环境科学研究  2017, Vol. 30 Issue (7): 1012-1019  DOI: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.37

引用本文  

路瑞, 李婉欣, 宋颖, 等. 西安市不同天气下可培养微生物气溶胶浓度变化特征[J]. 环境科学研究, 2017, 30(7): 1012-1019.
LU Rui, LI Wanxin, SONG Ying, et al. Characteristics of Culturable Bioaerosols in Various Weather in Xi'an City, China[J]. Research of Environmental Sciences, 2017, 30(7): 1012-1019.

基金项目

国家自然科学基金项目(51208059,41230314);中央高校基本科研业务费(310829163406)

责任作者

李彦鹏(1973-), 男, 陕西泾阳人, 教授, 博士, 博导, 主要从事大气气溶胶与污染控制研究, liyanp01@chd.edu.cn

作者简介

路瑞(1993-), 女, 宁夏彭阳人, luruichen11@163.com

文章历史

收稿日期:2016-10-08
修订日期:2017-03-25
西安市不同天气下可培养微生物气溶胶浓度变化特征
路瑞1 , 李婉欣1 , 宋颖1 , 谢铮胜1 , 李彦鹏1,2     
1. 长安大学环境科学与工程学院, 陕西 西安 710054;
2. 长安大学, 旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室, 陕西 西安 710054
摘要:为探明天气状况对可培养微生物气溶胶分布特性的影响,于2014年8月-2015年7月利用Anderson六级空气微生物采样器对西安市微生物气溶胶进行采样,通过培养法检测分析了可培养细菌和真菌气溶胶在1 a的月际与季节性浓度变化特征,重点研究了不同天气状况下气溶胶的浓度与粒径分布.结果表明:西安市可培养细菌和真菌气溶胶月均浓度均在10月最高,分别为(1 004.81±546.14)和(765.54±544.36)CFU/m3.可培养细菌和真菌气溶胶的季节平均浓度均在夏季最低,分别为(361.96±56.96)和(280.33±74.43)CFU/m3;不同天气条件下气溶胶的浓度变化为晴天 < 雨天 < 阴云天 < 霾天.可培养细菌气溶胶在晴天、阴云天、雨天和霾天粒径分布的峰值分别出现在3.3~4.7、4.7~7.0、3.3~4.7、3.3~4.7 μm区间上,表现为明显的单峰分布;而可培养真菌气溶胶的粒径分布在非霾天则无显著性差异(P>0.05).不同天气状况下可呼吸微生物气溶胶均超过总微生物气溶胶的60%.各天气状况下可培养细菌气溶胶的几何中值直径大于真菌气溶胶.
关键词天气    微生物气溶胶    浓度    粒径分布    霾天    
Characteristics of Culturable Bioaerosols in Various Weather in Xi'an City, China
LU Rui1 , LI Wanxin1 , SONG Ying1 , XIE Zhengsheng1 , LI Yanpeng1,2     
1. School of Environmental Science and Engineering, Chang'an University, Xi'an 710054, China;
2. Key Laboratory of Subsurface Hydrology and Ecological Effect in Acrid Region of Ministry of Education, Chang'an University, Xi'an 710054, China
Abstract: To quantify the characteristics of culturable bioaerosols in Xi'an City under different weather conditions, microbial aerosols were sampled with an 6-stage Andersen impactor in Xi'an City between August 2014 and July 2015. The plate-culture and colony-counting methods were employed to determine the concentrations and size distributions of culturable airborne bacteria and fungi's diameters under different weather conditions. The monthly and seasonal variations of culturable bioaerosols were also examined. The results showed that the highest mean concentrations of airborne culturable bacteria and fungi were observed in October, which were (1004.81±546.14) and (765.54±544.36) CFU/m3, respectively. The lowest seasonal average concentrations of culturable bacteria and fungi were observed in summer with (361.96±56.96) and (280.33±74.43) CFU/m3, respectively. The concentrations under different weather conditions decreased in the order of sunny days < raining days < cloudy days < haze days. The highest proportions of airborne culturable bacteria were detected in the size range of 3.3-4.7, 4.7-7.0, 3.3-4.7 and 3.3-4.7 μm on sunny days, cloudy days, rainy days and hazy days, respectively. The airborne culturable bacteria presented a similar unimodal distribution pattern in particle size under various weather conditions, while non-unimodal distribution for airborne culturable fungi was found in non-hazy days (P>0.05). More than 60% of bculturable bioaerosols were in respirable size range under various weather. The geometric median diameter of airborne bacteria was larger than that of fungi under each weather condition. The present findings could provide basic data to evaluate environmental quality and human health impacts from bioaerosol contamination.
Keywords: weather    bioaerosol    concentration    size distribution    haze days    

