全 文 ：城市居民区圆柏花粉浓度的时空变化及其影响因素＊
侯晓静 1, 2 ,王　成1, 2 ,李　伟 1, 2 ,陈玉娟1, 2 ,郭二果 1, 2
(1.中国林业科学院林业研究所 国家林业局森林培育重点实验室 ,北京 100091;
2.国家林业局城市林业研究中心 , 北京 100091)
　　摘要:通过对散粉期间居民区建筑不同位置 、不同高度的圆柏花粉浓度进行了全天昼夜监测。结果表明居民楼群环境对
圆柏花粉的时空分布有一定的影响 ,具体变化规律为:1)城市居民区内圆柏花粉浓度日变化为双峰单谷型 , 正午前后是首次
高峰期 , 平均浓度为 25粒 /(h· cm2),凌晨左右为次高峰期 , 谷值出现在下午 18:00时到人们晚上休息之前 , 平均浓度为 2
粒 /(h· cm2)。 2)总体上城市楼群边缘圆柏花粉浓度垂直分布梯度为 1.5 m>13.5 m>7.5 m, 楼群中心圆柏花粉浓度垂直
变化梯度为 13.5 m>7.5 m>1.5 m。但是不同时段内 , 由于主导因素不同 ,花粉浓度的垂直分布不尽一致。最后 , 还分析了
气象要素对圆柏花粉浓度的影响。
关键字:圆柏;花粉浓度;时空变化;居民区
　　中图分类号:X513　　　文献标识码:A　　　文章编号:(K)08088(原 1002-1264)(2008)04-0033-04
DiurnalandSpatialVariationofPolenConcentrationofSabinaChinensis
andAffactingFactorsinUrbanResidentialArea
HOUXiao-jing1, 2 , WANGCheng1, 2 , LIWei1, 2 , CHENYu-juan1, 2 , GUOEr-guo1, 2
(1.ResearchInstituteofForestry, CAFKeyLab.ofTreeBreedingandCultivation,
StateForestryAdministration, Beijing100091, China;
2.ResearchCentreofUrbanForestry, StateForestryAdministration, Beijing100091, China)
Abstract:PolenconcentrationsofSabinaChinensiswereobserveddayandnightinurbanresidentialareainthe
dispersionperiod, andtheobservationwastakenatdiferentsitesandindiferentheights.Theresultsshowedthat
buildingshadsomeinfluencesonthediurnalandspatialvariationofpolenofSabinaChinensis, andthevariation
ruleswereasfolows:1)Ingeneral, diurnalvariationcurveofpolenconcentrationintheresidentialareashowed
twopeaksandonevale.Thefirstpeakpresentedinthemiddaywiththemeanpolenconcentrationof25 grain/
(h·cm2), andthesecondpeakpresentedaroundtheweehours, whilethevalehappenedfrom18:00P.M.to
sleeppingtime, andthepolenconcentrationwas2 grain/(h· cm2).2)Attheedgeofbuildingsthevertical
distributionofthepolenconcentrationshowed1.5m>13.5m>7.5m, andamongthebuildings, thevertical
distributionshowed13.5m>7.5m>1.5m.However, theverticaldistributionvariedwithtimebecauseofdiferent
majorinfluencingfactors.Intheend, theinfluenceofmeteorologicalfactorsonpolenconcentrationofSabina
Chinensiswasdiscussed.
