北京天坛公园春季树木花粉飞散规律研究

周江鸿 夏菲 刘育俭

摘要：利用Burkard公司生产的HIRST型孢子捕捉仪和Phenom ProX全自动台式扫描电子显微镜，对2018年春季北京天坛公园气传树木花粉种类和浓度的变化规律进行了研究。结果表明，春季最低气温稳定超过0 ℃，最高气温稳定超过15 ℃时，天坛公园的柏科、榆科和杨柳科树木将进入盛花期。西门北侧外坛区域和南部三座门附近的气传花粉日平均浓度各有3个峰值，第1个峰值较高，出现在3月16日至4月7日期间，最高值分别为509.99粒/m3和 1 650.58粒/m3;第2个和第3个峰值均较小，分别出现在4月8—14日和4月25日至5月1日期间，最高值均小于65粒/m3。在第1个峰值期间，2个采样点的主要花粉种类都为柏科树木花粉，所占比例都达到了80%以上。第2个峰值期间，主要花粉种类都为银杏科树木花粉。第3个峰值期间，主要花粉种类都为桑科树木花粉。3月16日至4月7日期间，逐时花粉浓度平均值表现为02：00—08：00高，16：00—21：00低;4月25日至5月1日期间，逐时花粉浓度平均值则表现为16：00—21：00高，02：00—08：00低。结果可为开展天坛公园花粉浓度的精细化预报、指导游客进行自我防护提供数据支撑，也可为天坛公园植物群落的升级改造提供参考。

关键词：天坛公园;气传树木花粉;飞散规律;花粉浓度;花粉种类

中图分类号： S731.2  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2020）15-0192-07

园林植物在净化空气和水质、保持水土、改善城市小气候、降低城市噪音等方面发挥着重要的作用[1]，然而有些风媒花植物所产生的花粉可大量飘散在公园和绿地近地面的空气中，引发人体过敏反应，严重危害人体健康，因此美国的Stanley等和我国的廖凤林都将致敏花粉列为了空气污染物[2-3]。近年来，世界各地花粉过敏症的发病率均呈逐年升高的趋势，我国的发病率为0.5%～1.0%，高发地区能达到5.0%;北京地区呼吸道过敏病人中，有 1/4～1/3对花粉过敏[4-5]。园林绿地中的植被组成是影响空气中花粉种类和浓度大小的主要因素之一[6]，由于不同公园中植物种类和数量差异较大，空气中致敏花粉的种类和数量不同，因此在不同公园中开展气传花粉飞散规律研究能够为花粉浓度的精细化预报提供数据支撑。

北京天坛公园是我国保存最为完整的祭坛园林，为了从整体上营造静谧、肃穆、庄重的祭祀氛围，自明清时期坛域内便广泛种植柏树和松树[7]。桧柏和侧柏花粉是北京地区春季主要的致敏花粉[8]，每年春季大量柏树开花散粉，往往会形成烟雾状的“花粉云”，造成园内空气中花粉浓度极高，对园内职工、游人和周边居民的健康造成了严重影响，据统计，天坛公园职工中花粉过敏症的发病率高达30%以上。因此，研究天坛公园春季空气中树木花粉种类和浓度的变化及飘散规律，对于在公园内开展花粉浓度的精细化预报、指导敏感人群合理安排游园时间、减少花粉过敏症的发生具有重要意义，也可为建设有益健康的园林绿地提供合理化建议。

1 材料与方法

1.1 花粉样品的采集

花粉樣品采集使用英国Burkard公司生产的HIRST型孢子捕捉仪，分别在天坛公园西门北侧和南部三座门附近各放置1台。该捕捉仪配有内置真空泵，可以连续24 h捕捉空气中的花粉，其滚筒转动速度为2 mm/h，持续采样的时间达7 d，空气流量为10 L/min，花粉会粘到由发条驱动的滚筒上的粘合剂涂层上。由于本研究要利用扫描电镜进行样品观察，因此将扫描电镜专用的双面碳导电胶带（Ted Pella，宽8 mm，长20 m）缠绕在孢子捕捉仪的滚筒上来采集空气中的花粉样品。

