陳 鍔，劉恩麗，馬 進，張 娟，牛鶴瑞，李小燕，李文杰

(1.甘肅省環(huán)境監(jiān)測中心站，甘肅 蘭州 730020；2.甘肅省生態(tài)環(huán)境科學(xué)設(shè)計研究院，甘肅 蘭州 730020)

1 引言

霉菌氣溶膠是生物氣溶膠的重要組分，而生物氣溶膠又是大氣氣溶膠的重要組成部分[1]，在近地表大氣層中無處不在，甚至部分霉菌作為云凝結(jié)核，一定程度上影響著大氣環(huán)境質(zhì)量[2～4]，其在大氣環(huán)境中不斷隨著懸浮顆粒物擴散、遷徙、增殖，并且伴隨著呼吸作用深入人體或動植物體內(nèi)，進而引起人類急、慢性疾病和動、植物疾病等[5～10]，大氣霉菌氣溶膠對人類健康的危害程度與其來源、種類、濃度等有很大關(guān)系[12～16]。大氣霉菌氣溶膠主要附著在懸浮顆粒物上，影響著人體呼吸道健康[17]，因而研究大氣霉菌氣溶膠濃度與顆粒物關(guān)系對維護人類健康和環(huán)境污染治理具有十分重要的理論和現(xiàn)實意義。蘭州市作為絲綢之路重要的節(jié)點城市，也是河西走廊地區(qū)沙塵暴遷徙的必經(jīng)通道，同時也是國家戰(zhàn)略規(guī)劃的重要工業(yè)基地，對其化學(xué)污染物、大氣污染物顆粒物研究較多[18～21]，但作為傳播呼吸道疾病介質(zhì)的大氣霉菌氣溶膠，對其在不同季節(jié)、不同環(huán)境功能區(qū)范圍內(nèi)污染狀況及分布特征較少有報道[13,22]。因此，在蘭州市室外區(qū)域選取不同城市環(huán)境功能區(qū)對其PM2.5污染與室外大氣中霉菌氣溶膠濃度分布特征進行研究，有助于闡釋蘭州市大氣污染狀況變化規(guī)律，并對PM2.5污染中的霉菌等生物性組分對人體健康影響評估提供依據(jù)。

2 方法

2.1 采樣地點及時間

采樣地點選取自然保護區(qū)、交通密集區(qū)、醫(yī)療區(qū)和科教區(qū)4個不同環(huán)境功能區(qū)點位，即：0#興隆山自然保護區(qū)烈士陵園(作為背景點位，以下簡稱“興隆山”)、1#火車站前廣場(以下簡稱“火車站”)、2#甘肅省人民醫(yī)院前廣場(以下簡稱“省醫(yī)院”)和3#蘭州大學(xué)前廣場(以下簡稱“蘭大”)，在上述環(huán)境功能區(qū)各選取1個檢測樣點。2014年春季、2018年夏季、秋季、冬季，在每個季節(jié)選取氣象狀況相近或相類似的天數(shù)，連續(xù)取樣3 d，分別在每天上午時段(9:00～11:00)和下午時段(14:00～16:00)，在興隆山、火車站、省醫(yī)院、蘭大4個環(huán)境功能區(qū)檢測樣點采集大氣霉菌氣溶膠樣品，樣品采集數(shù)為144個，對上午、下午時段檢測結(jié)果歸納后，分析不同環(huán)境功能區(qū)大氣霉菌氣溶膠濃度的日變化分布特征。需要說明的是，春季大氣霉菌氣溶膠采集時間與夏、秋、冬季采樣時段不在同一年度，僅作為不同季節(jié)采集的大氣霉菌氣溶膠樣本進行對比分析。蘭州市室外區(qū)域不同環(huán)境功能區(qū)大氣霉菌氣溶膠取樣點位見圖1。

圖1 蘭州市大氣霉菌氣溶膠監(jiān)測點位分布

2.2 采樣及樣品培養(yǎng)

采集大氣霉菌氣溶膠的儀器為安德森(Andersen)六級篩孔撞擊式空氣微生物采樣器(以下簡稱“微生物采樣器”)，根據(jù)可捕獲范圍分成六級，其采用慣性撞擊原理，將懸浮于大氣中的霉菌氣溶膠粒子按照捕獲范圍差異分別收集于不同層級培養(yǎng)皿表面。主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 微生物采樣器主要技術(shù)參數(shù)