微生物气溶胶是一群形体微小、构造简单的单细胞或接近于单细胞的生物悬浮于空气中所形成的胶体体系,粒径一般为0.1~30 μm,它是重要的空气污染因子之一.人类的一切活动均在微生物气溶胶的包围之中,其随时可以被人体吸入,从而可能导致人类的过敏或致病反应,尤其可能会对免疫力低下的人群造成严重健康危害[1-3].因此,微生物气溶胶的研究已经成为了大气气溶胶领域的研究热点.空气中微生物来源多样,受到各种环境因素和人类活动的多重影响,导致生物气溶胶中微生物浓度具有明显的时间和空间变化性.谢淑敏[4]观测发现,京津地区夏季的微生物气溶胶浓度要高于冬季.陈梅玲等[5]监测表明,南京市夏季细菌与真菌的平均浓度均低于春季,而在冬季与秋季,微生物气溶胶浓度会随着高度的增加而降低. Borodulin等[6]研究发现,在西西伯利亚南部地区不同高度上生物气溶胶的分布存在一定的季节性变化规律.

对于微生物气溶胶的粒径分布,不同地区也存在着显著的差异.胡庆轩等[7]研究发现,北京市城区存在着大量的细菌粗粒子,其中大于2.0 μm的细菌气溶胶颗粒物的比例甚至可达83.0%. FANG等[8]在2005年对北京市室外空气中可培养真菌气溶胶的调查后指出,其浓度峰值出现在2.0~3.5 μm上,而在0.65~1.1 μm粒径范围内的分布比例最低.青岛市空气中可培养真菌气溶胶的粒径分布也具有相似的规律[9];此外,Zuraimi等[10]对新加坡室外环境空气中的真菌气溶胶进行研究,也发现其在2.1~3.3 μm粒径范围内出现峰值.

大量研究已表明气象因素(风、温度与湿度等)对空气中微生物的浓度与传输有重要影响.但是已有研究大都聚焦于气象因素与微生物气溶胶的相关关系上,而且现场采样多是在晴好天气下进行,缺乏在各种天气条件下的定量监测数据.王伟等[11]的最新研究表明,与晴好天气相比较,特殊天气下微生物气溶胶的浓度和粒径分布存在差异,尤其是在灰霾天气下可培养微生物的气溶胶浓度远高于非灰霾天时的浓度.

基于以上背景,该研究对西安市空气中可培养微生物气溶胶进行采样,分析其浓度及粒径分布状况,并着重比较分析不同天气条件下微生物气溶胶的分布特征,这对于控制西安市空气污染、预防疾病流行以及改善环境质量具有重要意义,以期为评估微生物气溶胶污染所引起的环境效应和健康效应提供基础数据.

1 材料与方法 1.1 采样时间与地点

采样点设置在西安市长安大学雁塔校区环工学院楼顶(34.23°N、108.96°E,距离地面27 m),采样高度为楼顶上1.5 m处,受人为因素影响较少.该采样点位于西安市南二环与三环之间,周围主要是住宅区和教学区,无工业污染排放源.可培养微生物气溶胶的采样仪器为Andersen六级撞击式空气采样器,仪器将所采样品根据粒径大小分为六级:>7.0、4.7~7.0、3.3~4.7、2.1~3.3、1.1~2.1、0.65~1.1 μm,将粒径小于4.7 μm的颗粒物称为可呼吸颗粒物[12],对应采样器的3~6级.采样流量为28.3 L/min,约为10 min/次,采样时间为2014年8月—2015年7月,在每个月的上中下旬分别取2~3 d,固定于每天07: 30—08: 30和11: 00—12: 00两个时段分别进行采样,取样品平均值作为当日可培养生物气溶胶的浓度水平.

1.2 培养方法

采用平皿培养和平板菌落计数法来检测微生物浓度.每次采样前将90 mm玻璃培养皿进行灭菌处理(121 ℃和30 min)后,加入30 mL培养基.采样完成后,迅速将培养皿取出、加盖,然后倒置于培养箱内培养.细菌使用营养琼脂培养基(牛肉膏3 g,蛋白胨10 g,氯化钠5 g,琼脂15 g,蒸馏水1 000 mL,pH为7.4,放线菌酮500 mg),37 ℃恒温培养箱内培养48 h;真菌使用沙氏培养基(葡萄糖40 g,蛋白胨10 g,琼脂20 g,蒸馏水1 000 mL,pH=6.2,氯霉素100 mg),28 ℃恒温培养箱内培养72 h.通过在适宜微生物生长的条件下对样品进行培养,使样品中优势菌群出现.

