塞罕坝森林释放负离子生态效益研究

李海涛

（河北省塞罕坝机械林场总场森林调查队，河北围场 068466）

塞罕坝森林释放负离子生态效益研究

李海涛

（河北省塞罕坝机械林场总场森林调查队，河北围场 068466）

空气中的负离子具有降尘、清洁空气、杀菌、医疗等功效，被誉为“空气维生素与生长素”，负离子以其独特的生态效益逐渐被理论界和公众认识，森林环境中的负离子已经成为当前森林旅游产品开发的一个热点，该文将对塞罕坝机械林场森林释放负离子的生态效益进行评价，为林场科学经营与可持续发展提供依据。

塞罕坝；森林；负离子

塞罕坝机械林场位于内蒙古高原与冀北山地交汇处，总经营面积9.3万hm2，有林地面积7.5万hm2。按地形分坝上、坝下两部分，坝上是内蒙古高原南缘，以丘陵、曼甸为主；坝下是阴山山脉与大兴安岭余脉交汇处，典型的山地地形。年均气温-1.4℃，极端最高气温30.9℃，极端最低气温-43.2℃，年均无霜期67d，冬季寒冷，夏季凉爽，属寒温性高原气候。在植被上处于森林草原过渡地带，野生动植物资源丰富。如此独特的气候，加上优美壮观的森林草原景观，在整个华北地区均属罕见，成为夏季避暑度假、旅游观光，冬季滑雪、娱乐的理想场所。

1 森林空气负离子的产生及功能

空气负离子就是大气中的中性分子或原子，负离子的产生与环境因素相关性较强，主要有自然界中放射性物质的电离、水冲击作用、宇宙射线、植物尖端放电和光电效应、空气与地面的摩擦作用及雷电现象等，雷电会产生几十万伏、上百万伏的高压，会电离氧、氮、二氧化碳分子，制造大量的负离子，使空气得到净化，这就是雷雨过后人们感觉空气清新的原因。瀑布、森林、海边都存在大量的负离子。

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。植物释放的挥发性物质如植物精气（又叫芬多精）等也能促进空气电离，从而增加空气负离子浓度。另外森林环境中造就的特殊气候因子也是产生和维持负离子的重要因素，如由于森林具有涵养水源的作用，使森林空气湿度增加，同时还可产生山泉、瀑布等负离子的发生源。从空间分布上看，森林环境中的空气负离子浓度要比其它地方高，这是由于林下土壤疏松，岩石和土壤中的放射性元素容易逸出土壤而进入空气，太阳光照射到森林植物枝叶上会发生光电效应，树木释放出的芳香挥发性物质等使林中空气发生电离，加上树木具有除尘作用，这些均使林区的负离子浓度升高，林内植物越多，空气负离子浓度越高。大城市的室内每立方厘米中仅有负离子30～40个，室外有100～200个，郊外风景区最高可达1万个以上，森林和瀑布的局部区域可高达2万个，森林的空气负离子浓度比城市室内可高出80～1600倍。从时间分布上看，一年当中，森林空气负离子浓度是夏秋高于冬春，夏季最高，冬季最低，夏季高是与该季节空气相对清洁、湿度大、植物生长茂盛、代谢功能强、太阳紫外线照射强烈等因素有关，冬季较低主要由于冬季植物光合作用微弱、空气污染相对严重、风沙大、雾多等因素。

负离子对人体健康具有重要作用，被称为“空气中的维生素”。医学实验表明，负离子具有净化空气、杀灭病菌、促进新陈代谢、改善心肺功能、改善睡眠、增强记忆力、增加肌体抗病能力、治疗疾病等功能。森林中的空气负离子是使人长寿的一个重要因素，森林环境中高浓度的空气负离子已成为一种宝贵的旅游资源。

2 研究方法

2.1 森林释放负离子的物理量测定

根据塞罕坝机械林场森林资源情况，将测定的森林类型分为三大类，分别是针叶幼龄林、针叶中近成过熟林、阔叶林，标准地分别设在对以上3个森林类型具有代表性的落叶松幼龄林、落叶松近熟林、白桦成熟林中。根据小班调查数据，参照郁闭度、胸径、树高、与水面距离等指标，在每个森林类型中选择20m×30m标准地3块，共9块标准地，在每块标准地中根据胸径、树高、冠幅确定3株标准木，在标准木树冠下测空气负离子数据。选取离林区约1000m的空地一块为对照样地进行测定。

运用日本ITC-201A负离子测定仪，对标准地中的标准点测定温度、湿度、正负离子浓度，以每天的平均数量作为全月的每天平均数量。测定正负离子的方法采用4个方向各读数3次稳定值的方法，在每天的 6：00～8：00、8：00～10：00、10：00～12：00、12：00～14：00、14：00～16：00、16：00～18：00各测定1次，连续测定3d。

不同林分的日变化根据所测的平均值求算，年释放总量根据如下公式计算：

式中：Nh—各个月份各个林分的平均负离子浓度；T—负离子存活的时间，这里假设为5min；H—林分平均树高；S—林分面积。

2.2 基于负离子浓度的空气质量评价方法

运用安培空气质量（清洁度）评价指数法，计算公式为：Ci=n/1000×q，式中：Ci—空气质量评价指数；n—空气负离子浓度；q—单极系数，是空气正离子量与负离子量的比值。等级评价见表1。

