王茜， 王月容*， 古琳

(1.北京市園林綠化科學(xué)研究院， 北京 100102； 2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所,國(guó)家林業(yè)和草原局森林培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100091； 3.國(guó)家林業(yè)和草原局城市森林研究中心， 北京 100091)

城市化進(jìn)程的加快和工業(yè)的迅猛發(fā)展帶來(lái)了空氣污染問(wèn)題，已嚴(yán)重影響到城市居民的生活質(zhì)量?？諝鈶腋☆w粒物(尤其是PM2.5)已成為危害人體健康的首要污染物，其濃度達(dá)到一定程度便能引發(fā)呼吸系統(tǒng)、哮喘、心腦血管等一系列疾病[1-3]。中外的研究表明，森林植被對(duì)降低大氣顆粒物濃度具有重要作用，研究結(jié)果普遍認(rèn)為，植物葉片特征對(duì)滯塵效果有較大影響，尤其是針葉樹(shù)種的單位葉面積滯塵能力顯著強(qiáng)于其他種類植物[4]，于是森林生態(tài)旅游逐漸作為一種健康的、新興的旅游方式，受到越來(lái)越多城市居民的青睞。城市森林環(huán)境作為城市中有生命的基礎(chǔ)設(shè)施，不但為人們提供清新的空氣、優(yōu)美的景色，而且森林植被還是凈化環(huán)境的主體，被稱為“天然空氣凈化器”，在阻滯粉塵、凈化空氣等方面起到不可替代的作用[5-6]。一方面，植物葉片表面結(jié)構(gòu)特征對(duì)空氣中的顆粒物具有吸附和阻滯作用；另一方面，茂密的林冠層能夠降低風(fēng)速，避免了二次揚(yáng)塵對(duì)顆粒物濃度的貢獻(xiàn)[7-8]。目前中外對(duì)于植物滯塵的研究主要是滯塵機(jī)理、滯塵成分分析[9-10]，或針對(duì)某一季節(jié)、某幾日的顆粒物濃度變化規(guī)律方面，還缺少時(shí)間尺度上連續(xù)完整的研究。

北京奧林匹克森林公園(以下簡(jiǎn)稱奧森公園)是北京市內(nèi)最大的城市公園，被譽(yù)為首都“后花園”，公園內(nèi)植物種類豐富，達(dá)473種，其中，喬灌木278種，地被和水生植物有195種，成為資源豐富的北方植物庫(kù)，是名副其實(shí)的城市綠肺和生態(tài)屏障。側(cè)柏屬常綠喬木，又稱柏樹(shù)、扁柏，是北京市市樹(shù)，也是奧森公園內(nèi)重要的園林綠化樹(shù)種之一。側(cè)柏在中國(guó)分布極廣，以其生態(tài)性、觀賞性和環(huán)保性在景觀園林中得到廣泛的應(yīng)用。目前對(duì)于側(cè)柏的研究主要集中在植物生理、撫育技術(shù)、管理等方面[11-13]，而對(duì)于其生態(tài)保健功能以及游憩利用方面研究較少，尤其是對(duì)其林內(nèi)外一年四季空氣顆粒物的變化規(guī)律尚缺乏時(shí)間尺度的連續(xù)完整研究?；谝陨蠁?wèn)題，現(xiàn)以側(cè)柏林為例，分析了其林內(nèi)外一年四季4種空氣顆粒物濃度全天24 h的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，旨在為奧森公園內(nèi)側(cè)柏林對(duì)顆粒物污染的調(diào)控功能、游憩樹(shù)種的選擇、旅游資源的開(kāi)發(fā)利用，以及為居民、游客在不同季節(jié)選擇合適的游憩時(shí)間提供數(shù)據(jù)參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)選擇北京市奧森公園，位于北京市朝陽(yáng)區(qū)北五環(huán)林萃路，公園占地680 hm2，地理位置為東經(jīng)116°23′，北緯40°01′。奧森公園屬大陸型半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，四季分明，降水集中。春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季晴朗少雨，冬季寒冷干燥。年均氣溫10～12 ℃，年均日照時(shí)數(shù)為1 600～2 180 h，年均降水量為600 mm，年相對(duì)濕度約61%。公園內(nèi)林木蔥郁，種類繁多，綠化覆蓋率95%以上，其中側(cè)柏林地面積4.8 hm2，密度為4 850 株/hm2。

