疗养院植物绿化三维量对空气负离子水平影响的研究

王东良，金荷仙,2，唐宇力，郭要富，范丽琨，许小连

（1.浙江农林大学 风景园林与建筑学院，浙江 临安311300；2.《中国园林》杂志社，北京 100835； 3.杭州市园林文物局钱江管理处，浙江 杭州 310006；4.浙江诚邦园林股份有限公司，浙江 杭州 310008）

疗养院植物绿化三维量对空气负离子水平影响的研究

王东良1，金荷仙1,2，唐宇力3，郭要富1，范丽琨3，许小连4

（1.浙江农林大学 风景园林与建筑学院，浙江 临安311300；2.《中国园林》杂志社，北京 100835； 3.杭州市园林文物局钱江管理处，浙江 杭州 310006；4.浙江诚邦园林股份有限公司，浙江 杭州 310008）

选择杭州市3家疗养院，在植物调查的基础上，筛选出36个样地，观测空气负离子浓度，以绿化三维量为量化指标，通过对绿化三维量和空气负离子浓度相关性检验和非线性拟合，研究绿化三维量与负离子浓度之间的相关关系，探讨一定范围内植物绿化三维量的合理指标，以期为疗养院绿地规划及康复保健活动的开展提供科学依据。结果显示：乔木层绿化三维量占总量的近90%；3家疗养院绿地空气负离子浓度在600～1 200个·m3之间，空气清洁度最低为C级，高于允许值；空气负离子浓度与绿化三维量Person相关系数在0.94左右，呈极显著正相关(p＜0.01)，非线性拟合精度较高(Adj·R2＝0.91)，并据此提出在20 m×20 m绿地范围内植物绿化三维量的合理值。

绿化三维量；空气负离子；疗养院；绿地规划；相关性

空气负离子被比喻为空气“维生素和生长素”，在降尘、抑菌功能、在净化空气、调节城市小气候、卫生保健等方面具有显著效果[1-3]，空气负离子对人体健康也十分有益，许多国家已将其浓度水平列为空气清洁程度的评价指标[4-5]。医学研究表明，空气负离子对人体的保健作用和辅助疗效大小与空气负离子浓度有关[6]。在疗养院疗养环境的建设过程中，人们也越来越重视空气负离子保健疗养的功效，但目前有关绿地与空气负离子的研究大都从绿地类型，植物群落类型，绿化植物层次等定性的角度出发[7-13]，缺少定量研究。近年来，在有关绿地指标的研究中，出现了以绿化三维量为代表的三维绿量指标，绿化三维量是指所有生长植物的茎叶所占据的空间体积[14]，是一个空间体积量，相对于绿地面积、绿地率、覆盖率等平面指标更能反映绿地绿化水平的高低，本研究以绿化三维量为量化指标，研究绿化量与空气负离子浓度相关性，并进一步探讨一定范围内绿地绿化量对空气负离子浓度发挥效益的合理值，为疗养院康复保健计划的开展及绿地规划设计提供科学依据。

1 实验地概况

杭 州 市（118°21′～ 120°30′E，29°11′～30°33′N）地处长江三角洲南沿和钱塘江流域，植被属中亚热带北缘典型的常绿和落叶阔叶混交林，四季分明，夏季气候炎热，湿润，冬季寒冷，干燥，春秋两季气候宜人。全年平均气温17.5 ℃，平均相对湿度70.3%，年降水量1 454 mm，年日照时数1 765 h。本研究选取杭州市五云山疗养院、上海铁路局钱江疗养院、南京军区杭州疗养院3家疗养院为研究对象。

3家疗养院分别建于1953、1953、1950年，院内植物群落属于典型的人工植物群落，群落结构稳定，主要植物种类包括香樟Cinnamomum camphora、马尾松Pinus massoniana、雪松Cedrus deodara、荷花玉兰Magnolia grandiflora、鸡爪槭Acer palmatum、桂花Osmanthus fragrans、垂丝海棠Malus halliana、含笑Michelia champaca、山茶Camellia japonica、日本晚樱Prunus lannesiana、梅花Prunus mume、紫薇Lagerstroemia indica、南天竹Nandina domestica、茶梅Camellia sasangua、八角金盘Fatsia japonica、洒金桃叶珊瑚Aucuba chinensis、沿阶草Ophiopogon japonicus、吉祥草Reineckia carnea等。

