（环境科学专业论文）青岛近海地区生物气溶胶季节分布特征研究.pdf

青岛近海地区生物气溶胶季节分布特征研究 学位论文完成日期： 】, 0 1 0 晔 指导教师签字：红垄空 答辩委员会成员签字： 乒， 盘竺【兰 1 赫阑广 布旷 - 。 ，、- 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：徐爻颤签字日期：2 口，o 年6 月，7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 彖炙岳 签字日期：o f 。年6 月i 7 日 刷磁氟斤 ，7 签字日期：纠。年f 月f 1 日 青岛近海地区生物气溶胶季节分布特征研究 两斐 生物气溶胶是大气气溶胶的重要组成成分，具有环境效应、人体健康效应和 气候效应。研究青岛近海生物气溶胶的季节分布特征对于了解沿海生物气溶胶的 特性及其环境效应具有重要意义。本文使用安德森六级生物采样器连续采集了青 岛近海2 0 0 7 年9 月2 0 0 8 年8 月及2 0 0 9 年7 月2 0 1 0 年2 月大气生物气溶胶中“可 培养”类微生物( 包括陆源细菌、海源细菌、陆源真菌和海源真菌) 样品，还采集 了青岛近海2 0 0 9 年6 月- 2 0 1 0 年2 月生物气溶胶中总微生物( 包括“可培养”和“非 可培养”类) 样品，测定了不同粒径“可培养”类微生物及总微生物浓度，得到了青 岛近海生物气溶胶的基本组成特征，分析了生物气溶胶中“可培养”类微生物及总 微生物的季节和粒径分布特征，并初步探讨了沙尘对生物气溶胶中“可培养”类 微生物的影响。 2 0 0 9 年7 月- 2 0 1 0 年2 月青岛近海生物气溶胶中“非可培养”类微生物平均占 总微生物的9 9 2 4 ；“可培养”类微生物平均仅占总微生物的0 7 6 ；青岛近海真 菌对总菌的贡献高于细菌，海源菌对总菌的贡献远高于陆源菌，其中海源细菌的 贡献高于陆源细菌，海源真菌的贡献高于陆源真菌，可见青岛近海生物气溶胶的 组成明显受到了海洋的影响。沙尘样品中陆海源真菌、总真菌及海源菌占总菌 的比例高于非沙尘样品。 青岛近海生物气溶胶中总微生物、“可培养”类微生物( 包括陆海源细菌、陆 海源真菌、陆源菌、海源菌、总细菌、总真菌和总菌) 浓度具有明显的月变化和 季节变化特征。2 0 0 9 年6 月2 0 1 0 年2 月青岛近海鱼山、崂山采样点总微生物浓 度月变化范围分别为8 1 1x1 0 41 8 8 1 0 5c f u m 3 ， 8 5 2x1 0 41 7 6 1 0 5 c f u m 3 ：二个采样点总微生物浓度季节变化为秋季最高，夏季次之，冬季最低。 2 0 0 7 年9 月- 2 0 0 8 年8 月鱼山采样点陆源和海源细菌的月均浓度最高值出现在 2 0 0 8 年4 月，最低值出现在2 0 0 8 年5 月，陆源和海源真菌最高值出现在2 0 0 7 年9 月，最低值出现在2 0 0 8 年2 月；“可培养类”微生物季节平均浓度都是春、 秋季较高，夏、冬季较低。2 0 0 9 年7 月2 0 1 0 年2 月青岛近海两个采样点陆源和 海源细菌最高值都出现在2 0 0 9 年1 2 月，陆源真菌在2 0 0 9 年1 0 月未检出，海源 真菌在2 0 0 9 年1 0 月出现最高值；两个采样点陆源和海源细菌平均浓度都是冬季 最高，秋季次之，夏季最低，海源真菌则是秋季最高，夏季次之，冬季最低：陆 源真菌平均浓度在鱼山采样点冬季最高，夏季次之，秋季最低，而崂山采样点则 是夏季最高，秋季次之，冬季最低。 2 0 0 9 年6 月一2 0 1 0 年2 月青岛近海总微生物粒径分布呈现对数正态分布；总 微牛物在3 3 4 7 岬粒级上所占比例高于其它粒级，在o 6 5 1 1 岬粒级上所占 比例最低；总微生物粒子主要存在于粗粒子中，平均高于7 0 。2 0 0 7 年9 月- 2 0 0 8 年8 月及2 0 0 9 年7 月- 2 0 1 0 年2 月青岛近海陆源及海源细菌粒径分布基本上都 呈现偏态分布，陆源及海源真菌粒径基本上都呈现对数正态分布；陆源及海源细 菌的最高比例均出现在 7 0g m 粒级上，最低比例出现在o 6 5 1 1g m 粒级上， 陆源及海源真菌在2 1 3 3 “m 粒级上比例最高，在o 6 5 1 1 肛m 粒级上比例最低。 陆源及海源细菌、陆源及海源真菌都主要存在于粗粒子( 2 1p m ) ，平均占到8 0 以上。 2 0 0 8 年春季沙尘样品中陆源和海源细菌及陆源和海源真菌浓度分别是非沙 尘样品的5 4 倍、4 8 倍、6 8 倍和8 1 倍。