杭州西湖景区疗养院空气负离子浓度观察

林冬青，金荷仙

（1. 浙江林学院园林学院，浙江 临安 310023；2.《中国园林》杂志社，北京 100835）

空气负离子具有明显的医疗保健作用，被誉为“空气维生素和生长素”[1～3]。医学研究表明，空气负离子能镇静自律神经，增强机体抵抗力，降低血压，杀灭细菌，净化空气，消除疲劳，美颜及延寿等[4～5]；当空气负离子浓度达到700个/cm3以上时，对人体具有保健作用，当达到1万个/cm3以上时，具有医疗效果[6]。空气负离子已成为评价环境空气清洁度的重要指标。19世纪末以来，国内外学者对空气负离子进行了大量研究[7～12]，而对疗养院空气负离子浓度变化的相关研究较少。了解疗养院不同群落结构的负离子浓度，旨在为疗养院的更好建设提供科学参考。

1 概况及方法

1.1 自然概况

杭州位于浙江省东北部，建成区面积314 km2，总人口682万。属亚热带季风气候区，四季分明，夏季炎热多雨，冬季温暖湿润，年相对平均湿度80%左右，年平均降水量1399 mm，年平均气温16.2℃，无霜期246 d[13]。总体来说，杭州自然环境幽雅、气候温和、四季分明、雨量适中，既有使人心情舒畅、精力充沛的气候，又有绿水青山、清溪甘泉的著名景观，是中外闻名的风景旅游城市和景观疗养地。

1.2 观测方法

观察点五云山疗养院（简称为云疗）、上海铁路局钱江疗养院（简称为钱疗）、东方航空疗养院（简称为航疗）均座落在西湖风景区九溪附近，五云山麓，钱塘江畔。在院内选取位于不同区域、生长稳定、具有一定规模的植物群落作为观测对象。测点群落名称、群落类型、群落特征、群落区域见表1。此外，为了进一步说明九溪三家疗养院绿地的生态效益，反映植物环境的特点，实验中选择具有反映杭州城市环境平均水平的武林广场作为对照样地，与疗养院中的样地同步进行环境监测。

本实验采用ITC-201A型空气离子测量仪，其离子浓度检测范围为（10 ～ 1.999）×109个/cm3，测量的环境相对湿度要求小于90%，湿度大于90%时可作短时间测量，检测精度＋10%。

实验于2008年12月至2009年5月在多个测点进行，每个月选择晴朗、静风天气3 d，在各测区分组观测，测量时间在7：00－17：00，每隔1 h测1次。每个测点距地面0.8 m，在同一测点测量4个方向（东、南、西、北）的正、负离子浓度，以消除风向对测量结果的影响，待仪器显示的数值稳定后读取30个波峰值，取平均值作为此样点的浓度值。为了能准确反映各测点的离子浓度，每个植物群落布置3个测点，取多组数据的平均值。对于需要进行平行比较分析的测点数据（比如各个林分、各个植被类型等），用2台ITC-201A型空气离子测量仪同时测定正、负离子。

表1 植物群落特征Table 1 Community characteristics of plant

1.3 空气质量评价标准

据研究表明，当负离子浓度大于或等于正离子时，会使人感到舒适，并对多种疾病有辅助治疗作用[14]。为对空气质量进行定量评价，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[15]。

1.3.1 单极系数（q） 指空气中正离子与负离子的比值，许多学者的研究表明，陆地上通常q值为1.2左右，大多数学者认为q值应等于或小于1，才能给人以舒适感[16]。

1.3.2 空气离子评价系数（CI） 指空气中离子浓度接近自然界空气离子化水平的程度，即：

式中，CI为空气质量评价指数，n－为空气负离子浓度（个/cm3），q为单极系数，1000为满足人体生物学效应最低需求的空气负离子浓度（个/cm3）。

该指标把空气负离子作为评价指标，同时又考虑了正、负离子的构成比，比较全面、客观。该指标在国外的城市空气离子评价中已得到广泛的应用。其评价标准见表2[17～18]。

