西宁市典型绿地空气中微粒物PM2.5和PM10.0测定与分析

耿生莲, 辛永清

(青海大学农林科学院 青海高原林木遗传育种实验室，青海 西宁 810016)

2016-12-18

青海省农业科技成果转化与示范计划项目(2015—NK—510)

耿生莲(1966-)，女，青海湟中人，副研究员。研究方向：城市林业。

西宁市典型绿地空气中微粒物PM2.5和PM10.0测定与分析

耿生莲, 辛永清

(青海大学农林科学院 青海高原林木遗传育种实验室，青海 西宁 810016)

利用 2014 年 8月—2015 年7月西宁市5个典型绿地空气中可吸入颗粒物 PM2.5和PM10.0及同期气象因子监测资料, 分析了可吸入颗粒物分布特征、污染水平及其与气象因子的关系。 结果表明: ①西宁市5个典型绿地空气中PM2.5的平均浓度为0.034 mg·m-3，低于我国日平均浓度标准(0.065 mg·m-3)47.69%，PM10.0为0.153 mg·m-3，超出我国 PM10.0日平均浓度二级质量标准(0.15 mg·m-3)2.00%。尤其是海湖大道、新宁广场和省委家属院PM10.0超标率分别为44.00%、13.33%和6.67%，应引起大众和相关部门的高度重视； PM2.5和PM10.0浓度从大到小的排序为海湖大道>新宁广场>省委家属院>麒麟湾>植物园；②5个典型绿地空气中PM2.5和 PM10.0的日平均浓度变化和年平均浓度变化趋势基本一致, 具有区域分布特征；③ PM2.5、PM10.0与温度和相对湿度呈负相关, 与风速没有相关性。PM2.5 与PM10.0 之间有较好的相关性。

PM2.5 ；PM10.0；典型绿地；相关性；西宁市

美国 、欧洲在流行病学领域的研究表明[1,2]， 城市空气可吸入性颗粒物 PM10.0及细颗粒物(PM2.5、PM1)的污染与医院就诊率、呼吸道疾病发病率乃至死亡率等诸多不利健康效应之间关系密切[1,2]。粒径小于2.5 μm 的颗粒物可在肺泡沉积，并进入血液循环，对人体健康的危害更大[3]。因此，空气颗粒物质量浓度是目前评价大气质量的主要依据之一。随着对大气颗粒研究的深入，1997年美国国家环保署(USEPA)公布了PM2.5标准[2], 规定其日均值为 0.065 mg·m-3,年均值为0.150 mg·m-3[2]。2012年我国更新制定了新的环境空气质量标准[4]，规定PM10.0质量浓度的日均值为0.15 mg·m-3,PM2.5 质量浓度的日均值为0.065 mg·m-3(二级标准, GB3095-2012)[4]。本文选取了西宁市5个典型绿地进行了PM2.5和PM10.0的测定，以期为西宁市春夏秋冬空气污染状况分析及大气环境管理提供依据，从而采取最快速、最有效、最经济的措施改善环境空气质量。

1 研究区概况

西宁市地处青藏高原河湟谷地南北两山对峙之间，统属祁连山系，黄河支流湟水河自西向东贯穿市区。全市总面积7 665 km2，市区面积3 505 km2，建城区面积755 km2。海拔2 261 m，年平均降水量380 mm，蒸发量1 363.6 mm，年平均日照为1 939.7 h，年平均气温7.6 ℃，最高气温34.6 ℃，最低气温-18.9 ℃，属大陆高原半干旱气候。夏季平均气温17～19 ℃，气候宜人，是消夏避暑胜地，有“中国夏都”之称。市区平均海拔2 295 m，属大陆高原半干旱气候，平均气温6.1 ℃，冬无严寒，夏无酷暑，是天然的避暑胜地。

2 研究方法

2.1 典型绿地

测定地点设在西宁市新宁广场(休闲娱乐区)、植物园(景观区)、海湖大道(交通主干道)、麒麟湾(水系游乐区)和省委家属院(居民生活区),地点相距10 km以上，环境条件与绿地功能各不相同，各观测区环境特征与绿地树种植见表1。

