西徑山森林公園夏季空氣負離子日變化

高銘聰，蔣文偉，金竹秀，郭慧慧，梅艷霞

（浙江農林大學 風景園林與建筑學院，浙江 臨安 311300）

空氣負離子是帶負電荷的單個氣體分子和輕離子團的總稱[1]。空氣負離子具有明顯的醫(yī)療保健作用[2-4]，被譽為 “空氣維生素和生長素”，是評價環(huán)境空氣清潔程度的重要指標[2]。森林以其特有的森林小氣候成為產生空氣負離子的良好環(huán)境，人們已經認識到森林空氣負離子是一種無形、健康的森林旅游資源，因此，森林公園空氣負離子效應已成為是研究的熱點[5-7]。同時，多項研究證明森林中的空氣負離子濃度較高[7-8]。研究森林中空氣負離子的分布狀況，有利于加強人們對森林保健的認識，對進一步開展森林旅游具有重要的現實意義。近年來，針對森林環(huán)境中不同植物群落的空氣負離子濃度水平差異的研究也開始受到重視。研究表明，空氣負離子濃度受植物密度、組成及種植方式的影響，不同群落類型對空氣負離子的影響有很大的差異[9-12]。本研究選擇浙江臨安西徑山森林公園，對6個植物群落的空氣負離子的濃度變化進行研究，期望分析空氣負離子變化與氣溫、相對濕度、風速和光量子的關系，初步揭示西徑山森林公園空氣負離子的日變化特點及其對臨安市環(huán)境質量的改善作用。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

西徑山森林公園位于浙江省杭州市西郊， 優(yōu)秀風景旅游城市臨安市， 29°56′～30°23′N， 118°51′～119°52′E。西徑山森林公園總占地面積為11.0 km2，主峰海拔為413 m，屬低山丘陵寬谷型地貌類型；亞熱帶季風氣候，溫暖濕潤，雨水充沛，四季分明，年均氣溫為14.0℃，夏季月均氣溫為25.0℃，具有良好的避暑度假功能；植被繁盛，生態(tài)保護完好，植被覆蓋率達98%；山林中成片的馬尾松Pinus massoniana林、杉木Cunninghamia lanceolata林、竹林和闊葉林以及眾多古木構成了豐富多彩的四季植物景觀。

西徑山森林公園內具有普遍性和典型性的毛竹Phyllostachys pubescens群落（S1），杉木群落（S2），青岡 Cyclobalanopsis glauca-苦 櫧 Castanopsis sclerophylla 群 落 （S3）， 樟 樹 Cinnamomum camphora-桂 花Osmanthus fragrance群落（S4）， 木荷 Schima superba-青岡群落（S5）和香椿 Toona sinensis-紫楠 Phoebe sheareri群落（S6）作為研究對象，同時以西徑山公園入口廣場（S7）及臨安市區(qū)人民廣場（S8）為對照，進行空氣正負離子及各項指標檢測。

表1 植物群落模式特征Table1 Characteristics of plant communities

1.2 測定內容與方法

用AIC-1000型空氣負離子測定儀 （測定離子濃度誤差≤±10%，離子遷移率誤差≤±10%）測定負離子值。該儀器的離子濃度測量范圍為10～1.99×106個·cm-3。采用TES-1362數字式溫濕度測量儀測定氣溫和相對濕度；采用SUM-5284型光量子計測定光量子通量。

于2010年7月，選擇晴朗無風的3 d，對空氣正、負離子濃度、氣溫、相對濕度、光照強度進行同步測定。從8:00-17:00間隔1 h測定1組數據。觀測時在各個群落內選擇3個觀測點，各個觀測點取東南西北4個方向距離地面1.5 m處分別瞬間讀數，各個方向讀數5個，取4個方向的平均值為此觀測點的觀測值，取3個觀測點的平均值為該群落正、負離子最后觀測值。各個群落測定3 d，取平均值。