1.2 扫描电镜制样和观察方法

将采集了花粉样品的双面导电胶带按时间顺序剪成小段，每段长度16 mm，代表8 h所采集的样品，然后将其粘在直径为25 mm的扫描电镜样品台上，并用Cressington 108 auto离子溅射仪喷金、镀膜，电流为20 mA，溅射时间为20 s。利用Phenom ProX全自动台式扫描电子显微镜进行观测，在 270×放大倍数下，每视野面积约为1 mm2，统计1 mm2 视野内的花粉数目，每小时区域统计3个视野，每个视野内选取10粒花粉，在5 000×左右放大倍数下，测量花粉大小，观测其形状、极面和赤道面的表面纹饰、萌发沟或萌发孔的数量及形态，参照《中国木本植物花粉电镜扫描图志》[9]和《中国气传花粉和植物彩色图谱》[10]确定花粉种类。

1.3 花粉浓度计算方法

参照郄光发等的公式[11]计算花粉浓度，

N=A×BD·E。

式中：N为空气中花粉浓度;A为计数点内花粉个数;B为每小时采样区域面积（B=16 mm2，胶带宽 8 mm，每小时转动2 mm）;D为计数点面积（D= 1 mm2，扫描电镜270×视野面积）;E为每小时采样空气体积（E=0.6 m3，Burkard采样器空气流量为10 L/min）。因此，本研究计算每立方米空气中花粉浓度的公式为N=26.67A。

2 结果与分析

2.1 天坛公园风媒花乔木的组成及分布

建坛至今，经过近600年的绿化，天坛公园形成了中心区域以常绿乔木林为主，边缘以落叶林和混交林为主的植被类型，树木总数达5.6万余株，其中侧柏1.1万株，桧柏2.0万株，主要分布在内坛各古建筑周围，以行列规则式纯林种植;外坛的桧柏主要分布在北门、西门、南门和东门的甬道两侧，侧柏则分布在北门西侧区域。松树有0.4万株，主要分布在内坛丹陛桥东侧，油松以纯林种植，白皮松则与桧柏形成混交林。落叶乔木共有0.6万余株，主要分布在外坛区域，其中核桃、杜仲和榆树主要分布在西门北侧;银杏主要分布在西门和东门北侧区域，小叶朴主要分布在东门北侧，毛白杨主要分布在北门附近和神乐署门前。

2.2 2018年3—4月天坛公园气传花粉浓度日平均值的变化规律

从图1可以看出，2018年3—4月三座门附近的气传花粉浓度日平均值有3个峰值，第1个峰值较高，出现在3月16日至4月7日期间，其中有 10 d 花粉浓度日平均值超过400粒/m3;3月17日花粉浓度日平均值为34.08粒/m3，随后浓度逐渐升高，至3月26日达到最高值，为1 650.58粒/m3;3月26日以后花粉浓度逐渐下降，4月5日花粉浓度日平均值只有 10.00粒/m3。4月8—14日出现第2个峰值，花粉浓度日平均值最高为60.01粒/m3，出现在4月10日;最低值为4.07粒/m3，出现在4月13日。4月15—24日花粉浓度一直维持在较低水平，日平均值均小于12粒/m3。第3个小峰值出现在4月25日至5月1日期间，其中有3 d花粉浓度日平均值超过30粒/m3，最高值为44.08粒/m3，出现在4月30日;最低值为18.18粒/m3，出现在4月27日。

2018年3—4月西门北侧外坛区域的气传花粉浓度日平均值也有3个峰值，第1个峰值同样出现在3月16日至4月7日期间，但是最高值只有 509.99粒/m3，出现在3月22日。第2个峰值较小，出现在4月8—14日期间，其中有2 d花粉浓度日平均值超过30粒/m3，最高值为 37.60粒/m3，出现在4月12日;最低值为 13.71粒/m3，出现在4月14日。4月15—24日期间花粉浓度维持较低水平，日平均值均小于 20粒/m3。第3个小峰值也出现在4月25日至5月1日期间，其中有2 d花粉浓度日平均值超过 30粒/m3，最高值为48.45粒/m3，出现在4月26日;最低值为8.89粒/m3，出现在4月30日。

根据2018年3—4月天坛公园气温观察值（图2）可知，3月1日至3月22日期间气温偏低，只有 6 d 的最低气温高于0 ℃，有16 d的最高气温高于或等于10 ℃，3月17日还有1次降雪天气。3月23日至4月3日，最低气温均在0 ℃以上，最高气温均超过15 ℃，使柏科、榆科和杨柳科植物大量开花散粉，形成了花粉浓度的第1个高峰。