表1 空气清洁度等级评价

2.3 森林年负离子释放的经济价值核算

森林改善和净化空气质量的生态效益已经为人们所认识，负离子浓度是评价空气质量的重要指标，对森林产生负离子的经济价值进行评价具有非常重要的作用，评价方法采用替代工程法和旅游费用法。

3 结果与分析

3.1 空气正负离子浓度的日变化

各林分的空气负离子浓度在清晨和上午10～12时较高，而下午和晚间较低（图1），负离子浓度的最低点均出现在12～14时，这与温度和空气清洁度有一定关系。配对样本的林外空地的负离子浓度为0～20，在此忽略不计。故确认森林具有释放负离子的功能。

塞罕坝机械林场森林负离子的最高浓度达到84600个/cm3，出现在早上6～8时的落叶松幼龄林内，平均负离子浓度达到2521.4个/cm3，经过与北京市区和郊区的对比，塞罕坝机械林场的负离子浓度远高于北京地区（表2）。

表2 塞罕坝机械林场森林空气负离子浓度与北京地区对比

各林分正离子浓度分布不均，如图2所示，阔叶林的正离子较高，比较高的时间分别是6～8、10～12、16～18时，呈现出W形的分布；针叶中龄以上林的正离子浓度高点出现在早上6～8时，最低点出现在中午12～14时；针叶幼龄林的正离子浓度高点出现在10～12时，最低点为早上6～8时。

3.2 空气质量评级

根据安培评级法对各林分的空气质量进行评级，如表3所示，各林分的空气质量在8月份均为A，空气质量良好。其中各个林分类型在6～8、10～12时的空气质量均为A，这两时段的空气较为清洁。

3.3 空气负离子的年释放量及价值评价

在森林产生负离子的总量计算中，因为8月份植物正处于生长季节中，这里认定8月份实测的负离子浓度为年平均浓度。经计算，3个林分类型空气负离子年释放总量分别达到1.23204×1023、6.21059×1023、4.06352×1023个，塞罕坝机械林场森林释放负离子总量为1.15061×1024个（见表 4）。

森林空气负离子的生态效益主要体现在对人的生理功能和心理健康的影响方面。由于当前对指标量化的困难，所以采用替代工程法进行评价。据查，输入功率为50W的负离子发生器发生的离子数约为5×1010～5×1011个/s，年释放量为2.16×1016个，若达到全场森林释放1.15061×1024个负离子的目的，需用4378.3万个负离子发生器同时工作，按照负离子发生装置成本价值5元计，需要投入资金2.19亿元建设这个替代工程。

表3 不同时间的空气质量评价

表4 各林分类型的负离子释放量

替代工程年运营成本=固定成本×年折旧率+流动成本。其中，年折旧率＝（1＋预计净利产值率）/预计使用年限×100%，净利产值率为5%，预计使用年限为50a，经计算年折旧率为2.1%。

流动成本主要计算电费，以0.5元/KW·h计，一台50W的负离子发生器年消耗费用为218.4元，4378.3万台负离子发生器年费用达到95.62亿元。

则塞罕坝机械林场森林释放负离子的替代工程运营价值=2.19×2.1%+95.6=95.66亿元。此数字未包括负离子发生器运营所需的安装、维护和管理费用，故用人为方法达到森林释放负离子作用相同的效果需要投入的资金是极大的。

4 结论及建议

经过对塞罕坝机械林场森林负离子的研究，结果表明，全场林分年释放负离子1.15061×1024个，各林分年平均负离子浓度为2000～3100个/cm3，最高值达到每立方厘米84600个，从日变化上看，早上6～8时是负离子浓度较高的时段，从林分类型上看，落叶松幼龄林的负离子浓度较高，年释放总量也最多。根据替代工程法对塞罕坝森林释放负离子的生态效益进行评价，至少需投资95.66亿元购置负离子发生装置进行工作，才能达到与森林释放负离子效果相同的效益。

空气负离子对人的身心健康具有重要的作用，其浓度已经成为检验空气质量的一项重要指标，应充分认识森林释放负离子的功效，在森林经营时科学合理调整林龄结构、林分结构，充分利用森林空气负离子的生态效益，积极开发以负离子为主要利用对象的森林旅游项目、休闲疗养场所等。

4.1 森林浴

森林浴是指人们在林下散步、娱乐、休息，浸浴于森林新鲜空气中进行养生的一种活动，是利用森林的“自然健康疗法”，森林密布，自然环境优美，空气清新，适合疗养和康复，结合运动，增进身体健康。

4.2 森林医院

森林医院就是把森林空气负离子同医疗科学结合起来的医院，此类医院建在富含空气负离子的区段，辅以必要的服务和设施，患者在其中呼吸新鲜空气，达到强身治病的功效。

4.3 负离子吸收区

负离子吸收区是专门开辟的用于人们吸收森林空气负离子的区域，针对病人具有辅助治疗的作用，针对健康人可以保健，获得舒服的人体感受。

4.4 森林旅游景点

负离子作为森林旅游的一个重要产品，是森林旅游环境质量评价的一项重要指标，将负离子浓度高的地区作为重要的森林旅游景点，建设生态景区，提出“健康游、生态游”的旅游产品定位理念。

S718.56

A

1002-3356（2011）06-0010-03

2011-10-18