湖南省森林植物園空氣負(fù)離子濃度變化

肖紅燕，譚益民，湯炎

（中南林業(yè)科技大學(xué) 森林旅游研究中心，湖南 長(zhǎng)沙410004）

湖南省森林植物園空氣負(fù)離子濃度變化

肖紅燕，譚益民，湯炎

（中南林業(yè)科技大學(xué) 森林旅游研究中心，湖南 長(zhǎng)沙410004）

于2011年9月至2012年8月應(yīng)用FTP-2空氣負(fù)離子測(cè)量?jī)x對(duì)湖南省森林植物園3個(gè)生態(tài)區(qū)及全園的空氣正、負(fù)離子濃度進(jìn)行測(cè)量，并采用日本的空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)（IC）對(duì)其空氣質(zhì)量作了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：（1）湖南省森林植物園空氣負(fù)離子濃度垂直變化明顯，園中高于園內(nèi)其他地方?？諝怆x子評(píng)價(jià)系數(shù)（IC）均大于0.93，屬于清潔，空氣質(zhì)量很好。（2）從空曠地向水區(qū)空氣負(fù)離子濃度和空氣質(zhì)量（IC）逐漸增加,有林地區(qū)空氣負(fù)離子濃度明顯高于無林地區(qū)；有瀑布和水流等動(dòng)態(tài)水地區(qū)空氣負(fù)離子濃度明顯增加；園中不同功能區(qū)空氣負(fù)離子濃度和空氣質(zhì)量差異顯著，其大小依次為水邊＞林內(nèi)＞空曠地；（3）空氣負(fù)離子濃度和空氣質(zhì)量的日變化規(guī)律曲線為雙峰形，總的規(guī)律為上午高，下午低，一天中存在2個(gè)峰值，分別為上午7:00點(diǎn)(563.75個(gè)/cm3)和8:00點(diǎn)(789.67個(gè)/cm3)，IC值為1.11和1.40，大于1，為清潔或最清潔。其它時(shí)間處于平穩(wěn)趨勢(shì)；（4）空氣負(fù)離子濃度和空氣質(zhì)量的季節(jié)變化規(guī)律曲線為多峰形， 1月最低，為256.20個(gè)/cm3，IC值為0.36；7月最高，為542.86個(gè)/cm3，IC值為1.06?？傏厔?shì)為夏、秋季高，春季適中，冬季最低。

空氣負(fù)離子濃度；空氣質(zhì)量；湖南省森林植物園

J.Thomson第一個(gè)以公式方法來表達(dá)離子的特性，同時(shí)建立了正、負(fù)離子的模型，接著Eiseer和Geieel證明了離子的存在，即帶有正、負(fù)電荷的粒子，其粒徑略大于分子的直徑。20世紀(jì)30年代德國(guó)Dessauer開創(chuàng)了大氣正、負(fù)離子生物的研究。到1889年德國(guó)科學(xué)家Elster和Geital首先發(fā)現(xiàn)了空氣負(fù)離子的存在,德國(guó)物理學(xué)家Philip Leonard博士第一個(gè)在學(xué)術(shù)上證明負(fù)離子對(duì)人體的功效，到1902年Aschkinass和Caspari等肯定了空氣負(fù)離子存在的生物學(xué)意義[1-2]。半個(gè)世紀(jì)以來，空氣負(fù)離子研究在歐、美、日各國(guó)已經(jīng)歷了很長(zhǎng)的發(fā)展、應(yīng)用階段。我國(guó)自1978年由伊朗的沙啥瓦特博士引進(jìn)一臺(tái)電子儀器——生物濾器(biological filter)，即我國(guó)負(fù)離子發(fā)生器的前身，至今空氣負(fù)離子的研究已經(jīng)歷了80年代初、90年代初兩個(gè)發(fā)展高潮。目前我國(guó)的研究主要側(cè)重于對(duì)自然和人為環(huán)境中的空氣負(fù)離子濃度的測(cè)定，但由于測(cè)試的手段和測(cè)試的儀器還不夠完善，缺少系統(tǒng)定量的研究，從而影響了研究者對(duì)負(fù)離子的深入研究。本研究主要是以湖南省森林公園為研究對(duì)象，系統(tǒng)定量研究森林中的空氣負(fù)離子溶度狀況，以期對(duì)今后森林旅游資源開發(fā)提供參考。

