伊春空气负离子分布特征及质量评价 *

高 兴，张冬有

(哈尔滨师范大学,黑龙江省普通高等学校地理环境遥感监测重点实验室)

伊春空气负离子分布特征及质量评价*

高 兴，张冬有**

(哈尔滨师范大学,黑龙江省普通高等学校地理环境遥感监测重点实验室)

为探究伊春市空气负离子浓度空间分布特征，2016年8～9月对伊春市不同地物类型空气负离子浓度进行监测，利用单级系数(q)与安培空气离子评价指数(CI)对空气质量进行评价.结果显示，伊春市空气负离子浓度整体较高，空气质量良好；受空气负离子产生机理及人类活动影响，不同地物类型空气负离子差异为水域 > 耕地、林区 > 居民区；空气负离子浓度与相对湿度、气温显著正相关，与海拔相关性不显著；不同地物类型中，水域、林区、耕地CI值均在0.75以上，各样点空气质量以A、B级为主，居民区空气质量稍差.伊春市河流、森林资源丰富，空气质量优良，适合发展以“山水林”为主的第三产业，在城市建设中应采取措施增加空气负离子浓度以改善空气质量，为未来规划与发展奠定稳定基础.

空气负离子；分布特征；评价；小兴安岭；伊春

0 引言

空气负离子有除菌降尘、保持空气清洁度等环境功效，亦有镇静镇痛、提高人体免疫力、调节身体机能平衡等生物功效，被誉为“空气维生素”[1].随着以能源消耗为主工业发展，与机动车保有率快速攀升，城市空气污染愈演愈烈，近年来各地频发严重雾霾便是警示[2].近年来空气负离子研究以不同林分差异[3-5]、城市绿地空气负离子浓度[6-7]、分布特征与时空变化[8-9]为主，而在中等尺度空间分布少有报道.伊春市自然环境优美，动植物及矿产等资源丰富，森林与生态建设在黑龙江省较有代表性，选取该区域分析空气负离子分布特征并评价空气质量，探求小兴安岭空气负离子与空气质量相互关系和变化规律，为小兴安岭森林资源开发及城市未来规划与旅游发展提供参考.

1 研究区域概况与研究方法

1.1 研究区域概况

伊春市位于黑龙江省东北部，北起伊勒呼里山及黑龙江，东临鹤岗市与佳木斯市，南接省会哈尔滨市，西连黑河市与绥化市，面积约4万平方千米，人口100余万，主要城镇呈线状沿江分布.地处小兴安岭腹地，地貌特征“八山半水半草一分田”，平均海拔约600m，林业资源丰富，森林覆盖率高，植被为以红松、云冷等为主的针阔混交林，被誉为“祖国林都”.水系密布，耕地缺乏，作物以玉米、水稻为主.属中温带大陆性季风气候，年均气温1℃，降水量750-820mm，气候寒冷降水充沛.

1.2 研究地点选取

伊春市四种不同地物类型选取监测点共47个.水域监测点位于江河湖泊等水体附近；林区监测点位于林农场、森林公园、植物园等森林覆盖率较高区域；耕地监测点位于远离居民区的旱田；居民区选点位于市县乡各级居民点内商业小区或乡村街道；各地物类型监测位置平均分布，力求反映整体规律.监测点位置如图1，基本信息见表1.

图1 监测点示意图A、B、C、D分别为水域、林区、耕地、居民区监测点示意图

类别监测位置北纬东经海拔/m描述嘉荫县黑龙江48.892130.38386江面宽广,水面平静汤旺河区汤旺河48.453129.573325河道窄,水流较急,行人较多五营区汤旺河48.103129.229227河道较窄,水流平缓伊春市伊春区伊春河47.74128.909229行人较多,水流平缓金山屯区汤旺河47.414129.413152河道较窄,水流平缓

续表1

1.3 研究方法

1.3.1 试验设备

采用日本COM SYSTEM公司COM3200PRO林业负离子监测仪监测空气正负离子浓度、气温与相对湿度，采用更准确同轴二重圆筒式构造，配合电脑分析软件记录.正负离子浓度分解力10 ions·cm-3，监测上限2.0×105ions·cm-3，浓度监测误差 ≤±5%，离子迁移率误差≤± 5%，每2 s记录一组正负离子浓度数据、气温及相对湿度，气温监测精度0.1℃，相对湿度监测精度1%.

