生物气溶胶污染问题近年来受到广泛关注，生物气溶胶包含悬浮在空气中的细菌、 真菌、 病毒、 尘螨、 花粉、 孢子和动植物的残骸等^[1]，粒径大小为0.5-100 μm^[2]. 室内生物气溶胶是危害人体健康的潜在原因之一^{[3, 4]}，在室内环境中，暴露于生物气溶胶可能会引起传染病、 哮喘、 支气管疾病、 过敏及癌症等^{[3, 5, 6]}.

大学宿舍是学生休息、 学习的场所，学生们每天在宿舍里停留约有15 h，甚至更长时间. 宿舍内的空气质量直接影响着学生的身体健康. 大学宿舍面积较小，人口集中，生物气溶胶的浓度较高. 不同动力学粒径的生物气溶胶颗粒可以进入呼吸系统的不同部位，直径小于4.7 μm的颗粒可以进入人体肺泡，可能会导致过敏性肺泡炎症等疾病^[7]. 因此，对大学宿舍的生物气溶胶进行研究是十分有必要的. 国内外研究者已经对某些大学校园的可培养生物气溶胶浓度和粒径分布进行过研究^{[6, 8, 9, 10, 11]}，国内对大学宿舍的生物气溶胶浓度也有多篇报道^{[8, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21]}. 然而，目前关于高校学生宿舍生物气溶胶的粒径分布以及学生活动对生物气溶胶的影响研究鲜见报道. 针对这一现状，本研究对高校学生宿舍进行采样，分析空气中可培养细菌和真菌气溶胶的浓度及粒径分布情况，以期为评价学生宿舍空气质量提供基础数据.

本研究的采样地点位于湖北省某高校的学生宿舍，选取的两栋学生宿舍楼均建于2003年，楼层共7层，宿舍的使用面积20 m²左右，每个房间设有卫生间和盥洗室，每个宿舍住4人. 学生宿舍房型及采样位置见图 1. 选取女生宿舍23间和男生宿舍23间，宿舍所在楼层有1、 3、 4、 5、 7层. 选取的宿舍内没有肉眼可见的霉菌； 没有明显能够闻到的霉味； 房屋建筑没有受到湿度的破坏. 在宿舍的学习、 休息区域进行空气生物气溶胶样品采集，采样点离地1.2-1.5 m. 于2015年6月23、 24、 30日，7月4、 12、 13、 15日的上午、 下午进行样品采集，采样期间是湖北的梅雨期，连续多日都是阴雨天气，6月20日到7月15日期间有15 d有雨，9 d多云，采样日的天气情况见表 1. 为了探讨学生活动对室内生物气溶胶的影响，选择了两间宿舍作为对照，这两间宿舍在采样日全天无人在室内活动，在9月26日和10月2日的早、 中、 晚时段分别采集了这两间宿舍的生物气溶胶样品.

图 1

Fig. 1

图 1 大学宿舍采样位置示意 Fig. 1 Schematic planimetry of university dormitories with localization of sampling sites

表 1 (Table 1)

表 1 采样日天气情况 Table 1 Weather conditions of the sampling days 日期(年-月-日) 2015-06-23 2015-06-24 2015-06-30 2015-07-04 2015-07-12 2015-07-13 2015-07-15 天气 阵雨-多云 小雨-多云 阵雨-暴雨 多云 多云-晴 晴-多云 中雨-大雨

表 1 采样日天气情况 Table 1 Weather conditions of the sampling days

生物气溶胶的采集使用ETW-6撞击式采样器(金坛，中国). 该仪器模拟人体呼吸道的解剖结构和空气动力学生理特征，采用惯性撞击原理将悬浮在空气中的微生物粒子分等级地收集到采样介质表面，供微生物学分析. 空气中的带菌粒子按大小分别捕获在各级的培养皿上. 1级：>7.0 μm，2级：4.7-7.0 μm，3级：3.3-4.7 μm，4级：2.1-3.3 μm，5级：1.1-2.1 μm，6级：0.65-1.1 μm^[22]. 样品采集时间为2 min，气体流量为28.3 L ·min^-1．每个采样点重复取样3次. 每次采样之前都用75%的酒精对采样器进行消毒，然后在每一级上放入培养皿.