2.3 不同时间段花粉种类和数量的变化

根据图1的结果可知，2018年3月16日至5月1日天坛公园西门和三座门区域的花粉浓度日平均值变化均可分为4个时间段，分别为3个花粉浓度高峰时间段和第1个峰值与第3个峰值之间的花粉浓度较低时间段，本研究分别对这4个时间段内的气传花粉种类进行识别和鉴定。由于同科不同种植物的花粉形态特征极为相似，因此花粉种类只鉴定到科。

3月16日至4月7日期间，三座门附近的空气中有7科植物花粉，其中柏科植物花粉所占比例最高，达到了92.01%;杨柳科、榆科和木樨科植物花粉所占比例分别为3.76%、1.62%和1.53%;桦木科、银杏科和杜仲科植物花粉所占比例均低于0.5%（图3-a）。同一时期，西门北侧外坛区域空气中则有10科植物花粉，柏科植物花粉只占到82.39%，低于三座门附近;而榆科、杨柳科、木樨科、杜仲科和银杏科植物花粉所占比例分别6.74%、4.45%、3.55%、1.79%和0.54%，高于三座门附近;桦木科植物花粉所占比例为0.42%，与三座门附近差别不大;松科、胡桃科和悬铃木科植物花粉所占比例均小于0.1%，是三座门附近没有采集到的花粉种类（图4-a）。

4月8—14日期间，三座门附近空气中仍有7科植物花粉，但是随着柏科、杨柳科和榆科植物盛花期的结束以及银杏科和木樨科植物进入盛花期，柏科植物花粉所占比例下降为30.47%，没有采集到杨柳科和榆科植物花粉;银杏科、木樨科和杜仲科植物花粉所占比例分别上升为54.66%、10.75%和1.61%;悬铃木科、胡桃科和松科植物花粉所占比例分别为1.25%、0.72%和0.54%（图3-b）。同一时期，西门北侧外坛区域空气中有11科植物花粉，银杏科植物花粉所占比例最高，为64.73%，柏科植物花粉所占比例下降为4.01%;胡桃科、木樨科、杜仲科和桦木科植物花粉所占比例分别上升为11.42%、10.02%、5.01%和2.61%;杨柳科植物花粉所占比例为1.40%，而榆科、松科、壳斗科和桑科植物花粉所占比例均为0.20%（图4-b）。

4月15—24日期间，三座门附近空气中有8科植物花粉，随着松科和胡桃科植物进入盛花期，柏科和银杏科植物花粉所占比例分别下降为1.75%和4.55%;而松科和胡桃科植物花粉则分别上升为68.88%和20.63%;桦木科、木樨科、壳斗科和悬铃木科植物花粉所占比例分别为1.40%、1.05%、1.05%和0.70%（图3-c）。同一时期，西门北侧外坛区域空气中有12科植物花粉，柏科和银杏科植物花粉所占比例分别下降为1.13%和26.67%;而松科和胡桃科植物花粉则分别上升为36.86%和27.92%;桑科、壳斗科、悬铃木科、木樨科、桦木科、杜仲科、杨柳科和榆科植物花粉所占比例分别为2.26%、1.38%、1.26%、0.75%、0.63%、0.63%、0.38%和0.13%（图4-c）。

4月25日至5月1期间，三座门附近空气中有10科植物花粉，随着桑科和悬铃木科植物进入盛花期，松科、胡桃科和银杏科植物花粉所占比例分別下降为28.50%、2.90%和0.24%，而桑科、悬铃木科和桦木科植物花粉所占比例分别上升为47.83%、10.39%和5.80%;壳斗科和柏科植物花粉所占比例分别为2.66%和1.21%，榆科和杨柳科植物花粉所占比例均为0.24%（图3-d）。同一时期，西门北侧外坛区域空气中有8科植物花粉，松科、胡桃科和银杏科植物花粉所占比例分别下降为27.95%、5.30%和0.48%，而桑科、悬铃木科和桦木科植物花粉所占比例则分别上升为50.60%、8.19%和3.86%;壳斗科和柏科植物花粉所占比例分别为3.13%和0.48%（图4-d）。

