室内空气负离子浓度与PM2.5、PM10浓度的关系

贺江华，谭益民，周兰芳

（中南林业科技大学 a.森林旅游研究中心；b.旅游学院，湖南 长沙 410004）

室内空气负离子浓度与PM2.5、PM10浓度的关系

贺江华a,b，谭益民a,b，周兰芳a,b

（中南林业科技大学 a.森林旅游研究中心；b.旅游学院，湖南 长沙 410004）

2013年11月，在室内对空气正、负离子浓度、PM10（可吸入颗粒物）、PM2.5（细颗粒物）等进行测量，将测量数据用SPSS软件进行统计分析，结果表明：（1）室内空气负离子浓度日变化与PM2.5浓度呈显著的负相关，与PM10浓度也呈显著的负相关；（2）自然条件下的室内空气负离子浓度日变化幅度规律为： PM10＞PM2.5＞空气负离子；燃烧香烟后的室内空气负离子浓度日变化幅度规律为：空气负离子＞ PM2.5＞PM10。

空气负离子浓度；PM2.5；PM10；相关关系；室内

空气负离子是大气中带负电荷的单个气体分子或离子团的总称。其具有杀菌、降尘、清洁空气、提高免疫力、调节机能平衡等多种功效，被誉为“空气维生素和生长素”[1]，其浓度水平已成为评价一个地方空气清洁程度的指标。自空气负离子被发现的一个多世纪以来，国内外学者对空气负离子的产生、生物学效应、离子发生器以及环境空气负离子监测等做了大量研究工作。关于空气负离子与气温、湿度、风速等环境因子的相关关系在近年来也有一定研究。

近年来，随着我国频繁出现雾霾天气，人们对空气质量关注度明显增高，空气质量中影响人体健康的细颗粒物PM2.5与可吸入颗粒物PM10备受关注[2-3]，PM2.5与PM10的形成因素、化学成分、分布水平等也得到一定研究。已有研究表明，空气负离子浓度与植被、气温、湿度、风速等环境因子具有显著相关关系[4-9]，但与影响空气质量好坏的PM2.5、PM10之间的相关性研究较少。为此笔者选择在风速、温湿度等环境因子相对稳定的室内进行实验测量，以降低误差，探讨空气负离子浓度与PM2.5、PM10浓度的相关关系及其影响规律，对人们进一步了解空气负离子资源具有重要的现实意义，也为空气负离子浓度与PM2.5、PM10浓度的后续关系研究提供参考。

1 试验地概况与研究方法

1.1 试验地概况

本研究选择室内进行试验，具体地点为中南林业科技大学森林旅游研究中心2间实验室，面积均约15 m2。

1.2 研究方法

试验与测量时间为2013年11月18～20日。3 d均为微风晴天，但均为不同程度的雾霾天气。试验前充分开门窗通风，实验时关闭门窗。每天在2间实验室内作同步对比试验，实验1的数据在自然条件下的室内测量获取，实验2的数据在燃烧3根香烟条件下的室内测量获取。

2组实验自早7点到晚7点连续整点监测，空气负离子浓度每小时测量 1 次，每次测东、西、南、北 4 个方向，以 4 个方向的平均值为测量值；手持仪器同步测量室内PM2.5浓度、PM10浓度、气温及相对湿度， PM2.5和PM10浓度每次采样时间为1 min。

1.3 仪器设备

本研究采用中南林业科技大学森林旅游研究中心研制的 FTP-2 型大气离子测量仪监测空气负离子[10]；采用美国METONE公司的AEROCET-531型颗粒物监测仪测量PM2.5与PM10浓度；采用美国f l uke公司的971型温湿度检测仪测定气温和湿度。

