療養(yǎng)院植物綠化三維量對空氣負(fù)離子水平影響的研究

王東良，金荷仙,2，唐宇力，郭要富，范麗琨，許小連

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 臨安311300；2.《中國園林》雜志社，北京 100835； 3.杭州市園林文物局錢江管理處，浙江 杭州 310006；4.浙江誠邦園林股份有限公司，浙江 杭州 310008）

療養(yǎng)院植物綠化三維量對空氣負(fù)離子水平影響的研究

王東良1，金荷仙1,2，唐宇力3，郭要富1，范麗琨3，許小連4

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 臨安311300；2.《中國園林》雜志社，北京 100835； 3.杭州市園林文物局錢江管理處，浙江 杭州 310006；4.浙江誠邦園林股份有限公司，浙江 杭州 310008）

選擇杭州市3家療養(yǎng)院，在植物調(diào)查的基礎(chǔ)上，篩選出36個(gè)樣地，觀測空氣負(fù)離子濃度，以綠化三維量為量化指標(biāo)，通過對綠化三維量和空氣負(fù)離子濃度相關(guān)性檢驗(yàn)和非線性擬合，研究綠化三維量與負(fù)離子濃度之間的相關(guān)關(guān)系，探討一定范圍內(nèi)植物綠化三維量的合理指標(biāo)，以期為療養(yǎng)院綠地規(guī)劃及康復(fù)保健活動的開展提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果顯示：喬木層綠化三維量占總量的近90%；3家療養(yǎng)院綠地空氣負(fù)離子濃度在600～1 200個(gè)·m3之間，空氣清潔度最低為C級，高于允許值；空氣負(fù)離子濃度與綠化三維量Person相關(guān)系數(shù)在0.94左右，呈極顯著正相關(guān)(p＜0.01)，非線性擬合精度較高(Adj·R2＝0.91)，并據(jù)此提出在20 m×20 m綠地范圍內(nèi)植物綠化三維量的合理值。

綠化三維量；空氣負(fù)離子；療養(yǎng)院；綠地規(guī)劃；相關(guān)性

空氣負(fù)離子被比喻為空氣“維生素和生長素”，在降塵、抑菌功能、在凈化空氣、調(diào)節(jié)城市小氣候、衛(wèi)生保健等方面具有顯著效果[1-3]，空氣負(fù)離子對人體健康也十分有益，許多國家已將其濃度水平列為空氣清潔程度的評價(jià)指標(biāo)[4-5]。醫(yī)學(xué)研究表明，空氣負(fù)離子對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)[6]。在療養(yǎng)院療養(yǎng)環(huán)境的建設(shè)過程中，人們也越來越重視空氣負(fù)離子保健療養(yǎng)的功效，但目前有關(guān)綠地與空氣負(fù)離子的研究大都從綠地類型，植物群落類型，綠化植物層次等定性的角度出發(fā)[7-13]，缺少定量研究。近年來，在有關(guān)綠地指標(biāo)的研究中，出現(xiàn)了以綠化三維量為代表的三維綠量指標(biāo)，綠化三維量是指所有生長植物的莖葉所占據(jù)的空間體積[14]，是一個(gè)空間體積量，相對于綠地面積、綠地率、覆蓋率等平面指標(biāo)更能反映綠地綠化水平的高低，本研究以綠化三維量為量化指標(biāo)，研究綠化量與空氣負(fù)離子濃度相關(guān)性，并進(jìn)一步探討一定范圍內(nèi)綠地綠化量對空氣負(fù)離子濃度發(fā)揮效益的合理值，為療養(yǎng)院康復(fù)保健計(jì)劃的開展及綠地規(guī)劃設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)地概況

杭 州 市（118°21′～ 120°30′E，29°11′～30°33′N）地處長江三角洲南沿和錢塘江流域，植被屬中亞熱帶北緣典型的常綠和落葉闊葉混交林，四季分明，夏季氣候炎熱，濕潤，冬季寒冷，干燥，春秋兩季氣候宜人。全年平均氣溫17.5 ℃，平均相對濕度70.3%，年降水量1 454 mm，年日照時(shí)數(shù)1 765 h。本研究選取杭州市五云山療養(yǎng)院、上海鐵路局錢江療養(yǎng)院、南京軍區(qū)杭州療養(yǎng)院3家療養(yǎng)院為研究對象。

