河北太行山区主要水土保持林空气负离子特征研究*

李萌萌 刘文鑫 马长明

河北农业大学 河北保定 071000

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］，具有净化空气的功能，且有明显的医疗保健作用［2－4］。目前，空气负离子已逐步成为评价环境中空气清洁程度的重要指标［5］。近年来，以林业和旅游业为基础的森林生态旅游、森林浴等活动相继兴起，有关空气负离子的研究也迅速展开［6－8］。本文以太行山区主要的水土保持林为研究对象，从空气负离子角度入手，研究其时空变换规律和影响因素，旨在为低山丘陵区开展生态旅游、生态经济型水土保持林的后续发展和树种选择奠定基础。

1 研究区概况

试验地点设在河北省邢台市内丘县侯家庄乡岗底村，位于 E113°45＇～115°50＇，N36°45＇～37°48＇。海拔518～1 134 m。属暖温带半湿润大陆性季风气候区。年均降水量523 mm，主要集中在每年7－9月，占全年降水量的70%。年均气温11.6℃。土壤种类以褐土和褐土性土为主，土壤类型为壤土或砂壤土，土壤pH值为6.0～6.5。天然植被以酸枣、荆条、胡枝子、三裂绣线菊、白羊草等灌草为主，人工植被以刺槐、油松、栓皮栎、侧柏等乔木树种为主，果树主要有苹果、板栗、核桃等。

2 材料与方法

2.1 试验材料

本研究选择河北省太行山区常见的5种水土保持林为研究对象，各林分概况见表1。

表1 研究地概况

2.2 研究方法

2011年5－1 0月，采用便携式空气离子测试仪(TC－201A型，日本ANDES生产)对岗底村所选苹果、油松、刺槐、板栗、栓皮栎5种人工林进行空气负离子浓度及其相关气象因子的定位观测。每月上、中、下旬各选大气状态相对稳定的一日进行测定，时段为6∶00－20∶00，每隔2小时观测1次，测定位置距地面分别为0.5 m，1.5m，2.5 m，3.5 m处。每个林分选取4个点，读取6个瞬时值，去掉一个最大值和一个最小值，取平均值作为该林分内的空气负离子观测值。对不同观测点的空气负离子浓度日变化、月变化、空间变化等情况进行逐时测定，同时记录温湿度和时间的变化情况。

3 结果与分析

3.1 空气负离子浓度时间变化特征

3.1.1 空气负离子浓度日变化特征

测试表明，各林分的空气负离子浓度日变化规律总体呈现出“高低高”的变化趋势，即早6时空气负离子浓度较高，随着辐射增强、温度升高空气负离子浓度逐步降低，在晚6时又逐步升高。但由于树种不同，林分内的空气负离子浓度和变化规律稍有所差异。例如，苹果林内的空气负离子浓度日变化低谷出现在12∶00，而其他林分则出现在14∶00，苹果林分空气负离子浓度变化较为剧烈。

3.1.2 空气负离子浓度月变化特征

本文取每月的上中下旬的平均值作为每月观测值进行分析，结果表明，6、7、9月份空气负离子浓度较高，5、8、10月份空气负离子浓度较低。在各月份基本上都是苹果林空气负离子浓度较高，刺槐、油松、栓皮栎和板栗林空气负离子浓度在各月份空气负离子浓度高低有所不同。8月份空气负离子浓度较低，分析其原因与降雨量有一定关系，是所测定之日土壤含水量、空气湿度降低所致。李培学，戴慧堂［9］等研究表明，雨过天晴时的空气负离子浓度明显高出阴天和晴天，阴天明显低于晴天。该项结果也提醒在以后的研究中，时间段的选择有非常大的影响。

3.2 不同树种空气负离子浓度空间变化特征

在8月9－11日连续3天对空气负离子空间变化进行测定，测定距地面0.5～3.5m，每个林分选取4个点，读取6个瞬时值，去掉一个最大值和一个最小值，取平均值作为该林分内的空气负离子观测值。

所测定的5个树种林分空气负离子浓度随高度的变化呈现相同的变化趋势，即随着高度的增加空气负离子的浓度逐渐减小。其中板栗、苹果林分的空气负离子浓度随高度的变化最剧烈，0.5 m处的空气负离子浓度为3.5m处的1.7倍，存在显著性差异;而油松林的变化比较平缓，不同高度的空气负离子浓度不存在显著差异，0.5 m处的空气负离子浓度仅为3.5 m处的1.1倍左右。

3.3 空气负离子浓度影响因素

3.3.1 组成因素

不同林分类型的空气负离子浓度的平均值总体状况为苹果林为690个/cm3、板栗林为589个/cm3、刺槐林为384个/cm3、栓皮栎林为562个/cm3、油松林为497个/cm3。5种不同类型样地空气负离子浓度水平综合比较的结果为苹果林＞板栗林＞栓皮栎林＞油松林＞刺槐林。方差分析表明，苹果林与板栗、栓皮栎、油松林之间无显著差异，而与刺槐林之间存在显著差异。

