1、北京市夏季空气微生物粒度分布特征第 25 卷第 6 期2004 年 l1 月环境科学ENVIRONMENTALSCIENCEVo1.25.No.6Nov.,2004北京市夏季空气微生物粒度分布特征方治国 1,欧阳志云,胡利锋一,林学强,王效科(1.中国科学院生态环境研究中心系统生态重点实验室,北京 100085;2.湖南农业大学植保学院,长沙 410128)摘要:着重研究了夏季空气微生物的粒度分布特征, 比较分析了北京市空气微生物粒度分布的变化状况.结果表明:空气细菌,空气真菌和空气放线菌的粒度分布特征各不相同,并且不随着时间和空间的变化而变化.空气细菌呈偏态分布,大于 2.0m 的粒子约占总
2、数的 80.0%,小于 1.0m 的粒子最少,约占 9.0%.空气真菌呈对数正态分布,1.06.0m 的粒子约占70.0%,小于 1.0m 的粒子最少,约占 5.0%.空气放线菌粒度分布与正态分布恰好相反,大于 8.2m 和小于 1.0m 的粒子约占 60.0%;3.06.0m 的粒子最少,约占 10.0%.此外不同功能区优势真菌粒度分布规律基本一致.枝孢属(Cladospori 一“m),青霉属(Peicillium) 和曲霉属(Aspergillus) 粒度主要分布在 F3,F4 和F5(1.06.0m)中,约占总数的 85.0%,呈对数正态分布.而交链孢属(Alternaria)和无孢菌
3、(nonsporing)主要分布在前 4 级(2.0btm),分别约占总数的 90.0%和 75.0%,呈偏态分布.在过去 10 年的城市化进程中,北京市空气微生物粒度分布的基本趋势没有变化,但是空气真菌粒度分布的峰值由原来的 3.06.0btm 降低到 2.03.0m.关键词:空气细菌;空气真菌;粒谱范围;粒度特征中图分类号:X513;Q938.14 文献标识码:A 文章编号:0250 3301(2004)06000105GranularityDistribution0fAirborneMicrobesinSummerinBeijingFANGZhiguo,OUYANGZhiyun,HULi
4、feng 一,LINXueqiang,WANGXiaoke(1.KeyLaboratoryofSystemEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China;2.PlantProtectionCollege,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China)Abstract:Astudyongranularitydistributionofairbornemicrobeswasconductedindetai
5、lsinsummer,andthefluctuationregularwasanalyzedinBeijing.Resultsshowthatthedistributioncharacteristicswhicharenotchangedwiththedifferentfunctionalregionsandperiodsareverydifferentamongairbornebacteria,fungiandactinomycete.Airbornebacteriaappearskewdistribution,theparticleslargerthan2.0bLmaccountfor80
6、.0%ofthetotalwhilesmallerthan1.0bLmcontribute9.0%approximately.Airbornefungiarerecordedwithnormallogarithmdistribution,theparticlesbetween1.0mand6.0maccountfor70.0%whilesmallerthan1.0mcontribute5.0%approximately.Thedistributionofairborneactinomycetearecompletelyoppositetofungi,theparticleslargerthan
7、8.2bLmandsmallerthan1.0bLmaccountfor60.0%whilebetween3.0mand6.0mcontribute10.0%approximately.Moreover,thegranularitydistributionofdominantfungiisconsistentindifferentfunctionalregions.ButCladosporium,PenicilliumandAspergillusaremostcollectedinF3,F4andF5grades(1.06.0m)whileAlternariaandnonsporingmost
