西宁市城市典型绿地空气负氧离子浓度特征研究

耿生莲，王志涛，辛永清，王 彬

(青海大学农林科学院青海高原林木遗传育种实验室，青海 西宁 810016)

西宁市城市典型绿地空气负氧离子浓度特征研究

耿生莲，王志涛，辛永清，王 彬

(青海大学农林科学院青海高原林木遗传育种实验室，青海 西宁 810016)

为了解西宁市城市森林不同功能区的空气负氧离子浓度及其与环境质量的关系，笔者选择了西宁市5个典型绿地进行了全天和全年空气负氧离子浓度及环境条件的测定。结果表明：1) 5个城市典型绿地空气负氧离子浓度有显著差异(F=66.47，Sig<0.05)，平均值为400.1个/cm3.其中，植物园、省委家属院和麒麟湾高出世界卫生组织(WHO)规定的清新空气负氧离子最低浓度需达到250个/cm3的标准；海湖大道和新宁广场的空气负氧离子浓度低于标准。2) 植物园、麒麟湾和省委家属院的空气负氧离子浓度日变化呈双峰曲线，9：00和17：00为峰顶，7：00，15：00和19：00为峰谷，其中9：00为最高峰段。海湖大道和新宁广场空气负氧离子浓度日变化平缓。3) 植物园、麒麟湾和省委家属院空气负氧离子浓度的年变化呈单峰曲线，高峰出现在7月至9月份。新宁广场年变化平缓，海湖大道年变化复杂。4) 5个绿地的空气负氧离子浓度与绿地类型、温度和相对湿度呈正相关，与风速、PM2.5和PM10.0呈负相关。空气负氧离子浓度与环境因素间的曲线拟合以一次方程的拟合优度最好。

西宁市；典型绿地；负氧离子；环境因素

城市绿地中空气负氧离子不仅具有提高人体免疫力、调节人体神经介质5-HT(5-羟色胺)的浓度、调节血液循环等多种保健功能，而且还能用于治疗呼吸系统等方面的疾病，被称为大气维生素。近年来，国内外对城市空气负氧离子浓度的变化及其影响因素展开了多方面研究。这些研究多集中于城市边缘森林及森林公园、城市人工绿地及旅游景点等区域，而对城市中心区域居民日常休闲的绿地缺乏较为全面的认识。因此，笔者对西宁市城市5 种典型绿地(休闲生活区)全年的空气负氧离子浓度进行了测定，探讨了不同绿地类型及环境因素对空气负氧离子浓度的影响，以期为城市居民选择日常休闲绿地提供参考。

1 研究区概况

西宁市地处青藏高原河湟谷地南北两山对峙之间，属祁连山系，黄河支流湟水河自西向东贯穿市区。全市总面积7 665 km2，市区面积3 505 km2，海拔2 261 m.年平均降水量380 mm，蒸发量1 363.6 mm，年平均日照时数1 939.7 h.年平均气温7.6 ℃，最高气温34.6 ℃，最低气温-18.9 ℃，属大陆高原半干旱气候。夏季平均气温17 ℃～19 ℃，是消夏避暑胜地，有“中国夏都”之称。

2 研究方法

2.1 观测样地

观测样地设在西宁市新宁广场(休闲娱乐区)、植物园(景观区)、海湖大道(交通主干道)、麒麟湾(水系游乐区)和省委家属院(居民生活区)。各绿地相距10 km以上，其环境特点及树种配置见表1.

表1 5个典型绿地的特征

2.2 观测方法

为消除环境因素可能带来的误差，于2014年每月上旬和下旬选择大气状态相对稳定、天气晴朗的日间进行相关指标的观测。在5个典型绿地样地内进行空气负氧离子、气温、相对湿度、风速、PM2.5和PM10等指标的测定。观测仪器为高精密度空气负离子测试仪(型号COM-3200PRO)，误差≤±10%，最高分辨率为10 ions/cm3；用NK 4000小气候仪对温度、相对湿度和风速进行观测；用美国粉尘浓度检测仪(型号metone831)对空气中的微粒物PM2.5和PM10进行观测。日间观测时间为7：00，9：00，11：00，13：00，15：00，17：00和19：00，每5分钟测1次，共测3次，取其平均值。1天7组，1个月14组，全年5个地点共测得840组数据，运用统计学分析软件SPSS 15.0 进行统计分析。

3 结果与分析

3.1 各绿地空气负氧离子浓度特征

5个绿地空气负氧离子浓度平均值见图1.