1.3 数据分析 1.3.1 生物气溶胶浓度

在对所采集的样品进行菌落计数的过程中,为避免培养皿上微生物粒子的重叠现象,采用Positive-hole法[13]对菌落数进行校正处理:

$ \Pr = N \cdot \left[{\frac{1}{N} + \frac{1}{{N-1}} + \frac{1}{{N-2}} + \cdots + \frac{1}{{N-r{\rm{ - 1}}}}} \right] $ (1)

式中,Pr和r分别表示校正后菌落数和实际菌落数,N为采样器各级采样孔数.

根据采样流量(Q)和采样时间(t),由式(2) 求得生物气溶胶浓度:

$ C = \frac{{\Pr \cdot 1000}}{{t \cdot Q}} $ (2)

式中,C为生物气溶胶浓度,以菌落形成单位表示,CFU/m3.

1.3.2 生物气溶胶粒子的中值直径

通过计算采样器上各级微生物气溶胶颗粒占总浓度的比例,然后按照由Ⅵ~Ⅰ的顺序进行累加,计算出各级的累计百分比.之后,通过对各级累计百分比与采样器上对应各级的有效截留直径进行对数拟合,得到回归方程,其中当累计百分比为50%时对应的值即为中值直径.

1.3.3 统计方法

该研究图标绘制主要采用Origin 8.5.利用SPSS 19.0对试验数据进行统计学分析,文中主要采用单因素方差分析、t检验与Spearman′s相关性分析.其中,当P < 0.05时,表明95%的置信区间内具有统计学意义上的显著差异.

2 结果与讨论 2.1 采样期间可培养微生物气溶胶的月际和季节浓度水平

图 1为不同月份可培养微生物气溶胶的浓度分布.由图 1可见,可培养细菌气溶胶浓度最高值出现在2014年10月,为(1 004.81±546.14) CFU/m3;最低值出现在2014年9月,为(240.47±136.21) CFU/m3.可培养真菌气溶胶浓度最高值也出现在2014年10月,为(765.54±544.36) CFU/m3;最低值出现在2014年11月,为(197.11±63.55) CFU/m3.胡庆轩等[14]对北京的监测结果发现,北京丰台地区真菌浓度在1—5月较低,较高值则出现在6月、9月、10月;而细菌浓度在9月、10月较高,1—5月浓度值较低.该研究的月浓度值同样出现在10月.西安作为典型的北方城市,在10月进入秋收季节,其周边农村地区的露天焚烧秸秆等现象[15]使其持续爆发灰霾天气,空气中颗粒物浓度较高,从而导致西安市可培养微生物气溶胶浓度在10月处于一个相对较高的水平.在2015年8月、9月期间,西安市降雨较多,雨水对空气中的颗粒物有一定的冲刷作用,使得这两个月的微生物气溶胶浓度相对较低.

图 1 不同月份可培养微生物气溶胶的浓度分布 Figure 1 Monthly variations of culturable bioaerosols concentrations at the sampling site in Xi′an

图 2是不同季节可培养微生物气溶胶的浓度变化特征.由图 2可见,可培养细菌气溶胶的四季浓度从高到低依次是冬季〔(771.89±169.10) CFU/m3〕>秋季〔(622.62±540.47) CFU/m3〕>春季〔(424.98±252.18) CFU/m3〕>夏季〔(361.96±56.96) CFU/m3〕,其中,秋冬季节的可培养细菌气溶胶浓度要显著高于夏季(P < 0.05).而可培养真菌气溶胶的四季浓度的变化表现为秋季〔(522.45±343.78) CFU/m3〕>春季〔(409.63±97.69) CFU/m3〕>冬季〔(340.01±181.93) CFU/m3〕>夏季〔(280.33±74.43) CFU/m3〕,其中秋季的可培养真菌气溶胶浓度要显著高于夏季和冬季(P < 0.05). Uleviěius等[16]的研究也指出,夏季由于频繁降雨对颗粒物的冲刷作用以及强的太阳辐射导致夏季的微生物气溶胶浓度较低,这均与该试验结果相一致.

注:*表示在置信度(双测)为0.05时,差异显著; **表示在置信度(双测)为0.01时,差异显著. 图 2 不同季节可培养微生物气溶胶浓度分布 Figure 2 Seasonal variations of culturable bioaerosol concentrations at the sampling site in Xi′an
2.2 不同天气状况下可培养微生物气溶胶的浓度分布

