中山市不同植被環(huán)境與空氣負(fù)離子及空氣質(zhì)量關(guān)系研究*

肖以華 陳步峰 溫建新 盧灶輝 蔡汝照 陳 勇

1 中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所 廣州 510520

2 中山市林業(yè)局 中山 528403

中山市不同植被環(huán)境與空氣負(fù)離子及空氣質(zhì)量關(guān)系研究*

肖以華1陳步峰1溫建新2盧灶輝2蔡汝照2陳 勇1

1 中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所 廣州 510520

2 中山市林業(yè)局 中山 528403

2004－2005年，通過對(duì)不同植被環(huán)境中空氣負(fù)離子含量與空氣質(zhì)量的關(guān)系進(jìn)行研究，結(jié)果表明，空氣負(fù)離子含量的日變化在植被環(huán)境中變化趨勢(shì)較一致，每個(gè)時(shí)段負(fù)離子平均含量約在800個(gè)·cm－3以上。從8∶00開始空氣中的負(fù)離子含量逐漸升高，到14∶00時(shí)出現(xiàn)回落，但比8:00時(shí)要高，隨后又有所增加，當(dāng)?shù)?7∶00左右開始逐漸下降?？諝赓|(zhì)量與負(fù)離子含量呈正相關(guān)關(guān)系。居民區(qū)負(fù)離子含量的變化與人為活動(dòng)關(guān)系較密切，各時(shí)段的平均水平不超過500個(gè)·cm－3，但在10∶00和16∶00空氣質(zhì)量指數(shù)較高，空氣質(zhì)量較好?？諝庳?fù)離子含量與空氣質(zhì)量在旱季都比雨季要低，特別是在居民區(qū)雨季的空氣質(zhì)量指數(shù)平均水平是旱季的5倍之多?？諝赓|(zhì)量指數(shù)反映空氣質(zhì)量好壞，在森林植物環(huán)境中的空氣質(zhì)量指數(shù)要高于居民區(qū)8～160倍。

中山市;植被組成;空氣負(fù)離子;空氣質(zhì)量指數(shù)

空氣負(fù)離子水平可表征空氣的潔度度、空氣新鮮度和空氣離子濃度含量等。自然環(huán)境中的空氣離子濃度和清潔度有很大差別。國外研究資料表明，空氣中的負(fù)離子有降塵、滅菌以及預(yù)防疾病的功能，有利于人體健康，被譽(yù)為空氣維生素和生長素［1］。因此，空氣負(fù)離子的含量水平已被作為公園建立森林浴場、森林別墅區(qū)、度假療養(yǎng)區(qū)、負(fù)離子吸收區(qū)的重要依據(jù)，對(duì)游客有著很大的吸引力［1］。空氣負(fù)離子的含量也是空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)參考指數(shù)之一。目前，關(guān)于城市森林植被與環(huán)境間的關(guān)系以及城市景觀森林群落環(huán)境效應(yīng)的研究，對(duì)于城市化發(fā)展中生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有重要的科學(xué)支撐效應(yīng)。為此，本研究基于中山市森林植被群落布局及森林群落的改造恢復(fù)效果，遴選了多個(gè)典型植被環(huán)境區(qū)域，開展植被組成的初步調(diào)查分析和環(huán)境氣象及空氣離子的監(jiān)測(cè)研究，以便為城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃、城市林業(yè)規(guī)劃和環(huán)境保護(hù)、林業(yè)工程和生態(tài)園林綠化等提供科學(xué)的參考依據(jù)。

1 研究地概況與研究方法

1.1 研究地概況

中山市位于廣東省中南部，珠江三角洲中部偏南的西、北江下游出海處，位于北緯22°11'～22°47'，東經(jīng)113°09'～113°46'。該地區(qū)屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，光熱充足、雨量充沛、干濕分明、太陽輻射能量豐富;土壤類型為赤紅壤;年平均氣溫21.8℃。研究區(qū)選擇在中山市具有代表性植被類型的長江旅游區(qū)、紫馬嶺森林公園、五桂山度假村和居民區(qū)，主要喬木種群見表1。