2.4 不同时间段的花粉逐时平均浓度变化

为了掌握天坛公园不同区域花粉浓度在一天当中的逐时变化规律，根据花粉浓度日平均值的变化规律（图1），本研究分4个时间段统计了天坛公园春季花粉逐时浓度的平均值。

2018年3月16日至4月7日期间，天坛公园西门北侧外坛区域的花粉浓度维持较低水平，逐时浓度的平均值在89.42～224.86粒/m3之间，最高值出现在07：00—08：00，最低值在19：00—20：00;三座门附近花粉浓度较高，逐时浓度的平均值在294.18～644.12粒/m3之间，最高值出现在 02：00—03：00，最低值在15：00—16：00（图5-a）。

2018年4月8—14日期间，西门北侧外坛区域花粉逐时浓度的平均值在13.34～44.45粒/m3之间，最高值出现在02：00—03：00，最低值在14：00—15：00;三座门附近花粉逐时浓度的平均值在 19.26～65.19粒/m3之间，最高值出现在07：00—08：00，最低值在01：00—02：00（图5-b）。

2018年4月15—24日期间，花粉浓度维持较低水平，西门北侧外坛区域花粉逐时浓度的平均值在2.54～24.13粒/m3之间，最高值出现在15：00—16：00，最低值在21：00—22：00;三座门附近花粉逐时浓度的平均值在0～8.89粒/m3 之间，最高值出现在16：00—17：00，最低值在01：00—02：00（图5-c）。

2018年4月25日至5月1日期间，西门北侧外坛区域花粉逐时浓度的平均值在1.78～32.00粒/m3 之間，最高值出现在16：00—17：00，最低值在22：00—23：00;三座门附近花粉逐时浓度的平均值在7.41～72.60粒/m3之间，最高值出现在17：00—18：00，最低值在06：00—07：00（图5-d）。

3 结论与讨论

有关研究表明，影响春季树木始花期的主要气象因子是气温，而空气湿度、降水量及日照时数对始花期的影响有限[12]，开花较早树种的始花期受冬春气温变化的影响更显著[13]，早春气温偏高会使多数树木的始花期提前。公园绿地中不同时期空气中花粉种类和浓度的日平均值是由不同植物的数量和盛花期决定的，不同植物种植的数量不同、始花期不同、盛花期持续时间长短也可能不同，从而造成不同时间段空气中花粉的种类和浓度是不同的。本研究结果表明，春季最低气温稳定超过0 ℃，最高气温稳定超过15 ℃时，天坛公园的柏科、榆科和杨柳科树木将进入盛花期，形成花粉浓度的第1个高峰。由于天坛公园柏科树木的数量占全部树木的55%以上，其盛花期主要集中在3月下旬，而且单株柏树所产生的花粉量远高于其他树种，因此天坛公园气传花粉日平均浓度的高峰期也主要集中3月下旬，其中柏科植物花粉的贡献率大于80%。盛花期在4月8—14日的树种主要是银杏科和木樨科树木，盛花期在4月25日至5月1日的主要是松科和桑科树木，虽然这些树木单株所产生的花粉量也较大，但由于种植数量较少，因此第2个和第3个高峰期的花粉浓度远低于3月下旬的第1个峰值。

花粉浓度的逐时变化与树木的开花散粉习性、人为因素干扰和采样点周围地表条件及小气候因子等有密切关系[11]，在日照正常的情况下，多数风媒植物的日散粉高峰期在12：00—14：00之间[14]。但是本研究结果表明，3月下旬在天坛公园柏树盛花期，2个采样点的花粉逐时平均浓度的最大值分别出现在02：00—03：00和07：00—08：00，该阶段花粉敏感人群应尽量避免早晨在天坛公园活动，可以适当选择在傍晚的时间活动;4月8—24日的花粉浓度较低，逐时平均浓度变化均未表现出明显的规律性; 4月25日至5月1日在桑科和松科植物的盛花期，花粉逐时平均浓度的高峰出现在17：00—18：00 和16：00—17：00， 该阶段花粉敏感人群应尽量避免傍晚在天坛公园活动，可以适当选择在早晨的时间活动。这表明逐时花粉浓度的影响因素复杂，可能受树种、气象因子、附近的地形地貌及建筑物等多种因素影响，还需要继续开展深入的研究。

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