九峰国家森林公园空气负离子浓度变化规律

周文昌 潘磊 崔鸿侠 喻单宁 戴薛 蔡明

摘 要： 为了探讨城市森林生态系统空气负离子浓度的季节动态变化规律，采用了FLZ1型大气负离子自动观测系统研究武汉市九峰森林公园空气负离子浓度日变化和季节动态规律。结果表明：九峰国家森林公园空气负离子浓度存在明显的季节变化规律，2014年5月至10月的空气负离子浓度月平均值分别为610、640、973、902、987、793个/cm3，表明夏季和秋季是森林空气负离子浓度较高的季节。森林公园空气负离子浓度存在明显日变化规律，表现为凌晨0600至0800出现峰值或傍晚1800后呈现增加趋势，说明清晨太阳初升时及傍晚前后是一天内森林空气负离子浓度较高的时间段。另外，春季（5月）、夏季初期（6月）和秋季末（10月），温度是影响森林公园空气负离子浓度的主导因素，而仲夏（7月和8月）和秋季初期（9月），降雨量是影响森林公园空气负离子浓度的主导因素，但是并未发现空气负离子浓度日平均值与空气温度和湿度日平均值存在显著线性关系。

关键词： 空气负离子；森林公园；武汉市

中图分类号：X16 文献标识码：A 文章编号：1004-3020（2018）01-0001-05

Aero-anionon Centration in Jiufeng National Forest Park in Wuhan City

Zhou Wenchang（1） Pan Lei（1） Cui Hongxia（1） Yu Shanning（2） Dai Xue（1） Cai Ming（3）

（1.Hubei Academy of Forestry Wuhan 430075；2.Investigation and Planning Institute of Hubei ProvinceWuhan 430079；3.Hubei Meteorological Administration Wuhan 430074）

Abstract： To find out the seasonal dynamic variation and diurnal variation of aero-anion concentration in urban forest ecosystem. As the aero-anion concentration automatic observation system， the FLZ1 model was used in the Jiufeng national forest park in Wuhan city. Our research showed that the aero-anion concentration in the Jiufeng national forest park observed obvious seasonal change. Every month mean aero-anion concentration from May to October in 2014 was about610， 640， 973， 902， 987， and 793 ind/cm3， respectively. They were suggested that the best tourist season for aero-anion is summer and autumn. In additional， Obvious diurnal variation pattern of aero-anion concentration was observed， the peak value was from Beijing time from 0600 to 0800 am （before the sun rises） or after 1800 pm （after the sun goes down）， our result showed that people get the best at forest park when the sun rises and the sun goes down. In addition， on the early spring （May）， summer （June） and fall （October）， the air temperature seem to be the dominant factors influencing the aero-anion level in he forest park， and on the summer （July and August） and the early autumn （September）， the rainfall seem to be the dominant factors influencing the forest park of air negative ions concentration，but did not find significant linear relationship between the daily mean aero-anion concentration and daily mean air temperature and humidity.

Key words： aero-anion concentration；forest park；Wuhan city

空氣负离子也称为负氧离子，主要来源于紫外线、宇宙射线、放射性物质而引发的空气电离作用，山林、树冠、植物叶尖放电，及雷电、瀑布、海浪的冲击，也能促使空气电离，从而产生负离子[1，2]。空气负离子对人类健康能够起到重要促进作用，被誉为“空气维生素和生长素”，它的浓度水平已成为衡量城市空气质量的一项重要指标[3]。有关研究表明当空气负离子浓度达到700～1 000个/cm3或者超过1 000个/cm3时，该区域的空气环境不仅可以调节人们的心情，使人们心情愉快、神清气爽，而且能够缓解、抑制和辅助治疗人体7个系统的30多种疾病[4，5，6]。因此，开展城市森林生态系统空气负离子研究及其评价，可为人们科学合理地体验自然、拥抱森林提供有益参考。