沙尘与非沙尘样品的粒径分布相似， 但沙尘样品中陆源细菌和海源细菌粒子在 7 0 “m 和o 6 5 1 1g m 粒级上所占比 例均高于非沙尘样品，沙尘样品中陆源真菌粒子在 3 3p m 和0 6 5 1 1g m 粒级 上所占比例高于非沙尘样品，而海源真菌粒子在3 3 7 0g m 粒级上所占比例高 于非沙尘样品。 关键词：生物气溶胶；微生物；季节分布；青岛；沙尘 l l s e a s o n aidis trib u tio no fbio a er o s oi int h e0in g d a oc o a s t ai r e g io n a b s t r a c t b i o a e r o s o l sa r eas i g n i f i c a n ts u b g r o u po fa t m o s p h e r i ca e r o s o l sa n di th a sg r e a t i m p a c to ne n v i r o n m e n t ，h u m a nh e a l t h ，g l o b a lc l i m a t ea n da t m o s p h e r i cp r o c e s s i ti s v e r yi m p o r t a n tt os t u d yt h ed i s t r i b u t i o no fb i o a e r o s o l si nt h eq i n g d a oc o a s t a lr e g i o n t ok n o wt h ec o m p o s i t i o na n de n v i r o n m e n t a le f f e c to fb i o a e r o s o l so v e rt h es e a b i o a e r o s o ls a m p l e sw e r ec o l l e c t e db ys i x s t a g ea n d e r s e ns a m p l e rf r o ms e p t 2 0 0 7t o a u g 2 0 0 8a n df r o mj u n 2 0 0 9t of e b 2 010i nt h eq i n g d a oc o a s t a lr e g i o n t h e c o n c e n t r a t i o n so fc u l t u r a b l em i c r o b e ( i n c l u d i n gt e r r i g e n o u s m a r i n eb a c t e r i aa n df u n g i ) a n d t o t a lm i c r o b e ( i n c l u d i n g c u l t u r a b l em i c r o b e a n d n o n - c u l t u r a b l em i c r o b e ) i nd i f f e r e n t p a r t i c l es i z e sw e r ea n a l y z e d t h ec o m p o s i t i o n ，s e a s o n a la n ds i z e d i s t r i b u t i o no f b i o a e r o s o l si nt h eq i n g d a oc o a s t a lr e g i o nw e r ed i s c u s s e d a n dt h ei m p a c to fd u s to n m i c r o b i a ld i s t r i b u t i o no fb i o a e r o s o l sw e r ea l s od i s c u s s e d t h er e s u l t ss h o w e dt l l a tt h em o n t h l ya v e r a g ep r o p o r t i o no fn o n c u l t u r a b l em i c r o b et ot o t a l m i c r o b ew a s9 9 2 4 o na v e r a g ef r o mj u n 2 0 0 9t of e b 2 010i nt h eq i n g d a oc o a t a l r e g i o n ，w h i l ec u l t u r a b l em i c r o b ea c c o u n t e df o ro n l y0 7 6 c u l t u r a b l ef u n g ic o n t r i b u t e dm o r et o t o t a lc u l t u r a b l em i