图 3是不同天气状况下可培养微生物气溶胶的日均浓度变化情况.由图 3可知,可培养细菌和真菌气溶胶浓度变化范围是96.88~1 763.36和96.87~1 736.53 CFU/m3. GAO等[17]在北京地区所检测到的细菌和真菌气溶胶浓度范围分别是80~5 800和41~7 210 CFU/m3,明显高于西安的浓度值;WANG等[18]研究发现,敦煌地区的细菌气溶胶浓度范围为101~3 800 CFU/m3.这可能是因为西安和敦煌都属于干旱大陆性气候,高强度的紫外辐射和干旱的气候条件不利于微生物的存活与生长;而在不同天气条件下,可培养微生物气溶胶浓度也是有所变化的.特别是灰霾天气爆发时,比其他天气的日均浓度有大幅增长,并且绝大多数是处在中国科学院生态环境研究中心推荐的室外标准值(细菌气溶胶 < 1 000 CFU/m3,真菌气溶胶 < 500 CFU/m3)之上,也就是说当灰霾天气爆发时,可培养微生物气溶胶的浓度值多会超标,而在其他三种天气状况下的微生物气溶胶浓度未超过该标准值.对比其他两种天气的可培养微生物气溶胶浓度发现,在阴云天气下其日均浓度值出现了一定幅度的增长,而在雨天前后的日均浓度波动不大.

图 3 不同天气状况下可培养微生物气溶胶的浓度分布 Figure 3 Concentration variations of airborne culturable bacteria, fungi and PM2.5 under various weather conditions in Xi′an

表 1给出了不同天气状况下的气象值参数以及可培养微生物气溶胶浓度.由表 1可知,四种天气状况下可培养细菌气溶胶的浓度变化顺序是晴天〔(151.40±34.40) CFU/m3〕 < 雨天〔(167.16±79.32) CFU/m3〕 < 阴云天〔(388.05±195.87) CFU/m3〕 < 霾天〔(1 662.94±280.36) CFU/m3〕;可培养真菌气溶胶的浓度变化规律也是晴天〔(245.19±260.05) CFU/m3〕 < 雨天〔(248.49±71.64) CFU/m3〕 < 阴云天〔(298.79±56.48) CFU/m3〕 < 霾天〔(1 261.89±249.24) CFU/m3〕.

表 1 不同天气状况下可培养微生物气溶胶的浓度及相应的气象值 Table 1 Comparison of meteorological parameters and bioaerosol concentrations in different weathers in Xi′an

可培养微生物气溶胶浓度在霾天时的统计学意义显著大于其他三种天气状况(P < 0.05),而其他三种天气状况之间的浓度值差异并不显著(P>0.05).同样,Griffin等[19]在非灰霾天气发生时从3 652 L空气中检出19种细菌、28种真菌,但是在灰霾天气爆发时从同一地点的2 369 L空气样品中则共检出171种细菌、76种真菌,远远多于非灰霾天气条件的数量. DONG等[20]对青岛沿海岸线的微生物气溶胶从2013年10月—2014年8月研究发现,霾天的微生物气溶胶浓度也高于非霾天.一个主要的原因是霾天大量的细颗粒物、高湿度、低太阳辐射和稳定的大气层为微生物的增殖和生长提供了一个良好的条件,并且也抵抗了有毒有害微生物浓度的增加;另外一个重要的原因可能是霾天和非霾天微生物种属的不同.

对于降雨天气的研究,韩燕等[21]研究指出,降水过程对杭州市空气中的颗粒物有显著冲刷作用,尤其是对其中粗粒径颗粒物的冲刷效果尤为明显.胡庆轩等[22]分别对降水与空气细菌和真菌相关性的研究中发现,降水对其的影响与微生物本身的粒径有显著关系,粒径越大,降水对其影响就越大.然而,KANG等[23]研究却提出微生物气溶胶浓度在雨季的降雨过程中会增加,因为夏天的降雨过程为气溶胶的生长提供了一个良好的附着生长环境和湿度环境.比较该研究发现,西安雨天并没有对微生物气溶胶的生长造成大幅影响,这可能是因为西安位处半干旱地区,全年没有明显的季风季节,因此,雨天对西安造成的潮湿环境对微生物的影响和其他地区不完全相同.

虽然文献中没有阴云天气下的空气微生物分布数据,但前人关于空气微生物和气象因子之间的相关性分析可以帮助解释这种天气状况下微生物浓度升高的原因. LI等[24]研究表明,可培养微生物的浓度与湿度及AQI(PM2.5)(P < 0.05) 呈正相关,与西安的太阳辐射呈负相关(P < 0.05).如表 1所示,采样期间阴云天的相对湿度比晴天高.根据Jones等[25]的研究,空气中的水分可以改变细胞壁的完整性或病毒的外表,因此,阴云天空气中湿度的增加就可以促进空气微生物的增长和存活. Hwang等[26]研究认为,太阳辐射是一个有效的杀菌方法,因此在阴云天太阳辐射的减少使微生物死亡比例减少,从而导致微生物的累积.