培养皿采用9 cm平皿，灭菌后在无菌条件下加入20 mL培养基. 细菌采用营养肉汤琼脂培养基(北京，奥博星)，37℃培养箱内培养2 d； 真菌采样用虎红琼脂培养基(北京，奥博星)，28℃培养箱内培养5 d. 采集的样品在进行菌落计数时，采用Positive hole method方法对菌落数进行相应校正^[22].

在生物气溶胶采样的同时，采用Dust trak Ⅱ DRX(美国 TSI)测定宿舍的PM₁₀、 PM_2.5和PM₁的实时数据.

根据采样时间和气体流量，利用公式(1)计算各级生物气溶胶总浓度.

各级的细菌所占总浓度的百分比，按公式(2)计算.

各级的真菌所占总浓度的百分比,按公式(3)计算.

粒径＜4.7 μm的细菌、 真菌可进入下呼吸道，为可吸入颗粒物^[23]. 细菌气溶胶可吸入部分所占的百分比，按公式(4)计算^[24].

真菌气溶胶可吸入部分所占的百分比，按公式(5)计算^[24].

利用SPSS 21.0来计算描述性统计参数，如t-检验、 单因素方差分析和Spearman相关分析. 当P值小于0.05时，表明在95%的置信区间内具有统计学意义上的显著差异.

学生宿舍室内生物气溶胶中可培养的细菌和真菌浓度见表 2. 宿舍生物气溶胶总浓度的均值为5 244 CFU ·m^-3，细菌和真菌气溶胶的平均浓度分别为2 133 CFU ·m^-3和3 111 CFU ·m^-3，真菌气溶胶的浓度明显高于细菌(P＜0.05). 我国《室内空气质量标准》(GB/T 18883-2002)规定：室内空气细菌的卫生标准是：撞击法的细菌总数≤2 500 CFU ·m^-3，学生宿舍的细菌气溶胶平均浓度没有超过限值. 文献^[25]推荐的清洁空气细菌浓度标准值(2 500 CFU ·m^-3)相比，细菌气溶胶平均浓度没有超过允许值，真菌气溶胶平均浓度超过清洁空气限值(750 CFU ·m^-3)^[25]，是限值的4.1倍，属于中度污染水平. 对比其他国家的空气微生物标准，本研究的生物气溶胶浓度超过了限值，如美国政府工业卫生学家会议(ACGIH)规定真菌生物气溶胶的限值是200 CFU ·m^-3[26]； 加拿大卫生部门规定：对于混合物种，在150 CFU ·m^-3以下才是正常的^[8]； 韩国环境部公布了空气总细菌浓度的限值是800 CFU ·m^-3[27]. 欧洲社区标准委员会规定：敬老院和学校宿舍室内空气的细菌和真菌浓度是100-500 CFU ·m^-3[28].

表 2 (Table 2)