2 研究方法

2.1 樣地選擇

側(cè)柏林樣地位于奧森公園南園南門附近，平均樹(shù)高10～18 m，胸徑15～23 cm，郁閉度0.95。地被覆蓋以飛蓬(Erigeronacris)、一點(diǎn)紅(Emiliaprenanthoidea)等為主，植物群落調(diào)查方法參照《生態(tài)學(xué)試驗(yàn)與實(shí)習(xí)》[14]，樣地概況調(diào)查詳見(jiàn)表1。于側(cè)柏林內(nèi)設(shè)置10個(gè)重復(fù)樣地，重復(fù)與重復(fù)間隔5 m，形如“品”字形排列；林緣對(duì)照點(diǎn)選在距離側(cè)柏20、30、40 m遠(yuǎn)處的水泥步道[15]，如圖1所示。

表1 林內(nèi)下層植物構(gòu)成情況Table 1 The composition of the lower lower plants in the forest

圖1 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖Fig.1 Distribution map of each monitoring point

2.2 指標(biāo)測(cè)定和數(shù)據(jù)處理

2019年于春季、夏季、秋季、冬季分別選擇晴朗微風(fēng)的天氣30 d，采用美國(guó)公司生產(chǎn)、符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的Dustmate粉塵監(jiān)測(cè)儀，監(jiān)測(cè)1.5～2 m處人體平均呼吸高度的各粒徑空氣顆粒物濃度，包括總懸浮顆粒物(total suspended particulate，TSP)、PM10(空氣中直徑≤10 μm的顆粒物)、PM2.5(空氣中直徑≤2.5 μm的顆粒物)和PM1.0(空氣中直徑≤1.0 μm的顆粒物)。每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每個(gè)時(shí)刻重復(fù)觀測(cè)3次，并同步監(jiān)測(cè)空氣溫、濕度、光照和風(fēng)速等小氣候因子數(shù)據(jù)。每日從7:00—次日5:00間隔2 h觀測(cè)一次(連續(xù)24 h不間斷)。四季側(cè)柏林內(nèi)和林緣顆粒物濃度日變化均分別取30 d觀測(cè)的平均值[16]。

所有數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS19.0(SPSS, USA,IBM)和EXCEL2003分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用one-way ANOVA單因素方差分析和最小顯著差異法(least-significant difference，LSD)(水平設(shè)為0.05)比較不同粒徑顆粒物之間的差異等。

3 結(jié)果與分析

3.1 側(cè)柏林內(nèi)外顆粒物濃度不同季節(jié)總體日變化

3.1.1 春季

從春季側(cè)柏林內(nèi)和林緣4種粒徑顆粒物濃度日變化來(lái)看，大粒徑顆粒物(TSP與PM10)濃度林內(nèi)外差異較大，而小粒徑顆粒物(PM2.5和PM1.0)濃度尤其是白天差異較小。TSP和PM10濃度的日均值林緣比林內(nèi)分別高10.88%和15.04%，而PM2.5和PM1.0日均濃度前者分別比后者高3.88%和5.03%。如圖2所示，4種粒徑顆粒物濃度日變化曲線均呈“四峰四谷”形，峰值分別出現(xiàn)在13:00、19:00、23:00、次日5:00，谷值分別出現(xiàn)在9:00、15:00(林緣17:00)、21:00和次日3:00(林緣1:00)。引起這種日變化的主要原因如下。

圖2 春季林內(nèi)外空氣顆粒物日變化Fig.2 Diurnal changes of air particulate matter inside and outside the forest in spring

(1)7：00—9:00時(shí)段。隨著太陽(yáng)高度角的增大，相對(duì)濕度逐漸減小，風(fēng)速變大，空氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)促使顆粒物濃度稀釋和消散。