1 研究區(qū)概況

湖南省森林植物園位居湖南省會(huì)長(zhǎng)沙南部，全園占地面積140hm2，內(nèi)有水域6 hm2，主要以闊葉林為主，森林覆蓋率90%以上，空氣非常清新。園內(nèi)逐步建成集科研生產(chǎn)、科普教育、生態(tài)旅游、體育休閑于一體，突出植物特色，強(qiáng)調(diào)參與個(gè)性，崇尚自然享受美的綜合性植物園和森林公園?，F(xiàn)園內(nèi)共引種馴化、異地保存植物156科470屬2 100余種，并在此基礎(chǔ)上營(yíng)建了亞熱帶較大的珍稀瀕危植物異地保護(hù)區(qū)，區(qū)內(nèi)護(hù)存珍稀瀕危植物54科95屬118種，其中包括有“植物界的大熊貓”之美譽(yù)的銀杉及“鴿子樹”之佳稱的珙桐等國(guó)家一級(jí)保護(hù)植物6種。根據(jù)不同植物的特點(diǎn)，建有“木蘭園”、“桂花園”、“茶花園”、“櫻花園”、“竹園”、“杜鵑園”、“楓香帶”、“蔭生植物園”、“珍稀植物園”等不同的專類植物收集區(qū)，使園內(nèi)一年四季的風(fēng)景如畫，季季有花賞、有香聞、有景看。在這里，人們可以盡享人工創(chuàng)造的大自然美景。豐富的植物資源既為園內(nèi)的景色添彩，又為廣大自然愛好者提供了親近的對(duì)象和學(xué)習(xí)的素材。

2 研究方法

2.1 測(cè)定方法

此監(jiān)測(cè)采用中南林業(yè)科技大學(xué)森林研究中心研制的FTP-2型大氣離子測(cè)量?jī)x[3]，其量程為10.00～1.99×106個(gè)/cm3，最小檢測(cè)量為10個(gè)/cm3，檢測(cè)精度±20%。研究組于2011年9月至2012年8月對(duì)湖南省森林植物園地的不同時(shí)間及不同地點(diǎn)的空氣負(fù)離子濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每次為1 d，并記錄各個(gè)方向的最大值和平均值。共設(shè)6監(jiān)測(cè)點(diǎn)，取其均值作為相應(yīng)月份的空氣負(fù)離子含量，為了減少干擾，測(cè)量均選擇在晴天進(jìn)行，對(duì)每個(gè)地點(diǎn)測(cè)量3次，然后取其均值作為日變化。

2.2 評(píng)價(jià)方法

空氣離子的濃度，就小離子而言，大陸上平均離子濃度為750個(gè)/cm3，負(fù)離子濃度為650個(gè)/cm3，但分布很不均勻，有的地方平均只有50個(gè)/cm3，有的地方平均可達(dá)1 000個(gè)/cm3，甚至更多，一般正離子濃度大于負(fù)離子濃度，其比值平均為1.15。瀑布附近空氣負(fù)離子濃度最高，如中南林學(xué)院吳楚材測(cè)出桃源洞國(guó)家森林公園的珠簾瀑布北側(cè)河邊為6.46×104個(gè)/cm3[4]?？諝庳?fù)離子是重要的生態(tài)旅游資源，有殺菌、預(yù)防疾病的功效，被喻為“空氣維生素和長(zhǎng)生素”[5]。據(jù)醫(yī)學(xué)家研究表明， 空氣負(fù)離子濃度達(dá)到700個(gè)/cm3以上時(shí)才有益于人體健康，當(dāng)濃∕度達(dá)到1萬個(gè)/cm3以上時(shí)才能治病，當(dāng)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]。因而空氣中負(fù)離子濃度越來越受關(guān)注，它已成為評(píng)價(jià)空氣清潔新鮮程度，建立森林浴場(chǎng)、森林小屋、別墅、度假村等旅游開發(fā)項(xiàng)目的重要依據(jù)之一[7]。在環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中以正、負(fù)離子之比的單極系數(shù)（q=n+/n-)和空氣負(fù)離子評(píng)價(jià)系數(shù)（IC=n-/1000q)使用最多。一些學(xué)者經(jīng)過研究認(rèn)為單極系數(shù)等于或小于1時(shí)，才能給人以舒適感。單極系數(shù)小于1，表示空氣中負(fù)離子濃度大于正離子濃度，單極系數(shù)越小，表示負(fù)離子濃度比正離子濃度高得越多，對(duì)人體越有利。日本學(xué)者研究表明，當(dāng)n-大于1 000個(gè)/cm3，且q值小于1時(shí)，空氣清潔舒適，對(duì)人體健康最為有益[8-9]。 而空氣負(fù)離子評(píng)價(jià)系數(shù)IC綜合考慮了正、負(fù)離子的構(gòu)成比，其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)方法，目前我國(guó)還沒統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)外一般采用安培等提出的空氣質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，該評(píng)價(jià)方法的計(jì)算公式為：