3.3.2 气象因子

对空气负离子浓度与温湿度进行相关性分析发现，空气负离子浓度与温度之间存在负相关关系，相关性方程为 y= －12.542x+947.14(R2=0.8343)。式中:y为负离子浓度 (个/cm－3)，x为温度 (℃)。空气负离子浓度与湿度之间呈现正相关关系，相关性方程为y=6.464 3x+224.8(R2=0.7529)。式中:y为负离子浓度 (个/cm－3)，x为湿度 (%)。显著性检验显示回归方程回归性显著(P＜0.01)，表明空气负离子浓度与空气温度之间呈现出极显著的负相关。空气负离子浓度与温湿度之间的关系目前研究结果较为统一。吴楚材﹑张建国等［10－14］的研究结果均表明，空气负离子浓度与温度呈负相关、与湿度呈正相关的关系。

3.3.3 地形因素

在2011年8月11－13日，选择苹果相同林龄的2个固定地点，在同一时间段内对沟内和坡上苹果林内空气负离子浓度进行测定。坡中林内的空气负离子浓度大于的，分析其原因为沟内地势低、风速小、光合速率较低。但方差分析显示，二者之间空气负离子浓度差异不显著。

4 结论与讨论

4.1 空气负离子时空变化规律

在一天之中，随着辐射、温度、湿度等因素的变化，林分空气负离子会呈现一定的变化规律，但因植被种类、林分配置、人车环境等因素的不同表现会有一定差异。周斌等［15］对浙江省的13个树种林分空气负离子研究显示，空气负离子有2个峰值，分别出现在9∶00－10∶00和18∶00。吴楚材等［10］指出，南岳衡山空气负离子浓度一天中2个峰值分别出现在7∶00－9∶00和22∶00－24∶00。邵海荣、倪军等［16－17］指出，空气负离子峰值出现在夜间后期、晨间早期和15∶00－16∶00。本研究针对5种林分展开空气负离子研究，和其他研究结果类似，5种林分空气负离子表现规律也不一致:苹果、栓皮栎林分空气负离子浓度呈现“双峰”规律，油松、刺槐林分呈“单峰”曲线，板栗林分则变化不明显。陶宝先等［18］也指出，杉木、毛竹林呈明显的单峰变化趋势，麻栎呈双峰变化趋势，马尾松林变幅不大。可见，空气负离子的日变化特征随季节、地区、植被、结构、天气条件等不同而异，受外界环境影响较大，变化剧烈，没有一致的规律性。

曾曙才等［19］指出，随着海拔升高、温度降低，湿度有所增加，辐射增强，会相应影响到空气负离子的形成。范亚民等［20］指出，随着海拔升高，空气负离子浓度总体呈下降趋势。曾曙才等［19］在广州帽峰山森林公园试验，在海拔188 m、242 m和245 m的3处负离子浓度无显著差异，但显著高于291 m、400 m和624 m处的负离子浓度，而624 m处的浓度显著低于其他各地段。姚成胜、毛亚昆等［21－22］分别在岳麓山和雷公山试验，结果均呈现先升高再降低的特点。本文采用小尺度 (相对高度0.5～3.5 m)对林分垂直空间空气负离子浓度进行了测定，结果显示，随着高度的增加空气负离子浓度逐渐降低。这与曾曙才等［19］、姚成胜［21］和李少宁等［23］的研究结果基本一致，但尺度不一致;而对沟内和坡上的苹果林内空气负离子浓度的调查结果则表明，坡上的空气负离子浓度大于沟内 (差异不显著)。

4.2 空气负离子相关影响因素

自然界空气中产生负离子的原因是宇宙射线、阳光紫外线、雷电激发、风暴、瀑布、海浪冲击磨擦等作用产生自由电子，附着在某些气体分子或原子上成为空气负离子。这是物理性产生方式。邵海荣等［16］指出，溪流和瀑布在增加空气负离子方面有极为明显的作用。另外，吴楚材等［10］也指出，森林、植物的光合作用所制造的新鲜空气等也含有负离子，即生物性产生方式也是空气负离子产生的一种主要途径，不同树种组成、不同林分类型会影响空气负离子水平。针叶树种的叶尖呈针状等曲率半径较小，具有“尖端放电”的效果，使空气中负离子含量升高。邵海棠等［16］认为，针叶林和阔叶林在不同季节各有优势，春、夏季节则阔叶林地区高于针叶林地区。曾曙才等［19］对广州几种绿地类型研究也得出，阔叶林＞针阔混交林＞针叶林;本研究也得出类似规律，针阔叶林产生空气负离子的效应规律并不一致，即苹果林＞板栗林＞栓皮栎林＞油松林＞刺槐林。可见，阔叶经济林木具有较好的改善空气负离子效应。因此，范亚民等［21］提出在城郊、低山丘陵区适当发展经济林木，在改善经济、社会效益的同时，提高城市的生态效益。

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