2 结果与分析

2.1 自然条件下室内空气负离子浓度日变化与PM2.5、PM10浓度的关系

将试验1的测量数据进行统计求均值，得出自然条件下室内空气负离子浓度与PM2.5浓度、PM10浓度的日变化情况（如表1所示）。

为了研究自然条件下室内空气负离子浓度随PM2.5浓度、PM10浓度的具体变化情况，将表1相关数据绘制成图（如图1、图2所示）。

由表1和图1可知，在监测时间内，自然条件下室内空气负离子浓度大体上随PM2.5浓度的下降而升高，两者呈负向关系，只有在11:00～13:00及18:00～19:00时段内，空气负离子浓度PM2.5浓度降低而降低，且变化幅度较低。除此之外，其他时间段空气负离子浓度随PM2.5浓度发生负向变化，可以得出，空气负离子浓度随PM2.5浓度发生正向变化的几率和幅度较小，可以忽略。空气负离子浓度在监测期内呈现2个小高峰，7:00～11:00时段内，空气负离子浓度上升幅度较快，由7:00的73 ions/cm3上升至11:00的120ions/cm3，形成第1个小高峰，升幅为64.4%。之后负离子浓度降低至106 ions/cm3后由逐渐升高，至17:00形成第2个小高峰，为128 ions/cm3，之后又呈现下降趋势。PM2.5浓度在监测时段内总体呈下降趋势，只有在17:00～19:00时段内，PM2.5浓度略有升高。7:00至13:00点的降幅较快，由7:00的59.3 μg/m3下降至13:00的28.5 μg/m3，降幅为51.9%。尤其是8:00至9:00的降幅最高，1小时内PM2.5降幅达23.1%。在总的监测时段内，空气负离子浓度上升了36 ions/cm3，升幅为49.3%，PM2.5浓度下降了 35.1 μg/m3，降幅为59.2%。

表1 自然条件下室内空气负离子浓度日变化与PM10浓度、PM2.5浓度的关系Table 1Relationship of daily variation between air anion concentration indoor and PM2.5 and PM10 in natural conditions

图2 自然条件下室内空气负离子浓度与PM10浓度的关系Fig.2Relationship between air anion concentration indoor and PM10 in natural conditions

由表1和图2可知，在监测时间内，自然条件下室内空气负离子浓度大体上也是随着PM10浓度的降低而升高，两者呈现负向变化。PM10浓度在监测时段内总体呈下降趋势，只有在13:00～14:00、18:00～19:00呈升高趋势，但升幅较低，基本可以忽略。PM10浓度在7:00～10:00时段内下降较快，由 7:00的 201.2 μg/m3下降到 10:00点的 92 μg/m3，降幅达54.3%。在之后的9个小时内PM10浓度降幅较低，由10:00点的92 μg/m3下降到19:00的73.2 μg/m3，降幅仅20.4%。在总的监测时段内，空气负离子浓度上升了36 ions/cm3，升幅为49.3%，PM10浓度下降了128 μg/m3，降幅为63.6%。

2.2 燃烧香烟后室内空气负离子浓度日变化与PM2.5浓度、PM10浓度的关系

试验2的测量数据进行统计求均值，得出燃烧香烟后室内空气负离子浓度与PM2.5浓度、PM10浓度的日变化情况（如表2所示）。

表2 燃烧香烟后室内空气负离子浓度日变化与PM2.5浓度、PM10浓度的关系Table 2Relationship of daily variation between air anion concentration indoor and PM2.5 and PM10 after burning cigarettes

为了研究燃烧香烟后室内空气负离子浓度随PM2.5浓度、PM10浓度的具体变化情况，将表2相关数据绘制成图（如图3、图4所示）。

图3 燃烧香烟后室内空气负离子浓度与PM2.5浓度的关系Fig.3Relationship of concentrations between air anion concentration indoor and PM2.5 after burning cigarettes

图4 燃烧香烟后室内空气负离子浓度与PM10浓度的关系Fig.4Relationship between air anion concentration indoor and PM10 after burning cigarettes