c r o b et h a nc u l t u r a b l eb a c t e r i aw h i l em a r i n em i c r o b ec o n t r i b u t e dm o r et ot o t a l c u l t u r a b l em i c r o b et h a nt e r r i g e n o u sm i c r o b e a n d m a r i n eb a c t e r i a f u n # c o n t r i b u t e dm o r et ot o t a l c u l t u r a b l em i c r o b et h a nt e r r i g e n o u so n e s t e r r i g e n o u s m a r i n ef u n g i ，t o t a lc u l t u r a b l ef u n g ia n d t o t a lm a r i n em i c r o b eo fs a m p l e sc o l l e c t e du n d e rd u s tw e a t h e rc o n t r i b u t e dm o r et ot o t a lc u l t u r a b l e m i c r o b et h a nn o n d u s ts a m p l e s t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so ft o t a lm i c r o b ea n dc u l t u r a b l em i c r o b e ( i n c l u d i n g t e r r i g e n o u s m a r i n eb a c t e r i a , t e r r i g e n o u s m a r i n ef u n g i ，t o t a lt e r r i g e n o u sm i c r o b e ，t o t a lm a r i n e m i c r o b e ，t o t a lb a c t e r i a ，t o t a lf u n g ia n dt o t a lc u l t u r a b l em i c r o b e ) h a do b v i o u sv a r i a t i o n si n m o n t h sa n ds e a s o n s f r o mj u n 2 0 0 9t of e b 2 010a ty u s h a na n dl a o s h a ns a m p l i n g s i t eo fi nq i n g d a o ，t h em o n t h l ya v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so ft o t a lm i c r o b ew e r ei nt h er a n g e s o f 8 1 1 1 0 4 4 1 8 8 1 0 5c f u m 3a n d8 5 2 1 0 4 1 7 6 x1 0 5c f u m 3r e s p e c t i v e l y ，a n d t h es e a s o n a la v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so ft o t a lm i c r o b ew e r eh i g h e s ti nt h ef a l l ，h i g h e ri nt h es u m m e r ， i i i h i g h e rt h a n7 0 d u r i n gt h es a m p l i n gp e r i o d ，p a r t i c l es i z eo ft e r r i g e n o u s m a r i n eb a c t e r i a s h o w e das k e wd i s t r i b u t i o n ，w i t ht h eh i g h e s tp r o p o r t i o no fp a r t i c l e sl a r g e rt h a n7 0i x mt ot o t a l o n e sa n dt h el o w e s to n eo ft h a ti n0 6 5 - 1 1i - t mf o rt e r r i g e n o u s m a r i n eb a c t e r i a a n dt