图1 5个绿地空气负氧离子浓度平均值

对各观测点全年的空气负氧离子浓度统计得出，5个典型绿地的空气负氧离子浓度平均值为400.1个/cm3，变化范围在0.0个/cm3～2 683.0个/cm3之间，比世界卫生组织(WHO)规定的清新空气负氧离子的最低浓度需达到250个/cm3的标准高出60.0%.海湖大道、新宁广场、麒麟湾、植物园和省委家属院空气负氧离子浓度年平均值分别为206.5个/cm3，120.2 个/cm3，602.4个/cm3，637.9个/cm3和433.5个/cm3，变化范围分别在0.0个/cm3～1 070.0个/cm3，8.0个/cm3～377.0个/cm3，74.0个/cm3～2 160.0个/cm3，60.0个/cm3～2 112.0个/cm3和0.0个/cm3～2 683.0个/cm3.海湖大道和新宁广场低于世界卫生组织(WHO)规定的标准，植物园、省委家属院和麒麟湾分别高出世界卫生组织(WHO)规定标准的155.2%，141.0%和73.4%.全年平均空气负氧离子浓度植物园最大，新宁广场最小。植物园、麒麟湾和省委家属院的空气负氧离子浓度比海湖大道和新宁广场高2倍～5倍.经方差分析和关联度分析，5个绿地的空气负氧离子浓度间有显著差异(F=66.47，Sig<0.05)，关联度较高，Eta2=0.276.经多重比较分析，植物园与麒麟湾空气负氧离子浓度差异不明显(Sig>0.05)，与海湖大道、新宁广场和省委家属院空气负氧离子浓度差异显著(Sig<0.05)；麒麟湾与省委家属院、海湖大道和新宁广场之间差异显著(Sig<0.05)；省委家属院、海湖大道和新宁广场之间差异显著(Sig<0.05)。主要是由于植物园、省委家属院和麒麟湾的森林郁闭度较高，林木多，其生物的“绿量”明显高，释放的空气负氧离子也就多。而新宁广场和海湖大道森林郁闭度低，植被量少，人流、车流多且污染严重，其空气负氧离子的存在量少、存在时间短，使得空气负氧离子浓度明显低于其它3个绿地，没有达到世界卫生组织(WHO)规定的最低浓度，需要大幅度增加“绿量”，提高森林郁闭度。

3.2 各绿地空气负氧离子浓度日动态变化

各绿地空气负氧离子浓度日动态变化情况见图2.

从图2可以看出，在观测时段内5个典型绿地的空气负氧离子浓度的日变化特征有所差异。植物园、麒麟湾和省委家属院的空气负氧离子浓度日变化较大，呈双峰曲线。早上 9：00 空气负氧离子浓度达到最高，分别为996.8个/cm3，819.5个/cm3和742.8个/cm3；下午17：00又出现小高峰，分别为461.1个/cm3，491.1个/cm3和305.0个/cm3；下午15：00空气负氧离子浓度最低，分别为491.1个/cm3，461.1个/cm3和305.0个/cm3.海湖大道和新宁广场2个绿地空气负氧离子浓度日变化曲线相对平缓，最大值出现的时间不一致，分别在下午15：00和13：00，值为257.5个/cm3和132.9个/cm3；5个绿地全天的空气负氧离子浓度差异显著(Sig<0.05)。植物园、麒麟湾和省委家属院绿量多，其光合作用随着气温的升高而增加，释放的负氧离子也增多。到下午由于气温的升高气孔关闭，光合作用减弱，释放的负氧离子减少。因此，从11：00之后负氧离子浓度减少，至17：00适宜的温度和相对湿度又使植物光合作用增强，空气负氧离子浓度增加。这种变化规律与植物光合作用的日变化一致。海湖大道与新宁广场郁闭度低，负氧离子浓度日变化相对平缓。

图2 5个绿地空气负氧离子浓度日动态变化

3.3 各绿地空气负氧离子浓度年动态变化

各绿地空气负氧离子浓度年动态变化情况见第7页图3.