Keywords:SabinaChinensis;polenconcentration;diurnalandspatialchange;urbanresidentialarea
　　圆柏(Sabina.Chinensis)是我国北方城市主要
的绿化树种之一 ,主要分布在人们活动比较集中的
公共绿地上 ,而且用量很大。以北京市建成区的公
共绿地为例 ,圆柏占所有乔木树种的 12.1%[ 1] 。圆
柏花粉近球形 ,直径 32～40 μm,具有小而圆的萌发
孔 ,无气囊 ,花粉外壁表面具有明显的乌氏体结构 ,
遇水后花粉外壁开裂 ,为可湿性花粉 [ 2, 3] 。圆柏花
粉量极大 ,致敏性较强[ 4] ,是我国北方早春季节主
要的气传致敏花粉之一。开展居民区内圆柏花粉飘
散的时空变化规律研究 ,对于科学使用圆柏开展绿
化 、防止和减少居民圆柏花粉过敏具有重要意义。
1　实验区概况
试验地点在中国林业科学研究院内的居民楼
集中分布区 。选择居民区一栋高约 15 m的楼房 ,
其东西两侧栽植有成年圆柏雄株(平均树高 14 m,
胸径 20 cm,冠幅 2m×2 m),树冠下方 30%的面积
为草坪 ,其余 70%为硬化铺装 ,是北京市居民区圆
33
　　第 21卷 4期
2008年 8月
城市环境与城市生态
URBANENVIRONMENT＆URBANECOLOGY
Vol.21No.4
Aug.2008
＊ 基金项目:国家科技部科研院所社会公益研究专项(2004DIB1J031);国家十一五科技支撑计划重大项目课题(2006BAD03A06)
　　　收稿日期:2008-01-11
柏等常绿树种常见的栽植模式 。该居民楼东侧为
典型的城市楼群环境中心 ,西侧为楼群边缘。
2　材料与方法
采样介质为涂有粘附剂(白凡士林与液体石蜡
为 3:1)的载玻片。采完样的样片用琼脂—甘油染
色剂染色后覆盖 20 mm×20 mm盖玻片 ,在显微镜
10×10倍下数出整个盖玻片范围内的圆柏花粉粒
数(n),花粉浓度 N=n/8粒 /(h· cm2),即 grain/
(h·cm2)。
根据天气预报选择晴朗软风的天气开展监测。
监测时间为 2007年 3月 26日 8:00时至 3月 29日
8:00时 ,连续 72 h监测 。监测高度为 1.5 m(树干
底部)、7.5 m(树冠中部)及 13.5 m(树冠顶部),每
个监测高度设 3个重复 ,每次监测持续 2 h。监测
同时记录空气温度 、相对湿度以及风速。
用 Sps进行数据分析。在进行相关性分析 、方
差分析及多重比较之前对所用数据进行正态化。
正态化的花粉浓度 =ln(N+1)。
3　结果与分析
3.1　圆柏花粉浓度的日变化
北京地区圆柏花期主要集中在 3月下旬到 4
月上旬 ,散粉期短 、花粉量大。实验期间平均每天
每平方厘米面积上可收集到圆柏花粉 123粒 ,依据
目前气象行业的空气花粉浓度等级划分 ,该花粉浓
度处于极高状态 [ 5] 。
3.1.1　楼群边缘花粉浓度日变化规律
实验期间 ,楼群边缘空气中圆柏花粉浓度变化
呈现出双峰单谷型规律 ,不同高度之间的花粉浓度
变化趋势基本一致(图 1a-c)。对各时段花粉浓度
进行多重比较(表 1)可知:整个上午至下午 16:00
时之间空气中花粉浓度均处于高浓度状态 ,中午
12:00时前后是第一个高峰阶段 ,平均花粉浓度为
41 grain/(h·cm2);凌晨 0:00时到 6:00时是圆柏
花粉浓度的次高峰时段;晚上 18:00时到 0:00时之
间是一天内花粉浓度较低的时段 ,最低浓度为 1
grain/(h·cm2)。
图 1(a-c)　楼群边缘及中心不同高度圆柏花粉浓度日变化
表 1　楼群边缘不同时段圆柏花粉浓度多重比较表
时刻 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00
均值 MS 5.36 5.67 6.01 5.86 5.43 3.89 3.21 3.90 4.73 5.38 5.08 5.08
显著性
Sig