h ep a r t i c l e s i z eo ft e r r i g e n o u s m a r i n ef u n g ip r e s e n t e dal o g n o r m a ld i s t r i b u t i o nw i t ht h eh i g h e s tr a t i oo f p a r t i c l e si n2 1 - 3 3p mt ot o t a lp a r t i c l e sa n dt h el o w e s to n eo f t h a ti n0 6 5 1 1 mf o rt e r r i g e n o u s m a r i n ef u n g i t h ec u l t u r a b l em i c r o b em a i n l ye x i s t e di nc o a r s ep a r t i c l e sl a r g e rt h a n2 1 肛ma n d t h ec o a r s em o d ec o n t r i b u t e dm o r et h a n8 0 f o rt o t a lp a r t i c l e s t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so ft e r r i g e n o u s m a r i n eb a c t e r i aa n dt e r r i g e n o u s m a r i n ef u n g io f s a m p l e su n d e rd u s tw e a t h e rw e r e4 4 ，3 8 ，5 8a n d7 1t i m e st h a tn o n d u s ts a m p l e si nt h es p r i n g 2 0 0 8 t h ep a r t i c l es i z eo ft e r r i g e n o u s m a r i n eb a c t e r i ao fs a m p l e sc o l l e c t e du n d e rd u s tw e a t h e r s h o w e dt h es i m i l a rd i s t r i b u t i o nt ot h a to fn o n - d u s ts a m p l e s ，b u tt h ep r o p o r t i o no f p a r t i c l e sw i t hd i a m e t e ro f 7 0k t ma n d0 6 5 - 1 1i x mw e r eh i g h e rf o rd u s ts a m p l e st h a nt h a tf o r t v n o n - d u s ts a m p l e t t h a n3 3 “ma n di n d u s tw e a t h e l h a dh i n o n - d u s ts a m p l e s k e y w o r d s ：b i o a e r o s o l ，m i c r o b e ，s e a s o n a ld i s t r i b u t i o n ，q i n g d a o ，d u s t v 目录 0 前言1 l 绪论2 1 1 生物气溶胶的来源、种类及粒径3 1 2 生物气溶胶的采样和检测3 1 3 生物气溶胶的分布特征5 1 3 1 生物气溶胶的浓度分布特征5 1 3 2 生物气溶胶的粒径分布研究8 1 4 生物气溶胶的影响因素9 1 4 1 温度和相对湿度对生物气溶胶的影响9 1 4 2 风对生物气溶胶的影响1 0 1 4 3 雨、雪、雾对生物气溶胶的影响1 0 1 4 4 太阳辐射对生物气溶胶的影响1 1 1 5 论文的研究内容和目标1 l 2 研究材料和方法1 2 2 1 研究地点概况1 2 2 2 材料和方法l3 2 2 1 空气微生物采样器13 2 2 2 采样时间13 2 2 3 采集方法14 2 2 3 1 平皿法用于测定“可培养”类微生物1 4 2 2 3 2 滤膜法用于测定总微生物1 4 2 2 4 计算方法一15 2 2 5 统计分析16 3 实验条件优化1 6 3 1 振荡时间和振荡转速的确定1 6 3 2 采样时间的确定1 7 3 3 采样时间段的确定1 8 3 4 优化实验条件的确定1 9 4 青岛近海生物气溶胶的组成特征1 9 4 1 青岛近海生物气溶胶的组成特征1 9 4 1 1 青岛近海总微生物( “可培养”类和“非可培养”类) 组成特征1 9 4 1 2 青岛近海“可培养”类微生物的月组成特征2 0 4 1 3 青岛近海“可培养”类生物气溶胶的季节组成特征2 4 4 22 0 0 8 年4 5 月青岛近海沙尘与非沙尘样品生物气溶胶的组成特征2 7 4 3 本章小结2 8 5 青岛近海生物气溶胶中总微生物( 包括“可培养”与“非可培养 类) 分布特征2 9 5 1 青岛近海牛物气溶胶中总微生物( 包括“可培养”与“非可培养”类) 浓度的变 化特征3 0 5 1 1 青岛近海生物气溶胶中总微生物( 包括“可培养”与“非可培养”类) 浓度 的月际变化特征3 0 5 1 2 青岛近海生物气溶胶中总微生物浓度季节变化特征。