表 2 大学宿舍细菌、 真菌气溶胶浓度及气象指数 Table 2 Concentrations of airborne bacteria and fungi of university dormitory and meteorological index 项目1) 平均值 最大值 最小值 SD cb(细菌)/CFU ·m-3 2 133 7 951 353 1 617 B1/% 12.97 63.33 0 12.71 B2/% 16.25 38.03 1.63 9.17 B3/% 17.98 54.35 0 12.05 B4/% 20.11 64.21 3.33 10.97 B5/% 17.18 34.94 3.33 6.95 B6/% 15.40 52.50 0 9.77 Rb/% 70.67 93.83 26.67 14.09 cf(真菌)/CFU ·m-3 3 111 10 265 459 2 202 F1/% 9.05 39.60 0 8.06 F2/% 13.60 34.48 4.35 5.69 F3/% 27.17 47.50 2.89 10.31 F4/% 23.05 42.96 4.95 9.30 F5/% 16.97 69.33 3.85 11.13 F6/% 10.51 37.97 1.33 7.81 Rf/% 77.71 93.75 55.45 9.59 温度℃ 29.80 34.00 26.50 1.34 相对湿度% 68.20 80.00 59.00 5.24 1)B1(>7 μm)、 B2(4.7-7 μm)、 B3(3.3-4.7 μm)、 B4(2.1-3.3 μm)、 B5(1.1-2.1 μm)、 B6(0.65-1.1 μm)； F1(>7 μm)、 F2(4.7-7 μm)、 F3(3.3-4.7 μm)、 F4(2.1-3.3 μm)、 F5(1.1-2.1 μm)、 F6(0.65-1.1 μm)

表 2 大学宿舍细菌、 真菌气溶胶浓度及气象指数 Table 2 Concentrations of airborne bacteria and fungi of university dormitory and meteorological index

本研究中的生物气溶胶浓度与国内外其他高校的学生宿舍相比较(见表 3)，细菌气溶胶平均浓度与多所高校的水平相当，而真菌气溶胶浓度最高. 本研究采样期间是湖北的梅雨期，平均温度为29.80℃，相对湿度大(平均达到68.20%)，有利于真菌生长繁殖. 比较了女生宿舍和男生宿舍的生物气溶胶浓度，女生宿舍生物气溶胶浓度高于男生宿舍. 采样期间天气闷热，男生宿舍的门窗均打开，有利于室内空气流通； 但是女生宿舍不常开门，窗户也拉上窗帘，空气流通不畅，造成生物气溶胶浓度较高.

表 3 (Table 3)

表 3 多所大学宿舍生物气溶胶浓度统计 Table 3 Concentrations of airborne bacteria and fungi of some university dormitories 位置 细菌/CFU ·m-3 真菌/CFU ·m-3 文献 女生宿舍 男生宿舍 女生宿舍 男生宿舍 西南农业大学 7 446 5 635 432 664 [12] 盐城师范学院 3 328 [13] 西北师范大学 3 064 3 075 [14] 曲阜师范大学 2 713 1 508 [15] 成都某大学 1 187 [16] 北京某大学 550-1 875 425-3 200 [17] 河北大学 2 692 910 894 2 340 [18] 沈阳市某大学 3 700 800 [19] 青岛某大学 2 310 2 450 [20] 广西百色某些大学 2 200 [21] 伊朗德黑兰的学校宿舍 488 186 [33] 长安大学 614 421 [8] 湖北某大学 2 489 1 778 3 220 3 002 本研究

表 3 多所大学宿舍生物气溶胶浓度统计 Table 3 Concentrations of airborne bacteria and fungi of some university dormitories

学生宿舍的生物气溶胶浓度与其他室内环境生物气溶胶浓度相比：北京市居家环境空气细菌平均浓度为1 821 CFU ·m^-3，真菌平均浓度为837 CFU ·m^-3[29]. 北京南站的空气细菌平均浓度为12 639 CFU ·m^-3，真菌平均浓度为1 528 CFU ·m^-3[30]. 新加坡居住环境室内空气细菌和真菌浓度低于500 CFU ·m^-3[31].