8、informerfourgrades(2.0m)ofFAIsampler,contributing85.0%,85.0%,85.0%,90.0%and75.0%ofthetotalrespectively.Thegranularityofformerpresentsnormallogarithmdistributionandlatterskewdistribution.Inthepasttenyears,itisnochangeonthetrendofmicrobialgranularitydistributioninBeijing,butthepeakvaluedeclinesfrom3.0
9、6.0mto2.03.0m.Keywords:airbornebacteria;airbornefungi;particlerange;granularitycharacteristics空气微生物是指空气中细菌,真菌和放线菌等有生命的活体,它主要来源于自然界的土壤,水体,动植物和人类,此外污水处理,动物饲养,发酵过程和农业活动等也是空气微生物的重要来源_1-4.空气中微生物的种类极其丰富,已知存在空气中的细菌及放线菌有 1200 余种,真菌有 40000 余种_5J,其中优势细菌属有芽孢杆菌属(Bacillus),微球菌属(Micrococcus),葡萄球菌属 (StaphylOCOCCUS
10、)和假单胞菌属(Pseudomona)等_6.7;优势真菌属有枝孢菌属(Cladosporium),交链孢属 (Alternaria)和青霉属(Penicillium)等_8.9J.空气中大部分细菌对动物包括人类没有危害,但是也存在一些病原菌,可以在空气中进行繁殖并且能够向周围的环境中扩散,导致人类过敏反应,对免疫力低下的人们造成严重的健康危害_9J.通常许多真菌孢子是通过呼吸道或者伤口进入人体,会对身体造成严重的危害_1.空气中没有微生物生存的基质,空气微生物是以气溶胶的形式存在于空气中,空气中微生物对人类健康的危害除了与微生物的种类和浓度有关外,还与微生物收稿日期:20031230;修订日
11、期:20040301基金项目:中国科学院知识创新工程方向性项目(KZCX3 一 SW 一 424)作者简介:方治国(1977-),男,汉,安徽黄山人,博士研究生,研究方向为生物多样性和微生物生态.*通讯作者:E-mail:zyouyangmail.rcees.ac.crlTel:010 628491912 环境科学 25 卷粒子的大小有关 1.因此测定和研究城市中不同功能区空气微生物的粒谱特征对维持人类的健康和环境污染的治理具有重要的理论和现实意义.虽然 80年代末 90 年代初期,胡庆轩等初步研究了北京西单和丰台空气微生物的粒度分布【12-J,但是在过去10 年里,北京的城市化进程是否会影响
12、到空气微生物的粒度分布以及北京市空气微生物的粒度分布现状需要进一步深入的研究.因此本文旨在全面研究北京夏季空气微生物粒度分布现状,并且进一步分析北京城市化进程中空气微生物粒度的变化状况.1 研究材料和方法1.1 空气微生物取样器采用国产的 Andersen 生物粒子取样器 (FAI)测定.它是模拟人呼吸道的解剖结构和空气动力学生理特征,采用惯性撞击原理设计制造的.该取样器分为 6 级,每级 400 个孔,从 I级孑 L 的直径逐渐减少,空气流量为 28.3L/rain,每一级的空气流速逐次增大,从而把空气中的带菌粒子按大小不同分别捕获在各级的培养皿上.采样器各级的特性如表 1表 1FA.I 取
13、样器各级特征Table1CharacteristicsofFAI1)ECD 表不有效截留粒子粒径(representsEffectiveCutDiameter)1.2 采样平皿和介质采样平皿用 9cm 的玻璃平皿,灭菌后在无菌的条件下加入 20mL 的培养基,采样器各层的的孔眼至采样面的距离(即撞击距离)为 2mm.空气细菌采用普通营养琼脂培养基,真菌用沙氏培养基,放线菌用高氏一号培养基,每 300mL 培养基中外加 1mL3%的重铬酸钾溶液.1.3 培养方法采集的细菌样品在 37培养箱内培养 48h,真菌样品在 25培养箱内培养 72h,放线菌样品在25培养箱内培养 120h,分别在各级采样