由表2和图3可知，燃烧3根香烟后，室内的空气负离子浓度仅20ions/cm3，比自然条件下的室内空气负离子浓度低了53 ions/cm3。室内PM2.5浓度则达到181.9 μg/m3，比自然条件下的59.3 μg/m3高出 122.6 μg/m3。由图3 可知，空气负离子浓度大体上随PM2.5浓度的降低而升高，两者呈负向关系。仅在10:00～11:00及18:00～19:00两个时段内呈正向关系，10:00～11:00，PM2.5浓度下降了58.5 μg/m3，而空气负离子浓度仅下降了2 ions/cm3，18:00～ 19:00，PM2.5浓度仅上升了0.1 μg/m3，而空气负离子浓度下降了ions/cm3。可以得出，正向关系变化幅度非常小，可以忽略。空气负离子在监测时段内总体呈上升趋势，11:00～14:00时段内，空气负离子浓度升幅最大，由33 ions/cm3升高至102 ions/cm3，升幅为209.1%；而在10:00～11:00、17:00～18:00时段内，空气负离子浓度呈下降趋势，但幅度较低。PM2.5浓度监测时段内总体呈下降趋势，7:00～12:00时段内降幅较快，由7:00的181.9 μg/m3降低至39.9 μg/m3，降低了 142 μg/m3，降幅达 78.1%，12:00～19:00时段内，PM2.5浓度则基本呈持续缓慢下降趋势。在总的监测时段内，空气负离子浓度升高了83 ions/cm3，升幅为415%，PM2.5浓度下降了 154 μg/m3，降幅为84.7%。

由表2和图4可知，燃烧3根香烟后，室内的空气负离子浓度仅20ions/cm3，PM10浓度则高达 296.4 μg/m3，比自然条件下的 201.2 μg/m3高出95.2 μg/m3。在监测时间内，空气负离子浓度大体随PM10浓度的下降而升高，二者呈负向关系。仅在14:00～15:00及18:00～19:00两个时段内呈正向关系，且变化幅度较小。监测时段内，PM10浓度总体呈持续下降趋势，在7:00～13:00时段内下降较快，由7:00的296.4 μg/m3降低至13:00的85.3 μg/m3，降低了 211.1 μg/m3，降幅为 71.2%，之后下降速度较慢，由13:00的85.3 μg/m3降低至19:00的 76.6 μg/m3，降低了 8.7 μg/m3。在总的监测时段内，空气负离子浓度升高了83 ions/cm3，升幅为415%，PM10浓度下降了219.8 μg/m3，降幅为74.2%。

为了进一步研究空气负离子与PM2.5浓度、PM10浓度的相关关系，将表1和表2的相关数据使用SPSS软件进行相关性分析，结果如表3所示。

表3 空气负离子浓度与PM2.5浓度、PM10浓度的相关关系Table 3Relationship between air anion concentration indoor and PM2.5 and PM10

由表3可以看出，自然条件下与燃烧香烟后的室内空气负离子浓度日变化与PM2.5浓度都具有显著的负相关，其相关系数分别为-0.914和-0.887，均通过了0.01显著性水平的检验，说明空气负离子浓度与PM2.5浓度确有线性关系。室内两种条件下的空气负离子浓度与PM2.5浓度的回归方程分别如下：

式（1）、（2）中：y为空气负离子浓度，x为PM2.5浓度。由此可以推断，自然条件下和燃烧香烟后室内空气负离子浓度均随PM2.5浓度的降低而升高。

由表3同样可以得出，自然条件下与燃烧香烟后的室内空气负离子浓度日变化与PM10浓度也都具有显著的负相关，其相关系数分别为-0.900和-0.905，均通过了0.01显著性水平的检验，说明空气负离子浓度与PM10浓度也确有线性关系。室内两种条件下的空气负离子浓度与PM10浓度的回归方程分别如下：

式（3）、（4）中：y为空气负离子浓度，x为PM10浓度。由此可以推断，自然条件下和燃烧香烟后的室内空气负离子浓度也均随PM10浓度的降低而升高。

3 结论

（1）室内空气负离子浓度随PM2.5浓度的日变化规律为：空气负离子浓度随PM2.5浓度的降低而升高，随PM2.5浓度的升高而降低，即空气负离子浓度与PM2.5浓度呈显著的负相关。