表1 中山市4個(gè)不同植被環(huán)境監(jiān)測(cè)區(qū)主要喬木種群組成

1.2 研究方法

采用定位監(jiān)測(cè)區(qū)多測(cè)點(diǎn)典型晴天日時(shí)段連續(xù)同步監(jiān)測(cè)方法，對(duì)比研究不同植被群落區(qū)域的空氣離子濃度、空氣新鮮度和空氣清潔度度等。監(jiān)測(cè)儀器采用福建省漳州市東南電子技術(shù)研究所生產(chǎn)的DLY－5G型大氣離子測(cè)定儀 (由中國生物物理學(xué)會(huì)空氣離子專業(yè)組監(jiān)制)。在中山市的長江游憩區(qū)、紫馬嶺森林公園、五桂山度假村及市內(nèi)居民區(qū)設(shè)置4個(gè)定位監(jiān)測(cè)區(qū)，在植被種群調(diào)查基礎(chǔ)上，每個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)設(shè)置30個(gè)測(cè)點(diǎn)，在每天8∶00至18∶00時(shí)段連續(xù)測(cè)定，測(cè)定時(shí)間間隔2小時(shí)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)每次觀測(cè)25次，取平均值，并觀測(cè)測(cè)區(qū)測(cè)點(diǎn)的環(huán)境氣象指標(biāo)。

2 評(píng)價(jià)方法和空氣質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

空氣質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)方法見參考文獻(xiàn)［2］。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同植被環(huán)境空氣中負(fù)離子濃度與空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)

表2所示不同植被環(huán)境監(jiān)測(cè)區(qū)的空氣離子濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，中山市不同植被環(huán)境空氣中負(fù)離子濃度差異很大，各監(jiān)測(cè)區(qū)空氣中負(fù)離子濃度大小順序?yàn)槲骞鹕蕉燃俅澹鹃L江旅游游憩區(qū)＞紫馬嶺森林公園＞居民區(qū)。五桂山度假村監(jiān)測(cè)的空氣負(fù)離子濃度最高，空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)達(dá)到564.1，空氣質(zhì)量最清潔。這主要是由于度假村森林監(jiān)測(cè)區(qū)的瀑布影響效應(yīng)。由于瀑布水在跌落、噴射、噴濺和沖擊時(shí)，水滴高速運(yùn)動(dòng)而斷裂，水分子截?cái)嗪髱д姾?，周圍空氣帶?fù)電荷，加之水的噴濺等作用帶走了空氣中的灰塵，對(duì)空氣起到清潔作用，在清潔空氣中空氣負(fù)離子不斷積累使空氣中的負(fù)離子濃度增加而產(chǎn)生Lenard效應(yīng) (又稱噴筒電效應(yīng))［3］。長江旅游游憩測(cè)定區(qū)森林植被為次生林改造林分，林分郁閉度較大，而且人為干擾較森林公園小，故空氣質(zhì)量各項(xiàng)測(cè)定指標(biāo)較紫馬嶺森林公園高。森林公園的植被覆蓋率及人工湖水面等對(duì)增加空氣中負(fù)離子濃度有一定影響，所以其空氣質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)都達(dá)到最清潔空氣指標(biāo)。以評(píng)價(jià)指數(shù)為1.0界限，3個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)的空氣清潔度都為A級(jí) (表1)。中山市區(qū)的居民區(qū)空氣清潔度很低，環(huán)境清潔度為E級(jí)。

表2 中山市不同植被環(huán)境中空氣負(fù)離子含量與空氣質(zhì)量測(cè)定評(píng)價(jià)