表1 5种典型绿地特征描述

2.2 观测方法

环境空气监测中采样环境及采样频率的要求，按 HJ/T 194 的要求执行。即采样时，采样器入口距地面高度不得低于1.5 m，采样不宜在风速大于8 m/s 等天气条件下进行，采样点应避开污染源及障碍物，如果测定交通枢纽处 PM2.5和PM10，采样点应布置在距人行道边缘外侧 1m 处[5]。本研究为消除环境因素可能带来的误差，于 2014年8月5日至2015年7月16日全年每月上旬、中旬和下旬选择大气状态相对稳定、天气晴朗的日间进行PM2.5和PM10.0的测定，仪器为手持式高精度空气颗粒物速测仪—美国粉尘浓度检测仪(型号metone831)；同时采用NK4000小气候仪对空气温度、相对湿度、风速进行监测。每日测定时间段为7:00、9：00、11：00、13：00、15:00、17：00和 19:00，每3分钟测一次，测3次取其平均值，运用统计学分析软件 SPSS 15.0 进行统计分析 。

3 结果与分析

3.1 各典型绿地空气PM2.5与PM10.0分布特点[5-9]

3.1.1 各典型绿地空气PM2.5与PM10.0的浓度 经统计分析(表2)，5个典型绿地空气中PM2.5和PM10.0的平均浓度分别为0.034和0.153 mg·m-3，范围在0.001～0.239 mg·m-3和0.012～2.112 mg·m-3之间(表2)。,以我国日平均浓度二级质量标准PM2.5为0.065 mg·m-3和PM 10.0为0.15 mg·m-3评价,西宁市5个典型绿地空气中PM2.5平均值低于标准47.69%，即PM2.5浓度没有超标[6-9]。超标率范围为-98.46%～267.69%，也就是说5个典型绿地空气中PM2.5最大浓度均超出标准； PM10.0超标率为2.00%，范围在-92.00%～1 308.00%，在 5个典型绿地空气中PM10.0最大浓度均超出标准。尤其是，海湖大道、新宁广场和省委家属院平均浓度超标率分别为44.00%、13.33%和6.67%，应引起大众和相关部门的高度重视； PM2.5和PM10.0浓度从大到小的排序为海湖大道>新宁广场>省委家属院>麒麟湾>植物园。

3.1.2 各绿地空气PM2.5和PM10.0的日动态变化 总体看(图1)，5个绿地空气的PM2.5和PM10.0日动态变化是一致的，早上7：00最高，之后逐渐下渐，至19：00又回升但比早上偏低；其中PM10.0除新宁广场外，其余4个绿地的日动态变化一致，植物园、麒麟湾和省委家属院变化幅度小，新宁广场和海湖大道变化幅度大，这与人员活动、车流量有很大的关系[19]；从各时段看(表3)，PM2.5在西宁市白天均不超标，PM10.0从在早上7：00-11：00均不超标，但下午13：00-19；00均超标，提醒市民户外活动以早晨为宜，下午13：00-19：00活动应采取一定的防护措施；经方差分析,5个绿地空气的PM2.5和PM10.0日浓度在不同时间段差异显著(Sig=0.00p<0.01)，且与具体的观测时间段存在线性相关性(Sig=0.010、0.00≤0.01)。

表2 各种典型绿地空气PM2.5和PM10.0浓度 mg·m-3

图1 5种绿地空气PM2.5和PM10.0日动态变化

表3 PM2.5和PM10.0在白天7个时段的浓度与超标率统计

3.1.3 各典型绿地空气PM2.5和PM10.0的年月动态变化[10,11]5个绿地空气PM2.5的年内变化基本一致，即1-5月份和10-12份浓度较高，6-9月份普通遍减少(图2、表4)，这与西宁市城市森林大气候条件有关，5-6月份随着森林绿量的增加林木的滞尘功能也增加，有效吸附了空气中的微小颗粒物；全年5个绿地PM2.5均低于国家标准[2]；PM10.0于1月、2月、3月、11月和12月份5个月较高，超标率在21.29%～169.51%出国家标准[12]，尤以2月可吸入颗粒物日平均浓度超标率为全年最高。其余月份较低，范围在-30.33%～-9.72%，而8月份最低。从PM 2.5占 PM10的比例可以看出，全年比值范围在0.11～0.32之间，其中4月和10月 PM2.5占 PM 10 的比例最高，即4月和10月份微粒物浓度中PM2.5浓度较高；经方差分析PM2.5每月浓度有明显差异(Sig=0.00<0.01)，但与月无线性关系(Sig=0.514>0.05)。PM10.0每月浓度有明显的差异(Sig=0.00<0.01)，且与月有线性关系(Sig=0.00<0.01)。

