校园空气负氧离子浓度分布与空气质量评价

叶宏萌，郑茂钟，姜嘉祺，谢行冬

(1.武夷学院生态与资源工程学院，福建武夷山354300;2.福建省绿色化工技术重点实验室，福建武夷山354300)

校园空气负氧离子浓度分布与空气质量评价

叶宏萌1，2，郑茂钟1，2，姜嘉祺1，谢行冬1

(1.武夷学院生态与资源工程学院，福建武夷山354300;2.福建省绿色化工技术重点实验室，福建武夷山354300)

空气负氧离子浓度水平不仅反映了空气质量，还直接影响人们的舒适程度和健康状况。研究武夷学院空气负氧离子浓度含量发现，其受人类活动力度、海拔高度、空气流通状况、动态水体和植被分布等综合因素影响，并具有明显的气象变化和日变化特征。负氧离子浓度含量排序为:暴雨天＞小雨天＞雨后阴天＞晴天;一日中上午＞傍晚＞中午。测量结果表明该校园整体空气质量等级达到四级或者三级，空气清新，有利于师生健康。

负氧离子;影响因素;日变化;空气质量评价

随着全球气候不断恶化、大气污染日益严重、城镇化进度的加快和生态旅游的兴起，空气负(氧)离子的研究已成为热点。［1］空气负离子是带有负电荷的气体分子和轻离子团的总称。由于空气中的负离子多为氧离子和水合轻基离子，电离产生的自由电子大部分被氧气获得，因此常常把空气负离子统称为“负氧离子”。［2］其产生方式一般可分自然产生和人工产生两种:自然界空气中的负离子主要是由于宇宙射线、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产生。另外，雨水的分解，森林、植物的光合作用所制造的新鲜空气等也含有负离子。［3］人造负离子则主要采用高压静电场、高频电场、紫外线、放射线和水的撞击等方法使空气电离，产生大气等离子体，而后演化产生负离子。［4］大气等离子体中成分复杂，负离子会产生复杂的演化过程，且其存在的时间较短。［4］但是负氧离子有“空气维生素”之称，其杀菌、降尘、清洁空气等功效对人体健康有积极意义。一般来说，空气中负氧离子浓度每立方厘米低于20个以下时，人会感觉到疲劳，头昏脑涨;当空气负氧离子浓度高于700个·cm－3时，就会使人感觉空气新鲜;超过1000－1500个·cm－3时，就有保健作用;超过8000个·cm－3时就可以治病。［5］

由于空气负氧离子对人体健康的重要作用及它与大气污染密切的负相关性，［6－7］负氧离子浓度成为空气清洁度的重要评价指标已越来越受到人们的重视，已成为“旅游生态环境”这门新兴的边缘科学的一项新技术。［2］目前，关于负氧离子的研究主要侧重于负氧离子浓度分布［3］、产生与演化机理［4］、医疗保健中的作用及其机理［7］以及作为旅游环境评价和旅游资源的开发利用［8］等。但以上研究多集中于城市、森林、疗养区和旅游度假区等方面，对校园环境空气中负氧离子浓度的研究尚未见报道。校园作为人口密集的地方，其良好的生态环境是校园文明的重要体现，空气中负氧离子浓度水平不仅反映了校园空气质量，还直接影响在校师生的舒适程度、健康状况和学习效率。因此研究校园空气中负氧离子浓度分布、评价校园空气质量具有重要现实意义。

1 研究方法

1.1 研究区概况和采样点布设。

本文选择武夷学院校园的空气负氧离子为研究对象。武夷学院位于海峡西岸经济区绿色腹地，坐落在“世界文化与自然遗产地”——武夷山市。校园依山傍水，湖光山色，鸟语花香，四季如画，被授予“全国绿化模范单位”、多次获得福建省省级“花园式单位”“园林单位”等荣誉称号。现校园占地面积2千余亩，在校师生万余人。采样点布设按校园不同功能区划分，主要划分为四个:生活区、景观区、活动区和教学办公区。具体分别为学校食堂门口(学生生活区内，人流量大，空气对流较差)、校内茶园(茶山地势较高、人流量最少，空气流通好)、学校操场(周边绿化好、人流量一般，空气流通好)和聚贤楼(用于教学办公楼，位于天心湖旁和校园主干道旁，人流量一般，空气对流一般)。

1.2 测量仪器及方法。

测量采用日本原产(负离子协会推介产品)KEC－900型空气正、负离子测试仪。仪器使用重要参数如下:空气流速:200 cm/s;测定范围:10 ions/cc－1999000 ions/cc;湿度

≤99%R.H(不凝结水);工作温度:－20°C－60°C等。由于空气负氧离子浓度瞬时变化较大，测量时将仪器置于支架上，离地面约30 cm，并在每个观测点按东、西、南、北四个方向瞬间分别读数，取四个方向的平均值作为此观测点的负氧离子值。所测数据用Excel软件处理。

