花粉是空气中的一类有机粒子，同时也是一种过敏变应原，当花粉浓度集聚到一定程度便可诱发敏感人群发生过敏反应，使过敏患者出现打喷嚏、流鼻涕、流眼泪、眼睛红肿、皮肤奇痒等症状，甚至引发支气管炎、哮喘等疾病［1-2］。花粉浓度作为评判空气质量优劣的敏感指标，近年来受到了许多研究者的关注。但从目前的研究来看，国内外对空气中花粉浓度变化的研究主要集中在季节性花粉浓度变化［3-11］和大气空间花粉环境质量［12-17］等方面，而针对近地空间(本文指距地面2 m高的空间范围)空气中花粉浓度变化特征的研究甚少。近地空间是人类频繁活动的生命空间，此区间内的大气花粉浓度的变化对人体健康所造成的影响最为直接。研究近地空间大气花粉浓度的变化特征，弄清人类频繁活动的生命空间中花粉浓度的变化规律，可以对花粉发生危害进行先期预判，为易感人群规避致敏花粉发生高峰期提供科学依据，从而减少花粉过敏症对人体健康所造成的危害。

本文以近地空间花粉致敏最适高度(即人呼吸高度)处花粉浓度的变化特征为研究出发点，探讨了北京城区4个主要树种花粉浓度的日变化特征，比较了不同地表条件下近地空间空气花粉浓度的消长变化规律，分析了软、硬两种不同地表对近地空间花粉飘散的影响。

1 研究区概况

本研究选择北京陶然亭公园、北京林业大学和北京明城墙遗址公园为试验样地，3个样地内被试树种生长相对集中，且周边开敞空间较大，距离周围开花植物较远，试验条件较理想。北京属温带大陆性季风气候，年平均气温11℃，年平均降水量630mm，多年平均风速2.4m/s，植物生长期为220d，无霜期180d。北京林业大学(PlotⅠ)校园面积45hm2，绿化覆盖率为44.7%，主要绿化树种有银杏(Ginkgo biloba)、悬铃木(Platanus acerifolia)、油松(Pinus tabulaeformis)、白玉兰(Magnolia denudata)、槐树(Sophora japonica)等，试验样点位于北林生物楼前(Ⅰ1)。陶然亭公园(PlotⅡ)是以燕京名胜陶然亭为中心规划设计修建的一座城市园林，占地56.6hm2，其中水面16.1hm2，主要绿化树种有油松、白皮松(Pinus bungeana)、侧柏(Platycladus orientalis)等，试验样点位于东门空地(Ⅱ1)和高君宇烈士公墓处(Ⅱ2)。明城墙遗址公园(PlotⅢ)位于市中心地域，占地15.5hm2，绿地面积 12.2hm2，主要绿化树种有臭椿(Ailanthus altissima)、香椿(Toona sinensis)、槐树等，试验样点位于公园墩台处(Ⅲ1)。

2 研究方法

2.1 试验树种与采样时间

选择白玉兰、油松、白皮松、臭椿为试验树种(表1)。4个树种均为北京市常见栽植树种，花粉量较大，易于收集。白玉兰、臭椿分别代表了北京早春、晚春开花树种;油松和白皮松花期处于春季中期，且油松的开花盛期、末期与白皮松的开花初期、盛期重叠，为减少相互干扰，方便镜检，本研究分别选择油松开花初期、白皮松开花末期为其花粉采集时间。选择植物种类较单一、距离周围开花植物较远、受周边环境干扰较少的样地进行采样。研究区软质地表(S)均为草坪，硬质地表(H)均为水泥地面。除白玉兰周边无硬化地表外，其余试验树种周边30 m半径范围内均有面积较大的软质地表和硬质地表，且两种地表在树木两侧均呈半圆型分布，可以同时满足两种地表条件下试验采样要求。

2.2 花粉标样采集方法

于2006年3—6月在日最大风速小于2.0m/s的晴朗天气选择不同类型地表分别进行采样，选择相似天气(图4)重复采样2d，每天为1个采样周期，每个采样周期为当日08:00—次日06:00，采样间隔2h。为了更清楚表述1d内的花粉变化情况，对观测数据按照00:00—24:00时的顺序进行整理分析。每树种采用3台JWL—ⅡC型撞击式多功能空气微生物监测仪同时采样，且每台仪器在每个采样间隔内连续采样3次，监测仪设在距树10m处，间距2m，采样口距地面1.5m，每样采集时间3min，采样流量20L/min，抽样体积0.06m3。监测仪内采样介质为涂抹薄层凡士林的玻璃片，玻璃片厚度2mm，直径47mm。采样后在光学显微镜下观察花粉形态、特征、大小以及数量。同时，使用Humidity Temperature Meter 310数位温湿度仪、NK5916风速仪和TES-1332A数位式照度仪分别监测当时的空气温度(Ta，℃)、空气相对湿度(RH，%)、地面温度(Tg，℃)、光照强度(L，klx)和风速等。

