福州城郊乡村大气颗粒物浓度日变化规律

乔雨轩，王月明，王楠楠，朱志鹏，陈梓茹，傅伟聪，2，董建文，2

(1.福建农林大学 园林学院，福建 福州 350002；2.国家林业局森林公园工程技术研究中心，福建 福州 350002)

当前人们对空气质量的关注随着生活质量的提升而升高，已成为环境问题的焦点，TSP（总悬浮颗粒物，d≤l00 μm)、PM10(可吸入颗粒物，d≤l0 μm)、PM2.5(可吸入肺细颗粒物，d≤2.5 μm)和 PM1.0(d≤1.0 μm)作为空气的首要污染物对空气质量有重要影响[1]。大气颗粒物携带附着众多有害物质[2]，对人体的呼吸系统[3]和免疫系统[4]造成较大的损害，甚至造成心脏病和癌症的死亡率升高[5-8]。由于城市空气质量问题日渐突出，人们的生态环保意识不断增强，在闲暇之余更加渴望回归自然，加之十九大报告中提出的“乡村振兴”战略，乡村作为当代社会为数不多的可以让人们亲近自然、拥抱自然的场所，凭借其独特的优势和政府政策导向，其旅游业日益繁荣。 但在游客选择游憩地点时，除了景观质量这一因素外，人们逐渐重视生态功能这一要素[9]。

目前，傅伟聪等[10-13]在福州国家森林公园与百里杜鹃国家森林公园分别进行大气颗粒物相关的监测研究， 对研究地异质空间下大气颗粒物的日变化规律进行分析， 但未进行不同季节的对比研究；郭二果等[14]、刘凡等[15]对不同气象因子对城市空气颗粒物浓度的影响已进行了探讨，但未对海拔、气压等气象因子进行研究。 但目前研究大多侧重于城区或森林内不同空间对空气颗粒物浓度的影响作用，针对乡村不同类型游憩地空气颗粒物浓度的监测研究鲜见报道。

随着社会经济的增长，人们生活质量大大提升，健康逐渐成为人们的消费需求，以生态保健为目的的健康出行已成为旅游业的重要组成部分和发展趋势[16]。 乡村因拥有较好的环境、保存较好的乡土景观，正成为越来越多游客选择的游览目的地。 空气质量是衡量游憩地好坏的标准之一，而颗粒物浓度是评判空气污染度、当地人居环境优劣的重要指标，因此大气颗粒物浓度在一定程度上影响了游憩地环境质量的好坏。 对乡村大气环境质量进行监测分析，依据分析数据进行下垫面改善、地形调整等，有助于更好地建设美丽乡村，发展乡村旅游，实现乡村振兴。 笔者选择五一游客高峰期针对福州周边典型乡村——孔元村与井下村的5 类游憩空间，设置12 个监测点，开展大气颗粒物浓度及气象因子等数据的监测分析， 以便了解村内各类游憩空间的空气颗粒物含量的异同与日变化规律的差异，为进一步的美丽乡村规划建设及休憩空间、游览时间的选择，游线的规划提供数据支撑，并可丰富福州周边乡村空气质量研究的相关数据。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

孔元村、井下村地处福州市近郊的闽侯县白沙镇（26.20°N， 119.07°E），四面环山，但交通便捷，闽江、莱福铁路、115 县道及合福高铁穿境而过，距福州城区约31.1 km，区位优势突出。 气候兼具亚热带季风与海洋性气候的特征，春季多雨、夏季炎热而漫长，少霜而无雪，日照充足，年平均气温17～20 ℃，境内年降雨量 1 200～2 100 mm，水量充沛。 村域耕地 1 000 多亩，山林地 8 850 亩，井下溪、东溪穿村而过，青山绿水、风景秀丽。 两村因远山、溪涧、良田和农家屋舍的和谐相融，吸引了众多游客观光旅游。

1.2 研究方法

依据监测地现状及游客游憩需求、景观类型等综合考虑，本研究选择 12 个样地进行数据监测，并将监测点分为 5 类进行数据归类分析，涵盖了两村具有代表性的全部游憩地类型。 第 1 类： 游憩林地， 选取样地 J1 竹林、J2 林缘和 K1 登山道； 第 2 类： 硬质铺装游憩地， 为样地 J3 停车场、J4 村道、J5 井下村村部、K3 孔元村村部和K4 庙外广场； 第 3 类： 水畔游憩地，包含样地 J6 水边游憩地、J7 水边栈道； 第 4 类： 田园游憩地，为 K2 花田； 第 5 类： 庙宇，为样地 K5 庙内，监测点的分布情况如图1～2 所示，详细立地条件如表 1～2 所示。