3.2 不同植被環(huán)境中空氣負(fù)離子含量與空氣質(zhì)量的日變化

4個(gè)不同植被環(huán)境中的空氣負(fù)離子3年間日時(shí)段觀測(cè)結(jié)果表明，在森林植被環(huán)境中空氣負(fù)離子含量日變化趨勢(shì)較一致，從每日8∶00開始空氣中的負(fù)離子含量逐漸升高，到14∶00時(shí)出現(xiàn)回落，但比8∶00時(shí)要高 (圖1)，隨后又有所增加，到17∶00左右開始逐漸下降。植物光合作用的釋氧效應(yīng)增加空氣中的有氧離子和樹木蒸騰增加空氣濕度都可增加空氣負(fù)離子含量［4－5］。下午空氣負(fù)離子平均含量比上午低的原因可能與森林植物的生理活動(dòng)有關(guān)，而中午出現(xiàn)“波谷”與中午氣溫較高導(dǎo)致森林植物的生理休眠引起生理活動(dòng)減弱有關(guān)。對(duì)于居民區(qū)來說，負(fù)離子含量的變化與人為活動(dòng)關(guān)系較密切。從圖1可以看出，在人為活動(dòng)強(qiáng)烈的時(shí)間12∶00、14∶00和17∶00，由于上下班和炊煙等影響，空氣負(fù)離子含量有所降低。從圖2的空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)的變化可見，森林植物環(huán)境中的空氣質(zhì)量指數(shù)要高于居民區(qū)8～160倍，居民區(qū)的空氣質(zhì)量總體不清潔，但在10∶00和16∶00空氣質(zhì)量指數(shù)較高，空氣質(zhì)量較好些。森林植物環(huán)境中空氣質(zhì)量變化趨勢(shì)基本與空氣負(fù)離子含量變化相一致。在紫馬嶺森林公園，空氣質(zhì)量除與負(fù)離子含量相關(guān)外還明顯受人為干擾。從圖2可知，在公園上午和下午較多人時(shí)，與負(fù)離子含量相當(dāng)?shù)拈L江旅游區(qū)比較，空氣質(zhì)量指數(shù)要低2～3倍;在人為活動(dòng)較少時(shí)段2個(gè)觀測(cè)區(qū)的空氣質(zhì)量指數(shù)相近。五桂山度假村由于樹木高大茂盛，而且附近還有瀑布影響，空氣負(fù)離子含量比長江旅游區(qū)和紫馬嶺要高，空氣質(zhì)量也更加清潔。

圖1 中山市不同植被組成區(qū)的空氣負(fù)離子含量日變化

圖2 中山市不同植被組成區(qū)的空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)的日變化

3.3 不同植被環(huán)境中空氣負(fù)離子含量與空氣質(zhì)量的季節(jié)變化

中山市地處珠江三角洲地區(qū)腹地，屬南亞熱帶，光熱資源充足、雨量充沛、森林植被茂密，而且旱、雨季分明;從11月到翌年4月一般降雨量占年總雨量的比重小于20%;5－10月份是該地區(qū)雨季，而且該時(shí)期的光、熱資源也占到全年的70%以上。因此，旱、雨季期間森林植物的生理生態(tài)活動(dòng)差異性大，對(duì)環(huán)境中負(fù)離子的影響和改善空氣質(zhì)量功能有較大差別。表3的數(shù)據(jù)也表明，旱季中空氣的負(fù)離子含量和空氣質(zhì)量都比雨季要低，特別是在居民區(qū)雨季的空氣質(zhì)量指數(shù)平均水平是旱季的5倍之多。這是由于旱季空氣中相對(duì)濕度小，飄塵多而負(fù)離子易吸附在浮塵上，變成中重離子而沉降消失［5］。森林環(huán)境中的負(fù)離子和空氣質(zhì)量相對(duì)變化小，是由于森林植物能消減大氣中的粉塵，而且植物光合作用釋放的氧氣有利于增加大氣有氧離子，從而增加空氣中的負(fù)離子含量，同時(shí)改善空氣質(zhì)量。

表3 不同植被環(huán)境中空氣負(fù)離子含量與空氣質(zhì)量指數(shù)季節(jié)變化

4 結(jié)論和討論

中山市不同植被環(huán)境區(qū)的空氣負(fù)離子含量日變化趨勢(shì)較一致，每時(shí)段負(fù)離子平均含量約在800個(gè)·cm－3以上。從8∶00開始空氣中的負(fù)離子含量逐漸升高，到14∶00時(shí)出現(xiàn)回落，但比8∶00時(shí)要高，隨后又有所增加，到17∶00左右開始逐漸下降。在居民區(qū)，負(fù)離子含量的變化與人為活動(dòng)關(guān)系較密切。居民區(qū)空氣負(fù)離子含量普遍較低，各時(shí)段的平均水平不超過500個(gè)cm－3。空氣質(zhì)量指數(shù)反映空氣質(zhì)量好壞，在森林植物環(huán)境中的空氣質(zhì)量指數(shù)要高于居民區(qū)8～160倍。居民區(qū)的空氣質(zhì)量總體不清潔，但在上午10∶00和16∶00空氣質(zhì)量指數(shù)較高，空氣質(zhì)量較好。森林植物環(huán)境中空氣質(zhì)量變化趨勢(shì)基本與空氣負(fù)離子含量變化相一致。