為了采集樣品具有代表性，選擇無雨雪且相對靜風(fēng)天氣狀況下進行樣品采集工作，樣品采集高度距離地面約1.5 m處，采集流量為28.3 L/min，用含高鹽察氏培養(yǎng)基培養(yǎng)基(購自青島日水生物技術(shù)有限公司)的玻璃培養(yǎng)皿(直徑9 cm)進行采樣，采樣時間25 min[23]，采集后的霉菌氣溶膠樣品置于30 ℃±0.5 ℃恒溫恒濕培養(yǎng)箱內(nèi)，倒置培養(yǎng)120 h后，對各采樣層級培養(yǎng)皿上的霉菌菌落進行計數(shù)、分離及純化。計數(shù)用培養(yǎng)皿均經(jīng)無菌試驗合格后使用。霉菌氣溶膠培養(yǎng)樣品見圖2。

圖2 采集培養(yǎng)后的霉菌氣溶膠樣品

2.3 大氣細菌氣溶膠粒徑計算與統(tǒng)計

2.3.1 采樣層級大氣細菌氣溶膠粒徑百分計算

捕獲樣品的培養(yǎng)皿倒置在30 ℃±0.5 ℃恒溫恒濕培養(yǎng)箱中120 h，計算各層級培養(yǎng)皿上的菌落數(shù)，一個菌落既是一個菌落形成單位(CFU，Colony-Forming Units)。以每立方米大氣中所含菌落數(shù)量表示大氣霉菌氣溶膠菌落濃度，計算公式如下：

n=(N×1000)/(t×V)

(1)

式(1)中：n為大氣霉菌氣溶膠菌落濃度，CFU/m3；N為各層級培養(yǎng)皿菌落總數(shù)，CFU；t為采樣時間，min；V為空氣流量，L/min。

各層級霉菌氣溶膠粒子百分比：

P=N/T×100%

(2)

式(2)中，P為各層級不同粒徑大氣霉菌氣溶膠百分比(%)；N為該層級大氣霉菌氣溶膠菌落數(shù)量，CFU；T為各層級大氣霉菌氣溶膠總菌落數(shù)量，CFU。

2.3.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Microsoft Excel2010對采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同環(huán)境功能區(qū)大氣霉菌氣溶膠濃度季節(jié)性日際變化

由圖3和圖4可以看出，一年四季中自然保護區(qū)(興隆山)、交通密集區(qū)(火車站)、醫(yī)療區(qū)(省醫(yī)院)和科教區(qū)(蘭大)4個環(huán)境功能區(qū)上、下午時段大氣霉菌氣溶膠濃度存在差異。上述4個環(huán)境功能區(qū)采樣點位大氣霉菌氣溶膠濃度基本表現(xiàn)為上午時段濃度較下午時段高的態(tài)勢，這可能與一天當(dāng)中不同時段太陽輻射有關(guān)，一定程度上降低了大氣中的霉菌氣溶膠數(shù)量，從上午時段至下午時段，呈現(xiàn)出大氣霉菌氣溶膠濃度隨著太陽輻射增強而逐漸降低的趨勢，其它研究人員[24～26]也得出過類似結(jié)果。

后綴法：“詞根+后綴”。 如：-meter“計量儀器”，可后綴派生出 barometer氣壓計,telemeter測距儀,spectrometer分光儀,oscilloscope示波器等多個新詞。

從圖3春季不同環(huán)境功能區(qū)大氣霉菌氣溶膠濃度日際變化分布來看，上午時段大氣霉菌氣溶膠濃度從高到低排序是：蘭大>省醫(yī)院>興隆山>火車站；下午時段大氣霉菌氣溶膠濃度從高到低排序為：興隆山>省醫(yī)院>蘭大>火車站。夏季各功能區(qū)大氣霉菌氣溶膠濃度上午時段從高到低排序是：省醫(yī)院>火車站>蘭大>興隆山；下午時段大氣霉菌氣溶膠濃度從高到低排序為：蘭大>火車站>省醫(yī)院>興隆山。