3家療養(yǎng)院分別建于1953、1953、1950年，院內(nèi)植物群落屬于典型的人工植物群落，群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，主要植物種類包括香樟Cinnamomum camphora、馬尾松Pinus massoniana、雪松Cedrus deodara、荷花玉蘭Magnolia grandiflora、雞爪槭Acer palmatum、桂花Osmanthus fragrans、垂絲海棠Malus halliana、含笑Michelia champaca、山茶Camellia japonica、日本晚櫻Prunus lannesiana、梅花Prunus mume、紫薇Lagerstroemia indica、南天竹Nandina domestica、茶梅Camellia sasangua、八角金盤Fatsia japonica、灑金桃葉珊瑚Aucuba chinensis、沿階草Ophiopogon japonicus、吉祥草Reineckia carnea等。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 樣地選取

基于療養(yǎng)院的小區(qū)平面設(shè)計(jì)圖，結(jié)合對療養(yǎng)院療養(yǎng)人員的問卷調(diào)查和對療養(yǎng)人員活動區(qū)域的實(shí)地勘察，據(jù)此對三家療養(yǎng)院進(jìn)行樣地選取，共獲得36個(gè)樣地(20 m×20 m)。

樣地不僅包括植物群落綠地，還包括植物與周圍的道路、廣場等裸地，從而可以綜合考慮療養(yǎng)院綠地環(huán)境中植物綠化三維量與空氣負(fù)離子濃度相關(guān)關(guān)系。

2.2 樣地綠化三維量調(diào)查

目前，綠化三維量的測算，均是利用公式進(jìn)行推算，精度主要取決于在模擬計(jì)算中的精確程度，實(shí)地調(diào)查時(shí)的誤差大小及在對航片分析時(shí)的準(zhǔn)確度[15]?；谶b感技術(shù)，綠化三維量獲得了極大地發(fā)展，但遙感技術(shù)對冠層結(jié)構(gòu)和植物種類在辨析上存在一定的困難，在精度上也難以得到保證[16]。因此，本研究直接采取現(xiàn)場調(diào)查的方法，對樣地內(nèi)所有植物進(jìn)行實(shí)地測算，雖然工作量較大，但可以很好地滿足對精度的要求。

樣地內(nèi)單株植物根據(jù)公式計(jì)算出綠化三維量(公式見表1)。由于人工綠地中地被植物[17]經(jīng)過修剪，所以地被植物通過實(shí)測面積和高度相乘的體積作為綠量，草坪由于經(jīng)常進(jìn)行修剪高度保持在約5 cm左右的水平，以此作為計(jì)算的高度[18]，文中為計(jì)算方便，把草坪歸入到地被植物中。

表1 三維綠量計(jì)算公式[19]Table 1 Calculation formula of tridimensional green biomass

2.3 樣地空氣負(fù)離子測定及評價(jià)方法

對3家療養(yǎng)院空氣負(fù)離子濃度采用多人同時(shí)測定完成。儀器采用 ITC-201A 型空氣離子測量儀。為排除氣象因素干擾，測定時(shí)間均為晴朗、靜風(fēng)天氣。測定時(shí)間為 2012年8～11月（每月3 d），每天8:00～18:00，每2 h測定1次，測定高度為距離地表1.5 m。在同一測點(diǎn)測量相互垂直的4個(gè)方向（東、南、西、北）的正、負(fù)離子濃度，以消除風(fēng)向?qū)y量結(jié)果的影響，每個(gè)方向待儀器顯示的數(shù)值穩(wěn)定后讀取5個(gè)波峰值，取平均值作為此樣點(diǎn)的濃度值。