2 实验方法

2.1 样地选取

基于疗养院的小区平面设计图，结合对疗养院疗养人员的问卷调查和对疗养人员活动区域的实地勘察，据此对三家疗养院进行样地选取，共获得36个样地(20 m×20 m)。

样地不仅包括植物群落绿地，还包括植物与周围的道路、广场等裸地，从而可以综合考虑疗养院绿地环境中植物绿化三维量与空气负离子浓度相关关系。

2.2 样地绿化三维量调查

目前，绿化三维量的测算，均是利用公式进行推算，精度主要取决于在模拟计算中的精确程度，实地调查时的误差大小及在对航片分析时的准确度[15]。基于遥感技术，绿化三维量获得了极大地发展，但遥感技术对冠层结构和植物种类在辨析上存在一定的困难，在精度上也难以得到保证[16]。因此，本研究直接采取现场调查的方法，对样地内所有植物进行实地测算，虽然工作量较大，但可以很好地满足对精度的要求。

样地内单株植物根据公式计算出绿化三维量(公式见表1)。由于人工绿地中地被植物[17]经过修剪，所以地被植物通过实测面积和高度相乘的体积作为绿量，草坪由于经常进行修剪高度保持在约5 cm左右的水平，以此作为计算的高度[18]，文中为计算方便，把草坪归入到地被植物中。

表1 三维绿量计算公式[19]Table 1 Calculation formula of tridimensional green biomass

2.3 样地空气负离子测定及评价方法

对3家疗养院空气负离子浓度采用多人同时测定完成。仪器采用 ITC-201A 型空气离子测量仪。为排除气象因素干扰，测定时间均为晴朗、静风天气。测定时间为 2012年8～11月（每月3 d），每天8:00～18:00，每2 h测定1次，测定高度为距离地表1.5 m。在同一测点测量相互垂直的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，每个方向待仪器显示的数值稳定后读取5个波峰值，取平均值作为此样点的浓度值。

本研究以空气负离子浓度为基本观测指数，以单极系数和空气负离子评价系数(CI)作为主要评价指标。单级系数的计算公式：q＝n+/n-，空气负离子评价系数计算公式：CI＝n-/1 000q，式中，n+为空气正离子数，n-空气负离子数。利用CI制定的国际空气清洁度等级标准为：CI＞1.0时，空气最清洁，为A级；CI在1.0～0.7时，一般清洁，为B级；CI在0.69～0.50时，中等清洁，为C级；CI在0.49～0.30时，允许值，为D级；CI在临界值0.29～0.20时，轻度污染，为E1级；CI在临界值0.19～0.10时，中度污染，为E2级；CI在临界值＜0.10时，重度污染，为E3级[20]。

3 结果与分析

3.1 绿化三维量调查结果与分析

将样地所有植物绿化三维量汇总得到3家疗养院总绿量，3家疗养院中，以钱江疗养院绿化三维量水平最高，达到25 647.7 m3，五云山疗养院与杭州疗养院绿量水平相似，在21 000 m3左右（见表2）。

表2 样地三维绿量调查结果Table 2 Results of TGB in sample of sanatoriums m3

以乔灌地被3层所占据的比例来看，3家疗养院乔木层绿化三维量均占总绿量近90%，而灌木和地被所占比例相对较小，仅占10%左右。因此，可以得出乔木层绿化三维量决定者绿地整体绿量水平的高低。

3.2 负离子浓度观测结果与分析

由表3可以看出，3家疗养院36个样方空气负离子浓度均超过600个·cm-3，有相关医学研究证明，当空气负离子浓度达到600～1 000个·cm3或以上时，具有缓解工作压力，调节心情的功效，并且对多种疾病具有抑制、缓解和辅助治疗作用[21]，当浓度超过10 000个·cm-3时，还可以防治疾病[22]。因此可以得出3家疗养院负离子浓度水平较高，有利于疗养人员康复。在空气质量等级上，36个样方空气清洁度都在C级以上，空气清洁度较高，对于疗养院开展室外负离子康复保健疗养具有积极作用。