0.05 d d d d d ab a abc bcd d cd cd
0.01 C C C C C AB A AB ABC C C BC
注:0.05水平表示差异显著 , 0.01水平表示差异极显著 ,下同。
　　上述变化规律的出现与气象要素密切相关。
上午时段 ,随温度升高以及湿度降低 ,圆柏花粉囊
由湿变干并逐渐开裂 ,空气中花粉浓度剧增 ,这种
现象在松柏类植物中普遍存在 ,是植物的生理散粉
高峰[ 6-9] 。夜间圆柏花粉吸收周围的水分从而开裂
或脱去外壁 ,观察发现次高峰期内破壁花粉占到同
时段总花粉的 1 /3左右 ,也正是它的这种可湿性 ,
白天漂浮在空气中的花粉粒此时吸水 、变沉 ,开始
大量向近地面回落 ,从而导致次高峰的出现。
3.1.2　楼群中心花粉浓度日变化规律
楼群中心环境中圆柏花粉浓度日变化仍然为
双峰单谷型规律 ,多重比较(表 2)可知:12:00时至
14:00时之间是首次高峰期 ,凌晨 2:00时前后为次
高峰时段 , 18:00时至 22:00时花粉浓度相对较低。
与楼群边缘相比 ,首次高峰期内楼群中心 1.5 m和
13.5m高处花粉浓度出现相对滞后现象 ,而 7.5 m
处楼群内外均在 12:00前后达到高峰 。
楼群中心圆柏花粉浓度的变化除了受整体天
气状况的影响外 ,东西两侧楼面以及近地表小气候
状况的变化也会直接影响到其时空变化。以 7.5 m
高度为例 ,该高度是圆柏雄球花大量着生的部位 ,
12:00时前后圆柏大量散粉 ,楼群内外同时达到高
峰 。但是 ,夜间由于居民区建筑物之间逆温作用显
著 ,楼群中心该高度花粉浓度要大于楼群边缘 。
34 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 城市环境与城市生态　 21卷 4期　2008年
表 2　楼群中心不同时段圆柏花粉浓度多重比较表
时刻 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00
均值 MS 4.51 4.74 4.89 5.29 4.79 3.95 3.78 3.39 4.02 5.16 4.83 4.22
显著性
Sig
0.05 bc cd cd d cd ab ab a abc cd cd bc
0.01 BC C C C C AB AB A ABC C C AB
3.2　圆柏花粉浓度的垂直变化
花粉在垂直空间上的分布比较复杂 。以往大
多数研究是针对种子园内垂直空间上的花粉浓度
分布 ,由于实验条件不同 ,尤其受地形及风向的影
响 ,所得结论也不尽一致。不少研究认为树冠下部
花粉量大[ 7, 10, 11] ,但也有研究认为树冠上部花粉浓
度大于下部 [ 12] 。居民区里楼群密度大 ,地面硬化铺
装多 ,楼宇之间气流运动复杂。另外 ,早春夜间楼
群之间容易出现逆温现象 ,这些因素都会影响居民
区花粉浓度的时空分布。以下将分别讨论楼群边
缘及楼群中心圆柏花粉浓度的垂直分布特征。
3.2.1　楼群边缘圆柏花粉浓度的垂直变化
总体来说楼群边缘圆柏花粉浓度由高到低变
化梯度为 1.5 m>13.5 m>7.5 m,其中树冠下部
1.5m处浓度比树冠中部处大约高 43% ～ 46%。
这主要是因为树冠下风力较小 , 且圆柏花粉无气
囊 ,花粉受重力作用影响比较大而向下沉降的缘
故 。对不同时段花粉浓度的垂直分布进行分析可
知(图 2):低谷时段花粉垂直分布不明显 , 上午
10:00时至 12:00时花粉浓度随高度增大而减少 ,
夜间总体上来说也是地面 1.5m处浓度比较高。
图 2　楼群边缘不同时间段圆柏花粉浓度垂直对比图
　　此外 , 14:00时的花粉垂直分布情况比较有代
表性 ,表现为 13.5 m处浓度最大 , 1.5 m次之 , 7.5
m处最低 ,这是因为 14:00时前后空气温度达到一
天内最大 ,空气对流明显 ,同时风速增大 ,圆柏花粉
随空气运动加剧 。花粉从 7.5 m处释放后随空气
运动或是沉降或是向上运动 ,此时由于受到对流作
用的影响 ,向上运动的花粉比较多 , 因此树冠顶部