表2 空气清洁度等级标准Table 2 Standard for air clean index

2 结果与分析

2.1 不同群落的空气负离子浓度比较

将9个群落冬春两季的正、负离子浓度、q值、CI值、空气质量等级列表如表3、表4。

由表3和表4可得，A1、B2、C3是9个群落中空气质量相对较好的3个群落，冬春两季空气质量等级至少都达到了B级及以上。其中B2和C3是乔灌草复层结构，A1是乔草结构，而A2、C2都是以草坪为主，缀以零星乔木。由此可见，各类型群落产生负离子能力的排序为：乔灌草复层结构 ＞ 乔草结构 ＞ 灌草结构 ＞ 草坪。该排序与郭岚[12]等的研究结论相同。

表3 春季空气负离子浓度及空气质量等级Table 3 Negative air ions concentration and CI in the Spring

表4 冬季空气负离子浓度及空气质量等级Table 4 Negative air ions concentration and CI in the Winter

2.2 冬春不同群落的空气负离子浓度的季节变化

将空气负离子浓度观测资料按 2008年 12月至 2009年2月、2009年3－5月分阶段进行统计平均可得到相应冬季、春季的空气负离子浓度（图1）。从图1可以看出，冬季负离子浓度最高的为A1样地云疗毛竹林群落，达679个/cm3；最低的为A3样地云疗望飞云亭群落，只有351个/cm3；冬季平均空气负离子浓度为514个/cm3；而市区冬季空气负离子浓度为215个/cm3。春季负离子浓度最高的为C3样地航疗枫香林群落，达846个/cm3；最低的为A2样地云疗拂衣亭群落，只有677个/cm3；春季平均空气负离子浓度为745个/cm3；而市区春季空气负离子浓度为308个/cm3。

从图1还可以看到，9个群落的春季空气负离子浓度均高于冬季，市区也是如此。究其原因，春季是万物生长复苏的季节，植物更新层生长，叶面积指数增多，光合作用增强，使负离子的产生逐渐增多。而冬季植物生长减缓，处于休眠状态，光合作用较弱，产生负离子明显少于春季。三家疗养院冬春两季的负离子浓度均为市区的 1倍左右，空气质量也明显比市区好，能有一定的疗养效果。

图1 冬春两季空气负离子浓度比较Figure 1 Comparison of negative air ions concentration in the Spring and Winter

2.3 空气负离子浓度日变化

为研究疗养院群落空气负离子日变化规律，2009年5月13－15日（天气晴好）选择云疗养心亭毛竹林进行连续测定。该样地植物群落结构为：毛竹＋香樟＋黑松＋金钱松＋杜英—吉祥草，乔草层次分明，结构稳定。

表5 空气负离子浓度日变化Table 5 Diurnal change of negative air ions concentration

由表5可知，毛竹林内空气正负离子浓度在相同时间段内出现了3个峰值，分别为11：00、13：00、16：00，空气质量等级较好，15：00和 17：00达到最低值，且空气质量等级最差。究其原因，可能是清晨植物光合作用较弱，随着光照的加强，植物光合作用不断加强，产生大量的负离子，故在 11：00、13：00左右达到峰值；15：00时光合作用逐渐变弱，产生负离子速度急速下降；17：00时疗养人员增多，疗养人员来往使空气负离子的存活时间缩短，也使空气负离子浓度下降。由表5也可以得出：过早的起床晨练，事实上是不科学的，因为植物靠光合作用生长，植物在光合作用下，释放出氧气，吸进二氧化碳。而人类却同植物相反，吸进的是氧气，呼出的却是二氧化碳，同植物形成了生物链。由于日落到日出之间有很大的时间段，植物得不到阳光的照射，因此释放的氧气相对较少，加之夜间大气的对流层受气压的影响低，不利于对流层有害气体的分散。因此，在日出之前，空气中的有害气体浓度很高，这时出来晨练，必然会吸进很多的有害气体，因此，晨练应在日出后，到有树木、花草的地方，确保能呼吸到足够的氧气，减少颗粒物及有害气体的吸入，以保证身体的健康。