IC=(負(fù)離子濃度 /1000)×(1/q)。

式中：IC為空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)；q是單極系數(shù)，可表示為：

n+/n-表示正離子數(shù)與負(fù)離子數(shù)之比。

按空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)可將空氣質(zhì)量分為5個(gè)等級(jí)[10]（見表1）。

表1 空氣清潔評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1The criteria for evaluating air clear degree

3 結(jié)果與分析

3.1 湖南省森林植物園空氣負(fù)離子濃度變化規(guī)律

將湖南省森林植物園各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在2011年9月～2012年8月一年內(nèi)所監(jiān)測(cè)的空氣負(fù)離子濃度的數(shù)據(jù)予以相加得以平均，其結(jié)果見表2。從表2可以看出，湖南省森林植物園的水邊空氣負(fù)離子濃度平均為422個(gè)/cm3，最大值為520個(gè)/cm3，正離子濃度平均為193.33個(gè)/cm3，最大值為290個(gè)/cm3，IC值為1.02。如把空曠地（CK）和林內(nèi)加上，則湖南省森林植物園空氣負(fù)離子濃度平均為284.46個(gè)/cm3，正離子濃度平均為136.64個(gè)/cm3，IC值為0.94。可見按照安倍空氣質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)IC值在A～B兩個(gè)等級(jí)之間，由此可以說明此地可以帶給人們舒適的感覺，是市民休閑、健身的好地方。

表2 湖南省森林植物園各監(jiān)測(cè)點(diǎn)空氣負(fù)離子的變化Table 2 Change of air ions of different measuring spots in the Hunan Forest Botanical Garden

3.2 湖南省森林植物園空氣負(fù)離子時(shí)間變化規(guī)律

3.2 1湖南省森林植物園空氣負(fù)離子日變化分析

為了研究空氣負(fù)離子日變化規(guī)律，于2011年10月對(duì)湖南省森林植物園空氣負(fù)離子濃度日變化進(jìn)行測(cè)定。測(cè)量的時(shí)間均為6：00～20：00，每隔1 h測(cè)量1次，取其平均值，結(jié)果見圖1。

圖1 湖南省森林植物園空氣負(fù)離子濃度日變化情況Fig.1change of air ions in a day in Hunan Forest Botanical Garden

空氣離子濃度的日變化與大氣氣溶膠含量的日變化密切相關(guān)。由圖1可以看出，一天中空氣負(fù)離子濃度均為上午大于下午，最大值出現(xiàn)在6：00～9：00，為789.67個(gè)/cm3；次大值出現(xiàn)在19：00～20：00，為491.27個(gè)/cm3；最小值出現(xiàn)在15：00前后，為289.00個(gè)/cm3；次小值出現(xiàn)在10：00～12：00，為412.75個(gè)/cm3。正離子濃度和IC值的日變化規(guī)律與負(fù)離子濃度的日變化規(guī)律相類似。