空氣質量評價以空氣負離子濃度為基本觀測指數，以單極系數和空氣離子評價系數作為空氣質量的評價指標[13]。q=n+/n-，IC=n-/1000×q。其中：q為單極系數，n+空氣正離子濃度，n-為空氣負離子濃度，IC為空氣質量評價指數；1000為滿足人體生物學效應最低需求的空氣負離子濃度。按照空氣質量評價指數可以將空氣質量劃分為5個等級：IC≥1.00，最清潔（A級）；0.70≤IC＜1.00，一般清潔（B級）；0.50≤IC＜0.69， 中等清潔（C 級）； 0.30≤IC＜0.49， 允許（D 級）； IC=0.29 時為臨界值， E 級[3]。

2 結果與分析

2.1 不同群落模式夏季負離子濃度晝間變化

從圖1來看，空氣負離子晝間變化曲線基本呈雙峰狀。不同的群落模式出現峰值的具體時間有所不同?？傮w來看，6個參試群落中，毛竹群落和杉木群落為單峰曲線，最大值分別出現在9：00和14：00，最小值出現在11：00-12：00；其余4個群落的空氣負離子濃度變化日變化趨勢基本一致，第1個峰值都出現在 9：00，第 2個峰值出現在 13：00-14：00，最低值都出現在12：00；而對照點入口廣場與人民廣場的變化趨勢則不同，全天變化幅度較小，變化范圍為500～1000個·cm-3，入口廣場的最大值出現在9：00和14：00，最小值出現在12：00；人民廣場最大值12：00，13：00之后，負離子濃度沒有明顯變化，一直處于最低水平，約400個·cm-3，而這與石彥軍等[14]做過的研究相似。

2.2 不同群落模式空氣質量評價指數晝間變化

從圖2可以發(fā)現：空氣質量評價指數的變化趨勢，與負離子變化趨勢基本一致。這個結論再一次驗證了前人的研究成果[11，14]。 各個群落都在 9： 00和13：00-14：00出現峰值，其中樟樹-桂花群落、香椿-紫楠群落2個群落空氣質量評價系數全天都達到最清潔，香椿-紫楠群落更在9：00時達到了13.2，空氣質量非常好。這種情況可能由于這2個群落都處于山體的背面，且有溪流經過，氣溫較其他群落較低而濕度較高。竹林群落只在14：00時達到A級，其余時間空氣質量評價指數相對其他群落較低，可見毛竹改善空氣質量效果一般。6個參試群落全天的空氣質量評價指數均明顯高于2個對照，可見森林群落對于改善空氣質量具有明顯的效果。

2.3 不同群落模式對夏季日均負離子濃度的影響

研究結果表明：不同群落空氣負離子濃度依次為：香椿-紫楠群落＞樟樹-桂花群落＞杉木群落＞木荷-青岡群落＞青岡-苦櫧群落＞毛竹群落＞入口廣場＞人民廣場（表2）。香椿-紫楠群落日均負離子濃度值達到1708個·cm-3，IC值為2.88，空氣質量相當好；而6個被測群落的空氣質量評價系數均明顯高于對照，除竹林群落處于B級，屬于一般清潔外，其余5個群落均達到了A級，屬于最清潔；對照人民廣場即可發(fā)現，西徑山森林公園的空氣質量明顯優(yōu)于市區(qū)，可見森林群落對改善空氣質量具有很好的效果；而8個被測群落，只有入口廣場IC值處于C級，屬于中等清潔，由于郁閉度太低且群落過于單調空氣質量甚至低于市區(qū)對照點。

圖1 空氣負離子晝夜間變化Figure1 Diurnal change of aero-anion

圖2 IC值晝夜間變化Figure2 Diurnal change of IC

表2 不同群落的空氣負離子濃度Table2 Aero-anion in different structures of communities

不同群落類型的方差分析結果表明（表3）：負離子濃度、正離子濃度、負離子評價指數等3個因子在不同群落間差異性極顯著（P＜0.01）。這表明不同植物群落產生負離子，改善環(huán)境質量的能力存在很大差異。森林的樹冠、枝葉的尖端放電以及光合作用過程的光電效應均會促使空氣電解，產生大量的空氣負離子[15]，而不同植物不同的生理構造以及種植模式必然會造成產生空氣負離子能力的差異，因此，研究群落間的這種差異性就具有極其重要的現實意義。