图2 PM2.5与PM10.0全年和全天的变化关系

表4 PM2.5和PM10.0在全年12月浓度与超标率统计

3.2 空气中PM2.5、PM10.0的与环境因素间的相互关系

从表5、图3和图4看出，5个绿地空气的PM2.5和PM10.0有显著的相关性；PM2.5与绿地类型在水平0.05下相关，PM10.0与绿地类型在0.01水平下相关；PM2.5、PM10.0与温度、湿度和风速在水平0.01下呈负相关。即随着温度、相对湿度和风速的增加空气中PM2.5、PM10.0也相应增加，全年的变化状态也如此，该结果与马雁军[10，13]的研究结果一致。

表5 PM2.5、PM10.0与环境因子间的相关性分析

注：**表示在 0.01 水平(双侧)上显著相关;*表示在 0.05 水平(双侧)上显著相关。

经回归分析得出PM2.5、PM10.0与绿地类型、温度和湿度间的线性方程：

y1=44.411+2.371x1-1.265x2-0.047x3(R2=0.952Sig=0.00p<0.01)

y2=156.997+29.651x1-5.988x2-0.574x3(R2=0.989p<0.01Sig=0.00)

式中：y1—PM2.5 ，y2—PM10.0，x1—绿地类型(标签值：1-新宁广场、2-海湖大道、3-麒麟湾、4-省委家属院、5-植物园)，x2—温度(℃),x3——相对湿度(%)。

PM10.0浓度y2与PM2.5浓度y1间的线性方程：

y2=67.427+2.429 y1

(R2=0.946p<0.01Sig=0.00 )

4 结论

(1)西宁市城市5个典型绿地空气中PM2.5的日平均浓度分别为0.034 mg·m-3，低于我国日平均浓度标准(0.065 mg·m-3)47.69%，PM10.0为0.153 mg·m-3，超出我国PM10.0日平均浓度二级质量标准(0.15 mg·m-3)2.00%。尤其是海湖大道、新宁广场和省委家属院PM10.0超标率分别为44.00%、13.33%和6.67%； PM2.5和PM10.0浓度从大到小的排序为海湖大道>新宁广场>省委家属院>麒麟湾>植物园。

(2)5个典型绿地空气中PM2.5和PM10.0日、月动态变化是一致的。早上7：00最高，之后逐渐下降，至19：00又回升但比早上偏低；5个绿地空气PM2.5的年变化基本一致，即1-5月份和10-12份浓度较高，6-9月份普遍减少；PM10.0于1月、2月、3月、11月和12月份5个月较高，其余月份较低。其中2月为全年最高， 8月份为全年最低。

(3)5个典型绿地空气中PM2.5、PM10.0与空气温度、湿度和风速在水平0.01下呈负相关。

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AnalysisoftheConcentrationofPM2.5andPM10.0intheAirof5TypicalPlantingModelsinXining

GENG Sheng-lian,XIN Yong-qin

(CollegeofAgricultureandForestrySciences,QinghaiPlateauKeyLaboratoryofTreeGeneticsandBreeding,QinghaiUniversity,Xining810016)

Based on the inhalable particles data of PM 2.5 and PM10.0 from August 2014 to July 2015 in the air of 5 typical planting models in Xinning, the distributions and pollution characteristics of those inhalable particles as well as the relationships with meteorological factors were analyzed.The results show thati) the concentration of PM2.5 in the air of 5 typical planting communities was 0.034(mg/m3), less than the average concentration standard of day (0.065 mg / m 3) 47.69%. PM10.0 was 0.153(mg/m 3), higher than the average concentration standard of day(0.15 mg/m 3)2.00%. The excessive rate of PM10.0 in Haihustreet, Xinning plaza and family member courtyard of Qinhai provincial were 44.00%, 13.33% and 6.67% respectively. Sequence of PM2.5 and PM10.0 was Haihu street >Xinning plaza>family member courtyard of Qinhai provincial>Qilin garden>Botanical garden; ii) the changing trends of the daily mean concentrations of PM10 and PM 2.5 in the four cities are similar because they are affected by the regional synoptic system, which are of the regional distribution characteristics; iii) PM 2.5 and PM10.0 had negative correlationships with air temperature and relative humidity, and had no correlations with wind speed .The correlation existed between PM2.5 and PM10.0.

PM2.5; PM10.0; typical planting model; correlation; Xining

S731.2

A

1001-2117(2017)03-0004-05