空氣離子濃度會(huì)隨時(shí)間、人流量、車流量等有關(guān)活動(dòng)發(fā)生變化。在人流量和車流量高峰時(shí)段，空氣離子濃度通常會(huì)出現(xiàn)很大變化。如圖1可得知，13：00～15：00人流和車流明顯增加，空氣離子濃度和IC值明顯降低。11：00空氣負(fù)離子濃度為407.58個(gè)/cm3，正離子濃度為284.17個(gè)/cm3，IC值為0.61；到了15：00，空氣負(fù)離子濃度為289.00個(gè)/cm3，正離子濃度為212.17 個(gè)/cm3，IC值為0.42。

3.2.2 湖南省森林植物園空氣負(fù)離子季節(jié)變化分析將湖南省森林植物園2011年9月～2012年8月的空氣離子監(jiān)測(cè)資料按月份進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，把每月測(cè)量的空氣正、負(fù)離子數(shù)量的平均值進(jìn)行相加，得出平均值作為湖南省森林植物園相應(yīng)月份的空氣正、負(fù)離子數(shù)量，得到了12個(gè)月的空氣離子數(shù)和空氣質(zhì)量變化情況見圖2。

空氣離子濃度不僅具有日變化特征外，而且

圖2 湖南省森林植物園空氣離子的季節(jié)變化（2011年9月～2012年8月）Fig.2seasonal change of air ions in Hunan Forest Botanical Garden (from 20119 to 20128)

還有明顯的季節(jié)變化特征。由圖2可得，湖南省森林植物園一年中負(fù)離子濃度以秋季最高，平均為521.48 個(gè)/cm3；其次是夏季、春季，平均為496.51 個(gè) /cm3、361.11 個(gè) /cm3；冬季最低，平均為302.40個(gè)/cm3。夏、秋兩季空氣質(zhì)量相差不大，都接近或達(dá)到最清潔程度；而冬季空氣質(zhì)量最差，為允許；春季空氣質(zhì)量為適中，為清潔，靠近中等程度。冬季空氣質(zhì)量最差的究其原因是：冬季能源消耗大，污染物排放量多，植物光合作用降低，故空氣負(fù)離子濃度降低，空氣質(zhì)量下降。夏、秋季空氣質(zhì)量好的原因是：夏、秋季污染相對(duì)減輕，植物光合作用最強(qiáng)，空氣負(fù)離子濃度和空氣質(zhì)量都提高?？傮w來說，湖南省森林植物園空氣質(zhì)量良好，適合旅游資源的開發(fā)，同時(shí)給人們帶來了舒適的感覺，是市民休閑、健身的好地方。

4 結(jié)論與討論

（1）湖南省森林植物園空氣離子濃度總趨勢(shì)均為空曠地向林內(nèi)、水邊逐漸變好。安倍空氣離子評(píng)價(jià)指數(shù)的水平分布指數(shù)由空曠地向林內(nèi)、水邊逐漸增加， 空曠地平均為0.81， 屬清潔；林內(nèi)平均為1.00，屬清潔；水邊平均大于1.00，屬清潔或最清潔?？諝庳?fù)離子濃度和空氣質(zhì)量依次為水邊＞林內(nèi)＞空曠地。說明有林地區(qū)空氣負(fù)離子濃度明顯高于無林地區(qū)，因此對(duì)結(jié)構(gòu)不好的地區(qū)可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，以更大地發(fā)揮森林增加空氣負(fù)離子的作用。

（2）湖南省森林植物園空氣負(fù)離子濃度和空氣質(zhì)量有明顯的日變化差異。一天中上午空氣負(fù)離子濃度平均大于下午，日變化曲線為雙峰形，兩個(gè)峰值分別出現(xiàn)在上午 7：00和8：00左右。由于7：00和8：00污染較少，植物光合作用較強(qiáng)，因此人們鍛煉應(yīng)選在上午日出以后為最好。11：00～18：00人、車流能源消耗大，污染物排放多，故空氣負(fù)離子濃度降低，空氣質(zhì)量下降。溪流和瀑布在增加空氣清潔度上有極為明顯的作用，因此可適當(dāng)增加噴泉和活動(dòng)水面等，以彌補(bǔ)過多的水泥路面和過多的人流、車流對(duì)空氣質(zhì)量的負(fù)面影響。

