細(xì)菌氣溶膠濃度為855 CFU/m3，明顯高于冬季(741 CFU/m3)；蘭州市室外細(xì)菌氣溶膠濃度的季節(jié)性變化呈夏季>春季>冬季>秋季的特征[47]；法國(guó)薩克雷地區(qū)室外細(xì)菌氣溶膠濃度在春季最高，冬季最低[64]；波蘭上西里西亞春季室外細(xì)菌氣溶膠濃度(306 CFU/m3)最高，冬季(49 CFU/m3)最低[65]；美國(guó)蒙特利爾的細(xì)菌濃度在夏季和冬季最低，在春季和秋季最高[66].但我國(guó)黃石[67]及南昌市[68]冬季細(xì)菌濃度高于秋季；西安市秋天和冬季的細(xì)菌濃度高于春天和夏天[69-70]；路瑞等[44]采用培養(yǎng)法對(duì)西安市空氣中的細(xì)菌氣溶膠進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)室外細(xì)菌氣溶膠濃度的季節(jié)性變化規(guī)律呈冬季〔(771.89±169.1)CFU/m3〕>秋季〔(622.62±540.47)CFU/m3〕 >春季〔 (424.98±252.18)CFU/m3〕 >夏季〔(361.96±56.96)CFU/m3〕的特征.綜上，各地區(qū)細(xì)菌氣溶膠濃度的季節(jié)性變化不同，細(xì)菌氣溶膠的濃度因當(dāng)?shù)丶竟?jié)和氣候條件而異，細(xì)菌氣溶膠的傳輸受流體動(dòng)力學(xué)等因素的控制，而且受環(huán)境中各種理化因素影響[71].因此，有必要進(jìn)一步分析細(xì)菌氣溶膠存在地區(qū)和季節(jié)分布差異的具體原因.

2.3 空氣細(xì)菌粒徑分布

北京市室外細(xì)菌氣溶膠在各粒徑段占比及季節(jié)性變化如圖4 所示.由圖4(a)可見，細(xì)菌氣溶膠在各粒徑段占比表現(xiàn)為從第1 級(jí)(34.3%)到第6 級(jí)(8.9%)逐級(jí)降低，且在第2 級(jí)(16.0%)(春季、秋季、冬季占比分別為18.2%、16.0%、11.1%)觀察到明顯下降的趨勢(shì).細(xì)菌氣溶膠在大于7.0 μm 的粒徑上分布最高(春季占比為40.3%，冬季占比為27.9%，秋季占比為25.3%).細(xì)菌氣溶膠分布最低值出現(xiàn)的粒徑范圍存在季節(jié)性差異，秋季和春季均出現(xiàn)在0.65～1.1 μm 粒徑范圍內(nèi)，占比分別為10.1%和5.3%；冬季出現(xiàn)在3.3～4.7 μm 粒徑范圍內(nèi)，占比為9.4%.北京市室外細(xì)菌氣溶膠呈明顯的偏態(tài)分布，約80%的細(xì)菌氣溶膠分布在前4 級(jí)(>2.1 μm)，春季、秋季、冬季占比分別為85.9%、73.2%、67.1%.由圖4(b)可見，可進(jìn)入人體下呼吸道的細(xì)菌氣溶膠(≤4.7 μm)比例近50%(冬季、秋季、春季占比分別為61.0%、58.9%、41.6%).不同季節(jié)細(xì)菌氣溶膠濃度在小于等于7.0 μm 的各粒徑范圍內(nèi)無(wú)顯著差異(p>0.05)，粒徑大于7.0 μm 的細(xì)菌氣溶膠在春季與秋季以及春季與冬季均存在顯著差異(p均小于0.05，Wilcoxon 檢驗(yàn))〔見圖4(c)〕.