1.3.2 试验方法

于2016年8～9月晴朗无风天气进行空气负离子浓度监测，每处监测点监测1 d，自9:00～16:00，每1 h监测一次，正负离子各记录30 min.保持监测仪距下垫面1.5 m，与成人呼吸高度一致，待仪器读数稳定后开始自动记录，取1 d内各小时均值作该地类该监测点空气正负离子浓度、气温及相对湿度数值.使用算术平均值进行空间分布特征分析与气候因子相关分析.各监测点测定时间不同，但同季内气候无较大变化，将各监测点数据比较分析.

1.3.3 数据处理与分析

使用office2013进行数据前期处理，SPSS 23进行相关分析与绘制图表.

1.4 评价方法

1.4.1 单级系数(q)

空气中正负离子的比值.

(1)

上式中，n+为空气中正离子个数，n-为负离子个数.

1.4.2 安培空气离子评价指数(CI)

空气中离子浓度与自然界空气离子水平接近的程度.

(2)

上式中，n-为空气负离子数，q为单级系数，1000 ions·cm-3可满足人体生物学效应最低要求[10].安培空气离子评价指数CI全面客观地引入正负离子构成比，将空气负离子浓度作为参考指标，在国内空气离子评价中得到了广泛应用[11].空气清洁度分级标准见表2.

表2 空气清洁度分级标准

2 结果与分析

2.1 不同地物类型空气负离子差异与评价

使用单因素方差分析检验不同地物类型空气负离子浓度差异并使用SNK-q检验两两比较，结果见表3、4.水域与林耕地、居民地负离子浓度之间存在显著差异(P=0.05)，林区与耕地之间负离子浓度差异不显著.使用单级系数q与安培空气离子评价指数CI对各监测点空气状况进行评价，见表5.江河等流动水体监测点平均负离子浓度达1.069千个·m-3，其中81.8%被评为A级，两个湖泊监测点为B级，林区均为B级，耕地60%监测点达到B级，乡村街道中总体清洁，而城市小区监测点平均负离子浓度为0.457千个·m-3，仅60%达到中等清洁.

表3 伊春市不同地物类型空气负离子浓度ANOVA分析

注：*表示显著，**表示极显著,下同.

表4 伊春市不同地物类型空气负离子浓度SNK - q检验

表5 伊春市不同地物类型空气离子浓度及空气质量评价

2.2 不同地物类型空气负离子浓度与影响因子相关性

使用Pearson相关系数分析各地物类型空气负离子浓度与影响因子的相关性，结果见表6.相对湿度是空气负离子浓度最主要影响因子(P=0.01)，气温是影响其浓度的重要因素(P=0.01)，与海拔高度相关性不明显.其中居民区空气负离子浓度与相对湿度相关系数达0.964，其他地类稍低.

表6 伊春市不同地物类型空气负离子浓度与温湿度及海拔相关性分析

3 结论与建议

伊春市四种地物类型空气负离子浓度与相对湿度呈极显著正相关，随相对湿度上升，各地类空气负离子浓度均有提升，相对湿度增加会增加离子浓度，进而提升空气负离子浓度.相对湿度是影响空气负离子浓度最重要的因子之一，与众研究分析结果一致[12-13]；气温与各地类空气负离子浓度呈显著正相关，相关系数较湿度小，与王薇等研究稍有出入[14-15]，或由于不同的小环境对空气负离子浓度产生不同影响.当气温升高时，分子运动加快碰撞几率增多产生更多的空气负离子.伊春市各地类空气负离子浓度与海拔高度相关性不高，或由于小兴安岭地区海拔落差较小.