3 l 5 2 青岛近海生物气溶胶中总微生物粒径分布特征3 2 5 2 1 青岛近海生物气溶胶中总微生物月际粒径分布特征3 2 5 2 2 青岛近海生物气溶胶中总微生物粒径季节分布特征3 3 5 3 本章小结3 4 6 青岛近海生物气溶胶中“可培养 类微生物浓度变化特征3 5 6 1 青岛近海生物气溶胶中“可培养”类微生物浓度月际变化特征3 5 6 1 1 青岛近海生物气溶胶中可培养细菌浓度的月际变化特征3 5 6 1 2 青岛近海生物气溶胶中可培养真菌浓度的月际变化特征3 8 6 1 3 青岛近海生物气溶胶中总“可培养”微生物浓度的月际变化特征4 0 6 2 青岛近海生物气溶胶中“可培养”类微生物浓度的季节变化特征4 3 6 2 1 占岛近海生物气溶胶中可培养细菌浓度的季节变化特征4 3 6 2 2 青岛近海生物气溶胶中可培养真菌浓度的季节变化特征4 5 6 2 3 青岛近海生物气溶胶中总“可培养”微生物浓度的季节变化特征4 6 6 3 优势菌种鉴定4 8 6 4 本章小结4 9 7 青岛近海生物气溶胶中“可培养 类微生物粒径分布特征5 0 7 1 青岛近海生物气溶胶中“可培养”类微生物粒径月际分布特征5 0 7 1 1 青岛近海生物气溶胶中可培养细菌粒径月际分布特征5 0 7 1 2 青岛近海生物气溶胶中可培养真菌粒径月际分布特征5 4 7 2 青岛近海生物气溶胶中“可培养”类微生物粒径季节分布特征5 7 7 2 1 青岛近海生物气溶胶中可培养细菌粒径季节分布特征5 7 7 2 2 青岛近海生物气溶胶中可培养真菌粒径季节分布特征6 1 7 3 本章小结：6 4 8 青岛近海春季沙尘样品与非沙尘样品中微生物分布特征6 4 8 1 青岛近海春季沙尘与非沙尘生物气溶胶样品中可培养微生物浓度的变化特 征6 4 8 1 1 青岛近海春季沙尘与非沙尘生物气溶胶样品中可培养细菌浓度的变化 2 特 i e 6 5 8 1 2 青岛近海春季沙尘与非沙尘生物气溶胶样品中可培养真菌浓度的变化 率芋缸e 6 5 8 1 3 青岛近海春季沙尘与非沙尘生物气溶胶样品中总“可培养”微牛物浓度 的变化特征6 6 8 2 青岛近海春季沙尘与非沙尘生物气溶胶样品中“可培养”微牛物粒径分布特 征6 7 8 2 1 青岛近海春季沙尘与非沙尘生物气溶胶样品中可培养细菌粒径分布特 征6 7 8 2 2 青岛近海春季沙尘与非沙尘生物气溶胶样品中可培养真菌粒径分布特 征6 8 8 3 本章小结7 0 9 结论7 1 参考文献：7 4 致谢8 3 青岛近海地区生物气溶胶季节分布特征研究 o 前言 生物气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分，包括大气中的细菌、真菌、病毒、 尘螨、花粉、孢子和动植物碎裂分解体等具有生命活性的微小粒子【1 ，2 ，3 】；这些 粒子通常附着在大气中的非生物颗粒上，例如细菌等微生物，也有一些可以单独 悬浮于空气中，例如粒径很大的花粉颗粒。生物气溶胶粒子的粒径范围很宽，可 以从1 0 一1 0 2 岬1 4 】。生物气溶胶种类繁多，但无固定的微生物种类，主要来源于 土壤、水体、动物、植物和人为活动【5 ，6 】。研究7 1 显示，生物气溶胶在大气中的数 浓度相当高，通常维持在大气气溶胶数浓度的3 0 左右【引。与非生物气溶胶相比， 生物气溶胶的质量浓度一般很小，不过有些地区生物气溶胶在总体气溶胶质量浓 度中占有相当高的比例，例如，在热带就可以占到5 5 9 5 9 , l o 。空气并不是生 物气溶胶中微生物的良好生境，但微生物在适宜条件下可直接在大气中繁殖也可 在沉降基质上繁殖。微生物能产生各种休眠体，可在空气中存活相当长的时期而 不致死亡，并可借助空气介质扩散和传输，引发人类的急、慢性疾病及动植物疾 病，诸如传染病、过敏症及动植物疾病的流行传播 1 1 , 1 2 。微生物对人体健康的危 害与微生物的粒径、种类和浓度都有很大关系【l3 1 。生物气溶胶除了引起人体健 康效应外，生物气溶胶还可以作为冰核( 1 e en u c l e i ，i n ) 和云凝结核( c l o u d c o n d e n s a t i o nn u c l e i ，c c n ) 1 4 ，l5 1 ，导致云滴和冰晶的形成，从而间接影响全球气 候变化【1 6 】，并且对大气化学和大气物理过程有着潜在的重要影响。