圖3 春季和夏季不同環(huán)境功能區(qū)大氣霉菌氣溶膠濃度日變化特征

圖4顯示秋季不同功能區(qū)大氣霉菌氣溶膠濃度日際變化，上午時段從高到低排序是：火車站>蘭大>省醫(yī)院 >興隆山；下午時段大氣霉菌氣溶膠濃度從高到低排序為：興隆山>省醫(yī)院>蘭大>火車站。冬季不同功能區(qū)大氣霉菌氣溶膠濃度日變化來看，上午時段從高到低排序是：省醫(yī)院>興隆山>火車站>蘭大；下午時段大氣霉菌氣溶膠濃度大小排序為：蘭大>省醫(yī)院>興隆山>火車站。

圖4 秋季和冬季不同環(huán)境功能區(qū)大氣霉菌氣溶膠濃度日變化特征

此外，從不同季節(jié)不同環(huán)境功能區(qū)大氣霉菌氣溶膠濃度日變化來看，各個環(huán)境功能區(qū)整體呈現(xiàn)出霉菌氣溶膠濃度春、秋季較夏、冬季高的趨勢，說明太陽輻射強度和氣溫可能是影響蘭州市室外大氣霉菌氣溶膠濃度分布的重要因素。

如表2所示，在一年四季研究期上午時段：興隆山、火車站、省醫(yī)院和蘭大4個環(huán)境功能區(qū)的大氣霉菌氣溶膠平均濃度均呈現(xiàn)春、秋季高于夏、冬季的趨勢，推測春季和秋季的氣候狀況適宜大氣中霉菌氣溶膠的繁殖，夏季太陽輻射強，冬季氣溫低，兩個季節(jié)特定的環(huán)境要素一定程度上限制了霉菌氣溶膠的繁殖。春季省醫(yī)院和蘭大大氣霉菌氣溶膠濃度大體相當(dāng)，約為240 CFU/m3，較興隆山濃度高1.06倍，而火車站點位卻比興隆山點位低1.17倍。夏季和秋季火車站、省醫(yī)院和蘭大點位的霉菌氣溶膠濃度較興隆山點位大體分別均高2.5倍和1.2倍；冬季火車站和蘭大點位濃度大體相當(dāng)，均低于興隆山點位1.18倍，而省醫(yī)院濃度卻高于興隆山點位1.2倍。一年四季上午時段火車站、蘭大點位霉菌氣溶膠濃度均出現(xiàn)高于或低于興隆山點位的狀況，但省醫(yī)院點位大氣霉菌氣溶膠濃度卻始終高于興隆山點位，說明醫(yī)療區(qū)周邊的大氣霉菌氣溶膠污染狀況相對較嚴(yán)重，索繼江等[27]也得出過類似研究結(jié)果，因此開展醫(yī)院周邊及病房環(huán)境大氣微生物氣溶膠污染研究顯得十分必要。

表2 不同季節(jié)各環(huán)境功能區(qū)大氣霉菌氣溶膠濃度日變化分布特征

在一年研究期間的下午時段：興隆山、省醫(yī)院大氣霉菌氣溶膠平均濃度春、秋季高于夏、冬季；而火車站、蘭大點位濃度則是夏、秋季高于春、冬季，在夏季和秋季下午時段火車站、蘭大點位外環(huán)境中人員流動量較春季和冬季大，加速了大氣中霉菌氣溶膠擴散和傳播，Quan Zhen[28]等也曾得出類似的研究結(jié)果。春季火車站、省醫(yī)院和蘭大點位大氣霉菌氣溶膠濃度均為較興隆山低，分別低3.29倍、2.32倍和2.67倍；夏季火車站、省醫(yī)院和蘭大點位濃度分別較興隆山點位高2.6倍、2.24倍和3.82倍，秋季火車站、省醫(yī)院和蘭大點位濃度大體相當(dāng)，約140 CFU/m3，均較興隆山濃度低1.22倍；冬季火車站點位濃度較興隆山點位低1.33倍，而省醫(yī)院和蘭大的霉菌氣溶膠濃度則分別較興隆山濃度高1.2倍、1.46倍。造成上述差異的原因，推測可能由于春季和秋季自然風(fēng)景區(qū)興隆山點位自然狀態(tài)的真菌(含霉菌)孢子易隨風(fēng)飄散、傳播，夏季下午時段其他3個功能區(qū)人員逗留時間長、流動量較大，因此其霉菌氣溶膠濃度較興隆山點位高，而在冬季下午時段火車站外環(huán)境人員活動時長和范圍有限，省醫(yī)院屬醫(yī)療區(qū)霉菌氣溶膠污染相對較重，例外的是蘭大點位較高，原因待進一步研究。