(2)中午13:00前后。客流量達(dá)頂峰，步行或其他人為活動(dòng)揚(yáng)起的浮塵對(duì)顆粒物濃度起積極的貢獻(xiàn)，另外此段時(shí)間光照較強(qiáng)，光化學(xué)反應(yīng)等復(fù)雜因素也是導(dǎo)致顆粒物濃度升高的又一誘因。

(3)15:00—17:00時(shí)段。反之這一時(shí)段隨著日照減弱，客流量減少等其他因素使其濃度出現(xiàn)暫時(shí)的回落，19:00是附近居民晚飯后鍛煉、遛彎的集中時(shí)段，人流量顯著增加，另外此段時(shí)間是下班的高峰期，附近道路車流量增大，汽車尾氣產(chǎn)生的空氣污染源源不斷輸入側(cè)柏林內(nèi)外。

(4)夜間21：00—次日3:00時(shí)段。人為活動(dòng)基本停止，空氣溫度較低，冷空氣活動(dòng)頻繁，加之植物的吸附、阻滯作用，顆粒物濃度出現(xiàn)全天的又一低谷期。

(5)次日5:00及日出前后。植物葉片蒸騰作用增強(qiáng)，林內(nèi)空氣相對(duì)濕度增大，顆粒物濃度再次出現(xiàn)峰值。

從春季小粒徑顆粒物濃度所占比例日變化對(duì)比分析看出，與顆粒物濃度整體變化趨勢(shì)相似，尤其是林緣其與顆粒物濃度對(duì)應(yīng)的高峰期和低谷期幾乎一致，林內(nèi)稍有提前或滯后。全天除了3:00和13:00之外，小粒徑顆粒物所占比例林緣均高于林內(nèi)，林內(nèi)外日均值夜間分別比白天高17%和31%。白天小粒徑顆粒物所占比例林內(nèi)與林緣差異不明顯，而到了夜間林內(nèi)外分別在21：00、23:00和次日3:00時(shí)間段差異極顯著(P<0.01)。

3.1.2 夏季

夏季林內(nèi)外空氣顆粒物日變化如圖3所示。夏季日變化較春季相反，小粒徑顆粒物濃度林內(nèi)外差異較大，而大粒徑顆粒物濃度差異較小。TSP和PM10濃度的日均值林緣比林內(nèi)分別高4.12%和6.25%，PM2.5和PM1.0濃度的日均值前者較后者分別高12.36%和10.13%。從日變化趨勢(shì)來(lái)看，大粒徑顆粒物濃度變化曲線均呈“三峰三谷”形，峰值分別出現(xiàn)在7:00、19:00、次日1:00，谷值分別出現(xiàn)在9:00、23:00和次日3:00，而小粒徑顆粒物濃度的變化幾乎呈倒“V”形，高峰期出現(xiàn)在19:00(林緣推后2 h)、次日1:00，低谷期出現(xiàn)在9:00和次日3:00，并且4種粒徑顆粒物濃度的均值均是夜間高于白天，出現(xiàn)這種日變化特征的原因：一方面，夏季白天植物生理活性較強(qiáng)，葉表面積指數(shù)大，且側(cè)柏表面的微結(jié)構(gòu)為空氣顆粒物滯留提供了有利條件和巨大空間；另一方面，夏季植物枝葉舒展，林內(nèi)外由于溫差較大導(dǎo)致空氣對(duì)流活動(dòng)增強(qiáng)，有利于顆粒物的疏散以及碰撞沉降。此外，夜間雖然人為活動(dòng)較白天明顯減弱，但此段時(shí)間尤其是21:00—次日1:00植物生理活性較白天減弱，對(duì)空氣顆粒物的滯留吸附作用降低，且林內(nèi)外此段時(shí)間溫差減小，空氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)減弱，導(dǎo)致林內(nèi)污染加重，特別對(duì)小粒徑顆粒物濃度影響較大，在次日1:00左右更是達(dá)到全天的峰值。夏季較其他三季日出較早，次日4：00左右天空放亮，故次日3:00—5：00隨著光照的逐漸增強(qiáng)，霧氣慢慢散去，植物恢復(fù)活性，滯塵能力逐漸加強(qiáng)，且未開(kāi)始受外界因素干擾的“寂凈”環(huán)境，其林內(nèi)外顆粒物濃度低于全天的均值。