2.3 花粉标样鉴定与计算方法

参照《中国气传花粉和植物彩色图谱》［19］和《中国植物花粉形态》［20］分辨不同树种花粉以便镜检计数。

采用Davis法的基本原理计算花粉浓度［21］，其基本原理是取一定量的花粉悬浮液制片(本研究直接用采样仪内玻璃片)，在显微镜下随机选择多个等面积计数点，统计花粉粒数和计数点数量，以下式计算花粉浓度:

式中，N为花粉浓度(粒·m-3)，A为计数点内花粉总个数，B为玻璃片面积(mm2)，D为计数点面积(mm2)，E为抽样体积(m3)。

3 结果与分析

3.1 软质地表近地空间树木花粉浓度日变化动态

图1表明，油松、白玉兰、白皮松、臭椿在花期内相似天气条件相同地表环境下的花粉浓度日变化特征基本一致，总体都呈“单高峰”变化趋势，花粉浓度最大值出现14:00时，最小值出现在04:00时。比较图1和图4可以看出，花粉浓度的变化与环境因子的变化密切相关，Ta、Tg与花粉浓度值变化趋势相同，RH与花粉浓度值变化则正好相反;虽然L值变化也呈“单高峰”的趋势，但其峰值却早于花粉浓度峰值2h出现。

3.2 硬质地表近地空间树木花粉浓度日变化动态

与软质地表不同，油松、白皮松、臭椿3个树种树木在硬质地表的花粉日飘散特征均呈“双峰”变化趋势(图2)。两次花粉浓度峰值分别出现在14:00时和20:00时;1d中花粉浓度最低值出现在04:00时前后，随后花粉浓度不断升高并在14:00时达到第1高峰;14:00—18:00时花粉浓度逐渐降低，但从18:00时开始花粉浓度又不断升高，并在20:00时达到第2高峰，随后花粉浓度开始逐渐下降。硬质地面花粉浓度第1峰值的出现时间与软质地面相同，并与硬质地面Ta峰值、RH谷值的出现时间相同，硬质地表花粉浓度第2峰值的出现时间则与Tg相同(图2和图4)。

3.3 两种地表下树木花粉浓度均值日变化比较

比较不同树种在两种地表条件下2d监测结果平均值的变化特征发现(图3)，白天相同时间段内油松、白皮松、臭椿3个树种在软、硬两种地表的花粉浓度均值相差不大，而在20:00时硬质地表空气中的花粉浓度要显著高于软质地表，随后花粉浓度虽逐渐降低，但从整体上看夜间硬质地表的花粉浓度要略高于软质地表。可以看出，白天时近地空间空气中的花粉日飘散特征在与地表覆盖方式关系不大，但夜间两种地表环境所造成的花粉浓度的飘散变化却存在明显差异，硬化地表对空气中花粉飘散的影响更大，持续作用时间更长。

3.4 两种地表主要环境因子日变化的差异比较

图4表明，同一树种在两种地表条件下Ta、RH、L的变化趋势基本一致，但硬质地表近地空间中的RH值比软质地表略低，白天时的Ta值比软质地表略高，L值的大小主要受太阳辐射角度和周围遮挡物的影响，虽然其变化趋势一致，但其绝对值差异较大。Tg在软、硬两种地表条件下的变化趋势差异显著，虽然都呈“单高峰”趋势，但峰值出现时间相差较大;硬质地表Tg峰值出现时间比软质地表晚6h左右，与硬质地表花粉浓度值第2高峰出现时间一致。同时，从环境因子的比较还可以看出本研究在相同地表条件下所选择的试验天气基本一致。