因此研究生 物气溶胶的基本性质、分布、来源、致病机理和环境效应是非常必要的。 近几十年来，空气中的微生物成分、数量逐渐增多，主要是人类活动引起的， 例如各种生物杀虫剂、微生物处理城市污水等1 7 , 1 8 。生物气溶胶是城市生态系统 的重要组成部分，而且是重要的空气污染因子之一。近些年来，国外比较重视这 方面的污染问题，但目前制定的空气质量指数和污染物暴露水平主要是以化合物 和颗粒物来定义的，有关生物气溶胶的允许暴露水平和相关规定非常缺乏。为了 更全面、系统地评价空气质量、保障人体健康，制定出生物气溶胶的允许暴露水 平是非常必要的，这有待于对空气中生物气溶胶的深入研究。鉴于生物气溶胶的 人体健康效应、气候效应及对大气化学和物理过程有着潜在的重要影响，相关研 青岛近海地区生物气溶胶季节分布特征研究 究己成为国内外研究的热点，且取得了相当大的进展。当前国际上关于生物气溶 胶的研究更多侧重于其健康效应，从空气污染和环境评价及生态环境角度来研究 其环境效应是相对缺乏的，生物气溶胶的气候效应更是鲜有问津。不过这些年来， 生物气溶胶的研究已进入一个全新阶段。研究从室内环境向室外环境、区域环境、 全球环境发展；由原来生物气溶胶的健康效应向环境效应、气候效应扩展，表明 生物气溶胶的研究内容越来越广泛深入。 目前国内外对不同地区生物气溶胶的分布特征都开展了相应的研究，发现不 同类型的生物气溶胶在大气中具有不同的浓度和时空分布模式。生物气溶胶的分 布特征以及气象因素对其浓度影响的研究在国内外越来越得到重视，但当前生物 气溶胶中对微生物的研究较多集中于可培养微生物，而可培养微生物只是其中很 小的一部分，要全面了解空气中中微生物的组成和浓度，更好地评价空气环境质 量，需要不断地探索和开发新的检测方法。生物气溶胶作为一门新兴的交叉学科， 涉及大气、生物、环境等多种学科，与各个领域都有密切关系。为进一步准确地 评价生物气溶胶对大气环境的影响，研究人员应该开发高效、快速的分析技术， 将现代分子生物学技术与传统的微生物学技术相结合进行深入的研究。另外，沿 海上空受到陆地与海洋的双重影响，生物气溶胶具有独特的性质，但是相关信息 却很缺乏。青岛位于黄海之滨，既有陆源又有海源生物气溶胶的输入，探索微生 物浓度分析方法，了解沿海生物气溶胶组成特征和分布特征及其对大气环境和人 体健康的影响具有重要意义。 1 绪论 生物气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分( 具有生命活性) ，包括空气中的细 菌、真菌、病毒、尘螨、花粉、孢子和动植物碎裂分解体等具有生命活性的微小 粒子【3 5 1 9 j 。生物气溶胶与自然生态平衡及许多生命现象直接相关，在自然界的 物质循环中起着非常重要的作用2 0 。1 1 。大气中的细菌、真菌等生物气溶胶粒子广 泛地存在于空气底层，并能在空气中扩散和传播，引发动植物疾病等、人类急慢 性疾病，如呼吸道感染、哮喘、气喘、皮肤过敏、慢性肺部疾病和心血管疾病等 2 2 - 2 5 】，严重威胁人类的身体健康，并且还影响空气质量。此外，生物气溶胶还 青岛近海地区生物气溶胶季节分布特征研究 会间接影响全球气候变化，并对大气化学和物理过程有着潜在的重要影响。因此 目前关于生物气溶胶的研究越来越受到人们的关注，当前也是国际研究的热点问 题之一。 1 1 生物气溶胶的来源、种类及粒径 生物气溶胶种类繁多，组成复杂，可以分为陆源和海源两种。陆源生物气溶 胶主要来自自然源和人为源，自然源包括土壤、地面尘土、植物花粉、孢子和江、 河、湖、库等水体表面吹起的小水滴等，人为源包括污水处理、动植物饲养、发 酵过程和农业活动等；海源生物气溶胶来自海洋，主要是通过海洋表面的风、浪 作用使海水泡沫不断地飞溅进入空气中，然后在空气流的带动下进行扩散 2 6 1 。 生物气溶胶的种类、浓度和粒径都会随地理位置、天气条件的变化而有很大的变 化。生物气溶胶包括“可培养”和“不可培养”两类，其中可培养部分主要是指细 菌、真菌等可以在培养基生长的微生物，“不可培养”部分主要包括花粉、动植物 碎片等生物大分子物质及其在环境中存活但无法培养的微生物( v i a b l eb u t n o n c u l t u r a b l e ，v b n c ) 。生物气溶胶粒子的粒径范围很宽【2 7 】，从1 0 一1 0 2l a m 。其 中，风媒传粉的植物花粉2 8 】为1 7 5 8 岬，细菌【2 9 1 为0 2 5 8 岬，真菌孢子为 l 3 0 岬，病毒的直径【3 0 】贝0 小于0 3 岬。 1 2 生物气溶胶的采样和检测 生物气溶胶研究的首要问题是采样，其次则是检测。