2.4 負離子濃度與氣象因子相關分析

根據不同群落模式空氣負離子濃度及氣象因子觀測數據，求出測定期間（3 d）不同時段的氣溫、相對濕度和光照強度的平均值和標準差 （表4），并利用SPSS統(tǒng)計分析軟件進行了空氣負離子濃度和氣象因子的相關性分析 （表5）。結果表明：氣溫與相對濕度在各時間點的標準差均較小，而光照強度的標準差的很大；空氣負離子濃度與氣溫呈顯著負相關（P＜0.05），空氣負離子濃度隨著氣溫升高而降低；與空氣相對濕度呈極顯著正相關，研究表明：空氣負離子的主要存在形式是可以推測，相對濕度對空氣負離子濃度影響較大。另外，空氣負離子濃

表4 氣象因子的日變化及標準差Table4 Diurnal change and standard deviation of environmental factors

表5 負離子與氣象因子相關分析矩陣Table5 Correlativity of aero-anion with other environmental factors

3 結論與討論

西徑山森林公園6個群落的日變化趨勢基本一致，除毛竹和杉木群落呈單峰曲線外，其余都為雙峰曲線，且全天的負離子值都明顯高于2個對照。其中樟樹-桂花群落與香椿-紫楠群落呈明顯的雙峰曲線，毛竹群落、青岡-苦櫧群落與入口廣場日變化趨勢都很平緩，全天負離子濃度并波動較小。光合作用是植物生存的根本，光合作用也是植物負離子產生的重要源泉[16]。清晨，植物光合作用較弱，空氣負離子較少；隨著太陽輻射的不斷增強，植物的光合作用也逐漸加強，加之紫外線對植物葉片的光電效應[11]，空氣負離子濃度在9：00-10：00達到1個峰值；12：00左右，太陽輻射達到最強，這時氣溫升高，植物光合作用也出現 “午休”現象，再加上空氣濕度的降低，使得空氣負離子濃度降至最低；之后隨著氣溫降低和太陽輻射的減弱，空氣負離子濃度在14：00左右出現第2個峰值。而本研究中最小值和第2個峰值分別出現在12：00和14：00，比以往的研究[11，14，17]提前了約2 h，可能由于海拔等地理因素，溫度和太陽輻射強度的變化區(qū)別于其他地區(qū)，導致了這種現象的出現。

空氣質量評價指數的晝間變化趨勢基本與空氣負離子濃度晝間變化趨勢一致，6個群落均全天的空氣質量指數都明顯高于對照，在9：00是達到了峰值，除竹林群落屬于一般清潔（IC=0.79）外，所有群落都達到了最清潔；另外，6個群落也均在12：00時達到最小值，而入口廣場群落（IC=0.23）則低于臨界值（IC=0.28），由此建議游客在上午9：00左右游覽公園，可起到更好的保健作用。

對于負離子濃度日均值而言，香椿-紫楠群落明顯高于其他群落，且空氣質量評價指數也遠高于其他群落，原因在于該群落不僅郁閉度極高，而且處于山谷之間，有山泉流經，溫度較低，而相對濕度較高，這樣的環(huán)境條件決定了該群落較高的負離子水平；而所有群落中，竹林群落負離子日均值最低，且空氣質量評價指數也明顯低于其他群落，是6個參試群落中，唯一處于B級（一般清潔）的群落。從已有的研究結果來看，有闊葉混交群落比竹子群落負離子濃度高的報道[18]。由于闊葉群落葉面積指數較大，生物量較高，郁閉度較大，群落和外部的空氣交流也閉塞很多，植物通過光合作用、氣體交換等方式能夠產生較高濃度、較高質量的空氣負離子[13，19]。而竹林群落往往結構較單調，缺少灌木層而導致通透性比較好，和群落外部的空氣交流比較容易。人民廣場的空氣質量評價指數高于入口廣場，這是可能因為入口廣場雖然處在自然環(huán)境中，但附帶有停車場及大面積的硬質廣場，綠化以草坪為主，較人民廣場相對完整的群落結構而言，郁閉度太低。