花粉浓度要大于地面 1.5m处 ,而此时 7.5m是花
粉最不容易停留的部位 ,其花粉浓度也最低。
3.2.2　楼群中心圆柏花粉浓度的垂直变化
全天来看 ,楼群中心圆柏花粉浓度垂直变化梯
度为 13.5 m>7.5m>1.5m,花粉浓度随高度增加
而增加 , 与 Malik、 Bryant等人的研究结 果相
同 [ 13, 14] 。对不同时段花粉浓度的垂直分布进行分
析可知(图 3):12:00时至 20:00时之间 13.5 m处
花粉浓度最大 , 10:00时和 2:00时 7.5 m处花粉浓
度最大 ,而 8:00时和 22:00时地面花粉浓度相对
较大。
居民区建筑物之间气流 、地表温度等因素会影
响花粉浓度在空间上的分布。 10:00时左右 ,圆柏
处于散粉状态 , 7.5 m处浓度相对较高。随着温度
上升 , 12:00时至 20:00时之间 ,楼群中心地表和两
侧楼面的影响增大 ,湍流作用明显 ,花粉随湍流作
用上升 ,从而使 13.5 m高度处于高浓度状态 。夜
间楼群内部发生逆温现象 ,实验期间 1.5 m、7.5 m
和 13.5 m高度的平均空气温度分别为 10.1℃、
10.6℃、13.1℃,空气状况稳定 ,自然沉降减弱 ,大
量花粉堆积在 7.5 m到 13.5m之间 ,使得 7.5m花
粉浓度比较大。
图 3　楼群中心不同时间段圆柏花粉浓度垂直对比图
3.3　气象要素与圆柏花粉浓度
气象要素对空气中花粉浓度的影响错综复杂。
宏观上 ,长时期的天气状态会影响圆柏的生长发育
和开花结实量。微观上 ,植物体进入散粉季节 ,温
度 、湿度 、风速等气象要素会影响其花粉囊开裂时
间和程度 ,从而间接影响空气中的花粉浓度。此外
花粉进入到空气中 ,其运动就由气象要素及它们所
构建的大气状态所决定。
35　 侯晓静 ,等　城市居民区圆柏花粉浓度的时空变化及其影响因素
就本实验中花粉浓度与气象要素的关系来看
(图 4-6),上午到中午时段 ,随温度上升 、湿度回
落 ,圆柏花粉囊逐渐由湿变干 ,并迅速开裂 。同时
风速加大 ,空气运动加剧 ,这进一步加快花粉逸出 ,
使得空气中花粉浓度增大。这是气象要素通过影
响植物体进而间接影响空气中花粉浓度的表现 ,也
是一般影响。从这个角度来讲 ,温度 、风速和花粉
浓度正相关 ,而湿度与圆柏花粉浓度负相关。夜间
低温 、高湿 ,几乎静风 ,圆柏花粉吸收周围大气水分
变沉 ,大量向近地面回落。此时气象条件直接影响
空气中的花粉运动和浓度 ,但是相关关系并不明显。
4　结论与讨论
1)城市居民区内圆柏花粉浓度日变化规律为
双峰单谷型。两次高峰分别在正午前后和凌晨天
亮之前 ,而最低值则出现在 18:00时到人们晚上休息
之前 。楼群中心小环境对圆柏花粉日变化有一定影
响 ,过敏人群在正午前后出行应加强防护措施。
2)居民区建筑对圆柏花粉垂直分布有重要影
响 。楼群边缘影响因素相对较少 ,地面附近花粉浓
度相对较高 ,变化梯度为 1.5 m>13.5 m>7.5 m,
楼群中心花粉浓度由高到低变化梯度为 13.5 m>
7.5 m>1.5 m。但是由于不同时段内主导因素不
同 ,花粉浓度的垂直分布也不尽一致 。
3)气象要素对圆柏花粉浓度变化有重要影响。
就本次实验结果而言:白天花粉浓度与空气温度和
风速均呈现出正相关趋势 ,与相对湿度负相关;夜
间花粉浓度与气象要素的相关关系不明显 。
4)在圆柏的种植上应尽量避免成片 、带状栽
植 ,可适当间隔一些障碍植物 ,以防止散粉季节花
粉大量飘散 。此外可以通过洒水等方式 ,增加空气
相对湿度 、加速圆柏花粉向地面沉降 ,从而降低空
气中的花粉浓度 ,减少引起过敏的可能。
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作者简介:侯晓静(1983-),女 ,山西运城人 ,硕士 , 主要从事城市林
业研究。
36 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 城市环境与城市生态　 21卷 4期　2008年