从5个典型绿地空气负氧离子浓度的年变化中可以看出，植物园、省委家属院和麒麟湾的变化特征相似，大体呈现单峰变化形式，最大值集中出现在7月、8月、9月，分别为1 189.6个/cm3，987.9个/cm3和992.5个/cm3；最小值有所不同，出现在1月、2月和4月，分别为161.9个/cm3，115.7个/cm3和213.7个/cm3.新宁广场的空气负氧离子浓度年变化曲线比较平缓，最大值出现在4月，为501.3个/cm3；最小值出现在1月，为95.0个/cm3.海湖大道的年变化曲线比较复杂，4月、8月和11月出现了3个高峰段，这表明空气负氧离子浓度受到车流量的影响。可能是由于汽车尾气因素导致空气中的粉尘含量高，这些粉尘的存在使得空气中的负氧离子更容易相互碰撞，发生电荷，中和形成中性分子，从而降低了空气中负氧离子的浓度。经方差分析，5个绿地空气负氧离子浓度的年变化有明显差异(F=15.219，Sig<0.05)。

3.4 绿地空气负氧离子浓度与环境因素的关系

空气负氧离子浓度的变化是多重因素共同作用的结果。已有研究发现，空气中负氧离子浓度的变化与温度、相对湿度、风、雨、雾、太阳辐射等环境因子有密切关系。空气负氧离子浓度与环境因素，即绿地类型、温度、相对湿度、风速、PM2.5和PM10.0的相关性分析结果见表2.

由表2可以看出，空气负氧离子浓度与绿地类型、温度和湿度在0.01水平上呈显著的正相关关系，相关系数分别为0.349，0.313和0.299；与PM2.5在0.01水平上呈显著的负相关关系，相关系数为-0.146；与风速和PM10.0在0.05水平上呈负相关关系，相关系数分别为-0.075和-0.094.

图3 5个绿地空气负氧离子浓度年动态变化

环境因素相关系数绿地类型温度湿度风速PM2.5PM10.0空气负氧离子浓度0.349**0.313**0.299**-0.075*-0.146**-0.094*注:**表示在0.01水平(双侧)上显著相关;*表示在0.05水平(双侧)上显著相关

5个绿地空气负氧离子浓度与环境因子的关系见第8页图4.

由图4可以看出，各典型绿地的空气负氧离子浓度变化趋势与温度、湿度的变化趋势基本一致，呈正相关关系。即随着温度和湿度的升高，各绿地空气负氧离子的浓度不断增加(图4-a，4-b)。全年中温度和湿度随时间呈单峰变化形式，峰值出现在7月至9月，空气负氧离子浓度峰值基本出现在8月至9月。其原因主要是由于8月份和9月份秋高气爽，空气清新，湿度相对较大，同时绿色植物旺盛的光合作用也直接影响着空气负氧离子的产生和存在。而在冬季11月、12月、1月和2月，许多条件都不利于空气负氧离子的产生和存在，所以负氧离子浓度较低。空气中PM2.5和PM10.0的变化与空气负氧离子浓度的变化呈负相关关系(图4-c，4-d)，即随着空气中PM2.5和PM10.0的增加，各观测区空气负氧离子浓度不断减少。全年6月至9月空气中PM2.5和PM10.0最少，2月和3月最多。主要是因为6月至9月植物生长量最大，光合作用最强，释放的空气负氧离子最多，植物有效地发挥了滞尘功能。2月和3月植物处于休眠状态，滞尘功能接近于零，空气负氧离子浓度相应的就最低。空气负氧离子浓度与风速呈负相关关系(图4-e)。

图4 5个绿地的空气负氧离子浓度与环境因子的关系

3.5 空气负氧离子浓度与环境因素的回归分析

为进一步分析因变量(y:空气负氧离子浓度)与自变量(x1:绿地类型，x2:温度，x3:湿度，x4：风速，x5：PM2.5，x6：PM10.0)之间的量化关系，进行了回归分析，因变量与自变量之间的曲线拟合以一次线性方程的拟合优度最好。相应的回归方程为：

y=96.93+9.86x1，R2=0.921(F=96.669，P<0.01)；

y=12.36+1.42x2，R2=0.898(F=76.102，P<0.01)；

y=6.64+0.80x3，R2=0.889(F=68.417，P<0.01)；

y=-62.41+18.78x4，R2=0.516(F=11.040，P<0.01)；

y=-2.07+0.53x5，R2=0.721(F=15.208，P<0.01)；

y=-0.19+0.08x6，R2=0.609(F=6.216，P<0.01).

拟合的方程R2从大到小依次为绿地类型>温度>湿度>PM2.5>PM10.0>风速。

将5个绿地的空气负氧离子浓度与6个环境因素进行共线方程拟合，得出的回归方程为：

y=-162.147+100.193x1+7.919x2+5.385x3-31.266x4-0.509x5-0.121x6，

R2=0.279(F=44.857，Sig<0.01).