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

九峰国家森林公园（114°29′50″E， 30°31′4″N）位于武汉市东郊，距离武汉市中心约12 km，属于亚热带季风气候区，年均气温163 ℃，极端高温41 ℃，极端低温-176 ℃，年日照数1 600 h左右，无霜期240 d，年降雨量1 200～1 400 mm，年均相对湿度79%。夏季高温期间，森林公园的温度较市区低于2～4 ℃，是市区人民休闲娱乐及其户外活动的好去处。森林公园内森林资源丰富，据不完全统计，现有鸟类60余种，维管束植物484种，其中乔木215种，草本植物269种，野生植物314种，人工栽培植物170种，森林覆盖率85%，有林地面积达48352 hm2，以马尾松林为主要常绿阔叶林，其次以优势树种为枫香、栓皮栎和马尾松为主要针阔混交林。现存面积较大的有栓皮栎 Quercus variabilis、枫香Liquidambar formosana等落叶林；常绿阔叶林有青冈 Cyclobalnopsis glauca、苦槠Castanopsis sclerophylla等；针叶林有马尾松Pinus massoniana、杉木 Cunninghamia lanceolata、湿地松Pinus ellilttii等。有引种的水杉Metasequoia glyptostroboides、银杏Ginkgo biloba、墨西哥落羽杉Taxodium mucronatum等针叶树种[7，8]。

1.2 研究方法

本研究是以湖北省森林空气负离子监测站网为依托，负离子浓度监测仪采用了FLZ1型大气负离子自动观测系统，系统传感器采用“电容式吸入法”原理进行检测空气负离子浓度。检测范围：0～9999×108个/cm3，分辨率为1个/cm3，测量时长为96 s，采样频率为10次/min，测量误差：离子浓度≤±5%，迁移率≤±5%，迁移速率为04～10 cm2/（V·s），取样空气流速160 cm/s，响应时间常数为15～70 s，采集器存储整10 min的负离子值。

数据分析时对部分异常值进行了剔除，将100个/cm3<负离子浓度<5 000个/cm3视为有效数据。空气负离子浓度季节动态变化规律从2014年5至10月，空气负离子浓度月平均值为所有有效数据的平均值，空气负离子浓度日变化规律为每天24个小时同一时间段（1个小时内）平均值（如0000至0100时间段内），求出每个月连续24个小时的同一时间段的平均值。天气条件（晴天、雨天、多云和阴天）对森林公园空气负离子浓度的影响是将不同天气条件中的24小时连续的、有效的数据作为评估。

2 结果与分析

2.1 森林公园空气负离子浓度生长季动态变化规律

九峰森林公园2014年5至10月空气负离子浓度平均值（5月、6月、7月、8月、9月和10月）各自为610，640，973，902，987，793个/cm3（图1）。表现为春季和夏季初期5至6月较低（625个/cm3）、夏季植物生长旺盛期7至8月较高（938个/cm3），秋季9至10月（890个/cm3）。

2.2 森林公园空气负离子浓度日变化规律

九峰森林公园2014年5月、6月、7月、8月、9月和10月空气负离子浓度存在日变化规律。由图2可知，生长季期间，负离子浓度日变化规律表现为双峰型，通常在凌晨0600至0800（太阳升起前）出现第一个峰值，傍晚1800后开始逐渐升高，在1900至2000前后出现第二个峰值，日最低值多出现在午后14：00左右。