伊春市不同地物类型空气负离子浓度差异显著.因Lenard效应等空气负离子产生机理，水域空气负离子浓度高于其他地类，大部分监测点达A级.与流动性关系密切，河道窄水流急的南岔区永翠河监测点水流冲击作用强烈，峰值达2.560千个·m-3，而不远处的月牙湖因封闭、流动性差、冲击作用小，平均负离子浓度仅0.662千个·m-3.随机而频繁的人类活动影响水域空气负离子浓度，受人为干扰的四个监测点均值较其余样点减少22.7%，人类活动大量消耗空气负离子且缩短其存活寿命.水体污染中断空气负离子发生机制，存在轻微污染的两监测点空气负离子浓度较低.植物枝叶尖端放电及绿色植物光合作用形成光电效应是林区、耕地产生空气负离子的主要途径，由于负离子发生机理类似，林区与耕地空气负离子水平接近，分别为0.770千个·m-3、0.790千个·m-3，空气质量均以B、C级为主.林区空气负离子浓度受群落复杂度限制，复杂度越高，负离子水平越高.结构单一、丰富度低的人工林、纯林负离子浓度明显低于生态环境完整、结构紧密、丰富度高的山林及混交林.伊春市耕地范围有限，受小兴安岭整体生态环境制约，耕地各监测点空气负离子浓度与林区差异较小.因森林覆盖率高、植物种类丰富，伊春市得名“天然氧吧”，居民区各监测点负离子浓度较高正得益于此，城市由于活水较少、绿地面积有限，空气质量评级C、D分别占60%、40%，负离子浓度均值较乡村街道减少31%，后者80%监测点空气质量达到B级及以上.

伊春市地处小兴安岭腹地，辖内河网密布，森林覆盖率达82.2%，植被丰富，自然环境较其他地区优势明显，空气负离子浓度较其他区域有较大提升，评级也较高.自然生态旅游资源优于人文生态旅游资源，在“山水林”型旅游区建设上基础优越，应重视自然生态旅游区域的开发建设与保护，科学规划审慎开发[16].空气负离子作为重要环境指标已受广泛关注，随生态文明建设进一步深化，十九大上将“美丽”写入强国目标，“坚持人与自然和谐共生”写入新时代中国特色社会主义基本方略，建设美丽生态的分量愈来愈重.在新城乡建设中，可增加活水源，提高单位面积绿量，提高森林覆盖率等途径提升空气负离子浓度，进而改善空气质量，提高室内外舒适度.

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DistributionCharacteristicsandQualityEvaluationofAeroanioninYichun

Gao Xing, Zhang Dongyou

(Key Laboratory of Remote Sensing Monitoring of Geographic Environment, Harbin Normal University)

Using aeroanion data from different types monitoring of Yichun in August and September 2016, the spatial distribution characteristics of aeronion was analyzed and evaluated with Monopole coefficientqand Ampere air evaluation index CI. The results showed that: there were high aeronion concentration and good air quality in Yichun. Due to the mechanism of aeronion and the impact of human activities, the distribution diversity of aeronion in different types are: water > cultivated area, forest > residential area. There was a significant positive correlation between aeronion concentration and relative humidity, temperature, and no correlation with altitude. Among the different feature types, the CI in water, forest, and cultivated area are above 0.75, the air quality is mainly A and B, and the air quality in the residential area was slightly worse. It is so suitable for development of ‘Mountains-Rivers-Forest’ tertiary industry because of rich river, forest resources and good air quality, and effective measures should be taken in urban construction to increase aeronion concentration and improve air quality, so that lay a stable foundation for planning and development in the future.

Aeronion; Distribution characteristics; Evaluation; Xiao Hinggan Mountains; Yichun

李家云)

X171.1

A

1000-5617(2017)04-0082-07

2017-06-09

*国家自然科学基金 (41171412)；黑龙江省自然科学基金 (D201303)；哈尔滨师范大学博士后项目 (13RBHZ03)

**通讯作者