4种林分类型空气负离子浓度日变化规律

李高阳，毛彦哲，赵 辉，田 丽

（1.河南省林业科学研究院，河南郑州450008；2.河南投资集团有限公司，河南郑州450008）

空气负离子浓度是反映空气质量的一个重要指标，它的生物学意义和对人体的保健作用早已成为人们的共识，森林的生态效益之一就是提高空气负离子的浓度。林分因子是影响空气负离子浓度的一个主要因子，许多学者对不同林分空气负离子浓度的变化进行了系统科学的研究。

目前，我国学者主要采用的方法是在相关测点选取具有代表性的地段进行测量，每个测点取2～4 个方向，每个方向读取3～5 个峰值，分析时取平均值[1-3]。这种方法每次取值间隔都在1 h以上，取值数量有限，对一段时间内的平均值比较有代表性，但是对数值变化趋势的分析有很大局限性，瞬间的测量值用来代表1 h 甚至更长时间的平均值，会引起整个日变化趋势的较大误差。

本研究通过对COM-3200PRO 空气离子检测仪数据接收方式的改造，使得数据监测与接收空间分离，实现了野外数据24 h 连续不间断的监测，大大减少了平均数值分析时的误差,旨在为河南省林业生态效益评估作参考，为林业生态效益的价值计算提供依据。

1 材料和方法

1.1 研究地区概况

郑州市位于河南省中部偏北，其地理位置为东经112°42′～114°14′，北纬34°16′～34°58′，北临黄河，西依嵩山，东南为广阔的黄淮平原。该区属暖温带大陆性气候，四季分明，年平均气温14.4 ℃。7 月最热，平均27.3 ℃；1 月最冷，平均0.2 ℃；年平均降雨量640.9 mm，无霜期220 d，全年日照时间约2 400 h。境内大小河流35 条，分属于黄河和淮河2 大水系，其中，流经郑州段的黄河150.4 km。

1.2 试验仪器

日本产COM-3200PRO 空气离子检测仪，测量范围为0～1 999 000 个/cm3，工作温度范围为5～35 ℃，工作相对湿度在85%以下，供电电源为12 V 铅酸蓄电池。数据传输采用无线传输，数据记录采用仪器配备软件COM-3200PRO v1.0.0版本，数据记录间隔为4 s。

1.3 观测点选择和试验方法

在郑州市范围内选取杨树（Populus tomentosa）、白蜡（Fraxinus chinensis）、核桃（Juglans regia）和侧柏（Platycladus orientalis（Linn.）Franco）共4 种单一树种纯林，郁闭度在80%以上，观测时间在春季叶片完全展开后至秋季落叶之前。选在林内深处10 m 以上、离地面2 m 内，放置观测仪器。观测选择晴天、无风或微风的天气条件，连续观测24 h，数据由1 000 m 以内室内电脑接收端记录，接收数据每小时取1 次平均数。

2 结果与分析

2.1 4 种林分类型空气负离子浓度日变化

杨树、白蜡、核桃和侧柏4 种林分类型24 h空气负离子浓度日变化表现出相似的规律（表1），即数值在日出后，随着时间逐步升高，12：00—15：00 之间达到最大值，随后逐步下降，至夜间降为最低。从这一结果可以看出，针叶林（侧柏）和阔叶林（杨树、白蜡和核桃）空气负离子浓度日变化规律相似。根据具体时间段的数值分析，林内空气负离子浓度与植物光合作用关系很大，日出后随着光合作用的增强，空气负离子浓度逐渐增加；日落后光合作用逐渐降低，空气负离子浓度也随之下降至最低，甚至为0。

表1 4 种林分类型空气负离子浓度日变化

2.2 空气负离子浓度与温湿度的关系

将空气负离子浓度和温度、湿度进行相关性分析，结果（表2）表明，空气负离子浓度与温度呈极显著正相关（P＜0.01），与湿度呈极显著负相关（P＜0.01）。Reiter 等[4-6]对不同地区空气负离子浓度进行研究，结果表明，其与温度呈正相关，与相对湿度呈负相关，这与本研究结论一致。

