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(杨颖等，2008; 李倩等，2005)。花粉浓度作为评判空气环境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(Manju et al., 2008; Huang et al., 2008; Herminia et al., 2007; Kaplan，2004; Kaplan et al., 2003; Murray et al., 2002; 申雯竹等，2006; Claus et al., 1988)和大气空间花粉环境质量(Vermal et al., 2009; Ismuhan，2008; 张姝丽等，2006; 杜睿，2007; 李劲松等，2000; 陈铭夏等，2001)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较少(Malgorzata et al., 2005; Verma et al., 2009)。近地空间是人类频繁活动的生活空间，此区间内大气花粉浓度的变化对人体健康的影响最为直接。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活空间中花粉浓度的变化规律及其影响因子，可以对花粉危害进行先期预判，为易感人群规避致敏花粉发生高峰期、科学选择和配置城市绿化植物提供科学依据，从而减少花粉过敏症对人体健康所造成的危害。

本文通过监测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，研究了北京城区3个主要树种花期花粉浓度的日变化特征，比较了硬质地表条件下不同小气候因子对空气花粉浓度变化的影响。

1 研究区概况

北京属温带大陆性季风气候，年平均气温11 ℃，年平均降水量630 mm，多年平均风速2.4 m·s^-1，植物生长期为220天，无霜期180天。试验样地位于北京陶然亭公园东门广场空地(Ⅰ₁)、高君宇烈士墓旁边广场(Ⅰ₂)和北京明城墙遗址公园墩台处(Ⅱ₁)，这3个地点均为公共活动区域，试验树种周边20 m范围内均有面积较大且连片分布的硬化地面。陶然亭公园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56.6 hm²，其中水面16.1 hm²，主要绿化树种有油松(Pinus tabulaeformis)、白皮松(P. bungeana)、侧柏(Platycladus orientalis)等。试验树种油松紧靠陶然亭公园东门水泥广场一侧，采样树种周边20 m半径范围内硬化地面为60%左右; 试验树种白皮松位于高君宇烈士墓旁的一个水泥广场中央，试验树种周边20 m半径范围内硬化地面为90%左右。明城墙遗址公园位于北京市中心地域，占地15.5 hm²，绿地面积12.2 hm²，主要绿化树种有臭椿(Ailanthus altissima)、香椿(Toona sinensis)、槐树(Sophora japonica)等。试验树种臭椿位于公园墩台南侧20 m处，周边相对开敞，试验树种周边20 m半径范围内硬化地面为40%左右。

2 研究方法 2.1 试验树种与采样日期

选择油松、白皮松、臭椿为试验树种(表 1)，3个树种为北京市常见栽植树种，花粉量较大，易于收集。臭椿为北京晚春开花树种，同期内开花植物较少; 而油松和白皮松花期同处于春季中期，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，分别选择油松开花初期、白皮松开花末期、臭椿开花盛期为花粉采集时间。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植株进行采样。

2.2 花粉标样采集方法

于2006年5—6月在风速小于1.5 m·s^-1的晴朗天气进行采样，选择相似天气重复采样2天，每天为1个采样周期，每个采样周期为当日8: 00—次日6: 00，采样间隔2 h，为了更清楚表述1天内的花粉变化情况，对观测数据按照0: 00—24: 00的时间顺序进行整理分析。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10 m处，间距2 m，采样口距地面1.5 m，每样采集时间3 min，采样流量20 L·min^-1，抽样体积0.06 m³。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2 mm、直径47 mm。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数位温湿度仪和TES-1332A数位式照度仪分别监测当时的空气温度(t_a，℃)、空气相对湿度(RH，%)、地面温度(t_g，℃)、光照强度(L，klx)，按罗丽等(2003)方法计算空气水汽压(W，Pa)。

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》(乔秉善，2005)和《中国植物花粉形态》(王伏雄等，1997)分辨不同树种花粉以便镜检计数。采用Davis法的基本原理(Davis et al., 1964)计算花粉浓度: N=A×，式中: N为花粉浓度(grain·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)。

2.4 数据处理

采用SPSS15.0统计软件进行数据分析。

3 结果与分析 3.1 树木花粉浓度日变化

油松、白皮松、臭椿在硬质地表的花粉浓度变化均呈现“双峰型”变化曲线(图 1)，2次峰值分别出现在14:00和20:00。一天中花粉浓度最低值出现在4:00前后，随后花粉浓度不断升高并在14:00达到第1高峰; 14:00—18:00花粉浓度逐渐降低，但从18:00开始又不断升高，并在20:00达到第2高峰，20:00以后花粉浓度逐渐下降。从3个树种峰/谷值的大小比较来看，油松、白皮松、臭椿的最大峰值/谷值分别为5 878 grain·m^-3(第2天，14: 00)/ 1 176 grain·m^-3(第2天，4:00)、3 292 grain·m^-3(第1天，20:00)/ 705 grain·m^-3(第2天，6:00)、4 232 grain·m^-3(第2天，14:00)/ 470 grain·m^-3(第1天，4:00)，可以看出，3个树种花粉浓度峰/谷值的比值相差较大，变化幅度在4.67~9.00倍之间。同时，从3个树种当日花粉浓度峰/峰值、谷/谷值的比较来看，当日午峰值(14:00)与晚峰值(20:00)的比值相差不大，变化幅度在0.93~1.38倍之间，而当日晚谷值(18:00)却比早谷值(4:00或6:00)明显要高，比值变化幅度在1.33~3.50倍之间。