圖3 夏季林內(nèi)外空氣顆粒物日變化Fig.3 Diurnal changes of air particulate matter inside and outside the forest in summer

夏季從小粒徑顆粒物濃度所占比例日變化來(lái)看，夜間與白天差異不大。林緣小粒徑顆粒物所占比例除了19:00低于林內(nèi)以外，其余時(shí)間段均高于林內(nèi)。從全天日均值來(lái)看，林緣比林內(nèi)高8.62%，林內(nèi)夜間比白天低4.51%，林緣夜間比白天高3.43%。此外，PM1.0與PM2.5所占比例出現(xiàn)的高峰期與顆粒物濃度出現(xiàn)的高峰期一致，說(shuō)明夏季側(cè)柏林顆粒物濃度較高時(shí)，小粒徑顆粒物濃度也較高，夏季污染以小粒徑顆粒物為主，這與3.1.1節(jié)的研究結(jié)果相呼應(yīng)。

3.1.3 秋季

秋季林內(nèi)外空氣顆粒物日變化如圖4所示。秋季側(cè)柏林內(nèi)外4種粒徑顆粒物濃度日變化相似均呈“W”形，且林內(nèi)外顆粒物濃度差異不大(除了17:00—19:00)。高峰期均出現(xiàn)在17:00—19:00、5:00—7:00，低谷期出現(xiàn)在11:00—13:00、21:00、次日1：00—3:00時(shí)間段。TSP和PM10濃度的日均值林緣比林內(nèi)分別高2.35%和3.23%，PM2.5和PM1.0濃度的日均值前者比后者分別高4.35%和8.21%。與春、夏兩季日變化相比，既有大致相似之處，也有細(xì)微差別之分，例如，白天變化趨勢(shì)與春、夏季相似，只是春季在13:00較其他兩季多一個(gè)小峰值，這主要是由于外界客觀條件的變化對(duì)不同時(shí)段顆粒物濃度的影響占主導(dǎo)作用，如光照強(qiáng)度、空氣溫濕度等小氣候條件，空氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)，污染狀況等，差別之處在于4種粒徑顆粒物濃度的均值夜間略高于而非明顯高于白天，最重要的原因是秋季屬植物落葉期，受側(cè)柏林內(nèi)其他落葉地被植物的影響滯塵效果明顯轉(zhuǎn)差，白天和夜間其生理活性差別不大，故顆粒物濃度沒(méi)有顯著差異。

圖4 秋季林內(nèi)外空氣顆粒物日變化Fig.4 Diurnal changes of air particulate matter inside and outside the forest in autumn

秋季小粒徑顆粒物濃度所占比例日變化曲線同樣與顆粒物濃度變化曲線相似，但是高峰期出現(xiàn)的時(shí)間段較顆粒物濃度推后2 h，而低谷期出現(xiàn)的時(shí)間段正相反，提前了2 h。秋季林內(nèi)外小粒徑顆粒物濃度較其他三季相反，林緣低于林內(nèi)3.22%，早晨3:00—7:00時(shí)間段小粒徑顆粒物濃度所占的比例較其他時(shí)間段高，以PM1.0和PM10污染為主，不適合戶外活動(dòng)和晨練。