2 结果与分析

2.1 不同功能区负氧离子浓度水平。

选择四个不同功能区(见上文)，于2014年5月5日至8日连续四个晴天进行负氧离子浓度测定，时段为7:00至19: 00，每次测定持续20min，取平均值进行研究。测定结果如图1所示。从图中可以看出负氧离子浓度水平为:后山茶园＞学校操场＞聚贤楼＞学校食堂。结合具体采样点自然和人类活动环境进行分析，学校食堂在人流量大，空气对流较差等环境影响下负氧离子浓度水平为功能区最低;后山茶园地势较高、人流量最少，空气流通好，其负氧离子浓度水平为功能区最高;学校操场和聚贤楼人口密度和空气对流情况介于上述二者中间，负氧离子浓度水平也介于中间。可见反映了不同功能区负氧离子浓度受人类活动力度、海拔高度、空气流通状况、动态水体和植被分布等综合因素影响。这与负氧离子浓度空间分布不均匀，由市中心向郊区逐渐增大，随海拔高度的增加而增加等研究结果一致。［9］

图1 不同功能区负氧离子平均浓度分布

2.2 天气变化和日变化对后山茶园负氧离子浓度影响。

为了进一步研究空气中负氧离子浓度受天气变化和日变化的影响，选择了校园人类活动强度最弱的后山茶园为研究对象，进行晴天、阴天、小雨和暴雨四个不同天气条件，以及7:00－8:00、13:00－14:00和18:00－19:00三个日不同时刻的负氧离子浓度测量。测量结果如图2所示。具体分析如下:(1)从不同天气条件来看，负氧离子浓度水平为:暴雨天＞小雨天＞雨后阴天＞晴天。雨天条件下负氧离子浓度更高的主要作用机理是:水的Lenard效应使水分子裂解，暴雨的跌撞等自然过程中的水自上而下，在重力的作用下高速运动，使水分子裂解，产生大量空气负离子，［3］并且空气湿度高时，负氧离子O2－易与水分子结合，形成负氧离子团簇O2－·H2O，这种团簇对负氧离子的寿命具有较大的影响。［4］但文中阴天条件下负氧离子浓度高于晴天的这一结果与曾曙才等的研究［10］不一致，主要原因可能与选择测定的阴天出现在雨天后还是紧继晴天后有关。本项目选择雨天后的阴天天气进行测定，在雨后的湿度影响下，阴天的负氧离子浓度会有所增加。表明了空气负离子浓度与相对湿度之间存在正相关，与已有研究结果一致。［11］(2)从日不同时刻观察，负氧离子浓度水平在晴天、阴雨天基本上为:上午＞傍晚＞中午，可见负氧离子浓度水平有明显的日变化特征。主要因为中午气温高，负离子浓度与气温存在指数负相关，［12］这与已有研究结果相同。［13－14］但是暴雨天气下，由于不同时间段雨量的不稳定变化，当中午雨量占日雨量明显优势时，其负氧离子也呈现日时段的最大值，关于该方面尚未见报道。该变化体现了空气负离子浓度的最主要气象因子是空气相对湿度，其次是光照强度，最小为气温。这与已有研究结果一致。［15］

图2 不同气象条件不同时间段后山茶园负氧离子平均浓度

2.3 校园空气质量评价。

世界卫生组织(WMO)规定清新空气的负氧离子标准浓度为1000－1500个·cm－3，并以400个·cm－3作为旅游区空气负氧离子的临界浓度。目前国内尚未形成负氧离子浓度与空气质量和人体健康的统一标准，本文参考文献［16，3］中常用标准进行校园空气质量评价，具体评价标准见表1和表2。

表1 负氧离子浓度与空气质量的对应标准

结合以上标准对武夷学院校园晴天条件下(文中2.1节已论述)空气清新程度和与健康的关系进行评价。结果见表3。可见该校园整体空气质量等级可以稳定达到四级或者三级，空气较清新或清新，有利于增强人体免疫力、抗菌力或杀灭、减少疾病传染。同时该结果是在晴天条件下测定的相对保守评价。如果是雨天或者暴雨天随着负氧离

子浓度增加，空气更加清新(可达到一级空气质量)，对人体有利度增加，甚至具有治疗和康复功效。可见，武夷学院校园整体空气质量可以与国内大多公园、湖泊、森林、乡村、田野、旅游区等［3］相媲美。这样的空气质量与武夷学院校园位于旅游城市、校内人均占地大(2千余亩，约1万5千名在校师生)、建筑物间距大、楼层低(最高为五层)、空气流通好、绿化面积高以及依山傍水等整体生态环境有关。

表2 常见的负离子等级标准及与健康的关系表

表3 2014年5月晴天条件下武夷学院校园空气离子测量评价

3 结论与讨论

(1)校园不同功能区负氧离子浓度水平排序为:后山茶园＞学校操场＞教学区＞学校食堂。反映了不同功能区负氧离子浓度受人类活动力度、海拔高度、空气流通状况、动态水体和植被分布等综合因素影响。