以旱、雨季區(qū)分，中山市各監(jiān)測(cè)區(qū)的空氣負(fù)離子含量與空氣質(zhì)量在旱季都比雨季要低，特別是在居民區(qū)雨季的空氣質(zhì)量指數(shù)平均水平是旱季的5倍之多。由于森林植物的消塵功能、有效的光合作用和蒸騰等影響空氣負(fù)離子含量及改善空氣質(zhì)量的效果，森林環(huán)境中的負(fù)離子和空氣質(zhì)量相對(duì)變化小。

森林不僅能改善環(huán)境、美化環(huán)境，而且十分有利于人類健康?？諝庳?fù)離子對(duì)人體的保健作用和輔助療效大小與空氣負(fù)離子濃度有關(guān)。醫(yī)學(xué)研究表明，空氣負(fù)離子濃度達(dá)到700個(gè)·cm－3以上時(shí)才有益于人體健康;負(fù)離子濃度大于或等于正離子濃度時(shí)，才能使人感到舒適，并對(duì)多種疾病有輔助治療作用［6－7］。植樹造林、封山育林以及種植花草等有利于改善環(huán)境質(zhì)量，提高空氣中的負(fù)離子濃度。

［1］林忠寧．空氣負(fù)離子在衛(wèi)生保健中的作用［J］．生態(tài)科學(xué)，1999，18(2):87－90．

［2］肖以華，劉燕堂，徐大平，等．廣州市帽峰山森林公園空氣環(huán)境質(zhì)量初報(bào)［J］．中國城市林業(yè)，2004，2(3):40 －44．

［3］夏廉博．人類生物氣象學(xué)［M］．北京:氣象出版社，1986:22－70．

［4］蕭涯文．雨中漫步運(yùn)動(dòng)［N］．浙江科學(xué)報(bào)，1999－04－11．

［5］葉彩華，王曉云，郭文利．空氣負(fù)離子濃度與氣象條件關(guān)系初探［J］．氣象科技，2000(4):51 －52．

［6］石強(qiáng)，鐘林生，吳楚材．森林環(huán)境中空氣負(fù)離子濃度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［J］．中國環(huán)境科學(xué)，2002，22(4):320 －323．

［7］黃建武，陶家元．空氣負(fù)離子資源開發(fā)與生態(tài)旅游［J］．華中師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2002，36(2):257 －260．

Relation between Anion Concentration and Air Quality in Different Types of Vegetation Environment in Zhongshan City

Xiao Yihua1，Chen Bufeng1，Wen Jianxin2，Lu Zaohui2，Cai Ruzhao2，Chen Yong1
(1.Research Institute of Tropical Forestry，Chinese Academy of Forestry，Guangzhou 510520，China;2.Forestry Bureau of Zhangshan，Zhangshan 528403，China)

The relation between anion concentration and air quality in different types of vegetation environment had been investigated for 3 years.The results indicated that:daily variation of anion concentration was consistent in different types of vegetation environment，and average concentration of anion was above 800 in every cubic centimeter at each period time.Anion concentration increased gradually from 8∶00 and decreased at 14∶00，but the concentration was higher than that at 8∶00.Anion concentration started to go down from 17∶00.Air quality was positively correlated with anion concentration.In residential areas，the variation of anion concentration was closely related to human activities，and average concentration of anion was under 500 in every cubic centimeter at different period of time.But index of air quality was higher at 10∶00 and 16∶00，with better air quality.Air anion concentration and air quality in rainy season were better than those in dry season，especially in residential area where the index of air quality in rainy season was 4 times higher than that in dry season.Index of air quality reflects air quality.The index of air quality in forests was 8－160 times higher than that in residential areas，and the variations of anion and air quality in forests were relatively slight.

Zhongshan City，vegetation composition，anion，index of air quality

S731.9

A

1672－4925(2011)04－0020－04

2011－08－10

科技部公益專項(xiàng) (2002DIB50132)及珠江三角洲森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究

肖以華，中國林科院熱林所助理研究員，主要從事森林生態(tài)學(xué)研究

陳步峰，研究員，珠三角森林生態(tài)站站長;Email:zsjcsdwcbf@126.com