2.3 不同天气状况下可培养类微生物气溶胶的粒径分布

微生物气溶胶对人体健康的影响不仅与浓度有关,也和粒径分布有关. 图 4反映了采样期间可培养微生物气溶胶在四种天气状况下的粒径分布.由图 4(a)可见,可培养细菌气溶胶在晴天、阴云天、雨天、霾天(P < 0.05) 粒径分布的峰值分别在stage 3(3.3~ 4.7 μm)、stage 2(4.7~7.0 μm)、stage 3 (3.3~4.7 μm)、stage 3 (3.3~4.7 μm)上. XU等[27]在非霾天的相关研究也呈现类似的单峰分布,说明不同天气和地域对于粒径分布的影响并不明显.

图 4 不同天气状况下可培养微生物气溶胶的粒径分布 Figure 4 Size distribution of culturable bioaerosols under different weather conditions in Xi′an

图 4(b)可见,可培养真菌气溶胶和可培养细菌气溶胶的粒径分布有所不同,其在非霾天并没有明显的单峰分布,每种天气下的各级分布之间也没有显著性差异(P>0.05).这种粒径分布和之前关于非霾天的研究不太一致,如北京[28]、青岛[9]、新加坡[10]等地相关研究中,关于粒径分布的研究分别在2.1~3.3、3.3~4.7、1.1~3.3 μm出现峰值.

另外,不同天气状况下的可培养细菌和真菌气溶胶在每级的浓度是不同的.相对于晴天,空气中可培养细菌和真菌气溶胶在每级的平均浓度在阴云天较高、在雨天较低.霾天时,每级的浓度有显著增高(P < 0.05).这些浓度在每级的变化反映了天气对生物气胶浓度的影响.

该研究还发现,在晴天、阴云天、雨天、霾天四种天气状况下粒径分布小于4.7 μm的细菌和真菌气溶胶分别为69.4%、59.8%、67.8%、68.2%及70.7%、65.9%、63.1%、65.5%,表明在这四种天气状况下有超过60%的微生物气溶胶在可呼吸粒径范围,因此,这些天气状况下的室外环境对人体健康存在潜在的危害.此外,该研究也表明,四种天气状况下微生物气溶胶的可呼吸粒径部分随天气的变化比较微弱. Pastuszka等[29-30]研究也显示,细菌和真菌的可呼吸粒径比例可能不依赖于地理和气象因素.

为了进一步量化不同天气状况下空气中可培养细菌和真菌气溶胶的粒径分布,计算了它们的几何中值直径及几何标准差(见表 2).由表 2可见,可培养细菌气溶胶在晴天、阴云天、雨天、霾天的几何中值直径和几何标准偏差分别为(2.06±1.36)(2.01±1.26)(1.93±1.28)(2.00±1.34)μm,可培养真菌气溶胶分别为(1.72±1.00)(1.85±1.11)(1.90±1.30)(1.86±1.10)μm.这与GAO等[17]之前的研究结果相一致,即四种天气状况下可培养细菌气溶胶的几何中值直径比真菌大.

表 2 不同天气下可培养微生物气溶胶的粒径分布 Table 2 Median diameter of culturable bioaerosols under different weather conditions

表 2还可以发现,可培养细菌气溶胶在晴天的中值直径比其他天气大,虽然无显著性差异(P>0.05),但从晴天到其他天气有一个向细颗粒迁移的趋势.通过比较LI等[31]的研究发现,可培养细菌气溶胶在霾天的中值直径减少是因为空气中细颗粒物的增加造成的,因为这些细颗粒物不仅可作为空气微生物的传输者并且也可以提供給它们营养物质,从而导致细菌颗粒物在细颗粒范围的比例升高.雨天时,雨水沉降可以捕获和迁移空气中的微生物气溶胶,然而,这对小颗粒的去除效率远远低于大颗粒物,因此,仍会有大部分细颗粒微生物气溶胶停留在空气中,从而导致雨天的可培养微生物气溶胶的中值直径较小.

相反的是,可培养真菌气溶胶在晴天的中值直径比其他天气的小,虽然也无显著性差异(P>0.05).可培养细菌和真菌气溶胶中值直径的变化趋势不同大概是因为它们的生物特性不同. Reponen[32]研究表明,新释放在空气中的孢子的空气动力学直径比在空气中长时间存在的孢子的空气动力学直径大. Nasir等[30]的研究也表明,周围的环境条件(如相对湿度等)对真菌成长的影响大于对细菌的影响.

2.4 可培养微生物气溶胶浓度与气象因素及ρ(PM2.5)的相关性分析

为了探究采样期间不同天气状况下气象因素对可培养微生物气溶胶浓度分布的影响,对不同天气状况下可培养微生物气溶胶浓度与风速、温度、湿度及空气颗粒物浓度的关系进行了Spearman相关性分析,主要包括晴天、阴云天、雨天、霾天下的可培养细菌气溶胶浓度(BS、BC、BR、BH)及可培养真菌气溶胶浓度(FS、FC、FR、FH)的相关性分析(见表 3).