空气颗粒物的动力学粒径是决定人类暴露以及后续危害评价的重要参数，不同粒径的生物气溶胶粒子会沉降在人体呼吸道的不同位置^{[22, 32]}，其中1、 2级沉降在上呼吸道，3-6级沉降在下呼吸道. 从学生宿舍的细菌气溶胶平均粒径分布来看，1-6级各占比例为：12.97%、 16.25%、 17.98%、 20.11%、 17.18%、 15.40%，其中，细菌气溶胶在第4级(2.1-3.3 μm)分布最多. Li等^[8]对长安大学学生宿舍的研究、 Wang等^[24]对台湾北部公交车的研究也发现细菌的最高浓度出现在第4级. 宿舍的真菌气溶胶平均粒径分布从1级到6级各占比例为：9.05%、 13.60%、 27.17%、 23.05%、 16.97%、 10.51%，其中真菌气溶胶在第3级(3.3-4.7 μm)分布最多，其次是4级(2.1-3.3 μm). 与本研究的结果不同，Li等^[8]对长安大学学生宿舍的研究发现真菌的最高浓度出现在第4级，其次是第5级.

粒径＜4.7 μm的颗粒物为可吸入颗粒物，是指可以进入人体的下呼吸道如气管、 支气管或肺泡的颗粒物^[23]，学生宿舍细菌和真菌气溶胶的可吸入部分所占百分比(R_b和R_f)分别为70.67%和77.71%. Li等^[8]对长安大学学生宿舍的研究发现，细菌和真菌气溶胶的可吸入部分所占百分比都在80%以上. 学生宿舍真菌和细菌气溶胶的可吸入部分所占百分比是高于其他的一些研究^{[7, 34]}，这表明宿舍室内生物气溶胶对学生有较大的影响.

本研究在测定宿舍生物气溶胶的同时，也测定了宿舍室内空气颗粒物的浓度(见表 4). 学生宿舍室内的PM₁₀、 PM_2.5和PM₁的平均浓度分别为52、 46和46 μg ·m^-3. 我国《室内空气中可吸入颗粒物卫生标准》(GB/T 17095-1997)规定：可吸入颗粒物是指能进入呼吸道的质量中值直径为10 μm的颗粒物，室内可吸入颗粒物日平均最高容许浓度为0.15 mg ·m^-3. 学生宿舍的PM₁₀平均浓度在限值以下，说明空气质量符合卫生标准. 我国《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)规定：PM₁₀的二级限值是150μg ·m^-3，PM_2.5的二级限值是75μg ·m^-3. 学生宿舍的PM₁₀和PM_2.5平均浓度均在限值以下，说明空气质量优良. 而学生宿舍生物气溶胶浓度和文献^[25]推荐的空气微生物标准值相比，真菌气溶胶平均浓度超过清洁空气限值(750CFU ·m^-3)，属于中度污染水平. 由此可见，用不同的标准判断空气质量得到的结果不一致. 判断环境空气质量的优劣，除了要考虑物理、 化学的污染物以外，还应考虑到生物气溶胶污染.

表 4 (Table 4)

表 4 大学宿舍室内空气颗粒物浓度 /μg ·m-3 Table 4 Concentrations of airborne particulate matter of university dormitories/μg ·m-3 项目 平均值 最大值 最小值 SD PM10 52 154 13 33 PM2.5 46 146 1 32 PM1 46 146 1 32

表 4 大学宿舍室内空气颗粒物浓度 /μg ·m-3 Table 4 Concentrations of airborne particulate matter of university dormitories/μg ·m-3

对学生宿舍的空气颗粒物浓度、 温度、 湿度和生物气溶胶进行了Spearman相关分析，包括总生物气溶胶浓度(c_b和c_f)、 不同粒径范围内的生物气溶胶浓度(c_b1到c_b6、 c_f1到c_f6)、 细菌可吸入部分的百分比(R_b)和真菌可吸入部分的百分比(R_f)，结果如表 5所示.