3.1.4 冬季

冬季林內(nèi)外空氣顆粒物日變化如圖5所示。冬季大粒徑顆粒物林內(nèi)日變化規(guī)律呈“W”形，高值分別出現(xiàn)在5：00、7:00和19:00，谷值出現(xiàn)在13:00和23:00；林緣白天呈“V”形、夜晚呈“W”形，其日變化曲線與林內(nèi)相似，但也略有差別，在凌晨3:00比林內(nèi)多了一個(gè)低谷值，且第二個(gè)低谷值較林內(nèi)提前2 h出現(xiàn)。而小粒徑顆粒物濃度白天變化較緩，夜間波動(dòng)較大且其均值顯著高于白天。冬季側(cè)柏林內(nèi)植物停止生長(zhǎng)，開(kāi)始處于休眠狀態(tài)，是生態(tài)功能發(fā)揮最差的季節(jié)，與秋季同理樣地內(nèi)植物群落吸納空氣顆粒物的能力明顯減弱，但是與秋季不同白晝顆粒物濃度差異較大，一方面，冬季是北京集中采暖季，尤其在寒夜取暖時(shí)間較長(zhǎng)，附近居民區(qū)采暖用的煙囪，冒出的煙氣源源不斷地輸送到側(cè)柏林外；另一方面，由小氣候監(jiān)測(cè)結(jié)果可知：夜間大氣基本處于靜穩(wěn)狀態(tài)，林內(nèi)外風(fēng)速較小，溫度較低，但濕度較大，顆粒物濃度受多因素疊加影響一直居高難下。從日均水平來(lái)看，TSP和PM10濃度林緣分別比林內(nèi)高2.52%和3.23%；PM2.5和PM1.0濃度林緣分別比林內(nèi)高7.34%和3.65%。

圖5 冬季林內(nèi)外空氣顆粒物日變化Fig.5 Diurnal changes of air particulate matter inside and outside the forest in winter

冬季小粒徑顆粒物濃度所占比例日變化趨勢(shì)與PM2.5與PM1.0濃度變化一致，只是出現(xiàn)高峰和低谷期的時(shí)間稍有提前或滯后。林緣日均值比林內(nèi)低1.82%，但是在5:00、13:00和19:00、23:00早、中、晚飯以及集中采暖時(shí)間段，林緣比林內(nèi)分別高3.21%、6.32%和1.44%、4.12%。PM2.5所占的比例較其他3個(gè)季節(jié)明顯增高，說(shuō)明冬季采暖、霧霾天氣頻發(fā)等因素導(dǎo)致的顆粒物污染以PM2.5為主。

每個(gè)時(shí)刻的兩個(gè)系列依次代表林內(nèi)和林緣。圖6 林內(nèi)外四季小粒徑顆粒物濃度所占比例日變化Fig.6 Diurnal changes in the concentration of small-size particles inside and outside of forest the four seasons

3.2 側(cè)柏林內(nèi)外各粒徑顆粒物濃度四季日變化差異

林內(nèi)外四季小粒徑顆粒物濃度所占比例日變化如圖6所示，可以看出，側(cè)柏林內(nèi)外各粒徑顆粒物濃度在不同季節(jié)呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律，但是同一季節(jié)大粒徑顆粒物濃度之間與小粒徑顆粒物濃度之間的變化曲線(高峰期和低谷期出現(xiàn)的時(shí)間)基本一致，只是峰值和低谷值的大小有異。故選擇TSP作為大粒徑顆粒物的代表、PM2.5為小粒徑顆粒物的代表，分別就其在四季的濃度變化差異進(jìn)行分析。

3.2.1 側(cè)柏林內(nèi)外大粒徑顆粒物濃度四季日變化差異

如圖2和圖5所示，林內(nèi)外TSP濃度在春、冬季的日變化相似，差別在于凌晨1:00和7:00分別是兩季的高峰和低谷值，反之13:00分別是兩季的低谷和高峰值。由表2可知，冬季除了13：00以外，各個(gè)時(shí)刻顆粒物濃度的值均高于春季，且差異顯著(P<0.05)(15:00、17:00除外)，且冬季值最高，春季值最低。如圖3和圖4所示，夏、秋季林內(nèi)外的日變化相似，兩季的差異在于秋季較夏季第一、二個(gè)低谷期均稍有滯后(推遲2 h)，而且夏季在次日1:00出現(xiàn)一個(gè)小高峰，在5:00左右處于全天的低谷值。用單因素方差分析結(jié)果顯示，林內(nèi)的兩個(gè)高峰期7:00和19:00兩季相比差異顯著(P<0.05)，但林緣差異不大，夏、秋全天大部分時(shí)刻TSP濃度差異顯著(P<0.05)，且秋季日均值高于夏季。