本研究以空氣負(fù)離子濃度為基本觀測指數(shù)，以單極系數(shù)和空氣負(fù)離子評價(jià)系數(shù)(CI)作為主要評價(jià)指標(biāo)。單級系數(shù)的計(jì)算公式：q＝n+/n-，空氣負(fù)離子評價(jià)系數(shù)計(jì)算公式：CI＝n-/1 000q，式中，n+為空氣正離子數(shù)，n-空氣負(fù)離子數(shù)。利用CI制定的國際空氣清潔度等級標(biāo)準(zhǔn)為：CI＞1.0時(shí)，空氣最清潔，為A級；CI在1.0～0.7時(shí)，一般清潔，為B級；CI在0.69～0.50時(shí)，中等清潔，為C級；CI在0.49～0.30時(shí)，允許值，為D級；CI在臨界值0.29～0.20時(shí)，輕度污染，為E1級；CI在臨界值0.19～0.10時(shí)，中度污染，為E2級；CI在臨界值＜0.10時(shí)，重度污染，為E3級[20]。

3 結(jié)果與分析

3.1 綠化三維量調(diào)查結(jié)果與分析

將樣地所有植物綠化三維量匯總得到3家療養(yǎng)院總綠量，3家療養(yǎng)院中，以錢江療養(yǎng)院綠化三維量水平最高，達(dá)到25 647.7 m3，五云山療養(yǎng)院與杭州療養(yǎng)院綠量水平相似，在21 000 m3左右（見表2）。

表2 樣地三維綠量調(diào)查結(jié)果Table 2 Results of TGB in sample of sanatoriums m3

以喬灌地被3層所占據(jù)的比例來看，3家療養(yǎng)院喬木層綠化三維量均占總綠量近90%，而灌木和地被所占比例相對較小，僅占10%左右。因此，可以得出喬木層綠化三維量決定者綠地整體綠量水平的高低。

3.2 負(fù)離子濃度觀測結(jié)果與分析

由表3可以看出，3家療養(yǎng)院36個(gè)樣方空氣負(fù)離子濃度均超過600個(gè)·cm-3，有相關(guān)醫(yī)學(xué)研究證明，當(dāng)空氣負(fù)離子濃度達(dá)到600～1 000個(gè)·cm3或以上時(shí)，具有緩解工作壓力，調(diào)節(jié)心情的功效，并且對多種疾病具有抑制、緩解和輔助治療作用[21]，當(dāng)濃度超過10 000個(gè)·cm-3時(shí)，還可以防治疾病[22]。因此可以得出3家療養(yǎng)院負(fù)離子濃度水平較高，有利于療養(yǎng)人員康復(fù)。在空氣質(zhì)量等級上，36個(gè)樣方空氣清潔度都在C級以上，空氣清潔度較高，對于療養(yǎng)院開展室外負(fù)離子康復(fù)保健療養(yǎng)具有積極作用。

3.3 綠化三維量與空氣負(fù)離子濃度之間的關(guān)系

為進(jìn)一步研究綠化三維量與負(fù)離子濃度相關(guān)關(guān)系，根據(jù)所測數(shù)據(jù)，利用Excel軟件建立負(fù)離子與綠化三維量之間動態(tài)變化趨勢圖，見圖1。如圖所示，三家療養(yǎng)院36個(gè)樣地綠化三維量與其空氣負(fù)離子變動趨勢大體上是一致，即可以認(rèn)為二者之間存在一定相關(guān)性。

為進(jìn)一步探討二者之間的相關(guān)關(guān)系，應(yīng)用SPSS19.0軟件，進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，結(jié)果見表4，person相關(guān)系數(shù)分別為0.957，0.934，0.935，均是極顯著相關(guān)（p＜0.01），即空氣負(fù)離子濃度與綠化三維量顯著正相關(guān)，負(fù)離子濃度隨著綠化三維量升高而增加。

表3 空氣負(fù)離子濃度觀測結(jié)果Table 3 Observed results of air negative ion concentration in samples of sanatoriums 個(gè)·cm-3

圖1 綠化三維量與負(fù)離子的關(guān)系?Fig. 1 Relationship between negative ions and TGB? A，五云山療養(yǎng)院；B，錢江療養(yǎng)院；C，杭州療養(yǎng)院。

表4 綠化三維量與空氣負(fù)離子濃度相關(guān)分析?Table 4 Correlation analysis between aero-anion concentration and TGB