图1 井下村监测点分布图

图2 孔元村监测点分布图

表1 井下村监测点概况

表2 孔元村监测点概况

1.2.1 数据监测

选取2018年五一假期前后，3 个晴朗日进行数据的监测采集。 观测时间为7：00-17：00，同一用地每隔2 h 观测1 次。 采用Dustmate 粉尘检测仪监测人体平均呼吸高度1.2～1.5 m 处的空气中TSP(总悬浮颗粒物，d≤l00 μm)、PM10 (可吸入颗粒物，d≤10 μm)、PM2.5 (可吸入肺细颗粒物，d≤2.5 μm，)、PM1.0(d≤1.0 μm)的浓度（以下大气颗粒物浓度均以μg/m3为单位）；并使用南方测绘公司手持式厘米级GPS 测量各点的海拔，同时利用小气候监测仪（NK4500）测算风速、气压、温度、湿度等，各监测点设置3 个重复，并统计每个监测点游客人数。

1.2.2 数据处理

数据统计、处理及图表制作采用SPSS19.0 和Excel 2007 进行。

2 结果与分析

2.1 不同粒径大气颗粒物的浓度日变化规律

整体而言，孔元村、井下村村内大粒径颗粒物（TSP、PM10）浓度的日变化规律为从早晨上下波动持续至中午，下午上升至傍晚达到一天中最高值，表现为“双峰双谷”的“N”字型或“双峰单谷”的“V”字型；小粒径颗粒物（PM2.5 和PM1.0）浓度表现为早晨至下午低傍晚急速升高的规律，呈斜“V”字形（图3）。 深入观察分析可知，各类游憩地的大粒径颗粒物浓度从早晨平缓上升在9：00 达到较高值，而在中午11：00-13：00 下降至最低值，之后持续升高。 根据实验过程中对村内游客量的记录，表明村内大粒径颗粒物浓度的变化规律与村民生活习惯及游客活动特征大致相符， 说明因村民和游人活动所产生的扬尘对村域内大粒径颗粒物浓度变化起到明显的增加作用。

图3 孔元村、井下村不同粒径大气颗粒物浓度日变化规律

小粒径颗粒物浓度呈早上至午后较低，傍晚升高的趋势，与古琳等[17]研究结果不同，可能由于5月是福州的雨季，空气湿度较大，数据显示福州5月份平均空气湿度高达81%，乡村因地理位置偏远，海拔较高，平均空气湿度接近90%，早晨村内空气湿度为一天的较大值，对大气中小粒径颗粒物的沉降起到积极的作用。 由于两村处于亚热带季风气候区，较高的海拔使得村域内早晚温差明显，傍晚时分温度迅速降低，小粒径颗粒物浓度随之升高。 小粒径颗粒物浓度在下午15：00-17：00 达到白昼最高值。而中午11：00-13：00，温度逐渐攀升，小粒径颗粒物浓度呈现下降趋势。此结果与已有的研究结论一致，即小粒径颗粒物浓度随温度下降而上升[18]。

2.2 各类型游憩地大气颗粒物浓度对比

数据表明，村内不同粒径颗粒物在不同类型游憩地有不同的浓度特征。 参照大气颗粒物清洁度评价指标[19]，孔元村、井下村空气中PM2.5 和PM1.0 值均达到国家一级标准，TSP 和PM10 值只有临水游憩地达到国家一级标准，其余游憩地符合国家二级标准。 根据表3 可知，孔元村、井下村各类有游憩地大气颗粒物浓度由高至低排序，依次为：庙内、硬质铺装游憩地、游憩林地、田园和临水游憩地。 但位于同种类型不同位置的监测点测得的颗粒物浓度差别较大，例如在游憩林地中J2（林缘）的TSP 浓度日均值明显低于J1（竹林）和K1（登山道），可能与游人的行为活动有关，竹林与登山道有较多游人活动，游览行为造成的扬尘导致J1、K1 的TSP 浓度日均值高于J2；其次硬质地中K3（孔元村村部）的TSP 和PM10 浓度日均值为2 村最高，其浓度值分别为187.80 和68.33 μg/m3，这是由于孔元村村部位于主要道路交汇处，几乎没有植被覆盖，缺少降尘防尘的功能，且受大量来往车辆、行人等因素的影响，导致大粒径颗粒物浓度高于其他监测点；临水游憩地不同粒径颗粒物浓度日均值为2 村最低，可能跟其附近湿度较大降尘作用显著相关；庙内不同粒径大气颗粒物浓度日均值都为2村最高，这与游人活动、庙宇香火有关，庙宇因其祈福、还愿等特殊的服务功能受到游人的偏爱，空气颗粒物浓度也随之上升。 游憩林地不同粒径颗粒物浓度日均值都小于硬质铺装游憩地，这是由于林地树木具有吸附并阻拦颗粒物扩散的功能因而空气质量通常较高[20-22]。

表3 村内不同游憩地类型颗粒物日均浓度值(μg/m3)