表 3 PM2.5、风速、温度、能见度与BS~BH和FS~FH的Spearman相关性分析 Table 3 Spearman′s correlation analysis between wind speed, temperature and relative humidity and concentration of culturable bioaerosols and PM2.5

在非霾天时,ρ(PM2.5)与可培养微生物气溶胶浓度呈负相关,而在霾天时,ρ(PM2.5)与可培养微生物气溶胶浓度呈显著正相关(P < 0.05),这说明可培养微生物气溶胶浓度与不同天气下ρ(PM2.5)的变化并不一致.王伟等[11]研究指出,AQI(PM2.5)指数与生物气溶胶浓度呈正相关. Haas等[33-34]也指出,微生物气溶胶浓度与空气中颗粒物浓度呈正相关.而高敏等[35]研究却指出北京霾天AQI(PM2.5)指数与生物气溶胶浓度呈负相关.韩晨等[36]研究发现,ρ(PM2.5)与总真菌气溶胶浓度呈正相关,但与细菌气溶胶浓度变化的相关性却很小.

非霾天时可培养微生物气溶胶浓度与风速呈正相关,其中阴云天的可培养细菌气溶胶浓度和风速的相关性尤为显著(P < 0.05).一般情况下,风速的增大有可能导致附着于建筑物表面或是沉积在地面的颗粒物被带入大气中,并使其长时间悬浮于空气中,这就导致空气中的悬浮颗粒增多、可培养微生物气溶胶浓度增大.相反,霾天时,可培养微生物气溶胶浓度和风速呈负相关,这是因为霾天时,风速较低,大气层相对稳定,不利于颗粒物的扩散从而导致可培养微生物浓度较高.环境温度与可培养细菌和真菌气溶胶浓度在不同天气下的相关性略有不同,其中雨天的可培养真菌气溶胶浓度与环境温度呈显著相关(P < 0.05).环境的相对湿度和可培养微生物气溶胶浓度的相关性并不显著.

3 结论

a) 不同月份不同季节微生物气溶胶浓度的变化规律不同.可培养类细菌气溶胶的月浓度峰值出现在10月,为(1 004.81±546.14) CFU/m3,而其浓度季节分布规律为冬季〔(771.89±169.1) CFU/m3〕>秋季〔(622.62±540.47) CFU/m3〕>春季〔(424.98± 252.18) CFU/m3〕 >夏季〔(361.96±56.96) CFU/m3〕;可培养真菌气溶胶的月浓度峰值也出现在10月(765.54±544.36) CFU/m3,其浓度的季节变化规律为秋季〔(522.45±343.78) CFU/m3〕>春季〔(409.63±97.69) CFU/m3〕>冬季〔(340.01±181.93) CFU/m3〕>夏季〔(280.33±74.43) CFU/m3〕.

b) 不同天气状况下可培养类微生物气溶胶浓度的变化规律是晴天 < 雨天 < 阴云天 < 霾天,其中霾天的微生物气溶胶浓度已超过中国科学院生态环境研究中心推荐的微生物评价标准,空气处于污染状态,对人体健康有重要的潜在危害.

c) 不同天气状况下可呼吸范围的可培养微生物气溶胶浓度超过60%.相对于其他天气,可培养细菌气溶胶在晴天的几何中值直径较高,从晴天到其他天气有一个向细颗粒迁移的趋势.

d) 晴天、阴云天、雨天时可培养微生物气溶胶浓度和ρ(PM2.5)呈负相关,与风速呈正相关,与环境温度和湿度的相关性不显著;霾天时,可培养微生物气溶胶浓度和ρ(PM2.5)呈正相关,与风速呈负相关,与环境温度和湿度的相关性不显著.