3.4 植物綠化三維量與空氣負(fù)離子濃度的非線性模擬

在證明綠化三維量與空氣負(fù)離子濃度相關(guān)性的基礎(chǔ)上，我們需要進(jìn)一步的探討，在一定范圍內(nèi)，要發(fā)揮植物增加空氣負(fù)離子濃度效益，植物綠化三維量需要達(dá)到的合理值。因此，在Origin8.0 軟件內(nèi)，用 Logistic 增長曲線對綠化三維量與空氣負(fù)離子濃度進(jìn)行非線性擬合，結(jié)果見圖2。

圖2 綠化三維量與空氣負(fù)離子濃度的非線性擬合?Fig.2 The nonlinear curve ftting of TGB and the aero-anion concentration? A，五云山療養(yǎng)院；B，錢江療養(yǎng)院；C，杭州療養(yǎng)院。

Logistic曲線擬合生成的曲線Adj·R2在 0.91以上，說明其可以很好的表達(dá)綠化三維量與空氣負(fù)離子濃度之間的關(guān)系：

五云山療養(yǎng)院：CLmin＝630，CLmax＝1 140，X0＝ 424.5，P ＝ 0.72，Adj·R2＝ 0.904 95

錢江療養(yǎng)院：CLmin＝660，CLmax＝1 200，X0＝ 1058，P ＝ 1.61，Adj·R2＝ 0.947 96

杭州療養(yǎng)院：CLmin＝560，CLmax＝1 140，X0＝ 706.9, P ＝ 1.05, Adj·R2＝ 0.941 81

由圖2中曲線整體變化趨勢上看， Logistic增長曲線在區(qū)間內(nèi)單調(diào)遞增，其增長速度會隨著綠化三維量的升高而逐漸降低，在綠化三維量達(dá)到2 000 m3時(shí)，空氣負(fù)離子濃度增長趨勢不在明顯。因此，在20 m×20 m 樣地內(nèi)，當(dāng)綠地綠化三維量在2 000 m3以上時(shí)，空氣負(fù)離子濃度在1 000個(gè)·cm-3以上，可以認(rèn)為綠化量在2 000 m3時(shí)為臨界點(diǎn)。因此可以認(rèn)為，在夏季晴朗天氣下，無綠化覆蓋水泥地負(fù)離子在560～630個(gè)·cm-3之間時(shí)，綠地植物綠化三維量要大于2 000 m3，才能使空氣負(fù)離子濃度水平處于一個(gè)較為穩(wěn)定的水平。

4 結(jié) 論

根據(jù)3家療養(yǎng)院樣地綠化三維量調(diào)查結(jié)果，以喬灌地被3層所占據(jù)總綠量的比例計(jì)算，喬木層綠化三維量占總綠量近90%，而灌木和地被層僅占10%左右，可以得出喬木層綠化三維量決定著綠地整體綠量水平的高低；從負(fù)離子觀測觀測數(shù)據(jù)中的得出，3家療養(yǎng)院36個(gè)樣方空氣負(fù)離子濃度均超過600個(gè)·cm-3，空氣清潔度最低為中等清潔(C)，滿足療養(yǎng)院保健康復(fù)計(jì)劃的開展。

應(yīng)用SPSS19.0軟件，對植物綠化三維量和空氣負(fù)離子濃度進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，結(jié)果均是極顯著相關(guān)（p＜0.01），即空氣負(fù)離子濃度與綠化三維量顯著正相關(guān)，即負(fù)離子濃度隨著綠化三維量升高而增加。

植物綠化三維量與空氣負(fù)離子濃度呈極顯著正相關(guān)（p＜0.01），即負(fù)離子濃度隨著綠化三維量升高而增加，由于喬木層決定著整個(gè)樣地綠化三維量水平的高低，為使空氣負(fù)離子濃度滿足療養(yǎng)需求，應(yīng)該重視喬木，特別是常綠喬木的作用。植物綠化三維量與空氣負(fù)離子濃度的非線性模擬顯示，樣地植物綠化三維量合理值為2 000 m3，即在無綠化覆蓋地面空氣負(fù)離子濃度在560～630個(gè)·cm-3之間時(shí)，20 m×20 m樣地范圍內(nèi)植物綠化三維量應(yīng)達(dá)到 2 000 m3時(shí)才能使空氣負(fù)離子濃度處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)。