4 结论与讨论

从本文的研究结果可见，不同树种树木在相同地表环境的花粉日变化飘散特征基本一致，但相同树木在软、硬两种地面环境的花粉浓度日变化特征却有明显差异。一般情况下，软质地面近地空间空气中花粉浓度呈“单高峰”日变化特征，14:00时花粉浓度最高，04:00时最低，这与国内外许多在自然林地(软质地面环境)进行的研究结果类似，大部分研究认为花粉浓度日变化呈现“单高峰”浓度，花粉浓度最大值出现在12:00—15:00时之间［22-27］。但也有一些研究结果与本研究相差较大，其花粉浓度日峰值分别比本研究结果早4—6h［4，28-29］或晚4h左右［30］。同时，本文对于硬质地表的研究还表明，空气中的花粉浓度除了在14:00时前后出现一次浓度高峰外，还会在晚上20:00时前后形成第二次浓度高峰，这一结果在国内外还鲜有报道。软、硬两种地表花粉浓度日变化“峰型”差异的原因可能与试验样地的地表环境有较大关系。分析本研究硬质地面20:00时花粉浓度高峰出现的主要原因可能与水泥地面的散热特性有关，特别是在春、夏季节，白天灼热的硬质地面会将积蓄的地温在夜间缓慢释放出来，使得近地空间的空气对流运动加剧，花粉粒子也在气流运动的辅助作用下在空气中不断飘散，这在一定程度上改变了近地空间空气中的花粉粒浓度，进而在硬质地面近地空间空气中形成花粉浓度晚高峰。

同时，空气中花粉浓度的变化是众多环境因子综合作用的结果，环境因子可以通过影响植物的开花生理过程和气流运动来调控花粉散发的时间和分布浓度，一般来讲，高温与低湿环境是影响花粉传播的最佳气象因子［31-36］。结合环境因子的综合响应过程，可以将花粉浓度的日变化特征进一步表述为:从08:00时开始，随着气温上升、湿度降低，光照增强，花粉囊由湿转干逐渐开裂，宜于花粉飘散，致使花粉浓度逐渐上升;14:00时气温最高、湿度最低，花粉浓度达到最大值。随后，气温逐渐降低，湿度逐渐增加，光照逐渐减弱，花粉浓度也随之降低。18:00以后，光照逐渐消失，气温下降，软质地面近地空间空气中的花粉浓度逐渐降低，硬质地面花粉浓度则会在积蓄地温对流作用的影响下在20:00时前后形成第二次浓度高峰。此后，两种地面近地空间中的花粉浓度都会随着气温的降低，湿度的增大而逐渐降低，凌晨以后，花粉囊逐渐湿润，花粉浓度也随之逐渐降至最低值。04:00时以后，光照逐渐增强，气温不断回升，植物雄蕊受日光曝晒由湿变干，成熟的花粉囊渐渐开裂，花粉浓度又有所上升。

从上述分析还可以看出，相对于软质地面来讲，硬质地面对空气中花粉飘散的持续影响作用时间更长，进而使近地空间空气中花粉浓度在日落气温降低后仍会在一段时间内保持一个较高的浓度水平，这也在一定程度上延长了致敏花粉的危害时间，加剧了致敏花粉的污染程度。然而，硬化地表做为城市居民日常休憩、锻炼的主要场所，在城市公共绿地中却一直占有较大的面积比重。因此，有必要从花粉防护安全的角度来重新审视公共硬化活动区域的绿化设计。首先，要尽量维持近自然的土地利用方式，尽量减少硬化地表的覆盖面积;第二，在硬化区域周围应尽量避免选用花粉量大、抗原性强和致敏率高的植物，特别是不宜将此类植物栽植于人群活动中心主风向的上风口处;第三，在植物配置模式上，宜建混交林，不宜营造大面积纯林，降低植物开花盛期因花粉浓度高度聚集而引发的空气污染。

同时，根据花粉浓度发生规律，合理规避花粉浓度聚集高峰期出行，也可以有效缓解致敏花粉对易感人群的健康威胁。从本研究的结果来看，中午与傍晚均不适于花粉症人群在广场、道路等地表硬化比重较大的区域活动;而对于硬化地表所占比重不大的绿地来讲，早、晚则是居民外出活动的适宜时间。另外，针对人流量较大的街道、硬化广场等重点区域进行必要的花粉预报也是当前急需开展的一项工作，空气花粉预报对于花粉过敏症预防非常重要。虽然我国的花粉预报工作已逐渐展开，但还缺少空气花粉变化规律的历史记录，只能进行花粉浓度的实报工作和简单的趋势预报［37］。因此，有必要通过建立专门的花粉观测站进行长期连续观察，以便为空气花粉预测预报提供详实的数据基础，从而提高预测结果的准确性，为花粉症人群健康生活提供科学指导。

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