从同步测定的温度和湿度（见图 2和图 3）可以看出，随着气温的升高，负离子浓度下降；随着湿度的升高，负离子浓度上升。

图2 温度对空气负离子的影响Figure 2 Effect of temperature on negative air ions concentration

图3 湿度对空气负离子的影响Figure 3 Effect of humidity on negative air ions concentration

2.4 空气清洁度比较

将2008年12月至2009年2月和2009年3－5月的空气离子检测资料进行统计，得到相应冬春两季的CI值（见图4）。

由图4可知，冬季CI值最高的为A1样地云疗毛竹林群落，为3.39；最低的为A3样地云疗望飞云亭群落，为0.31；市区仅为0.21。由表4还可知，空气清洁度达到A级（最清洁）的有3个群落，占33%，分别为A1、B2、C3；达到B级（清洁）的为B1，占12%；达到C级（中等清洁）的为A2、C2，占22%；D级（允许）的为A3、B3、C1，占33%；冬季疗养院平均CI值为0.77；市区CI值仅为0.21，为E1级（轻污染），表明空气已受到污染。

春季CI值最高的为A2样地云疗拂衣亭群落，为1.41；最低的为B1样地钱疗天池群落，为0.68；空气清洁度只有1个样地为A级（最清洁），占12%；1个样地为C级（中等清洁），占12%；其余均为B级（清洁），占 76%；春季疗养院平均CI值为0.86；市区CI值为0.42，为D级（允许）。

图4 冬春两季空气清洁度比较Figure 4 Comparison of CI in the Spring and Winter

将两季的CI值进行比较，得出两季CI值差异较大，冬季大部分在0.49 ～ 0.30（允许）范围，春季大部分在1.00 ～ 0.70（清洁）范围，春季CI值较冬季CI值提高了45%。这是因为：一方面，大量的森林植被能吸收空气中的污染物净化空气，植物光合作用是空气负离子的重要来源；另一方面，市区空气中的污染物和悬浮颗粒物较多，使得空气中正、负离子相互中和，形成中性分子，导致空气负离子浓度急剧下降，空气清洁度也下降到E1（轻污染）。

总体来说，钱疗B1、B2、B3、云疗A1、A2、A3比航疗C1、C2、C3空气要好。究其原因可能是：航疗的植物群落较稀疏，且树龄较老，蚊虫等较多，空气中粉尘含量较高，使负离子更容易吸附在其上，变成中、重离子而沉降消失，因此更容易降低空气负离子浓度和空气清洁度[19]；云疗植物群落人工性较强，但维护管理很好，且空气中粉尘含量较低；钱疗虽然离之江路近，按理说空气质量受车辆排放的尾气干扰较大，但钱疗正对着钱塘江，江风给钱疗带来清新的空气，加上植物生长茂盛，且院内有好几处动态、静态水体（钱江叠瀑、天池、云湖等），为钱疗优质的空气质量作出不少贡献。

3 结论与建议

通过对杭州云疗、钱疗、航疗和市区冬春两季空气离子观测数据进行分析和对比，得出如下结论：①春季空气负离子浓度和空气清洁度均高于冬季；②三家疗养院冬春两季空气负离子浓度和空气清洁度显著高于市区；③空气负离子浓度和空气清洁度钱疗＞云疗＞航疗；④随着气温的升高，负离子浓度下降；随着湿度的升高，负离子浓度上升；提高绿地的相对湿度有利于空气清洁度的提高；⑤一日中空气负离子浓度随光照加强而增加。