然而，本研究在計(jì)算植物綠化三維量時(shí)，由于植物競爭性向光生長[23]，樹木葉片多分布在樹冠外層的空間，綠化三維量的計(jì)算時(shí)應(yīng)該用空心體表示，而本研究綠化三維量計(jì)算用的樹木形體為實(shí)心體，放大了實(shí)際綠化三維量的值[24]，對樣地綠化三維量合理值的估算有一定影響；另一方面，本研究所選樣地綠地類型局限于3家療養(yǎng)院，限于療養(yǎng)院面積，每家療養(yǎng)院樣地?cái)?shù)量較少，對擬合曲線精度造成一定影響。因此，在以后的研究中，應(yīng)采用精確的儀器確定樹木形體空間體積，以提高樣地綠化三維量模擬計(jì)算精度，擴(kuò)大療養(yǎng)院選取范圍，增加森林公園等綠地以進(jìn)行對比研究[25]，同時(shí)在研究植物負(fù)離子效益時(shí)，應(yīng)綜合研究綠化三維量與滯塵、降溫增濕，吸收CO2等效益[26]，建立綠化三維量與生態(tài)效益的綜合評價(jià)系統(tǒng)。

療養(yǎng)院綠地環(huán)境是療養(yǎng)人員主要的康復(fù)保健場所，可以改善焦慮的心情，為他們提供一個(gè)安寧舒適的溝通交流環(huán)境，通過探討植物綠化三維量與空氣負(fù)離子之間的相關(guān)關(guān)系，用量化的指標(biāo)表明，綠地綠化水平與空氣負(fù)離子之間有極顯著的相關(guān)性，通過合理的規(guī)劃綠地結(jié)構(gòu)，重視喬木的作用，對于提高療養(yǎng)院綠地空氣負(fù)離子濃度水平，開展康復(fù)保健計(jì)劃具有重要意義。

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Effect of sanatorium greenbelt tridimensional green biomass on air negative ions concentration

WANG Dong-liang1, JIN He-xian1,2, TANG Yu-li3, GUO Yao-fu1, FAN Li-kun3, XU Xiao-lian4
(1. School of Landscape and Architecture, Zhejiang Agriculture and Forestry University, Lin’an 311300, Zhejiang, China; 2. Chinese Landscape Architecture Magazine Publication, Beijing 100835, China; 3. Hangzhou West Lake Scenic Area Qianjiang Administration Offce, Hangzhou 310006, Zhejiang, China; 4. Zhejiang Champben Landscape Co. Ltd., Hangzhou 310008, Zhejiang, China)

In order to study the relationship between tri-dimensional green biomass (TGB) and the aero-anion concentration, the TGB was investigated, the air negative ions concentrations of 36 samples (20 m × 20 m) in 3 sanatoriums in Hangzhou were observed.Through examining the associativity and fitting a non-linear curve between tridimensional green biomass and air negative ions in sanatorium, the correlations between tridimensional green biomass and air negative ions were studied. The results show that the arborous layer’s TGB which determined the TGB level of the entire green space vegetation nearly taken up 90 percent of the total TGB; the aeroanion concentration in the three sanatoriums ranked from 600 to 1200 tree·m-2, the air cleanliness reached or exceeded the grade C which is higher than the allowable value of aero-anion concentration; there was a Highly signifcant positive correlation between tridimensional green biomass and air negative ions in sanatorium (p＜0.01), the person correlations coeffcients was about 0.90, while non-linear ftting value Adj·R2was above 0.91, with higher precision.

Tridimensional green biomass; air negative ions; sanatorium; green space design; correlations

S731.9；S788

A

1673-923X(2013)08-0137-06

2012-12-03

杭州西湖風(fēng)景名勝區(qū)管委會杭州市園林文物局課題“康復(fù)花園的研究與實(shí)踐—杭州三家療養(yǎng)院保健花園設(shè)計(jì)初探”（2011003）

王東良（1985-），男，河南濮陽人，碩士研究生，主要從事植物造景、康復(fù)花園理論與實(shí)踐方面的研究

金荷仙（1964-），女，浙江東陽人，研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事植物造景、花文化及花香對人體健康的影響方面的研究；E-mail：zgyl-jhx@263.net

[本文編校：文鳳鳴]