6种植物群落夏季空气负离子动态及其与气象因子的关系

石彦军，余树全，郑庆林

（1.浙江林学院 林业与生物技术学院，浙江 临安 311300；2.浙江省临安市林业局 於潜林业分站，浙江 临安311311）

空气负离子（aero-anion）被称为“空气维生素”［1］。空气负离子具有很强的杀菌、降尘、清洁空气的作用，在很多领域都有应用价值［2］。空气负离子对人体健康也十分有益，许多国家已将其浓度水平列为空气清洁程度的评价指标［3］。绿地能产生大量的空气负离子，一方面绿色植物通过光合作用释放氧气，氧气和水分子比氮气更有亲电性，能优先形成空气负离子，另一方面植物叶表面在短波紫外线的作用下，发生光电效应，可以提高空气负离子水平［4］。不同群落类型对空气负离子的影响有很大的差异［2－3，5］。随着浙江城镇经济的发展，城镇化进程也逐步加快，但是城镇的生态绿地建设却相对滞后。笔者选择浙江省临安市小城镇周边常见的6种群落，测定它们的空气负离子浓度，以期对城镇人均生态林的建设提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

研究地点位于浙江省临安市浙江林学院东湖校区内及学校周围，环境条件比较相似。选择浙江省典型常见的雷竹Phyllostchys praecox群落、杉木Cunninghamia lanceolata群落、马尾松Pinus massoniana群落、无患子Sapindus mukorossi-广玉兰Magnolia grandiflora混交群落、紫薇Lagerstroemia indica群落和马尼拉群落Zoysia matrella（草坪）作为研究对象，分别测定群落内和群落外各项指标。

1.2 测定内容与方法

用ITC-201A型空气负离子测定仪（测定离子浓度误差≤±10%，离子迁移率误差≤±10%）测定负离子值。该仪器的离子浓度测量范围为10～1.99×106个·cm－3。采用TES-1362数字式温湿度测量仪测定气温和相对湿度；采用SUM-5284型光量子计测定光量子通量，采用Apogee紫外线辐射计测定紫外线强度。

于2008年7月，选择晴朗无风的18日、19日、21日3 d，对空气正、负离子浓度，气温，相对湿度，光量子和紫外线强度进行同步测定。从7:00－19:00间隔1 h测定1组数据。

观测时在各个群落内选择4个观测点，各个观测点取东南西北4个方向距离地面1.5 m处分别瞬间读数，各个方向读数15个，取4个方向的平均值为此观测点的观测值，取4个观测点的平均值为该群落正、负离子最后观测值。为了定量研究群落对空气质量的改善作用，在各个测定群落附近选择一块空旷地同时测量作为对照，各个群落测定3 d，取平均值。

空气质量评价以空气负离子浓度为基本观测指数，以单极系数和空气离子评价系数作为空气质量的评价指标［6］。q=n+/n－，IC=n－/1 000× q。其中：q为单极系数，n+空气正离子浓度，n－为空气负离子浓度，IC为空气质量评价指数；1 000为满足人体生物学效应最低需求的空气负离子浓度。按照空气质量评价指数可以将空气质量划分为5个等级：IC≥1.00，最清洁（A级）；0.70≤IC＜1.00，一般清洁（B级）； 0.50≤IC＜0.69，中等清洁（C级）； 0.30≤IC＜0.49，允许（D 级）； IC=0.29时为临界值，E级。

表1 植物群落模式特征Table 1 Characteristic of plant communities

2 结果与分析

2.1 不同群落模式对夏季日均负离子浓度的影响

如图1-Ⅰ和表2，除草坪外，不同群落微环境空气中日均负离子浓度均显著高于其相应的空地对照，雷竹林比对照高24.5%，杉木林比对照高17.9%，马尾松林比对照高59.3%，其中无患子-广玉兰混合群落比对照高29.2%，紫薇灌木林比对照高5.5%。但就空气负离子浓度的绝对值（测量值）而言，从高到低依次为：无患子-广玉兰的阔叶混合群落＞雷竹林＞杉木林＞马尾松林＞紫薇灌木林＞草坪。

对于空气质量评价系数IC，绝对值变化趋势与负离子浓度变化是基本一致的。从图1-Ⅱ和表2可以看出，除草坪外，各个群落的日均IC显著高于相应的对照。这可能是由于紫外线的作用可以使植物叶片发生光电效应［5］，增加空气负离子的浓度，而空旷地主要以水泥、沥青等硬质铺装为主，阻隔了来自于土壤电离源且空旷地缺少绿色植物，也使得空气负离子浓度降低，空气清洁度也降低［7］；各个群落模式内的日均IC标准误差也显著小于相应的空地对照，这说明植物群落内部空气质量在不同时段变化幅度较空旷地要小，植物群落在一定程度上可以使空气质量保持相对的稳定状态。

表2 测定位置和群落类型的二元方差分析Table 2 Two-way ANOVA of site and communities

图1 不同群落负离子浓度（Ⅰ）和负离子评价系数（Ⅱ）Figure 1 Aero-anion（Ⅰ）and IC（Ⅱ）in different structures of communities