14、皿上进行菌落记数.根据各级空气微生物的粒子数量,计算空气微生物的粒度分布,得出粒度分布特征.1.4 采样时间和地点在北京选取 3 个不同的功能区:文教区(CultureandEducationRegion,CER),交通污染区(TrafficContaminantRegion,TCR)和公园绿地 (GardenGreenbelt,GGB)于 200306200308 取样,3 个地点分别选取在中国科学院生态环境研究中心,西直门立交桥和植物园.中科院生态环境研究中心是研究机构,内有少量树木和绿地,人员走动较少;西直门是北京市严重交通污染区,车辆和行人很多,每min 通过的车辆有 200 多次,行
15、人 50 多次;植物园绿化很好,内有大量的树木和花草,平时几乎没有车辆和行人通过,是环境非常洁净的地方.在这 3 个地点同时进行取样,每月连续取样 3d,每天分别在09:00,13:00 和 17:00 取样 3 次,每次 3 个重复.采样高度距离地面 1.5m 处.1.5 统计分析本研究数据分析和图表绘制用 SPSSVersion10.0 和 MicrosoftExcel2000 进行.2 结果分析2.1 空气细菌粒度分布特征(1)不同功能区空气细菌粒度分布不同功能区空气细菌粒度分布没有明显的差异(P=0.469),文教区,交通污染区和公园绿地空气细菌粒度分布趋势基本一致,呈偏态分布(图 1
16、).空气细菌粒子主要分布在前 4 级(大于 2.0 肚 m),约占总数的80.0%,小于 2.0t.tm 的细菌粒子约占 20.0%.文教区,交通污染区和公园绿地大于 2.0t.tm 细菌粒子分别占总数的 78.75%,81.22%和 76.58%,小于1.0t.tm 的粒子最少分别占总数的 9.02%,8.78%和 7.29%.文教区和交通污染区粒径在 3.06.0t.tm 的粒子最多,分别占总数的 22.34%和 25.78%,公园绿地粒径大于 8.2t.tm 粒子最多,占总数的27.76%.(2)不同时间空气细菌粒度分布不同时间空气细菌粒度分布没有明显的差异(P=1.00),09:00,
17、13:00 和 17:00 空气细菌的粒度分布趋势基本一致,呈偏态分布(图 2).与不同功能区空气细菌粒度分布相同,主要分布在前 4 级(大于 2.0m).09:00,13:00 和 17:00 大于 2.0t.tm 的粒子分别占总数的 79.90%,79.86%和 78.32%,小于 1.0 肚 m粒子最少,分别占总数的 6.42%,9.17%和 10.0%.09:00 时大于 8.2m 的粒子最多,占总数的23.90%;13:00 和 17:00 时粒径在 3.06.0“m 的粒子最多,分别占总数的 24.94%和 23.83%.2.2 空气真菌粒度分布特征(1)不同功能区空气真菌粒度分布
18、不同功能6 期环境科学 3CERTCRGGB功能区(ftmetiomairegions)图 1 不同功能区空气细菌粒度分布Fig.1Granularitydistributionofairbornebacteriaindifferentfunctionalregions13:0017:00t,orc1oek图 2 不同时间空气细菌粒度分布Fig.2Granularitydistributionofairbornebacteriaindifferenttime区空气真菌粒度分布没有明显的差异(P=1.00),文教区,交通污染区和公园绿地空气真菌的粒度分布趋势基本一致,呈对数正态分布(图 3).空
19、气真菌主要分布在 F3,F4 和 F5 级(1.06.0m)中,约占总数的 70.0%,其它粒子约占 30.0%.文教区,交通污染区和公园绿地 1.06.0m 的粒子分别占总数的 70.10%,74.0%和 70.13%,其中 2.03.5ptm 的粒子最多,分别占总数的 36.0%,42.0%和32.83%,小于 1.0ptm 的粒子最少,分别占总数的4.92%,2.32%和 5.13%.图 3 不同功能区空气真菌粒度分布Fig.3Granularitydistributionofairbornefungiindifferentfunctionalregions(2)不同时间空气真菌粒度分布
20、不同时间空气真菌粒度分布没有明显的差异(P=1.00),09:00时,13:00 时和 17:00 空气真菌的粒度分布趋势基本一致,呈对数正态分布(图 4).与不同功能区空气真菌的粒度分布相同,主要分布在 F3,F4 和 F5 级(1.06.0 肚 m)中.09:00 时,13:00 时和 17:00 时1.06.0m 的粒子分别占总数的 70.61%,68.66%和 74.39%.其中 2.03.5ptm 的粒子最多,分别占总数的 35.83%,34.80%和 40.96%,小于 1.0m 粒子最少,分别占总数的 5.58%,4.05%和 2.95%.幂耄制弓圈 4 不同时间空气翼菌粒度分布