3.2 小气候因子日变化

由图 2可知，不同小气候因子的日变化曲线差异较大，但不同小气候因子变化曲线峰(谷)值的出现时间却在一定程度上与花粉浓度的变化曲线有较大重叠。空气温度(t_a)的日变化呈现典型的“单峰型”曲线，谷值出现在4:00，峰值出现在14:00，这与白天时花粉浓度的变化基本一致，二者差异主要在于t_a没有在傍晚时形成第2峰值。空气相对湿度(RH)与t_a的变化和白天时花粉浓度的变化趋势正好相反，其峰、谷值的出现时间恰好与花粉浓度第1谷值、花粉浓度第1峰值的出现时间一致。地面温度(t_g)的日变化也呈典型的“单峰型”曲线，但其峰值出现时间却晚于t_a6 h，而与花粉浓度第2高峰出现时间基本一致，虽然t_g在14:00已接近当日最高温度，但t_g在14:00—20:00仍有一个小幅上升的变化过程，始终没有在花粉浓度第1高峰出现时间形成t_g高峰。光照强度(L)的变化与太阳出没时间和辐射角的变化相关，12:00前后L值最大，略早于花粉浓度第1谷值的出现时间。空气水汽压(W)的变化曲线起伏不大，全天基本维持在一个相对稳定的水平，从W值与花粉浓度变化曲线的比较来看，花粉浓度的变化与W值关联性不大。

3.3 花粉浓度与小气候因子日变化相关分析

近地面空气中花粉浓度的日变化与多个小气候因子的变化密切相关，由表 2可知，t_a，t_g，L与花粉浓度变化为正相关关系，RH，W与花粉浓度变化为负相关关系。综合比较小气候因子对3个树种花粉浓度变化的显著性作用，可以看出t_a，RH，t_g与花粉浓度的变化具有较高的相关性。其中，t_g与3个树种花粉浓度的变化均呈极显著正相关(P＜0.01)，t_g作为小气候因子中唯一能与花粉浓度第2高峰出现时刻相吻合的因子，可能对花粉浓度晚高峰的出现具有关键性作用。

4 结论与讨论

从本研究对北京城区3种树木花粉浓度的日变化研究结果来看，硬质地面近地空间花粉浓度呈现典型的“双峰型”日变化特征，先后在14:00和20:00出现2次浓度高峰。这与国内外的许多研究结果有较大差异，大部分研究认为花粉浓度日变化呈现“单峰型”变化特征，花粉浓度最大值出现在12:00—15:00(Helena et al., 2008; Malgorzata et al., 2005; Pérez et al., 2003; Galán et al., 1991; Käpylä et al., 1984;Britt et al., 1995)，虽然这些研究结果与本研究中花粉浓度第1高峰的出现时间类似，但只有1次花粉浓度日高峰。同时，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4~6 h(Huang et al., 2008; Yang et al., 2003; Rafael et al., 2001)或晚4 h左右(Jane et al., 1991)。本研究与其他有关花粉浓度日变化研究存在较大“峰型”变化差异的原因可能与试验样地的环境差异有关，本研究是在城市硬质地面进行的，而其他研究均在自然林地进行，地表环境以草地为主，试验地表明显不同。与草坪地表相比，硬质地表对晚间空气中花粉浓度的变化影响较大。分析本研究20:00花粉浓度峰值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热量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，进而在硬质地表上层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小气候因子综合作用的结果，小气候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，高温与低湿环境是利于花粉传播的最佳气象因子(Nathalie et al., 2005; Ana et al., 2004; Rodríguez et al., 2003; Helena et al., 2003; Pérez et al., 2003; Jones et al., 2004; 谷德高等，2003)。分析硬质地表空气中花粉浓度“双峰型”变化的原因，可以从小气候因子的综合作用过程来表述:从8:00开始，随着气温、地温上升，湿度降低，光照增强，花粉囊由湿转干、逐渐开裂，花粉飘散条件日渐成熟，致使花粉浓度迅速上升; 14:00气温最高，湿度较低，花粉囊此时开裂最多，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，花粉浓度在积蓄地温对流运动的影响下在20:00前后形成第2次浓度高峰。随后，地温、气温逐渐降低，湿度增大，并有露水发生，使花粉囊变得湿润，花粉浓度逐渐降低，并于次日4:00达到最低值。4:00以后光照逐渐增强，气温不断回升，植物雄蕊由湿变干，成熟的花粉囊渐渐开裂，花粉浓度又开始缓慢上升。

硬质地表对花粉浓度的持续影响作用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，硬质地表作为城市居民日常休憩、锻炼的主要场所，在城市公共绿地中一直占有较大的面积。因此，有必要从花粉防护安全的角度来重新审视公共硬质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，尽量减少硬质地表的覆盖面积，特别是减少无林木遮荫条件下硬质地表的覆盖面积; 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、道路等硬质地表面积较大的区域活动。另外，针对人流量较大的街道、硬质地面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(徐景先等，2009)。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。