2.3 气象因子与大气颗粒物浓度关联性

大气颗粒物浓度受多重因子共同作用的影响，除环境因素、人为因素外，还与某些气象因子息息相关。因此同时进行颗粒物浓度与气象因子（最大风速、平均风速、海拔、气压、湿球指数、热力指数、露点温度、湿度、温度）的相关性分析，结果如表4。 实验数据表明，当大气颗粒物浓度达到国家二级标准时，与其浓度相关的气象因素为海拔、气压、湿度、温度、湿球指数和热力指数。 其中，湿球指数和热力指数与颗粒物浓度相关性较低，呈非显著正相关，但随着颗粒物粒径变小，其相关性随之增大；海拔与大气颗粒物浓度之间呈极显著负相关；气压对大气颗粒物浓度呈极显著的正相关；此外，湿度与颗粒物浓度的相关系数为正值，温度为负值，湿度和温度对大粒径TSP 颗粒物浓度表现出显著的相关性，对PM10、PM2.5 及PM1.0 浓度呈极显著的相关，且随颗粒物粒径减小，其相关性随之降低。 总的来说，海拔和温度越高，大气颗粒物浓度越低；气压和湿度越大，大气颗粒物浓度越高。

表4 气象因子与大气颗粒物浓度的相关性分析

3 结论与讨论

2018年初夏对福州市城郊孔元村、井下村大气颗粒物浓度的监测显示，村内小粒径颗粒物浓度达到国家I 级标准，大粒径颗粒物浓度处于国家Ⅱ级标准，空气质量良好，这说明井下村、孔元村为福州城市居民提供了一个更为健康的休闲游憩环境。 大粒径颗粒物（TSP、PM10）浓度日变化曲线呈现出上午较高到午时降至最低，随后上升，在傍晚时达到一天中的峰值的变化，此变化规律与村民生活习惯及夏季游客活动特征大致相符[23-25]。 游客行为与环境因素是影响大气颗粒物浓度变化的重要原因[26]。 研究表明，夏季孔元村、井下村大气颗粒物浓度与游人行为活动联系紧密，对郁闭度较大的样地影响显著，尤其TSP 颗粒物受游人活动的扬尘作用影响最为明显。 因此，适当疏林，降低游憩地郁闭度，增加空气流通量，有助于改善空气质量。

测算数据显示，气象因子（海拔、温度等）对不同粒径颗粒物浓度的影响大致相同，海拔和温度越高，大气颗粒物浓度越低；气压和湿度越大，颗粒物浓度越高；气压与大气颗粒物的浓度为极显著的正相关，海拔与大气颗粒物的浓度为极显著的负相关，这与前人研究所得结果基本一致[27-29]。 乡村因林地较多，植被较为茂盛，尤其是竹林或登山道等郁闭度较大的游憩地，林下空气湿度较大是导致大粒径颗粒物浓度较高的原因。 合理间伐或改种光合作用较弱的植物，不但可以丰富样地生物多样性，还有助于降低大气颗粒物浓度。

不同类型游憩地及各监测点间大气颗粒物浓度都有不同的表现特征。夏季孔元村、井下村大气颗粒物浓度按照由高至低降序排列为：庙内、硬质铺装游憩地、游憩林地、田园和临水游憩地。 在郁闭度存在差异的游憩林地中， 空气大粒径颗粒物浓度亦不相同， 其数值随郁闭度降低而下降：J2 林缘的TSP 浓度日均值明显低于J1 竹林和K1 登山道，这与傅伟聪等[12]之前研究所得结果不同，可能是由于竹林和登山道郁闭度较大为100%，而林缘郁闭度为40%，使得林内空气不易流通，加之游客量较大，造成大粒径颗粒物扩散速率降低而浓度升高。 适当疏林可降低林内郁闭度，增加空气流通量，有利于改善空气质量。 硬质铺装游憩地的颗粒物含量平均水平都较高，因此在规划美丽乡村时，应尽可能减少大面积硬质铺装的使用多以绿化为主， 也可在广场等硬质铺装区域适当设置一定的水体景观如喷泉或种植一些乡土树种，既能对降低颗粒物浓度有一定效果，又能起到美化乡村的作用。

本研究采用定点监测的方法对孔元村、 井下村进行大气颗粒物浓度、 小气候等数据监测与分析，为美丽乡村的深入建设提供了理论依据。 由于两村游客量、地理位置等因素的限制，本文仅对村内12 个监测点在7：00-17：00 时段开展研究，未能采集到全天候、四季的监测信息。 在下一步的实验研究中，将展开多点、多时段和覆盖四季的数据收集与分析，以提供更为全面的孔元村、井下村大气颗粒物浓度变化特征，让实测数据和科学分析成为美丽乡村建设的有力支撑，为乡村旅游提供永续动力。