3.2.2 側(cè)柏林內(nèi)外小粒徑顆粒物濃度四季日變化差異

如圖2和圖5所示，林內(nèi)外PM2.5濃度四季的日變化曲線各不相同，春季較平緩，夏、冬季白天平緩，夜間劇烈，秋季的日變化比較有規(guī)律，基本呈“W”形。四季林內(nèi)外均在5:00—7:00、19:00出現(xiàn)高峰期(秋季林緣提前到17:00)，且方差分析結(jié)果顯示，兩個(gè)時(shí)間段相比冬季與春季差異極顯著(P<0.01)；四季林內(nèi)外均在次日3:00(冬季林內(nèi)除外)和9:00—11:00出現(xiàn)低谷期，且此兩個(gè)時(shí)間段冬季與春季差異極顯著(P<0.01)，與夏、秋季差異顯著(P<0.05)(9:00時(shí)刻除外)。與大粒徑濃度相似，小粒徑濃度總體來(lái)說(shuō)春季全天多數(shù)時(shí)間值較低，與冬季各時(shí)刻差異顯著(P<0.05)(13：00除外)，而林內(nèi)其濃度值除了19:00外，各個(gè)時(shí)刻與夏、秋季差異不顯著(P>0.05)。說(shuō)明側(cè)柏林內(nèi)外四季總體來(lái)說(shuō)春季全天空氣質(zhì)量較好，特別是7:00—9:00時(shí)間段，適合居民進(jìn)行晨練及休息、游憩，而冬季污染最嚴(yán)重，尤其是夜間4種粒徑顆粒物濃度均較高，應(yīng)盡量避免長(zhǎng)時(shí)間在此停留。

表2 側(cè)柏林內(nèi)外TSP和PM2.5顆粒物四季全天各時(shí)刻差異分析Table 2 Analysis of the different between TSP and PM2.5 particulate matter inside and outside Platycladus orientalis in four seasons

3.3 四季各粒徑顆粒物與小氣候因子之間的相關(guān)性

有學(xué)者研究表明，森林內(nèi)空氣顆粒物濃度不僅來(lái)源于樹(shù)木氣體凝結(jié)、工廠、交通和生活排放物等，而且與氣象、天氣以及人為活動(dòng)有關(guān)，影響過(guò)程也十分復(fù)雜，往往某一因子起主導(dǎo)作用，其他因子起協(xié)調(diào)作用[17]。用側(cè)柏林內(nèi)外一年四季4種顆粒物濃度的均值，分別與小氣候因子如空氣溫度、相對(duì)濕度、平均風(fēng)速、光照指標(biāo)數(shù)據(jù)做了相關(guān)性和差異性分析，結(jié)果如表3所示。