（2）室内空气负离子浓度随PM10浓度的日变化规律为：空气负离子浓度随PM10浓度的降低而升高，随PM10浓度的升高而降低，即空气负离子浓度与PM10浓度呈显著的负相关。

（3）自然条件下的室内，空气负离子浓度在7:00～11:00随PM2.5浓度、PM10浓度变化而发生的变化幅度较大；燃烧香烟后的室内，空气负离子浓度在11:00～14:00随PM2.5浓度、PM10浓度变化而发生的变化幅度较大。

（4）自然条件下的室内，空气负离子浓度日变化幅度与PM2.5浓度、PM10浓度日变化幅度规律为： PM10＞PM2.5＞空气负离子；燃烧香烟后的室内，PM2.5浓度与PM10浓度均显著升高，且PM2.5浓度升幅远大于PM10浓度升幅，空气负离子浓度日变化幅度与PM2.5浓度、PM10浓度日变化幅度规律为：空气负离子＞ PM2.5＞PM10。

[1]吴章文,吴楚材,文首文.森林旅游学[M].北京:中国旅游出版社,2008.

[2]杨新兴,冯丽华,等.大气颗粒物PM2.5及其危害[J].前沿科学, 2012, 6(21):22-30.

[3]殷永文,程金平,等.某市霾污染因子PM2.5引起居民健康危害的经济学评价[J].环境与健康杂志,2011, 28(3):250-252.

[4]张双全,谭益民,吴章文.空气负离子浓度与空气温湿度的关系研究[J].中南林业科技大学学报,2011, 31(4):114-118.

[5]倪 军,徐 琼,等.城市绿地空气负离子相关研究——以上海公园为例[J].中国城市林业,2004,(3):30-33

[6]陈佳瀛,宋永昌,等.上海城市绿地空气负离子研究[J].生态环境,2006,15(5): 1024-1028

[7]周海博,李彦鹏.西安市近地层空气离子与环境因子的关系研究[J].环境科学与技术, 2011,34(10):85-88.

[8]张双全,谭益民.神农谷国家森林公园空气负离子水平研究[J].中南林业科技大学学报,2011, 32(12):200-202.

[9]王继梅,冀志江,等.空气负离子与温湿度的关系[J].环境科学研究,2004,,17(2):68-70.

[10]赵 坤.“FTP-2型大气离子测量仪”通过鉴定[J].林业科技开发,2004,18(3):79.

Relationship between indoor air anion concentration and PM2.5and PM10

HE Jiang-huaa,b, TAN Yi-mina,b, ZHOU Lan-fanga,b
(a.Forest Recreation Research Center;b.College of Tourism, Central South University of Forestry &Technology, Changsha 410004,Hunan, China)

With the measurement of the air positive and negative ion concentration, PM10(Particulate matter) and PM2.5(Fine particulate matter) indoor in November, 2013, Analyzing the statistics in SPSS. The results show that: (1)the daily variation of air anion concentration indoor shows signif i cant negative correlation with PM2.5, and it sames to PM10.(2)the daily variation margin regular of air anion concentration indoor in natural conditions is that the air negative PM10＞PM2.5＞ions; the daily concentrations variation margin regular of air anion concentration indoor after burning cigarettes is that the air negative ions＞PM2.5＞ PM10.

air anion concentration; PM2.5; PM10; relationship; indoor

S727.05

A

1673-923X(2014)05-0096-05

2014-03-10

集体林区林农民生监测（ZDWT-2013-13-1，办发字[2013]61号）

贺江华（1983-），男，湖南衡阳人，硕士研究生，主要从事森林游憩方向等相关研究； E-mail：hejiangh_1983@163.com

谭益民（1962-），男，湖南湘潭人，教授，博士，博士生导师，主要从事生态旅游、旅游规划等相关研究；

E-mail：csfutanyimin@126.com

[本文编校：吴毅]