2.3 天气对九峰国家森林公园负离子浓度的影响

由图3可知，不同天气条件下的森林公园空气负离子浓度不同，并且不同月份呈现的规律不一致。5月份，多云（8天）和雨天（10天）的空气负离子浓度日平均值各自为476个/cm3和485个/cm3（只计算有效数据的天数，后面相同），无明显差异；6月份，晴天（4天）、多云（10天）、雨天（8天）的空气负离子浓度日平均值各自为542个/cm3、473个/cm3和460个/cm3，晴天空气负离子浓度最高；7月份，多云（9天）、晴天（5天）、雨天（9天）、阴天（2天）的空气负离子浓度日平均值各自为715个/cm3、752个/cm3、821个/cm3和422个/cm3，雨天空气负离子浓度最高；8月份，多云（9天）、晴天（1天）和雨天（7天）空气负离子浓度日平均值各自为583个/cm3、533个/cm3和760个/cm3，雨天空气负离子浓度最高；9月份，雨天（3天）、晴天（4天）和多云（6天）的空气负离子浓度日平均值各自为590个/cm3、544个/cm3和491个/cm3，雨天空气负离子浓度最高；10月份，雨天（15天）和多云（3天）的空气负离子浓度日平均值为537个/cm3和706个/cm3，多云空气天气负离子浓度最高。结果呈现的规律为春季、夏季初、春季末的低温天气，温度可能是决定森林公园空气负离子浓度高低的因素，而仲夏（7月和8月）和秋季初（9月），降雨量可能是决定森林公园空气负离子浓度高低的因素；但是经过相关关系分析，本研究的每个月负离子浓度日平均值与日平均空气温度、日平均空气相对湿度和日平均水气压并无显著线性关系。

3 结论与讨论

有研究表明森林公园空气负离子浓度从数百个到数万个/cm3，甚至数十万个/cm3，这主要是因研究地域、景观类型的差异[2，6，9]。韩明臣等[9]研究的北宫森林公园负离子浓度全年平均值为3 422个/cm3。潘剑彬等[10]研究北京奥林匹克森林公园绿地空气负离子浓度春季最低（<1 000个/cm3），夏季最高（2 500个/cm3），秋季（2 100个/cm3）仅次于夏季，但高于冬季（1 070个/cm3），本研究的九峰国家森林公园与该研究有类似的结论，即夏季植物生长盛期7至8月空气负离子浓度最高（938个/cm3），而紧接着是秋季9月至10月（890个/cm3），春季和夏季初期最低（625个/cm3，图1）。韩明臣等[9]研究表明，森林公园地形（山坡、沟谷）也是影响空气负离子浓度季节变化格局的重要因子，在山坡植物稀疏监测点的空气负离子浓度是春季>夏季>秋季；而在沟谷是夏季>秋季>春季。这可能是由于植物的季节性生长发育影响群落周边的空气质量，且高的植被覆盖度和丰富的群落层次结构促进了负离子产生和空气质量的改善，夏季水量充足，温度较高，植物光合作用較强有关[9，10，11]。张璐等[6]研究森林土壤和植被对自然保护区空气负离子浓度影响的正效应明显，并建议在保护区修建专用的空气负离子健康道，以为人们提供更多的休憩、娱乐和保健场所；同时大量研究表明溪边、瀑布以及接近水面的区域监测点的空气负离子浓度比其他区域要高，其原因是空气负离子物理性发生的重要渠道是水分子的裂解，而瀑布、海浪、暴雨等自然过程中的水分子的裂解加速，空气负离子由此大量产生。

研究表明空气负离子浓度日变化规律与空气温度呈负相关，与空气相对湿度呈正相关[11，12，13]，与日平均水气压呈正相关[14]或与空气气压呈互相关[11]，本研究观测的每天午后14：00左右是空气负离子浓度最低值，太阳升起来前（0600至0800）和太阳降下（傍晚1800后）之后会出现峰值，这个规律看似是与气温日变化规律相反的（图2），本研究表明该时段是人们获得更多空气负离子的最佳时间，有助于人们在公园绿地和森林公园步行来调节人们心情和缓解人们精神疲劳。由于本研究区域的3种气象数据无观测日变化数值，无法统计相关性，还有待数据进一步验证和长期观测研究。

不同天气条件下，空气负离子含量大小顺序为雨天>晴天>阴天，表明动态水体是决定空气负离子浓度的主导因素[11]，但是本研究仅在仲夏（7月和8月）和秋季初期（9月）看到有类似现象出现，即雨天最高，降雨量决定空气负离子浓度；然而对于其它观测时间，空气温度决定空气负离子浓度大小（诸如6月是晴天最高，10月是多云最高，5月的雨天和多云相差不大，图3）。

参 考 文 献

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