有關空氣負離子效應與其他氣象因子相關性的研究已有很多[8，20-21]。大多數研究認為，空氣負離子與空氣溫度呈顯著負相關，與空氣濕度呈顯著正相關[11-12]，即空氣負離子濃度隨氣溫升高而降低，隨空氣濕度升高而增加。也有人提出相反的觀點,即空氣負離子濃度與氣溫成正相關，而與空氣濕度成負相關[3]。對于這一點，本次試驗的結論支持了大多數研究的成果，得出空氣負離子濃度與空氣溫度呈顯著負相關，與空氣濕度呈顯著正相關。石彥軍等[11]的研究表明空氣負離子濃度與太陽輻射呈負相關，而本研究結論為空氣負離子與太陽輻射無明顯相關性。

[1]TERMAN M， TERMAN J S.Treatment of seasonal affective disorder with high-output negative ionizer [J].J Altern Com Med， 1995， 1 （1）： 87-92.

[2]章志攀，俞益武，孟明浩，等.旅游環(huán)境中空氣負離子的研究進展[J].浙江林學院學報，2006，23（1）：103-108.ZHANG Zhipan， YU Yiwu，MENG Minghao， et al.Progresses of aero anion in tourism environments[J].J Zhejiang For Coll， 2006， 23 （1）： 103-108.

[3]邵海榮，賀慶棠.森林與空氣負離子[J].世界林業(yè)研究，2000，13（5）：19-23.SHAO Hairong， HE Qingtang.Forest and air anion [J].World For Res， 2000， 13 （5）： 19-23.

[4]KRUEGER A P.Air ions and physiological function [J].J Gen Physiol， 1962， 45： 233-241.

[5]吳楚材，黃繩紀.桃源洞國家森林公園空氣離子含量及評價[J].中南林學院學報，1995，15（1）：9-12.WU Chucai，HUANG Shengji.Measurement of negative air ion concentration and assessment for Taoyuandong National Forest Park [J].J Cent South For Univ， 1995， 5 （1）： 9-12.

[6]張榮健.龍巖國家森林公園云頂茶園空氣負離子濃的測定與評價[J].福建林業(yè)科技，2005，32（4）：86-89.ZHANG Rongjian.Determination and value on air anion concentration in yunding tea garden of Longyan National Forest Park[J].J Fujian For Sci Technol， 2005， 32 （4）： 86-89.

[7]王資榮，赫小波.張家界國家森林公園環(huán)境質量變化及對策研究[J].中國環(huán)境科學，1998，8（4）：36-39.WANG Zirong，HE Xiaobo.Changes of the environmental quality and the strategy study for Zhangjiajie National Forest Park [J].China Environ Sci， 1998， 8 （4）： 36-39.

[8]邵海榮，賀慶棠，閻海平，等.北京地區(qū)空氣負離子濃度時空變化特征的研究[J].北京林業(yè)大學學報，2005，27（3）： 35-39.SHAO Hairong， HE Qingtang， YAN Haiping， et al.Spatiotemporal changes of negative air ion concentrations in Beijing [J].J Beijing For Univ， 2005， 27 （3）： 35-39.

[9]范亞民，何平，李建龍，等.城市不同植被配置類型空氣負離子效應評價[J].生態(tài)學雜志，2005，24（8）：883-886.FAN Yamin， HE Ping， LI Jianlong， et al.Effect evaluation of air negative ions under different vegetation arrangements in Nanning City [J].Chin J Ecol，2005，24 （8）： 883-886.

[10]鄭文俊，王金葉，李海銘，等.森林游憩區(qū)不同植被類型的空氣負離子濃度水平的初步研究[J].福建林業(yè)科技，2009，36 （2）： 99-100.ZHENG Wenjun， WANG Jinye， LI Haiming， et al.Preliminary study on aero-anion concentration of different vegetation types in forestry recreational areas [J].J Fujian For Sci Technol， 2009， 36 （2）： 99-100.