結(jié)果表明：空氣顆粒物濃度與相對(duì)濕度、光照均呈正相關(guān)，溫度和風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)，且林緣的顆粒物濃度與平均風(fēng)速呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)。各粒徑空氣顆粒物與小氣候因子的相關(guān)系數(shù)從高到低排序?yàn)椋浩骄L(fēng)速>相對(duì)濕度>空氣溫度>光照(林緣光照>空氣溫度)。說(shuō)明側(cè)柏林內(nèi)外顆粒物濃度與風(fēng)速的相關(guān)性最大，且隨著相對(duì)濕度和光照強(qiáng)度的增大而增加，反之卻隨著溫度和平均風(fēng)速的增大而減小，且小粒徑空氣顆粒物濃度與之的變化更加明顯。這與其他學(xué)者的研究結(jié)果一致[18]。主要原因是污染物在大氣中的擴(kuò)散與湍流運(yùn)動(dòng)息息相關(guān)，風(fēng)的日變化也由空氣湍流混合狀況引起，排放到大氣中的顆粒污染物，隨風(fēng)的攜帶作用會(huì)被傳輸?shù)狡渌麉^(qū)域，單位時(shí)間內(nèi)污染物被運(yùn)送的距離與平均風(fēng)速成正比[19]，另一方面在氣壓場(chǎng)較弱、風(fēng)力不大的不理想擴(kuò)散天氣條件時(shí)，僅有水蒸氣而無(wú)明顯降水，相對(duì)濕度增大使得顆粒物容易堆積，導(dǎo)致其濃度增加[20]。張瑋等[21]對(duì)顆粒物的污染研究發(fā)現(xiàn)，在一定濕度范圍(以不發(fā)生重力沉降為界限)內(nèi)，顆粒物的形成與相對(duì)濕度有較大相關(guān)性，其是影響可吸入顆粒物污染的重要因素之一，這與本研究的結(jié)果一致。反觀氣溫升高可降低空氣顆粒物濃度，這與部分城市顆粒物成因的研究結(jié)果有異，城區(qū)與森林環(huán)境內(nèi)顆粒物來(lái)源及組成成分不同，城區(qū)內(nèi)顆粒物污染主要來(lái)源于工廠、交通、化學(xué)制品燃燒等，成分以重金屬元素、碳化合物等為主，隨著溫度的增高和光照的增強(qiáng)，促進(jìn)了二次氣溶膠的形成，導(dǎo)致顆粒物濃度升高，故城區(qū)顆粒物濃度與溫度的關(guān)系表現(xiàn)為正相關(guān)[22]。對(duì)于森林環(huán)境而言，氣溫對(duì)顆粒物的影響主要表現(xiàn)為對(duì)大氣垂直對(duì)流產(chǎn)生影響以及植物生理活動(dòng)的調(diào)節(jié)作用等，一方面，植物的降溫增濕作用使得林內(nèi)外溫差較大，大氣湍流交換運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，有利于顆粒物尤其是小粒徑顆粒物(PM2.5和PM1.0)向林外輸送；另一方面，有研究發(fā)現(xiàn)在一定溫度范圍內(nèi)，氣溫升高植物葉片氣孔增大，與外界氣體交換加強(qiáng)，對(duì)顆粒物有吸附和阻滯作用，其濃度降低[21]，但是到了夜間林內(nèi)外溫差減小，以及此段時(shí)間林內(nèi)氣溫也較低，植物吸附和阻滯作用減弱，顆粒物濃度不斷累積，這也是4個(gè)季節(jié)均是夜間濃度高于白天的主要原因之一，以上分析表明林內(nèi)外空氣顆粒物濃度與溫度呈負(fù)相關(guān)，段文軍等[23]、Kim等[24]的研究結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。但是也有部分學(xué)者持反對(duì)意見(jiàn)，認(rèn)為空氣顆粒物濃度與溫度成正比，并給出了理由，說(shuō)明溫度對(duì)其影響機(jī)制比較復(fù)雜，因環(huán)境、地點(diǎn)不同，表現(xiàn)出不同的相關(guān)性。

表3 不同粒徑空氣顆粒物濃度與小氣候因子之間的相關(guān)性Table 3 Correlation between the concentration of air particles of different sizes and microclimate factors

從各氣候因子與不同粒徑空氣顆粒物的相關(guān)性分析(林內(nèi)與林緣均值)來(lái)看：隨著顆粒物粒徑的減小(除了PM1.0)，溫度與其相關(guān)性也變小；但相對(duì)濕度、平均風(fēng)速和光照強(qiáng)度卻隨著顆粒物粒徑的減小相關(guān)性變大。其中溫度和光照與PM1.0的相關(guān)性最大。說(shuō)明小粒徑空氣顆粒物濃度變化比較敏感，受環(huán)境因素影響較大，這與Safiur等[8]的研究結(jié)論一致。