表 5 (Table 5)

表 5 生物气溶胶与空气颗粒物浓度、 温度、 湿度的Spearman相关系数 Table 5 Spearman's correlation analysis between the concentration of airborne bacteria,fungi and concentration of airborne particulate matter,ambient temperature and relative humidity 项目 PM10(n=43) PM2.5(n=43) PM1(n=43) 温度(n=46) 湿度(n=46) cb -0.088 -0.086 -0.088 0.025 -0.005 cb1 -0.114 -0.089 -0.091 0.043 -0.238 cb2 -0.101 -0.096 -0.098 0.063 0.213 cb3 -0.040 -0.045 -0.047 0.103 0.114 cb4 -0.070 -0.081 -0.082 -0.007 0.017 cb5 0.056 0.049 0.048 -0.020 -0.129 cb6 -0.076 -0.094 -0.096 -0.082 -0.096 Rb -0.076 0.102 0.103 -0.179 -0.160 cf -0.389** -0.352* -0.352* 0.010 -0.066 cf1 -0.291 -0.264 -0.262 -0.109 -0.160 cf2 -0.313* -0.273 -0.275 0.040 -0.058 cf3 -0.097 -0.055 -0.055 0.002 0.205 cf4 -0.251 -0.216 -0.215 0.097 0.146 cf5 -0.454** -0.439** -0.439** -0.018 -0.200 cf6 -0.391** -0.374* -0.374* -0.236 -0.355* Rf 0.013 -0.002 -0.004 0.009 0.086 1)**表示P＜0.01(2-tailed),*表示P＜0.05(2-tailed)，n为采样次数

表 5 生物气溶胶与空气颗粒物浓度、 温度、 湿度的Spearman相关系数 Table 5 Spearman's correlation analysis between the concentration of airborne bacteria,fungi and concentration of airborne particulate matter,ambient temperature and relative humidity

学生宿舍的PM₁₀、 PM_2.5、 PM₁与细菌气溶胶总浓度呈负相关，与绝大部分粒径范围内细菌气溶胶的浓度(除了c_b5) 呈负相关，但是相关性不显著. PM₁₀、 PM_2.5、 PM₁与真菌气溶胶总浓度呈显著负相关，与6级粒径范围内真菌气溶胶的浓度呈负相关，其中PM₁₀与c_f2显著负相关，PM₁₀、 PM_2.5、 PM₁与c_f5、 c_f6显著负相关. 这说明空气中的细菌和真菌气溶胶浓度随着颗粒物的增加而逐渐减小，这一结果与以往报道的细菌、 真菌气溶胶浓度正相关于空气颗粒物浓度^{[35, 36]}的结果不同. 而Kalogerakis等^[4]研究了居家和办公室生物气溶胶浓度及PM₁₀的变化，发现生物气溶胶浓度与PM₁₀的浓度变化并不一致. 高敏等^[32]研究北京雾霾天气生物气溶胶浓度变化时，发现空气中的细菌和真菌气溶胶浓度随着PM_2.5(AQI)的增加而逐渐减小. 这可能是因为空气颗粒物中含某些有毒有害物质^[37]，这些有害物质可能对生物气溶胶产生不利影响，所以出现颗粒物浓度同细菌和真菌气溶胶浓度负相关的结果. PM_2.5与可吸入细菌气溶胶呈正相关，PM₁₀与可吸入真菌气溶胶呈正相关，但是相关性不显著. 环境温度与细菌和真菌气溶胶浓度呈正相关，但是相关性不显著. 环境相对湿度与细菌和真菌气溶胶浓度呈负相关，但是相关性也不显著.