圖4 室外細(xì)菌氣溶膠粒徑分布Fig.4 Particle size distribution of outdoor bacterial aerosol

細(xì)菌氣溶膠主要分布在大于2.1 μm 的直徑范圍，與已有研究結(jié)果[17,19,26,36,43,68]一致.例如，祁建華等[63]研究發(fā)現(xiàn)，青島市海岸空氣中陸地和海洋來(lái)源的細(xì)菌主要存在于大于2.1 μm 的顆粒中，占比分別為81.7%～100%和81.6%～94.7%.李婉欣等[43]研究發(fā)現(xiàn)，西安市空氣顆粒物中71.5%的細(xì)菌分布在大于2.1 μm 的顆粒物中，且其濃度隨顆粒物粒徑的增大而增加.Fang等[36]也發(fā)現(xiàn)，北京市夏季空氣細(xì)菌粒徑呈偏態(tài)分布，細(xì)菌濃度逐級(jí)降低，80%的細(xì)菌氣溶膠粒徑>2.1 μm，細(xì)菌氣溶膠濃度高峰分布在大于8.2 μm 的粒徑范圍內(nèi)，占比為23.5%.原因可能是空氣中單個(gè)細(xì)菌的粒徑范圍通常為0.3～10 μm[72]，空氣中的細(xì)菌通常需要附著于顆粒物上，而大氣細(xì)顆粒物粒徑較小(≤2.5 μm)，營(yíng)養(yǎng)稀薄且成分復(fù)雜，在空氣中停留時(shí)間較長(zhǎng)，不利于微生物的養(yǎng)分利用[73]；同時(shí)，細(xì)顆粒物表面的微生物容易發(fā)生代謝和死亡，而粗顆粒物為細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖提供了庇護(hù)，因此細(xì)菌多附著在粗顆粒上.此外，大粒徑的細(xì)菌氣溶膠因重力作用主要分布在近地面空氣中，小粒子則漂浮在高空中.春季大粒徑細(xì)菌較多可能是因?yàn)榇杭炯?xì)菌粒子主要吸附在風(fēng)媒傳粉的植物花粉上，其粒徑范圍為17～58 μm[74]，且2021 年3?4 月，受冷空氣影響，北京市遭遇了多次沙塵天氣[28-30]，沙塵天氣時(shí)細(xì)菌氣溶膠更多地集中在粗顆粒上，這與李鴻濤等[75]2015 年春季在青島市的研究結(jié)果相符.冬季為供暖季，燃料的燃燒等導(dǎo)致空氣中細(xì)顆粒物濃度較其他季節(jié)高[76-79]，細(xì)顆粒物濃度的升高為細(xì)菌提供了更多的附著空間，所以冬季小粒徑細(xì)菌氣溶膠較多，空氣中可進(jìn)入人體下呼吸道的細(xì)菌比例較高.盡管可進(jìn)入人體下呼吸道的細(xì)菌氣溶膠含量近50%，但致病菌的比例仍不清楚，應(yīng)進(jìn)一步研究細(xì)菌在室外空氣環(huán)境中的分布特征及生存能力，解析空氣細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，尤其是潛在的、可能對(duì)人類及動(dòng)物致病的細(xì)菌，以闡明人群健康暴露的危害.

2.4 環(huán)境因素對(duì)細(xì)菌氣溶膠濃度的影響

細(xì)菌氣溶膠在環(huán)境中的分布狀況及其生長(zhǎng)繁殖狀況與環(huán)境因素密切相關(guān).由圖5 可見，室外細(xì)菌氣溶膠濃度與相對(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)，與PM10濃度呈顯著正相關(guān)(p<0.05).細(xì)菌氣溶膠濃度與溫度、PM2.5濃度之間均無(wú)顯著相關(guān).粒徑為2.1～3.3 μm和大于7.0 μm 的細(xì)菌氣溶膠濃度與相對(duì)濕度均呈負(fù)相關(guān)，粒徑大于1.1 μm 的細(xì)菌氣溶膠濃度與PM10濃度呈顯著正相關(guān).武利平等[25,80]也發(fā)現(xiàn)，相對(duì)濕度較高時(shí)細(xì)菌氣溶膠濃度降低.相對(duì)濕度的增加會(huì)減少土壤、灰塵來(lái)源的細(xì)菌，且高相對(duì)濕度會(huì)促進(jìn)顆粒物的沉積，空氣中的懸浮顆粒物因吸收周圍的水分而導(dǎo)致顆粒物的質(zhì)量和尺寸均增大，較大的顆粒物更容易沉積[80].粒徑>1.1 μm 的細(xì)菌氣溶膠濃度與空氣中PM10濃度呈顯著正相關(guān)，與已有研究結(jié)果[70,81]一致.可能原因是空氣中顆粒物濃度升高，為細(xì)菌的增殖和生長(zhǎng)提供了更多的生存空間，其作用超過(guò)了顆粒物中有毒有害物質(zhì)的毒性作用.另有研究[19,82]發(fā)現(xiàn)，高濃度的顆粒物可以減弱紫外線輻射的滅菌作用，并為細(xì)菌的生存提供碳源等能量源.綜上，不同粒徑的細(xì)菌氣溶膠對(duì)于環(huán)境因素的響應(yīng)不同，可能因?yàn)椴煌郊?xì)菌的群落組成、物理特性等不同，因此對(duì)環(huán)境因素的敏感性不同.

