西径山森林公园夏季空气负离子日变化

高铭聪，蒋文伟，金竹秀，郭慧慧，梅艳霞

（浙江农林大学 风景园林与建筑学院，浙江 临安 311300）

空气负离子是带负电荷的单个气体分子和轻离子团的总称[1]。空气负离子具有明显的医疗保健作用[2-4]，被誉为 “空气维生素和生长素”，是评价环境空气清洁程度的重要指标[2]。森林以其特有的森林小气候成为产生空气负离子的良好环境，人们已经认识到森林空气负离子是一种无形、健康的森林旅游资源，因此，森林公园空气负离子效应已成为是研究的热点[5-7]。同时，多项研究证明森林中的空气负离子浓度较高[7-8]。研究森林中空气负离子的分布状况，有利于加强人们对森林保健的认识，对进一步开展森林旅游具有重要的现实意义。近年来，针对森林环境中不同植物群落的空气负离子浓度水平差异的研究也开始受到重视。研究表明，空气负离子浓度受植物密度、组成及种植方式的影响，不同群落类型对空气负离子的影响有很大的差异[9-12]。本研究选择浙江临安西径山森林公园，对6个植物群落的空气负离子的浓度变化进行研究，期望分析空气负离子变化与气温、相对湿度、风速和光量子的关系，初步揭示西径山森林公园空气负离子的日变化特点及其对临安市环境质量的改善作用。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

西径山森林公园位于浙江省杭州市西郊， 优秀风景旅游城市临安市， 29°56′～30°23′N， 118°51′～119°52′E。西径山森林公园总占地面积为11.0 km2，主峰海拔为413 m，属低山丘陵宽谷型地貌类型；亚热带季风气候，温暖湿润，雨水充沛，四季分明，年均气温为14.0℃，夏季月均气温为25.0℃，具有良好的避暑度假功能；植被繁盛，生态保护完好，植被覆盖率达98%；山林中成片的马尾松Pinus massoniana林、杉木Cunninghamia lanceolata林、竹林和阔叶林以及众多古木构成了丰富多彩的四季植物景观。

西径山森林公园内具有普遍性和典型性的毛竹Phyllostachys pubescens群落（S1），杉木群落（S2），青冈 Cyclobalanopsis glauca-苦 槠 Castanopsis sclerophylla 群 落 （S3）， 樟 树 Cinnamomum camphora-桂 花Osmanthus fragrance群落（S4）， 木荷 Schima superba-青冈群落（S5）和香椿 Toona sinensis-紫楠 Phoebe sheareri群落（S6）作为研究对象，同时以西径山公园入口广场（S7）及临安市区人民广场（S8）为对照，进行空气正负离子及各项指标检测。

表1 植物群落模式特征Table1 Characteristics of plant communities

1.2 测定内容与方法

用AIC-1000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。

于2010年7月，选择晴朗无风的3 d，对空气正、负离子浓度、气温、相对湿度、光照强度进行同步测定。从8:00-17:00间隔1 h测定1组数据。观测时在各个群落内选择3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5个，取4个方向的平均值为此观测点的观测值，取3个观测点的平均值为该群落正、负离子最后观测值。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[13]。q=n+/n-，IC=n-/1000×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；1000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[3]。

2 结果与分析

2.1 不同群落模式夏季负离子浓度昼间变化

从图1来看，空气负离子昼间变化曲线基本呈双峰状。不同的群落模式出现峰值的具体时间有所不同。总体来看，6个参试群落中，毛竹群落和杉木群落为单峰曲线，最大值分别出现在9：00和14：00，最小值出现在11：00-12：00；其余4个群落的空气负离子浓度变化日变化趋势基本一致，第1个峰值都出现在 9：00，第 2个峰值出现在 13：00-14：00，最低值都出现在12：00；而对照点入口广场与人民广场的变化趋势则不同，全天变化幅度较小，变化范围为500～1000个·cm-3，入口广场的最大值出现在9：00和14：00，最小值出现在12：00；人民广场最大值12：00，13：00之后，负离子浓度没有明显变化，一直处于最低水平，约400个·cm-3，而这与石彦军等[14]做过的研究相似。

2.2 不同群落模式空气质量评价指数昼间变化

从图2可以发现：空气质量评价指数的变化趋势，与负离子变化趋势基本一致。这个结论再一次验证了前人的研究成果[11，14]。 各个群落都在 9： 00和13：00-14：00出现峰值，其中樟树-桂花群落、香椿-紫楠群落2个群落空气质量评价系数全天都达到最清洁，香椿-紫楠群落更在9：00时达到了13.2，空气质量非常好。这种情况可能由于这2个群落都处于山体的背面，且有溪流经过，气温较其他群落较低而湿度较高。竹林群落只在14：00时达到A级，其余时间空气质量评价指数相对其他群落较低，可见毛竹改善空气质量效果一般。6个参试群落全天的空气质量评价指数均明显高于2个对照，可见森林群落对于改善空气质量具有明显的效果。