在室内环境里，生物气溶胶部分来源于室外的生物气溶胶，部分来源于人类活动^[4]. 宿舍室内生物气溶胶浓度的昼变化会受到室外生物气溶胶浓度以及学生活动的影响. 本研究采样的时间主要分为上午和下午，下午采样时间主要在18:00-20:00之间. 上午和下午的学生宿舍室内生物气溶胶浓度变化见图 2. 学生宿舍上午和下午细菌气溶胶平均浓度分别为：2 091 CFU ·m^-3和2 169 CFU ·m^-3； 上午和下午真菌气溶胶平均浓度分别为：1 386 CFU ·m^-3和4 561 CFU ·m^-3. 整体上看，上午的细菌气溶胶浓度和下午的没有显著差异(P>0.05)，而上午和下午的真菌气溶胶有显著差异(P＜0.05)，下午的真菌气溶胶浓度显著增加. 采样期间正值学生复习课程准备期末考试时间，学生09:00-17:00在教室、 图书馆复习，18:00以后一般回到宿舍休息. 学生的活动可以使得室内真菌孢子再悬浮，增加真菌气溶胶浓度. Faridi等^[33]对德黑兰的养老院的研究也表明，老人及医护人员的室内活动使得真菌孢子再悬浮，增加生物气溶胶浓度. 下午真菌气溶胶浓度的增加也有可能是由于室外真菌气溶胶浓度升高引起的，通过后续补充的对照宿舍的采样分析发现，宿舍内一天都没有学生时，19:00之后细菌气溶胶的浓度有所降低而真菌气溶胶浓度有显著增加(P＜0.05)，见图 3.

图 2

Fig. 2

图 2 上午和下午的大学宿舍室内生物气溶胶浓度 Fig. 2 Concentration of bioaerosols in indoor environment of university dormitory in the morning and in the afternoon

图 3

Fig. 3

图 3 对照宿舍室内生物气溶胶浓度 Fig. 3 Concentration of bioaerosols in indoor environment of control dormitory

人类活动会影响真菌孢子的聚集速度，也许会引起生物气溶胶中可吸入部分含量的变化^{[23, 33]}. 为了进一步了解宿舍生物气溶胶粒径变化，分析了上午和下午宿舍室内细菌和真菌气溶胶的粒径分布特点，结果见图 4和图 5. 上午和下午宿舍室内细菌和真菌气溶胶的粒径分布存在差异. 上午宿舍室内细菌气溶胶的最大浓度分布在3.3-4.7 μm范围内，其次是2.1-3.3 μm范围内； 而下午细菌气溶胶的最大浓度分布在0.65-1.1 μm范围内，其次是4.7-7 μm范围内. 上午宿舍室内真菌气溶胶的最大浓度分布在4.7-7 μm范围内，其次是2.1-3.3 μm范围内； 而下午真菌气溶胶的最大浓度分布在2.1-3.3 μm范围内，其次是3.3-4.7 μm范围内. 出现这样的结果，可能是学生的活动使得空气中粒径较小的颗粒再悬浮，同时也增加了粒子间的碰撞和聚集，造成较大粒径的颗粒增加.

图 4

Fig. 4

图 4 上午和下午大学宿舍室内细菌气溶胶粒径分布特点 Fig. 4 Size distribution of airborne bacteria in indoor environment of university dormitory in the morning and in the afternoon

图 5

Fig. 5

图 5 上午和下午大学宿舍室内真菌气溶胶粒径分布特点 Fig. 5 Size distribution of airborne fungi in indoor environment of university dormitory in the morning and in the afternoon

(1)在梅雨期，学生宿舍室内的细菌和真菌气溶胶平均浓度分别为(2 133±1 617) CFU ·m^-3和(3 111±2 202) CFU ·m^-3，真菌气溶胶的浓度明显高于细菌(P＜0.05).

(2)学生宿舍室内的PM₁₀、 PM_2.5、 PM₁与细菌气溶胶浓度呈负相关，与真菌气溶胶浓度呈显著负相关. PM_2.5与可吸入细菌气溶胶呈正相关，PM₁₀与可吸入真菌气溶胶呈正相关. 环境温度与细菌和真菌气溶胶浓度呈正相关，环境相对湿度与细菌和真菌气溶胶浓度呈负相关.

(3)上午和下午的宿舍室内细菌气溶胶浓度没有显著差异，下午真菌气溶胶浓度显著增加； 上午和下午的生物气溶胶的粒径分布存在差异，上午和下午的细菌气溶胶最大浓度分别分布在3.3-4.7 μm和0.65-1.1 μm范围内，上午和下午的真菌气溶胶最大浓度分别分布在4.7-7 μm和2.1-3.3 μm范围内.