圖5 環(huán)境因素與細(xì)菌氣溶膠濃度的相關(guān)關(guān)系Fig.5 Relationship between environmental factors and concentration of bacterial aerosol

目前，有關(guān)環(huán)境因素對(duì)細(xì)菌氣溶膠濃度影響的結(jié)論并不一致.Gao 等[42]2013 年對(duì)北京市的研究發(fā)現(xiàn)，空氣PM10濃度升高時(shí)，有毒有害物質(zhì)也增多[83-84]，從而抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)活力，導(dǎo)致細(xì)菌氣溶膠濃度下降.研究[17,21]發(fā)現(xiàn)，新鄉(xiāng)市細(xì)菌氣溶膠濃度與相對(duì)濕度呈正相關(guān).Li 等[20]研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境溫度與細(xì)菌氣溶膠濃度呈顯著正相關(guān)，較高的溫度有利于植物表面的細(xì)菌釋放到大氣中，且在適宜溫度范圍內(nèi)，細(xì)菌的酶促反應(yīng)隨溫度的升高而加快.由此可見，目前關(guān)于細(xì)菌氣溶膠濃度與氣象因素、空氣顆粒物濃度等環(huán)境因素的關(guān)系尚無(wú)定論，細(xì)菌氣溶膠濃度處于動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，采樣期間環(huán)境因素的波動(dòng)變化都會(huì)影響細(xì)菌氣溶膠的濃度.未來(lái)仍有必要長(zhǎng)期持續(xù)監(jiān)測(cè)空氣微生物變化，以揭示大氣環(huán)境中微生物受環(huán)境因素影響的變化規(guī)律，評(píng)估空氣中存在的病原微生物及由此產(chǎn)生的感染風(fēng)險(xiǎn)，并結(jié)合當(dāng)?shù)亓餍胁W(xué)，為未來(lái)制定公共衛(wèi)生安全事件的防控策略、降低暴露風(fēng)險(xiǎn)提供理論依據(jù).

3 結(jié)論與展望

a) 北京市室外環(huán)境2020 年9 月?2021 年5 月細(xì)菌氣溶膠平均濃度為447.10 CFU/m3，季節(jié)性變化表現(xiàn)為春季〔(648.55±537.24) CFU/m3〕>冬季〔(324.50±181.99) CFU/m3〕>秋季〔(319.59±305.07) CFU/m3〕.

b) 北京市室外環(huán)境約80%的細(xì)菌氣溶膠直徑大于2.1 μm，第1 級(jí)(>7.0 μm)占比最高.冬季空氣中可進(jìn)入人體下呼吸道的細(xì)菌氣溶膠(≤4.7 μm)比例最高，提示了相關(guān)健康風(fēng)險(xiǎn)也較高.

c) 北京市室外環(huán)境細(xì)菌氣溶膠濃度與相對(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)，與PM10濃度呈顯著正相關(guān)(p<0.05).粒徑為2.1～3.3 μm 和大于7.0 μm 的細(xì)菌氣溶膠濃度均與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)，粒徑大于1.1 μm的細(xì)菌氣溶膠濃度與PM10濃度呈顯著正相關(guān).

d) 受限于人力、物力、財(cái)力，且考慮到單一采樣點(diǎn)缺乏代表性，該研究采取長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的采樣策略，因?yàn)榭諝馕⑸镆子跀U(kuò)散的特性，盡可能在時(shí)間尺度上獲得更多數(shù)據(jù).雖然不能完全代表北京市整體的細(xì)菌氣溶膠水平，但可大體上呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化的情況.未來(lái)應(yīng)通過(guò)更頻繁、多點(diǎn)位的取樣方式來(lái)研究細(xì)菌氣溶膠分布狀況，通過(guò)純菌測(cè)序解析細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，進(jìn)行空氣細(xì)菌藥敏檢測(cè)了解耐藥情況，重點(diǎn)關(guān)注可進(jìn)入人體下呼吸道的細(xì)菌和致病/條件致病菌.

e) 細(xì)菌氣溶膠濃度在一定程度上反映了空氣生物源性污染物的水平.目前，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)有關(guān)室外環(huán)境細(xì)菌氣溶膠的標(biāo)準(zhǔn)濃度限值及允許暴露水平.因此，深入開展細(xì)菌氣溶膠的研究以便系統(tǒng)全面地評(píng)價(jià)環(huán)境空氣質(zhì)量，建立空氣細(xì)菌評(píng)價(jià)體系，評(píng)估健康暴露風(fēng)險(xiǎn).