采样技术及检测方法在 很大程度上影响生物气溶胶浓度准确的测定。 在生物气溶胶的研究初期，普遍采用的是培养基法。法国科学家巴斯德1 8 6 1 年第一次采集到并培养出了空气中的微生物，开辟了空气微生物采样的新领域 【3 l 】。巴斯德采用的是液体培养基，将一定体积的液体放走，采集相同体积的空 气标本，再进行微生物培养并通过显微镜进行简单的观察，但无法进行分离鉴定。 柯赫【3 2 】在1 8 8 1 年发明了固体培养基后，采样技术就由液体培养基法过渡到固体 培养基法，称为自然沉降法。自然沉降法属于被动取样，因为采样条件难以控制， 微生物粒子的漂移、扩散和沉降受到许多气体动力学的干扰，所以造成的误差也 青岛近海地区生物气溶胶季节分布特征研究 很大眦3 4 ，3 5 1 。此种方法国外采用的很少，但国内对空气细菌和真菌的研究采用 此种方法较多。随着科研越来越受到重视，科学技术有了很大进步，各种生物采 样器渐渐开发出来，主要的技术是先从大气中将微生物分离出来，然后将样品在 实验室进行分析，目前此类技术的生物采样器的种类包括：单级或多级撞击式采 样器、离心式采样器、液体冲击式采样器、过滤式采样器等，但目前并没有生物 气溶胶户外监测的标准方法【3 6 1 。大多数采样器可以将微生物直接采集在琼脂介 质上，便于采样后在合适条件下进行培养，再确定微生物群落。用此类方法测定 的可培养细菌和真菌的浓度以每立方米空气中群落形成单元( c o l o n yf o r m i n g u n i t s ，c f u m 3 ) 表示。 现有的大多数采样技术提供的都是“可培养类”生物气溶胶的相关信息，这些 只占到生物气溶胶总体中- - d , 部分，还不到1 1 s 7 , a s 。近年来，研究人员为了尽 量减少采集生物气溶胶样品过程中的误差和活性损失，开发了一些具有应用前景 的在线采集及监测技术【3 9 4 0 , 4 1 1 。在线采集监测技术可以连续分析生物气溶胶粒 子，较为完整地得到微生物粒子的原始信息。如l a u c k s 等【4 2 1 研究提出运用自动 拉曼光谱化学表征来划分生物气溶胶的方法，并且同时测定了不同花粉颗粒的空 气动力学粒径和密度；a n g e l o 掣4 3 1 研究开发了从大气中快速收集、监测生物物 质的制备测定技术，并运用多元统计分析模型预测了未知测试样品中细菌种类的 分类；h a i r s t o n 等【4 4 】开发了测量单个生物气溶胶粒子的仪器，主要是根据粒子的 空气动力学粒径、特征激发和发射荧光波长来测量，该仪器具有空气动力学粒径 分级装置，可以实时测定生物气溶胶粒子的分布特征，尤其是空气动力学粒径在 0 5 到1 0p m 之间的粒子。 由上可见，虽然目前开发了一些有应用前景的测定生物气溶胶的先进技术， 可这些技术所i i i i 定的生物气溶胶的粒径范围是有限的，能够准确测定较宽粒径 范围内的生物气溶胶的方法仍有待开发。 目前国际上并没有规定对生物气溶胶户j l - t i 测的标准方法，使用较早、应用 较广泛的是安德森( a n d e r s e n ) 生物粒子采样器，安德森生物粒子采样器主要分为 二种：二级和六级采样器，其中a n d e r s e n 六级生物粒子采样器被国际上称为“标 准生物采样器”，不仅能反映大气中活性粒子数量和测定其粒径范围，最为重要 4 青岛近海地区生物气溶胶季节分布特征研究 的是能在很大程度上保持微生物的活性。采样器的第一级采集空气中大于7 0u m 不能进入肺部的非可吸入粒子上携带的活细菌和真菌微生物，第二至第六级则采 集可吸入粒子上的微生物，从各级收集到微生物的数量，就可以了解这些微生物 进入呼吸系统后的分布状态。 1 3 生物气溶胶的分布特征 生物气溶胶是大气气溶胶中有生命活性的部分，也是气溶胶数浓度和质量浓 度中的重要部分。生物气溶胶的分布及性质对大气过程、气溶胶粒子的转化、流 行疾病的传播有着重要影响。生物气溶胶粒子在空气中的存活、沉降和传输等行 为与它们的粒径、密度和形状密切相关。不同粒径生物气溶胶粒子的沉降机制不 同，具有不同的沉降速率。生物气溶胶的粒径也将影响生物气溶胶粒子进入大气 的可能性，同样大气中生物粒子的生存能力也会影响其粒径大小。生物气溶胶颗 粒与环境的相互作用取决于颗粒的表面积，而生物气溶胶中的微生物对伤害的忍 受力主要与其体积有关，表明小颗粒更容易对环境损害敏感【4 5 1 。因此，研究生 物气溶胶的粒径分布特征对于了解生物气溶胶的传输、迁移、转化及其沉降具有 重要意义。与非生物气溶胶一样，生物气溶胶同样受到重力和空气湍流的作用力， 不同类型的生物气溶胶在大气中具有不同的浓度和粒径分布特征。 