3.3 绿化三维量与空气负离子浓度之间的关系

为进一步研究绿化三维量与负离子浓度相关关系，根据所测数据，利用Excel软件建立负离子与绿化三维量之间动态变化趋势图，见图1。如图所示，三家疗养院36个样地绿化三维量与其空气负离子变动趋势大体上是一致，即可以认为二者之间存在一定相关性。

为进一步探讨二者之间的相关关系，应用SPSS19.0软件，进行相关性检验，结果见表4，person相关系数分别为0.957，0.934，0.935，均是极显著相关（p＜0.01），即空气负离子浓度与绿化三维量显著正相关，负离子浓度随着绿化三维量升高而增加。

表3 空气负离子浓度观测结果Table 3 Observed results of air negative ion concentration in samples of sanatoriums 个·cm-3

图1 绿化三维量与负离子的关系†Fig. 1 Relationship between negative ions and TGB† A，五云山疗养院；B，钱江疗养院；C，杭州疗养院。

表4 绿化三维量与空气负离子浓度相关分析†Table 4 Correlation analysis between aero-anion concentration and TGB

3.4 植物绿化三维量与空气负离子浓度的非线性模拟

在证明绿化三维量与空气负离子浓度相关性的基础上，我们需要进一步的探讨，在一定范围内，要发挥植物增加空气负离子浓度效益，植物绿化三维量需要达到的合理值。因此，在Origin8.0 软件内，用 Logistic 增长曲线对绿化三维量与空气负离子浓度进行非线性拟合，结果见图2。

图2 绿化三维量与空气负离子浓度的非线性拟合†Fig.2 The nonlinear curve ftting of TGB and the aero-anion concentration† A，五云山疗养院；B，钱江疗养院；C，杭州疗养院。

Logistic曲线拟合生成的曲线Adj·R2在 0.91以上，说明其可以很好的表达绿化三维量与空气负离子浓度之间的关系：

五云山疗养院：CLmin＝630，CLmax＝1 140，X0＝ 424.5，P ＝ 0.72，Adj·R2＝ 0.904 95

钱江疗养院：CLmin＝660，CLmax＝1 200，X0＝ 1058，P ＝ 1.61，Adj·R2＝ 0.947 96

杭州疗养院：CLmin＝560，CLmax＝1 140，X0＝ 706.9, P ＝ 1.05, Adj·R2＝ 0.941 81

由图2中曲线整体变化趋势上看， Logistic增长曲线在区间内单调递增，其增长速度会随着绿化三维量的升高而逐渐降低，在绿化三维量达到2 000 m3时，空气负离子浓度增长趋势不在明显。因此，在20 m×20 m 样地内，当绿地绿化三维量在2 000 m3以上时，空气负离子浓度在1 000个·cm-3以上，可以认为绿化量在2 000 m3时为临界点。因此可以认为，在夏季晴朗天气下，无绿化覆盖水泥地负离子在560～630个·cm-3之间时，绿地植物绿化三维量要大于2 000 m3，才能使空气负离子浓度水平处于一个较为稳定的水平。

4 结 论

根据3家疗养院样地绿化三维量调查结果，以乔灌地被3层所占据总绿量的比例计算，乔木层绿化三维量占总绿量近90%，而灌木和地被层仅占10%左右，可以得出乔木层绿化三维量决定着绿地整体绿量水平的高低；从负离子观测观测数据中的得出，3家疗养院36个样方空气负离子浓度均超过600个·cm-3，空气清洁度最低为中等清洁(C)，满足疗养院保健康复计划的开展。

应用SPSS19.0软件，对植物绿化三维量和空气负离子浓度进行相关性检验，结果均是极显著相关（p＜0.01），即空气负离子浓度与绿化三维量显著正相关，即负离子浓度随着绿化三维量升高而增加。