表2 空气负离子浓度与温湿度相关性分析

2.3 空气负离子浓度与林分类型的关系

由图1 可知，4 种林分类型空气负离子浓度日变化规律类似，但峰值出现时间略有差异，杨树林出现在15：00，白蜡林出现在13：00，核桃林出现在14：00，侧柏林出现在12：00。这与叶片大小、数量和叶片的光合作用有很大的关系[7]。通过差异性分析比较（表3），4 种林分类型空气负离子浓度差异显著，日均值表现为杨树林＞白蜡林＞侧柏林＞核桃林，说明林分类型是影响空气负离子浓度的主要因子之一。

表3 4 种林分类型空气负离子浓度方差分析

3 结论与讨论

4 种林分类型空气负离子浓度日变化均表现为相似的规律，即夜间最低，下午出现峰值，这与许多文献报道的峰值出现时间不同，树种与观测环境不同[8]可能是一个原因，但本研究认为，测量方法的差异是误差产生的最重要原因。大多数文献采用的测量方法是每隔1 h 或2 h 观测1 次，短时间内取多个测量值的平均数来代表这个时间段的值[1-3]，这样测量误差较大。本研究采用的是每隔4 s 取1 次数据，24 h 连续不间断观测，每小时观测900 个数据，取其平均值，系统误差相对较小。

4 种林分类型空气负离子浓度日均值表现为杨树林＞白蜡林＞侧柏林＞核桃林，其差异显著。4 种林分类型在观测点的选择和观测时间内的气候条件都是相似的，其浓度表现出的差异说明林分类型是影响空气负离子浓度的主要因子之一，这与空气负离子产生的机理有关。植物光合作用产生的氧气是空气负离子的重要来源之一[7]，不同林分树种的光合特性差异很大，导致不同林分内空气负离子浓度出现明显的差异。杨树光合日变化规律为单峰[9]，核桃为双峰[10]，即有明显的“午休”现象，这可能是杨树林空气负离子浓度最大、核桃林空气负离子浓度最小的原因之一。

空气负离子浓度与温度呈显著正相关，与湿度呈显著负相关，这与很多文献报道一致[4-6]。这一结果与空气负离子主要以负氧离子形式存在有密切关联，植物光合作用与温、湿度有着相似的相关性，再次证明了植物的光合作用是影响空气负离子浓度的主要因素之一。

本研究旨在为河南省林业生态效益评估作参考，林分类型影响空气负离子浓度的本质是植物的光合作用，负离子产生与植物光合作用的关系有待进一步研究。

［1］邵海荣，贺庆棠，阎海平，等.北京地区空气负离子浓度时空变化特征的研究[J]. 北京林业大学学报：自然科学版，2005，27（3）：35-39.

［2］吴楚材，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］张翔.浅析相关因子对空气负离子水平的影响[J].湖南环境生物职业技术学院学报，2004，10（4）：346-351.

［4］Reiter R. Frequency distribution of positive and negative small ionsconcentrations，based on many years recording at two mountain stationslocated at 740 and 1 780 m ASL[J].Int J Biometeor，1985，29（3）：223-225.

［5］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.

［6］叶彩华，王晓云，郭文利.空气中负离子浓度与气象条件关系初探[J].气象科技，2000（4）：51-52.

［7］章志攀，俞益武，张明如，等.天目山空气负离子浓度变化及其与环境因子的关系[J]. 浙江林学院学报，2008，25（4）：481-485.

［8］曾曙才，苏志尧，陈北光.我国森林空气负离子研究进展[J].南京林业大学学报：自然科学版，2006，30（5）：107-111.

［9］高健，吴泽民，彭镇华.滩地杨树光合作用生理生态的研究[J].林业科学研究，2000，13（2）：147-152.

［10］王红霞，张志华，王文江，等.田间条件下核桃光合特性的研究[J].华北农学报，2007，22（2）：125-128.