綜上所述，興隆山點位上午時段和下午時段大氣霉菌氣溶膠平均濃度由高到低季節(jié)性排序均為春季>秋季>冬季>夏季；火車站點位上午時段霉菌氣溶膠平均濃度季節(jié)性排序為秋季>春季>冬季>夏季，下午時段秋季>夏季>春季>冬季；省醫(yī)院點位上午時段大氣霉菌氣溶膠濃度由高到低季節(jié)性排序為春季>秋季>冬季>夏季，下午時段秋季>春季>冬季>夏季；蘭大點位上午時段大氣霉菌氣溶膠濃度由高到低季節(jié)性排序為春季>秋季>冬季>夏季，下午時段秋季>夏季>冬季>春季。

表3 不同季節(jié)不同環(huán)境功能區(qū)PM2.5濃度日變化分布特征

圖5 大氣霉菌氣溶膠濃度與PM2.5濃度相關(guān)系數(shù)

4 結(jié)論

(1)一年四季中興隆山、火車站、省醫(yī)院和蘭大四個環(huán)境功能區(qū)大氣霉菌氣溶膠濃度日變化狀況存在差異，其中春季上午時段大氣霉菌氣溶膠濃度大小排序為：蘭大>省醫(yī)院>興隆山>火車站；下午時段：興隆山>省醫(yī)院>蘭大>火車站。夏季霉菌氣溶膠濃度上午時段大小排序是：省醫(yī)院>火車站>蘭大>興隆山；下午時段排序為：蘭大>火車站>省醫(yī)院>興隆山。秋季上午時段從高到低排序是：火車站>蘭大>省醫(yī)院 >興隆山；下午時段：興隆山>省醫(yī)院>蘭大>火車站。冬季上午時段大氣霉菌氣溶膠濃度大小排序是：省醫(yī)院>興隆山>火車站>蘭大；下午時段：蘭大>省醫(yī)院>興隆山>火車站。

(2)不同環(huán)境功能區(qū)大氣霉菌氣溶膠平均濃度在上午時段(9:00～11:00)：興隆山、火車站、省醫(yī)院和蘭大四個環(huán)境功能區(qū)呈現(xiàn)春、秋季高于夏、冬季的趨勢；春季火車站點位較興隆山低1.17倍，省醫(yī)院和蘭大霉菌氣溶膠濃度大體相當(dāng)，約為240 CFU/m3，較興隆山濃度高1.06倍；夏季和秋季火車站、省醫(yī)院和蘭大點位的霉菌氣溶膠濃度較興隆山點位大體分別均高2.5倍和1.2倍；冬季火車站和蘭大點位濃度大體相當(dāng)，均低于興隆山點位1.18倍，而省醫(yī)院濃度卻高于興隆山點位1.2倍。在下午時段(14:00～16:00)：興隆山、省醫(yī)院大氣霉菌氣溶膠平均濃度春、秋季高于夏、冬季；而火車站、蘭大點位濃度則是夏、秋季高于春、冬季。春季火車站、省醫(yī)院和蘭大點位大氣霉菌氣溶膠濃度均為較興隆山低，分別低3.29倍、2.32倍和2.67倍；夏季火車站、省醫(yī)院和蘭大點位濃度分別較興隆山點位高2.6倍、2.24倍和3.82倍，秋季火車站、省醫(yī)院和蘭大點位濃度大體相當(dāng)，約140 CFU/m3，均較興隆山濃度低1.22倍。冬季火車站點位濃度較興隆山點位低1.33倍，而省醫(yī)院和蘭大的霉菌氣溶膠濃度則分別較興隆山濃度高1.2倍、1.46倍。

(3)蘭州市室外區(qū)域中PM2.5污染與大氣霉菌氣溶膠濃度關(guān)聯(lián)性并不顯著，這可能與樣品采集頻次、PM2.5測試位置及其他因素有關(guān)。