（3）湖南省森林植物園空氣負(fù)離子濃度和空氣質(zhì)量也有明顯的季節(jié)變化差異，不同的季節(jié)條件下空氣負(fù)離子濃度和空氣質(zhì)量出現(xiàn)差異，總趨勢(shì)表現(xiàn)為夏、秋季高，春季適中，冬季低的季節(jié)變化規(guī)律。

（4）運(yùn)用新方法、新思維，多角度深化空氣負(fù)離子研究[11]。主要方向有：①改進(jìn)空氣負(fù)離子觀測(cè)儀，使其進(jìn)一步適應(yīng)各種環(huán)境條件下觀測(cè)的要求；②森林旅游資源中空氣負(fù)離子的研究涉及面廣，需要多學(xué)科的協(xié)作和交叉；③加強(qiáng)橫向研究，分析森林中空氣負(fù)離子與空氣質(zhì)量、空氣負(fù)離子和污染狀況的相關(guān)關(guān)系，為編制新的旅游資源分類指標(biāo)體系提供理論依據(jù)。

同時(shí)，他山之石，可以攻玉，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)國(guó)內(nèi)外合作，有選擇地引進(jìn)國(guó)外成果。

（5）空氣離子濃度和空氣質(zhì)量隨地點(diǎn)和時(shí)間的不同發(fā)生變化，上述結(jié)論是在2011～2012年大量觀測(cè)基礎(chǔ)上得出來的，不代表任何具體時(shí)間、具體地點(diǎn)的情況。

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Analysis on variation of negative air ion in Hunan Forest Botanical Garden

XIAO Hong-yan, TAN Yi-min, TANG Yan
(Forest Recreation Research Center, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

From September 2008 to August 2009, the positive and negative ions concentrations of air in Hunan Forest Botanical Garden(whole forest park and its three ecological regions) were measured by using FTP-2 aero anion measuring instrument, and by adopting Japanese Evaluating Indicator(CI), the air quality of the park was evaluated. The results are as follows. (1) The air ion concentration of the forest botanical garden of Hunan province changed obviously in the vertical direction, and that in the garden was higher than that at other places inside the park. (2)The negative air ion concentrations and CI increased gradually from the clearing to water zone, the negative air ion concentrations in forested areas were obviously higher than those in non-forested areas; the negative air ion concentrations obviously increased in the areas where the moving waters, such as waterfall and rivulet; the air ion concentration and air quality in different functional areas were different each other in the park, and the descending sequence is: that at the waterside that in the forest that in the hollowness. (3) the diurnal variation curves of air-anion concentration and the air quality showed a double peak type,the general rules were high in the morning low in the afternoon; there were two peak values, at 7:00and 8:00am (563.75 and 789.67 air ion/cm3), their corresponding CI values were 1.11 and 1.40(when the CI value greater than 1,showed the air quality level was clear or clearest),and the curves showed two peaks .the curves were remained stable at other time. (4) The seasonal variation curves of air ion concentration and air quality showed double waveform; the whole trend that the digital of 256.20the air ion per cubic centimeter in January was the lowest, and the CI was 0.36,on the contrary the digital of 542.86 the air ion per cubic centimeter was the highest and the CI was 1.06. In terms of the season, the descending sequence of air ion concentration and air quality was: that of summer and autumn that of spring that of winter.

negative air ion concentration; air quality; Hunan Forest Botanical Garden

2014-01-10

國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201004014）

肖紅燕 （1989-），女，湖南株洲人，碩士研究生，研究方向：森林游憩；E-mail：514380024@qq.com

譚益民（1962-），男，湖南湘潭人，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事森林旅游、生態(tài)旅游、旅游規(guī)劃等相關(guān)研究；

E-mail：csfutanyimin@126.com

S718.56；F590.31

A

1673-923X(2014)05-0092-04