4 讨论与结论

1) 西宁市5个城市典型绿地植物园、省委家属院、麒麟湾、海湖大道和新宁广场的空气负氧离子浓度全年平均值分别为637.9个/cm3，602.4个/cm3，433.5个/cm3，206.5个/cm3和120.2个/cm3.5个典型绿地空气负氧离子浓度平均值为400.1个/cm3，高出世界卫生组织(WHO)规定标准的60.0%.其中，海湖大道和新宁广场均比标准低，植物园、省委家属院和麒麟湾均比标准高。研究结果显示，森林郁闭度较大的绿地空气负氧离子浓度较高，而郁闭度与空气负氧离子浓度的具体关系需要进一步研究。

2) 5个典型绿地全天各观测时段的空气负氧离子浓度有明显差异。植物园、麒麟湾和省委家属院空气负氧离子浓度的日变化呈双峰曲线，9：00和17：00为峰顶时间，7:00，15：00和19：00为峰谷；9：00为最高峰段。这种变化规律与光合作用的日变化规律基本一致，其关联性有待进一步验证。海湖大道和新宁广场空气负氧离子浓度日变化曲线平缓。

3) 5个典型绿地全年空气负氧离子浓度变化趋势有明显差异。植物园、省委家属院和麒麟湾全年中空气负氧离子浓度变化呈单峰曲线，高峰期在7月至9月；新宁广场空气负氧离子浓度年变化曲线比较平缓；海湖大道的年变化曲线比较复杂，在4月、8月和11月出现了3个高峰段。

4) 5 个绿地的空气负氧离子浓度与绿地类型、温度和相对湿度呈正相关关系，与风速、PM2.5和PM10.0呈负相关关系。笔者测定出的空气负氧离子浓度的日变化及年变化中出现双峰曲线和单峰曲线与三峰曲线的不同现象，是环境因素交互作用的结果。空气负氧离子浓度与环境因素间的曲线拟合以一次方程的拟合优度最好，拟合的共线性方程为：

y=-162.147+100.193x1+7.919x2+5.385x3-31.266x4-0.509x5-0.121x6.

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Characteristics Study on Atmospheric Negative Oxygen Ions Concentration of Typical Urban Green Space in Xining City

Geng Shenglian, Wang Zhitao, Xin Yongqing, Wang Bin

(QinghaiPlateauLaboratoryofTreeGeneticsandBreeding,CollegeofAgricultureandForestrySciences,QinghaiUniversity，Xining810016,China)

In order to understand the atmospheric negative oxygen ions concentration of different functional areas of Xining forest and the relationship between it and environmental quality, 5 typical green spaces were selected to measure the atmospheric negative oxygen ions concentrations and their environmental conditions dairly and yearly. Results showed that: 1) There was a significant difference (F=66.47, Sig<0.05) in the atmospheric negative oxygen ions concentration of these 5 typical green spaces and the average value was 400.1 ion/cm3. The atmospheric negative oxygen ions concentration of Botanical garden, Provincial family member courtyard and Qilin garden were all higher than the standard (the minimum atmospheric negative oxygen ions concentration of fresh air was 250 ion/cm3) provided by WHO, while that of Haihu street and Xinning plaza were lower than the standard. 2) The daily changes of atmospheric negative oxygen ions concentration in Botanical garden, Qilin garden and Provincial family member courtyard were double peak curves. The curves reached peaks at 9:00, 17:00 and reached valleys at 7:00, 15:00, 19:00. The maximum value appeared at 9:00. The daily changes of Haihu street and Xinning plaza were gently. 3) The annual changes of atmospheric negative oxygen ions concentration in Botanical garden, Qilin garden and Provincial family member courtyard were single peak curve which reached peaks at July to September. While the annual change of Xinning plaza was gently and the annual change of Haihu street was complicated. 4) The atmospheric negative oxygen ions concentrations of these 5 typical green spaces were positively correlated with the type of green spaces, temperature, relative humidity and negatively correlated with wind speed, PM2.5, PM10.0. The goodness-of-fit of first-order equation was best in curve fitting between the atmospheric negative oxygen ions concentration and environmental factors.

Xining city; Typical green spaces; Negative oxygen ions; Environmental factors

2016-10-15

青海省科技促进新农村项目(2013-N-548)

耿生莲(1966— )，女，青海湟中人，1989年毕业于北京林业大学，副研究员。

X321

A

1007-726X(2016)04- 0004- 06