参考文献
[1]
方治国, 欧阳志云, 胡利锋. 北京市夏季空气微生物粒度分布特征[J]. 环境科学, 2004, 25(6): 1-5.
FANG Zhiguo, OUYANG Zhiyun, HU Lifeng, et al. Granularity distribution of airborne microbes in summer in Beijing[J]. Environmental Science, 2004, 25(6): 1-5. (0)
[2]
SHELTON B G, KIRKLAND K H, DANA W F, et al. Profiles of airborne fungi in buildings and outdoor environments in the United States[J]. Applied & Environmental Microbiology, 2002, 68(4): 1743-1753. (0)
[3]
张杏辉, 罗燕群, 周振明. 校园空气微生物和悬浮物污染评价及相关性分析[J]. 中国环境监测, 2011, 4(3): 71-75.
ZHANG Xinhui, LUO Yanqun, ZHOU Zhenming, et al. Air micro-organisms and suspended particles pollution evaluation and correlation analysis on campus[J]. Environmental Monitoring in China, 2011, 4(3): 71-75. (0)
[4]
谢淑敏. 大气微生物的研究(京津地区大气微生物污染动态变化规律)[J]. 环境科学学报, 1988, 8(2): 195.
XIE Shumin. Studies on airborne microbe (airborne microbe pollution in Beijing-Tianjin area)[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 1988, 8(2): 195. (0)
[5]
陈梅玲, 胡庆轩, 徐秀枝, 等. 南京市大气微生物污染情况调查[J]. 中国公共卫生, 2000, 16(6): 504-505. DOI:10.11847/zgggws2000-16-06-22 (0)
[6]
BORODULIN A I, SAFATOV A S, SHABANOV A N, et al. Physical characteristics of concentration fields of tropospheric bioaerosols in the South of Western Siberia[J]. Aerosol Science, 2005, 36(5/6): 785-800. (0)
[7]
胡庆轩, 陈振生, 徐桂清, 等. 北京地区大气微生物粒子谱的研究[J]. 中国环境监测, 1997, 7(1): 9-11. (0)
[8]
FANG Z G, OUYANG Z Y, HU L F, et al. Culturable airborne fungi in outdoor environments in Beijing, China[J]. Science of the Total Environment, 2005, 350(1): 47-58. (0)
[9]
LI M F, QI J H, ZHANG H D, et al. Concentration and size distribution of bioaersols in an outdoor environment in the Qingdaocoastal region[J]. Science of the Total Environment, 2011, 409(19): 3812-3819. DOI:10.1016/j.scitotenv.2011.06.001 (0)
[10]
ZURAIMI M S, FANG L, TAN T K, et al. Airborne fungi in low and high allergic prevalence child care centers[J]. Atmospheric Environment, 2009, 43: 2391-2400. DOI:10.1016/j.atmosenv.2009.02.004 (0)
[11]
王伟, 付红蕾, 王廷路, 等. 西安市秋季灰霾天气微生物气溶胶的特性研究[J]. 环境科学学报, 2016, 36(1): 279-288.
WANG Wei, FU Honglei, WANG Tinglu, et al. Characteristics of microbial aerosols on haze days in Autumn in Xi'an, China[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2016, 36(1): 279-288. (0)
[12]
PASTUSZKA J S, PAW U K T, LIS D O, et al. Bacterial and fungal aerosol in indoor environment in Upper Silesia, Poland[J]. Atmospheric Environment, 2000, 34(22): 3833-3842. DOI:10.1016/S1352-2310(99)00527-0 (0)
[13]
ANDERSEN A A. New sampler for the collection, sizing, and enumeration of viable airborne particles[J]. Journal of Bacteriology, 1958, 76(76): 471-484. (0)
[14]
胡庆轩, 车凤翔, 张松乐, 等. 京、津地区大气微生物的浓度[J]. 环境科学, 1989(5): 30-35. (0)
[15]
彭立群, 张强, 贺克斌. 基于调查的中国秸秆露天焚烧污染物排放清单[J]. 环境科学研究, 2016, 29(8): 1109-1118.
PENG Liqun, ZHANG Qiang, HE Kebin. Emission inventory of atmospheric pollutants from open burning of crop residuesin China based on a national questionnaire[J]. Research of Environmental Sciences, 2016, 29(8): 1109-1118. (0)
[16]
ULEVIČIUS V, PEIULYTE D, MORDAS G, et al. Field study on changes in viability of airborne fungal propagules exposed to solar radiation[J]. Journal of Aerosol Science, 2000, 31(31): 961-962. (0)
[17]
GAO M, QIU T, JIA R, et al. Concentration and size distribution of viable bioaerosols during non-haze and haze days in Beijing[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2015, 22(6): 4359-68. DOI:10.1007/s11356-014-3675-0 (0)
[18]
WANG W, MA Y, MA X, et al. Seasonal variations of airborne bacteria in the MogaoGrottoes, Dunhuang, China[J]. International Biodeterioration & Biodegradation, 2010, 64(4): 309-315. (0)
[19]
GRIFFIND W, KELLOGG C A, GARRISON V H, et al. Atmospheric microbiology in the northern Caribbean during African dust events[J]. Aerobiologia, 2003, 19(3/4): 143-157. DOI:10.1023/B:AERO.0000006530.32845.8d (0)