2.3 不同群落模式对夏季日均负离子浓度的影响

研究结果表明：不同群落空气负离子浓度依次为：香椿-紫楠群落＞樟树-桂花群落＞杉木群落＞木荷-青冈群落＞青冈-苦槠群落＞毛竹群落＞入口广场＞人民广场（表2）。香椿-紫楠群落日均负离子浓度值达到1708个·cm-3，IC值为2.88，空气质量相当好；而6个被测群落的空气质量评价系数均明显高于对照，除竹林群落处于B级，属于一般清洁外，其余5个群落均达到了A级，属于最清洁；对照人民广场即可发现，西径山森林公园的空气质量明显优于市区，可见森林群落对改善空气质量具有很好的效果；而8个被测群落，只有入口广场IC值处于C级，属于中等清洁，由于郁闭度太低且群落过于单调空气质量甚至低于市区对照点。

图1 空气负离子昼夜间变化Figure1 Diurnal change of aero-anion

图2 IC值昼夜间变化Figure2 Diurnal change of IC

表2 不同群落的空气负离子浓度Table2 Aero-anion in different structures of communities

不同群落类型的方差分析结果表明（表3）：负离子浓度、正离子浓度、负离子评价指数等3个因子在不同群落间差异性极显著（P＜0.01）。这表明不同植物群落产生负离子，改善环境质量的能力存在很大差异。森林的树冠、枝叶的尖端放电以及光合作用过程的光电效应均会促使空气电解，产生大量的空气负离子[15]，而不同植物不同的生理构造以及种植模式必然会造成产生空气负离子能力的差异，因此，研究群落间的这种差异性就具有极其重要的现实意义。

2.4 负离子浓度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，求出测定期间（3 d）不同时段的气温、相对湿度和光照强度的平均值和标准差 （表4），并利用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5）。结果表明：气温与相对湿度在各时间点的标准差均较小，而光照强度的标准差的很大；空气负离子浓度与气温呈显著负相关（P＜0.05），空气负离子浓度随着气温升高而降低；与空气相对湿度呈极显著正相关，研究表明：空气负离子的主要存在形式是可以推测，相对湿度对空气负离子浓度影响较大。另外，空气负离子浓

表4 气象因子的日变化及标准差Table4 Diurnal change and standard deviation of environmental factors

表5 负离子与气象因子相关分析矩阵Table5 Correlativity of aero-anion with other environmental factors

3 结论与讨论

西径山森林公园6个群落的日变化趋势基本一致，除毛竹和杉木群落呈单峰曲线外，其余都为双峰曲线，且全天的负离子值都明显高于2个对照。其中樟树-桂花群落与香椿-紫楠群落呈明显的双峰曲线，毛竹群落、青冈-苦槠群落与入口广场日变化趋势都很平缓，全天负离子浓度并波动较小。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[16]。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[11]，空气负离子浓度在9：00-10：00达到1个峰值；12：00左右，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；之后随着气温降低和太阳辐射的减弱，空气负离子浓度在14：00左右出现第2个峰值。而本研究中最小值和第2个峰值分别出现在12：00和14：00，比以往的研究[11，14，17]提前了约2 h，可能由于海拔等地理因素，温度和太阳辐射强度的变化区别于其他地区，导致了这种现象的出现。

空气质量评价指数的昼间变化趋势基本与空气负离子浓度昼间变化趋势一致，6个群落均全天的空气质量指数都明显高于对照，在9：00是达到了峰值，除竹林群落属于一般清洁（IC=0.79）外，所有群落都达到了最清洁；另外，6个群落也均在12：00时达到最小值，而入口广场群落（IC=0.23）则低于临界值（IC=0.28），由此建议游客在上午9：00左右游览公园，可起到更好的保健作用。

对于负离子浓度日均值而言，香椿-紫楠群落明显高于其他群落，且空气质量评价指数也远高于其他群落，原因在于该群落不仅郁闭度极高，而且处于山谷之间，有山泉流经，温度较低，而相对湿度较高，这样的环境条件决定了该群落较高的负离子水平；而所有群落中，竹林群落负离子日均值最低，且空气质量评价指数也明显低于其他群落，是6个参试群落中，唯一处于B级（一般清洁）的群落。从已有的研究结果来看，有阔叶混交群落比竹子群落负离子浓度高的报道[18]。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[13，19]。而竹林群落往往结构较单调，缺少灌木层而导致通透性比较好，和群落外部的空气交流比较容易。人民广场的空气质量评价指数高于入口广场，这是可能因为入口广场虽然处在自然环境中，但附带有停车场及大面积的硬质广场，绿化以草坪为主，较人民广场相对完整的群落结构而言，郁闭度太低。

有关空气负离子效应与其他气象因子相关性的研究已有很多[8，20-21]。大多数研究认为，空气负离子与空气温度呈显著负相关，与空气湿度呈显著正相关[11-12]，即空气负离子浓度随气温升高而降低，随空气湿度升高而增加。也有人提出相反的观点,即空气负离子浓度与气温成正相关，而与空气湿度成负相关[3]。对于这一点，本次试验的结论支持了大多数研究的成果，得出空气负离子浓度与空气温度呈显著负相关，与空气湿度呈显著正相关。石彦军等[11]的研究表明空气负离子浓度与太阳辐射呈负相关，而本研究结论为空气负离子与太阳辐射无明显相关性。

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