2.2 不同群落模式夏季负离子浓度昼间变化

从图2来看，空气负离子昼间变化曲线呈双峰状。不同的群落模式出现峰值的具体时间有所不同，但总体来看分别在9:00－10:00和15:00－16:00各出现1个峰值。从第1个峰值出现早晚来看，雷竹群落、杉木群落、无患子-广玉兰混交群落和紫薇群落出现在9:00左右，马尾松林和草坪出现在10:00左右。从第2个峰值出现早晚来看，基本上都出现在16:00左右。从峰值的大小来看，雷竹群落和无患子-广玉兰混交群落明显高于其他群落，草坪最低。

图2 空气负离子昼间变化曲线Figure 2 Diurnal change of aero-anion

2.3 负离子与气象因子相关分析

根据不同群落模式空气负离子浓度及气象因子观测数据，利用SPSS统计分析软件进行了空气负离子浓度和气象因子的相关性分析（表3）。结果表明，空气负离子浓度与空气相对湿度呈极显著正相关（P＜0.01），因为空气负离子的主要存在形式是O2－（H2O）n，OH－（H2O）n与 CO－4（H2O）2，可以看出空气负离子的存在依赖于水分，因此空气相对湿度必然会对空气负离子的浓度有很大的影响［8］。与气温呈显著负相关（P＜0.05），这些结果与以往的研究结果一致［9］，随着气温的升高，相对湿度逐渐降低，致使空气负离子浓度降低，反之亦然。另外还发现空气负离子浓度与紫外线强度呈显著正相关的关系（P＜0.05）。

表3 负离子与气象因子相关分析矩阵Table 3 Correlativity of aero-anion with other environmental factors

3 结论与讨论

无患子-广玉兰混交群落日均负离子浓度和日均空气质量系数均显著高于其他群落，雷竹群落次之。从已有的研究结果来看，有阔叶混交群落和竹子群落负离子浓度较高的报道［5，10］。由于阔叶群落叶面积指数较大，生物量较高，郁闭度较大，群落和外部的空气交流也闭塞很多，植物通过光合作用、气体交换等方式能够产生较高浓度、较高质量的空气负离子［6，11］。草坪和紫薇木群落空气负离子浓度最低，这可能是由于紫薇群落和草坪比较低矮，通透性比较好，和群落外部的空气交流比较容易。从群落内部和各自对照来看，植物群落内部显著高于外部空地对照，这更能比较客观、定量地反映出植物群落对空气质量的改善作用，但是草坪内外差别并不明显，对照甚至略高于群落内部，这可能是由于测点距地面1.5 m的距离，草坪下垫面产生的负离子效应上传高度有限的原因，也有草坪群落和外部气流交流频繁的原因，而且在测定中仪器的误差、测定时间的短暂间隔以及测定过程中不可避免的风的影响，都可能致使草坪不明显的作用消弱甚至低于对照。

就负离子昼间变化曲线（7:00－19:00）来看，双峰状的曲线很好地反映了植物群落改善空气质量的规律。光合作用是植物生存的根本，光合作用也是植物负离子产生的重要源泉［11］。清晨，植物光合作用较弱，空气负离子较少；随着太阳辐射的不断增强，植物的光合作用也逐渐加强，加之紫外线对植物叶片的光电效应［5］，空气负离子浓度在9:00－10:00达到1个峰值；12:00左右，尤其是在14:00的时候，太阳辐射达到最强，这时气温升高，植物光合作用也出现“午休”现象，再加上空气湿度的降低，使得空气负离子浓度降至最低；14:00过后，随着太阳辐射的减弱，植物光合作用逐渐加强，空气相对湿度也逐渐变大，到16:00左右时空气负离子浓度达到第2个峰值；然后太阳辐射继续减弱直至为0，空气负离子浓度也继续减弱。

空气负离子效应与其他气象因子相关性的研究已有很多［9，12－13］。空气负离子与相对湿度显著正相关、与气温呈负相关，这一点学界已有一定的共识［5，7-9，12-14］。在本研究中发现，虽然空气负离子与太阳辐射强度的相关性并不显著，但是呈相反的变化趋势，这主要还是太阳辐射增强使温度升高，进而使相对湿度降低的原因。有关风速对空气负离子的影响，不同的学者有不同的研究结果。邵海荣等［14］研究结果显示空气负离子与风速呈负相关，陈佳瀛等［15］的研究则发现空气负离子与下垫面风速相关性不显著，本研究选择了晴朗无风的夏季进行，将风速的影响降到了最低。另外，本研究结果还发现空气负离子浓度与紫外线强度显著正相关，这可能是由于紫外线可以使植物叶片表面发生光电效应［4］，从而增加空气负离子的浓度。

以往的试验研究都是多种植物群落模式只有1个空地作为对照，往往由于群落间海拔、生境的不同，导致样地之间的小气候有很大差别，因此，并不能很好地反映出不同植物群落改善空气质量效果的差异。本研究在每一个植物群落就近选择空地最为对照，能更科学合理地反映出植物群落对环境的生态效应。本研究只是对定量研究植物群落的生态效应做了初步的探索，很多问题还有待深入研究。本研究的不足之处是没有引进叶面积指数和可吸入颗粒物含量这2个和负离子效应有重要关系的因子。

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