[20]
DONG L, QI J, SHAO C, et al. Concentration and size distribution of total airborne microbes in hazy and foggy weather[J]. Science of the Total Environment, 2015, 541: 1011-1018. (0)
[21]
韩燕, 徐虹, 毕晓辉, 等. 降水对颗粒物的冲刷作用及其对雨水化学的影响[J]. 中国环境科学, 2013, 33(2): 193-200.
HAN Yan, XU Hong, BI Xiaohui, et al. Changes of particulate matters during rain process and influence of that on chemical composition of precipitation in Hangzhou, China[J]. China Environmental Science, 2013, 33(2): 193-200. (0)
[22]
胡庆轩, 李军保, 叶冰炎, 等. 降雨对大气真菌粒子浓度及其分布的影响[J]. 中国环境监测, 1993(6): 21-22. (0)
[23]
KANG S M, HEO K J, LEE B U. Why Does rain increase the concentrations of environmental bioaerosols during monsoon?[J]. Aerosol & Air Quality Research, 2015, 15: 2320-2324. (0)
[24]
LI Y, WANG W, GUO X, et al. Assessment of airborne bacteria and fungi in various university indoor environments:a case study in Chang'an University, China[J]. Environmental Engineering Science, 2015, 32(4): 273-283. DOI:10.1089/ees.2014.0050 (0)
[25]
JONES A M, HARRISONR M. The effects of meteorological factors on atmospheric bioaerosol concentrations:a review[J]. Science of the Total Environment, 2004, 326(1/2/3): 151-180. (0)
[26]
HWANG G B, JUNG J H, JEONG T G, et al. Effect of hybrid UV-thermal energy stimuli on inactivation of S.epidermidis, and B.subtilis, bacterial bioaerosols[J]. Science of the Total Environment, 2010, 408(23): 5903-5909. DOI:10.1016/j.scitotenv.2010.08.016 (0)
[27]
XU Z, YAO M. Monitoring of bioaerosol inhalation risks in different environments using a six-stage Andersen sampler and the PCR-DGGE method[J]. Environmental Monitoring & Assessment, 2013, 185(5): 3993-4003. (0)
[28]
FANG Zhiguo, OUYANG Zhiyun, ZHEN Ghua, et al. Concentration and size distribution of culturable airborne microorganisms in outdoor environments in Beijing, China[J]. Aerosol Science & Technology, 2008, 42(5): 325-334. (0)
[29]
PASTUSZKA J S, PAW U K T, LIS D O, et al. Bacterial and fungal aerosol in indoor environment in Upper Silesia, Poland[J]. Atmospheric Environment, 2000, 34(22): 3833-3842. DOI:10.1016/S1352-2310(99)00527-0 (0)
[30]
NASIR Z A, COLBECK I. Assessment of bacterial and fungal aerosol in different residential settings[J]. Water, Air, & Soil Pollution, 2010, 211(1/2/3/4): 367-377. (0)
[31]
LI Y, FU H, WANG W, et al. Characteristics of bacterial and fungal aerosols during the autumn haze days in Xi'an, China[J]. Atmospheric Environment, 2015, 122: 439-447. DOI:10.1016/j.atmosenv.2015.09.070 (0)
[32]
REPONEN T. Aerodynamic diameters and respiratory deposition estimates of viable fungal particles in mold problem dwellings[J]. Aerosol Science & Technology, 1995, 22(1): 11-23. (0)
[33]
HAAS D, GALLER H, LUXNER J, et al. The concentrations of culturable microorganisms in relation to particulate matter in urban air[J]. Atmospheric Environment, 2013, 65(2): 215-222. (0)
[34]
DEGOBBI C, LOPES F D T Q S, CARVALHO-OLIVEIRA R. Correlation of fungi and endotoxin with PM2.5 and meteorological parameters in atmosphere of Sao Paulo, Brazil[J]. Atmospheric Environment, 2011, 45(13): 2277-2283. DOI:10.1016/j.atmosenv.2010.12.005 (0)
[35]
高敏, 仇天雷, 贾瑞志, 等. 北京雾霾天气生物气溶胶浓度和粒径特征[J]. 环境科学, 2014, 35(12): 4415-4421.
GAO Min, CHOU Tianlei, JIA Ruizhi, et al. Concentration and size distribution of bioaerosols at non-haze and haze days in Beijing[J]. Environmental Science, 2014, 35(12): 4415-4421. (0)
[36]
韩晨, 谢绵测, 祁建华, 等. 青岛市不同空气质量下可培养生物气溶胶分布特征及影响因素[J]. 环境科学研究, 2016, 29(9): 1264-1271.
HAN Chen, XIE Miance, QI Jianhua, et al. Size distribution characteristics of culturable bioaerosols in relation to air quality levels in Qingdao[J]. Research of Environmental Sciences, 2016, 29(9): 1264-1271. (0)