[11]石彥軍，余樹全，鄭慶林.6種植物群落夏季空氣負離子動態(tài)及其與氣象因子的關系[J].浙江林學院學報，2010，27（2）： 185-189.SHI Yanjun， YU Shuquan， ZHENG Qinglin.Aero-anion ecological efficacy in six types of plant communities [J].J Zhejiang For Coll， 2010， 27 （2）： 185-189.

[12]蔣文偉，張振崢，趙麗娟，等.不同類型森林綠地空氣負離子生態(tài)效應[J].中國城市林業(yè)，2008，6（4）：49-51.JIANG Wenwei， ZHANG Zhenzheng， ZHAO Lijuan， et al.The research on aero-anion ecological efficacy in different types of urban forest green space [J].Chin Urban For， 2008， 6 （4）： 49-51.

[13]吳際友，程政紅，龍應忠，等.園林樹種林分中空氣負離子水平的變化[J].南京林業(yè)大學學報：自然科學版，2003， 27 （4）： 78-80.WU Jiyou， CHENG Zhenhong， LONG Yingzhong， et al.The variation of aero-anion concentration on landscape forest[J].J Nanjing For Univ Nat Sci Ed， 2003， 27 （4）： 78-80.

[14]胡國長.不同林分類型空氣離子的時空分布及其影響因素研究[D].南京：南京林業(yè)大學，2008.HU Guochang.The Study of Air Ion’ Space-time Distribution and Influential Factors of Different Forest Types[D].Nanjing： Nanjing Forestry University， 2008.

[15]馬云慧.空氣負離子應用研究新進展[J].寶雞文理學院學報：自然科學版，2010，30（1）：42-45.MA Yunhui.New progress in the research into negative air ions and their applications [J].J Baoji Univ Arts Sci Nat Sci， 2010， 30 （1）： 42-45.

[16]秦俊，王麗勉，高凱，等.植物群落對空氣負離子濃度影響的研究[J].華中農業(yè)大學學報，2008，27（2）：303-308.QIN Jun， WANG Limian， GAO Kai， et al.Improvement of negative air ions concentration by plant communities[J].Huazhong Agric Univ， 2008， 27 （1）： 303-308.

[17]章志攀，俞益武，張明如，等.天目山空氣負離子濃度變化及其與環(huán)境因子的關系[J].浙江林學院學報，2008，257（4）： 481-485.ZHANG Zhipan， YU Yiwu， ZHANG Mingru， et al.Negative air ion concentration and environmental factors for Mount Tianmu of Zhejiang Province [J].J Zhejiang For Coll， 2008， 25 （4）： 481-485.

[18]蘇樹全.不同林分類型對空氣質量的影響研究[J].中南林業(yè)調查規(guī)劃，2002，21（4）：47-48.SU Shuquan.Study on different stand type’s influence to air quality [J].Cent South For Inventory Plann， 2002， 21（4）： 47-48.

[19]邵海榮，杜建軍，單宏臣，等.用空氣負離子濃度對北京地區(qū)空氣清潔度進行初步評價[J].北京林業(yè)大學學報，2005， 27 （4）： 56-59.SHAO Hairong， DU Jianjun， SHAN Hongchen， et al.Assessment of air cleanness degree in Beijing using negative air ion concentration as an index [J].J Beijing For Univ， 2005， 27 （4）： 56-59.

[20]陳佳瀛，宋永昌，陶康華，等.上海城市綠地空氣負離子研究[J].生態(tài)環(huán)境，2006，15（5）：1024-1028.CHEN Jiaying， SONG Yongchang， TAO Kanghua， et al.Study on the air anions of the urban greenery patches in Shanghai[J].Ecol Environ， 2006， 15 （5）： 1024-1028.

[21]李陳貞，甘德欣，陳曉瑩.不同生態(tài)環(huán)境條件對空氣負離子濃度的影響研究[J].現代農業(yè)科學，2009，16（5）：174-176.LI Chenzhen， GAN Dexin， CHEN Xiaoying.Different ecological conditions on the concentration aero anion research[J].Mod Agric Sci， 2009， 16 （5）： 174-176.