4 結(jié)論與討論

(1)從側(cè)柏林內(nèi)外顆粒物濃度四季總體日變化來(lái)看，4個(gè)季節(jié)均在19：00出現(xiàn)全天的高峰值，在凌晨3:00和9:00出現(xiàn)全天的低谷值。四季空氣顆粒物污染程度比較：春季最低，冬季最高。這與郭二果等[25]對(duì)北京西山森林公園的研究和安俊嶺等[26]對(duì)天津、北京、呼和浩特、石家莊等15個(gè)城市的顆粒物季節(jié)變化研究結(jié)果基本相似，主要原因是春季正值植物生長(zhǎng)旺盛時(shí)期，側(cè)柏林由于林分郁閉度最大，對(duì)顆粒物具有巨大的阻滯作用，加之側(cè)柏針葉(比闊葉樹(shù))強(qiáng)大的滯留粉塵能力和雨水的沖刷等綜合因素，顆粒物濃度明顯較其他三季低，但也有部分學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)[27]，北方有些地區(qū)春季雨水相對(duì)較少，沙塵、霧霾等特殊天氣出現(xiàn)較頻繁，雖然同樣處于植物萌芽葉片漸大的生長(zhǎng)旺盛時(shí)期，顆粒物濃度不降卻反升，故今后需結(jié)合特殊天氣對(duì)其影響的研究，對(duì)顆粒物濃度進(jìn)行長(zhǎng)期持續(xù)的監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步明確顆粒物污染的機(jī)理。

(2)林內(nèi)外小粒徑顆粒物所占比例的四季變化。與顆粒物濃度的季節(jié)變化相似均是冬季最大，夏季次之，秋、春季最小，方差分析顯示，冬季林內(nèi)外小粒徑顆粒物濃度所占比例均顯著高于春季，且四季均是PM10顆粒物所占的比例最高，PM1.0次之，PM2.5顆粒物所占的比例最小。說(shuō)明側(cè)柏林內(nèi)一年四季總體來(lái)說(shuō)，空氣顆粒物污染以大粒徑為主，而細(xì)顆粒物濃度相對(duì)較少，即使經(jīng)常在早晨出現(xiàn)大霧天氣，顆粒物濃度總體較高的情況下，其成分也以水蒸氣為主，對(duì)人體健康不會(huì)造成太大威脅。但是以上研究只是針對(duì)側(cè)柏林內(nèi)外顆粒物濃度差異的外因分析，對(duì)于其滯塵原理、微觀結(jié)構(gòu)組成等內(nèi)因還不清楚，以及奧森公園內(nèi)其他植物群落結(jié)構(gòu)、林分組成、森林郁閉度等對(duì)空氣顆粒物濃度的影響還有待于進(jìn)一步深入研究。

(3)從大粒徑和小粒徑顆粒物濃度四季日變化差異分析來(lái)看，春季全天多數(shù)時(shí)間值較低，反之冬季全天多數(shù)時(shí)間值較高，且大部分時(shí)間段與春季差異顯著，這主要是由于，冬季較春季，除了植物屬于落葉期，且林下草本植物枯萎，生理活性和滯塵能力大大降低之外，還有一個(gè)重要原因是此季節(jié)經(jīng)常發(fā)生不同程度的逆溫層結(jié)，加之地面弱氣壓、高濕度、低風(fēng)速和較低的混合層高度等較差天氣條件[28]，導(dǎo)致霧霾天氣頻發(fā)顆粒物濃度較其他季節(jié)明顯升高；而四季大、小粒徑顆粒物濃度林緣高于林內(nèi)，主要是因?yàn)樵诔鞘写蟓h(huán)境背景下，汽車尾氣、渣土運(yùn)輸、建筑工地、工廠廢氣排放等外部污染源持續(xù)地先由林外向林內(nèi)輸送，且植物較林緣空曠地有顯著的滯塵作用，故林緣顆粒物濃度高于林內(nèi)[29]。

(4)在一定范圍內(nèi)，林內(nèi)外空氣顆粒物濃度與相對(duì)濕度、光照均呈正相關(guān)，溫度和風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)，且林緣的顆粒物濃度與風(fēng)速呈顯著負(fù)相關(guān)，隨著粒徑的減小，相關(guān)性變大。氣象因子對(duì)空氣顆粒物濃度的影響機(jī)理比較復(fù)雜，不同的學(xué)者在不同的環(huán)境條件、不同的時(shí)間段得出的結(jié)論也有異，隨著新技術(shù)和新儀器的日新月異，望有關(guān)部門和學(xué)者就這一課題進(jìn)行深入的研究，得出更加科學(xué)的結(jié)論。