植物绿化三维量与空气负离子浓度呈极显著正相关（p＜0.01），即负离子浓度随着绿化三维量升高而增加，由于乔木层决定着整个样地绿化三维量水平的高低，为使空气负离子浓度满足疗养需求，应该重视乔木，特别是常绿乔木的作用。植物绿化三维量与空气负离子浓度的非线性模拟显示，样地植物绿化三维量合理值为2 000 m3，即在无绿化覆盖地面空气负离子浓度在560～630个·cm-3之间时，20 m×20 m样地范围内植物绿化三维量应达到 2 000 m3时才能使空气负离子浓度处于较为稳定的状态。

然而，本研究在计算植物绿化三维量时，由于植物竞争性向光生长[23]，树木叶片多分布在树冠外层的空间，绿化三维量的计算时应该用空心体表示，而本研究绿化三维量计算用的树木形体为实心体，放大了实际绿化三维量的值[24]，对样地绿化三维量合理值的估算有一定影响；另一方面，本研究所选样地绿地类型局限于3家疗养院，限于疗养院面积，每家疗养院样地数量较少，对拟合曲线精度造成一定影响。因此，在以后的研究中，应采用精确的仪器确定树木形体空间体积，以提高样地绿化三维量模拟计算精度，扩大疗养院选取范围，增加森林公园等绿地以进行对比研究[25]，同时在研究植物负离子效益时，应综合研究绿化三维量与滞尘、降温增湿，吸收CO2等效益[26]，建立绿化三维量与生态效益的综合评价系统。

疗养院绿地环境是疗养人员主要的康复保健场所，可以改善焦虑的心情，为他们提供一个安宁舒适的沟通交流环境，通过探讨植物绿化三维量与空气负离子之间的相关关系，用量化的指标表明，绿地绿化水平与空气负离子之间有极显著的相关性，通过合理的规划绿地结构，重视乔木的作用，对于提高疗养院绿地空气负离子浓度水平，开展康复保健计划具有重要意义。

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Effect of sanatorium greenbelt tridimensional green biomass on air negative ions concentration

WANG Dong-liang1, JIN He-xian1,2, TANG Yu-li3, GUO Yao-fu1, FAN Li-kun3, XU Xiao-lian4
(1. School of Landscape and Architecture, Zhejiang Agriculture and Forestry University, Lin’an 311300, Zhejiang, China; 2. Chinese Landscape Architecture Magazine Publication, Beijing 100835, China; 3. Hangzhou West Lake Scenic Area Qianjiang Administration Offce, Hangzhou 310006, Zhejiang, China; 4. Zhejiang Champben Landscape Co. Ltd., Hangzhou 310008, Zhejiang, China)

In order to study the relationship between tri-dimensional green biomass (TGB) and the aero-anion concentration, the TGB was investigated, the air negative ions concentrations of 36 samples (20 m × 20 m) in 3 sanatoriums in Hangzhou were observed.Through examining the associativity and fitting a non-linear curve between tridimensional green biomass and air negative ions in sanatorium, the correlations between tridimensional green biomass and air negative ions were studied. The results show that the arborous layer’s TGB which determined the TGB level of the entire green space vegetation nearly taken up 90 percent of the total TGB; the aeroanion concentration in the three sanatoriums ranked from 600 to 1200 tree·m-2, the air cleanliness reached or exceeded the grade C which is higher than the allowable value of aero-anion concentration; there was a Highly signifcant positive correlation between tridimensional green biomass and air negative ions in sanatorium (p＜0.01), the person correlations coeffcients was about 0.90, while non-linear ftting value Adj·R2was above 0.91, with higher precision.

Tridimensional green biomass; air negative ions; sanatorium; green space design; correlations

S731.9；S788

A

1673-923X(2013)08-0137-06

2012-12-03

杭州西湖风景名胜区管委会杭州市园林文物局课题“康复花园的研究与实践—杭州三家疗养院保健花园设计初探”（2011003）

王东良（1985-），男，河南濮阳人，硕士研究生，主要从事植物造景、康复花园理论与实践方面的研究

金荷仙（1964-），女，浙江东阳人，研究员，硕士生导师，主要从事植物造景、花文化及花香对人体健康的影响方面的研究；E-mail：zgyl-jhx@263.net

[本文编校：文凤鸣]