1 3 1 生物气溶胶的浓度分布特征 微生物本身没有特殊的构造能使它们自己进入大气中，所以大气中的微生物 必须靠外力的作用或依靠其他载体传播到大气中，包括：真菌孢子很容易通过 外力，如风力的作用而被释放到大气中；土壤中的微生物可以被风吹到灰尘上， 然后由灰尘带到大气中；海洋的蒸汽和雾可以携带微生物进入大气中：各种 水体经搅拌和曝气可以产生气溶胶，气溶胶可以携带微生物进入大气中；人类 的活动，如耕地、动植物饲养也会使微生物进入大气中1 4 6 | 。不同地区、不同季 节、不同时间的环境因素差异导致生物气溶胶浓度具有不同的分布特征。 生物气溶胶浓度分布具有明显的日变化特征，一天内不同时间段生物气溶胶 浓度分布特征不同，并且与地点、条件有密切关系。王学亮等【47 】观测发现，空 1 7 ：0 0 升高，1 7 ：0 0 , - - - 1 9 ：0 0 又显著降低。空气放线菌浓度，秋季日变化动态为 0 8 ：0 0 - - 一1 2 ：0 0 持续升高，1 2 ：0 0 出现峰值，之后逐渐降低，个别绿地1 6 ：0 0 - - 一1 8 ：0 0 略有升高；春季表现为双峰形，分别在0 9 ：0 0 和1 7 ：0 0 出现峰值；夏季与秋季基本 相似。l i g h t h a r t 和s h a f f e r t 5 4 】在俄勒岗州科里瓦斯附近w i l l a m e t t e 河谷中央的一 块草地进行了较大规模的大气生物气溶胶观测，并得出1 天内大气细菌浓度每日 分布呈双峰两谷的变化规律。d ig i o r g i o 在马赛也进行了类似的调查研究，结果 7 】显示大气中微生物浓度呈对数正态分布，但可变性较大。 生物气溶胶浓度分布特征具有明显的季节变化，这是因为环境条件和气象因 素随季节变化，且大气微生物受动植物活动和土壤环境影响，而植物具有生长周 期，所以生物气溶胶浓度呈现出季节变化。m a t t h i a s m a s e 等认为 7 】夏季通常是生 物气溶胶浓度最高的季节。墨西哥【5 5 】和加拿大蒙特利尔【5 6 1 空气细菌浓度都在夏 季较高，而冬季和春季浓度较低，这可能由于两个地方夏季干旱，灰尘较多，而 冬季多雪，春季多雨。华盛顿【5 7 】空气细菌的调查结果也是冬季浓度最低，晚夏 6 青岛近海地区生物气溶胶季节分布特征研究 空气细菌浓度高。b o v a l l i u 在瑞典首都及其附近地区连续3 年观察了大气微生物 数量的变化，发现【5 8 】在乡村中大气微生物数量随季节明显变化，平均最高浓度 出现于夏季( 6 - 8 月) ，其次是秋季( 9 1 1 月) ，冬季最低( 1 2 2 月) 。国内的研究结 果显示，生物气溶胶浓度的季节分布随研究区域不同而不同，但大多数研究采用 的采样方法为自然沉降法。谢淑敏等对京、津4 地( 天安门，甫苑、廊坊和天津) 大气微生物的测定结果【5 9 】也指出，夏季微生物的浓度高于冬季。张朝隆等对北 京研究结果唧】也表明7 、8 月细菌浓度最高。胡庆轩等对沈阳市大气微生物浓度 的测定指出【1 9 】，秋季高( 1 0 1 0 8c f u m 3 ) ，冬季低( 1 2 4 9c f u m 3 ) 。王学良等在湖 北保康县一气象观测场对空气中微生物含量进行观测【6 1 1 ，一年中夏、秋季多于春、 冬季。陈炫等对太原市六个功能区大气真菌粒子的数量进行了测定，结果【2 3 】表 明：太原市大气真菌粒子数量季节变化十分明显，夏季高、冬季低，其主要原因 是由于夏季温度较高，雨水多、湿度较大，是真菌粒子的最适生长季节；冬季气 温较低而且十分干燥，不适于真菌生长；但空间变化并不明显。此规律与北京市 大气真菌粒子数量夏季高、冬季低的结果一到6 2 1 。黄江菊等对重庆地区空气中 常见真菌的调型6 3 】显示，重庆每月均存在真菌，5 月最高，次之为1 0 月，6 - 9 月最低。李能树对合肥大气微生物的研究畔】表明由于春季和秋季是细菌繁殖的 最适季节，因此在各采样点的细菌浓度高于冬、夏季节。 生物气溶胶的浓度分布特征同样存在空间差异，即不同地区生物气溶胶的浓 度分布特征不尽相同，有研究者【6 5 】认为生物气溶胶浓度是通量输送和环境因素 共同作用的结果。生物气溶胶浓度在空间上变化也较大。南非的约翰内斯堡【l 8 】 空气中细菌浓度的变化范围为1 7 5 8 0 0 0c f u m 3 ，瑞典【1 9 1 为2 0 0 0 4 0 0 0c f u m 3 ， 加拿大的蒙特利尔【1 3 】为5 0 5 7 3 0c f u m 3 ，北京1 7 1 为7 1 2 2 1 0 0c f u m 3 ，在日本 的横滨【2 0 1 为1 3 2 7 5 0c f u m 3 。南京市夏季细菌和真菌的平均浓度都高于春季， 春、夏两季细菌和真菌的平均浓度都随高度的增加而减少，两个季节大气细菌以 革兰氏阳性菌占绝对优势【6 6 1 。北京市【2 5 】夏季空气中革兰氏阳性