21、Fig.4Granularitydistributionofairbornefungiindifferenttime(3)优势真菌属粒度分布不同功能区优势真菌粒度分布规律基本一致(图 5).枝孢属,青霉属和曲霉属粒度主要分布在 F3,F4 和 F5 级(1.06.0m)中,约占总数的 85.0%,呈对数正态分布 .而交链孢属和无孢菌主要分布在前 4 级(大于 2.0m),分别约占总数的 90.0%和 75.0%,呈偏态分布.文教区,交通污染区和公园绿地枝孢属粒径在1.06.0ptm 之间分别占总数的 75.76%,85.68%和 89.54%;青霉属分别占 83.41%,88.61%和75.5
22、3%;曲霉属分别占 76.46%,93.22%和86.67%.文教区,交通污染区和公园绿地交链孢属大于 2.0ptm 的粒子分别占总数的 82.99%,90.61%和 93.20%;无孢菌分别占 74.80%,75.84%和 71.65%.2.3 空气放线菌粒度分布特征(1)不同功能区空气放线菌粒度分布不同功能区空气放线菌粒度分布趋势基本保持一致(P=1.00),主要分布在 F1,F5 和 F6 级(大于 8.2 肚 m 和小于 1.0ptm)中,约占总数的 60%,F3,F4 和 F5 级中较少(图 6),其粒度分布状况与正态分布恰好相反.文教区,交通污染区和公园绿地 3.06.0m的粒子最
23、少,分别占总数的 9.46%,8.62%和1.67%,文教区小于 1.0m 的粒子最多,占总数的加 50【|冒 3 譬鳘基鬯言 o 目.Iq 毛弓薯 IlI 目 J.一静求世翼粗暴 r 制:250【|al 譬 0 口 8qJ.,o 目.翟 Iq 薯弓薯 Ill 冒 JD 一姆求世翼粗暴 r 制4 环境科学 25 卷26.07%,交通污染区和公园绿地 1.02.0m 的粒子最多,分别占总数的 26.90%和 49.60%.五翟五翟五翟从上至下分别为文教区(生态中心),交通污染区(西直门)和公园绿地(植物园 ).Cultureandeducationarea(Eco-EnvironmentalCe
24、n.ter),trafficcontaminationarea(Xizhimen)andgardengreenbelt(Beijingvivarium)respectivelyfromuptodown.图 5 不同功能区优势真菌属粒度分布Fig.5Granularitydistributionofdominantfungiindifferentfunctionalregions图 6 不同功能区空气放线菌粒度分布Fig.6Granularitydistributionofairborneactlnomyceteindifferentfunetlonalregions(2)不同时间空气放线菌粒度
25、分布不同时间空气放线菌粒度分布基本一致(P=1.00), 与其空间分布相同,主要分布在 F1,F5 和 F6 级(大于 8.2m 和小于 1.0m)中,约占总数的 60%,F3,F4 和F5 级中较少(图 7).09:00,13:00 和 17:00 时粒径在 3.06.0m 的粒子最少,分别占总数的11.27%.5.58%和 5.48%.09:00 和 13:00 时 1.02.0m 的粒子最多,分别占总数的 27.40%,31.20%;17:00 时大于 8.2m 的粒子最多,占总数的 25.22%.图 7 不同时间空气放线菌粒度分布Fig.7Granularitydistribution
26、ofairborneactinomyceteindifferenttime3 讨论空气细菌,空气真菌和空气放线菌粒度的变化趋势不随着时间和空间的变化而变化.无论在不同的功能区还是在不同的时间段,空气细菌呈偏态分布,大于 2.0m 的粒子占绝大部分,可能是因为空气细菌大多是附着在尘埃粒子上,由于重力的作用,在近地面大粒子较多,而小粒子则飘浮在高空;空气真菌呈对数正态分布,1.06.0m 的粒子占绝大多数,可能是因为真菌孢子大多是单独浮游在空气中,1.06.0m 恰好浮游在近地面的人群呼吸带,而其它的粒子由于各种不同的作用沉于地面或者飘浮于高空;而空气放线菌的粒度分布与正态分布恰好相反,两边的粒子较多,中间的粒子较少.这与李能树和胡庆轩等的研究结果一致,李能树在研究合肥市空气微生物粒度分布时也发现真菌粒子呈对数正态分布【12,15.胡庆轩在研究北京西单,丰台和天