(2)研究空气中负氧离子浓度受天气变化和日变化的影响:负氧离子浓度水平为:暴雨天＞小雨天＞雨后阴天＞晴天;上午＞傍晚＞中午。表明了空气与相对湿度之间存在正相关，与气温存在指数负相关。

(3)武夷学院校园整体空气质量等级可以稳定达到四级或者三级，空气较清新或清新，有利于师生健康。这样的空气质量与武夷学院校园整体良好生态环境有关。

(4)影响空气负氧离子浓度的因素很多，本文是在自然和人为综合影响下测定的，建议今后做室内模拟实验分析气象单因子(气温、湿度、风向、风速、光照等)影响，明确其影响机理，为提高空气中的负氧离子浓度，改善环境质量提供依据和方法。

(5)鉴于负氧离子对空气质量和人体健康的影响，建议在需要提高负氧离子浓度区域适当增加绿化、喷泉、活动水面和空气对流等。

［1］王琨，孙丽欣，李超，等.不同环境下空气离子密度的比较与变化机理［J］.东北林业大学学报，2009，37(1):39－41.

［2］马志福.空气负氧离子浓度参数在旅游度假区规划中的重要作用［J］.科学中国人，2003(3):48－49.

［3］彭贵康.雅安市近地面空气负(氧)离子状况初探［J］.高原山地气象研究.2012，32(1):67－72.

［4］欧阳建明，邵福球，邹德滨.大气等离子体中负氧离子产生和演化过程数值模拟［J］.物理学报，2011，60(11):1－4.

［5］黄建武，陶字元.空气负离子资源开发与生态旅游［J］.华中师范大学学报:自然科学版［J］，2002，36(2):257－260.

［6］Livanova LM，Levshina IP.The prophy lacticeffec to fne gative change dairions in acute stress in rats with differentty pological behavioral characteristics［J］.Zh V ys sh Nerv Die at Im Pav lova，1991，146:564－570.

［7］林忠宁.空气负离子在卫生保健中的应用［J］.生态科学，1999，18(2):11－14.

［8］曾曙才，苏志尧，陈北光.我国森林空气负氧离子的研究进展［J］.南京林业学报，2006，30(5):107－111.

［9］蒙晋佳，张燕.广西部分景点地面上空气负离子浓度的分布规律［J］.环境科学研究，2004，17(3):25－27.

［10］曾曙才，苏志尧，陈北光.广州绿地空气负离子水平及其影响因子［J］.生态学杂志，2007，26(7):1049－1053.

［11］唐春燕，蔡哲，肖安，等.井冈山空气负离子浓度特征及其与气象条件关系［J］.安徽农业科学，2011，39(1): 495－496.

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

［13］王继梅，冀志江，隋同波，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.

［14］周晓香，洪辉.资溪县城空气负离子特征及与气象因子相关性分析［J］.气象与环境学报，2007，23(6):32－34.

［15］韦朝领，王敬涛，蒋跃林，等.合肥市不同生态功能区空气负离子浓度分布特征及其与气象因子的关系［J］.应用生态学报，2006，17(11):2158－2162.

［16］熊丽君，王敏，赵艳佩，等.上海崇明岛风景旅游区空气负离子浓度分布研究［J］.环境科学与技术，2013，36 (8):71－76.

Distribution of Negative Oxygen Ions Concentration and Assessment of Air Quality in Campus

Ye Hongmeng1，2，Zheng Maozhong1，2，Jiang Jiaqi1，Xie Xingdong1
(1.School of Ecology and Resource Engineering，Wuyi University，Wuyishan，Fujian 354300，China; 2.Provincial Key Laboratory of Green Chemical Industry Technology，Wuyishan，Fujian 354300，China)

Level of negative oxygen ions concentration reflects not only the air quality，but also directly affect the comfort and health.This paper studied distribution and evaluation of negative oxygen ions concentration in campus of Wuyi university.The results showed that negative oxygen ions concentration was affected by human activity，altitude，the air flow，dynamic water and vegetation distribution and other comprehensive factors in the different functional areas of the campus.Meanwhile，negative oxygen ions changes according to weather and diurnal variations.Ranges of negative oxygen ion concentration are as follows:heavy rain days＞rain days＞rain cloudy＞clear;diurnal variation order:AM＞evening＞noon.In summary，the measurement results showed that the air quality levels achieved stability three or four，air was fresh and conducive to human health.

negative oxygen ions;influencing factors;diurnal variation;air quality assessment

X8

A

1672－6758(2015)04－0153－4

(责任编辑:宋瑞斌)

叶宏萌，硕士，讲师，武夷学院生态与资源工程学院，福建省绿色化工技术重点实验室。研究方向:水资源保护与环境地球化学。

福建省教育厅科技项目“武夷山茶园生产对周边生态环境的影响”(编号:JK2013056);2014年福建省中青年教师教育科研项目(编号:JA14311)。

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