早晨空气负离子浓度低，且空气浑浊，不宜过早晨练，建议：①应在日出后，到有树木、花草的地方晨练，以确保呼吸到足够的氧气，减少颗粒物及有害气体的吸入；②在市区，应加强控制并减少汽车尾气及工业生产等污染，同时，因地制宜采用立体绿化、垂直绿化等多种方式，加大市区绿量[20]；③对三家疗养院而言，因为是疗养区，因此更应加强环境建设，如航疗应对结构不好的林分进行适当改造，增加针阔林和多层林，净化水域；云疗则可向钱疗学习，适当增加喷泉和活动水面，因为动态水可以大幅度提高空气负离子浓度；钱疗的五云绿坡空气负离子浓度较高，可考虑建设成负离子呼吸区。

[1]林金明，宋冠群，赵利霞，等. 环境、健康与负氧离子[M]. 北京：化学工业出版社，2006.

[2]吴楚，郑群明，钟林生. 森林游憩区空气负离子水平的研究[J]. 林业科学，2001，37（5）：75－81.

[3]邵海荣，贺庆棠. 森林与空气负离子[J]. 世界林业研究，2000，13（5）：19－23.

[4]T Ryushit，I Kita，T Sakurai，et al. The effect of exposure to negative air ions on the recovery of physiological response after moderate endurance exercise [J]. Int J Biometeor，1998（41）：132－136.

[5]Phillips G，Harris G J，Jones M W. Effect of air ions on bacterial aerosols[J]. Int J Biometeor，1964，8（1）：27－37.

[6]章志攀，俞益武，孟明浩，等. 旅游环境中空气负氧离子的研究进展[J]. 浙江林学院学报，2006，23（1）：103－108.

[7]粟娟，谢德兴，廖少波，等. 珠海市板樟山森林公园休闲保健型森林营建的研究[J]. 林业科学研究，2001，14（5）：496－502.

[8]赵瑞祥. 空气负离子疗法在疗养医学中的应用[J]. 中国疗养医学，2002，11（2）：5－7.

[9]林忠宁. 空气负离子在卫生保健中的作用[J]. 生态科学，1999，18（2）：87－90.

[10]郭圣茂，杜天真，赖胜男，等. 城市绿地对空气负离子的影响[J]. 河北师范大学学报（自然科学版），2006，30（4）：478－482.

[11]陈佳瀛，宋永昌，陶康华，等. 上海城市绿地空气负离子研究[J]. 生态环境，2006，15（5）：1024－1028.

[12]郭岚，金荷仙. 西湖景区植物群落空气负离子浓度及空气质量变化研究[J]. 林业科技开发，2009，23（2）：40－44.

[13]史琰，金荷仙，唐宇力. 杭州西湖山林与市区空气负离子浓度比较研究[J]. 中国园林，2009，25（4）：82－85.

[14]石强，钟林生，吴楚材. 森林环境中空气负离子浓度分级标准[J]. 中国环境科学，2002，22（4）：320－323.

[15]王洪俊. 城市森林结构对空气负离子水平的影响[J]. 南京林业大学学报（自然科学版），2004，28（5）：96－98.

[16]李安伯. 空气离子研究近况[J]. 中华理疗杂志，1988，11（2）：100－104.

[17]刘云国，吕键，张合平，等. 大型人造园林中的空气负离子分布规律[J]. 中南林学院学报，2003，23（1）：89－92.

[18]吴楚材. 桃源洞国家森林公园的空气负离子含量及评价[J]. 中南林学院学报，1995，15（1）：9－12.

[19]吴甫成，姚成胜，郭建平，等. 岳麓山空气负离子及空气质量变化研究[J]. 环境科学学报，2006，26（10）：1737－1744.

[20]范丽雅，刘树华，刘辉志，等. 绿化带对城市大气环境及空气质量的影响[J]. 气候与环境研究，2006，11（5）：85－93.