室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度與PM2.5、PM10濃度的關(guān)系

賀江華，譚益民，周蘭芳

（中南林業(yè)科技大學(xué) a.森林旅游研究中心；b.旅游學(xué)院，湖南 長沙 410004）

室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度與PM2.5、PM10濃度的關(guān)系

賀江華a,b，譚益民a,b，周蘭芳a,b

（中南林業(yè)科技大學(xué) a.森林旅游研究中心；b.旅游學(xué)院，湖南 長沙 410004）

2013年11月，在室內(nèi)對空氣正、負(fù)離子濃度、PM10（可吸入顆粒物）、PM2.5（細(xì)顆粒物）等進(jìn)行測量，將測量數(shù)據(jù)用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果表明：（1）室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度日變化與PM2.5濃度呈顯著的負(fù)相關(guān)，與PM10濃度也呈顯著的負(fù)相關(guān)；（2）自然條件下的室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度日變化幅度規(guī)律為： PM10＞PM2.5＞空氣負(fù)離子；燃燒香煙后的室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度日變化幅度規(guī)律為：空氣負(fù)離子＞ PM2.5＞PM10。

空氣負(fù)離子濃度；PM2.5；PM10；相關(guān)關(guān)系；室內(nèi)

空氣負(fù)離子是大氣中帶負(fù)電荷的單個氣體分子或離子團(tuán)的總稱。其具有殺菌、降塵、清潔空氣、提高免疫力、調(diào)節(jié)機(jī)能平衡等多種功效，被譽(yù)為“空氣維生素和生長素”[1]，其濃度水平已成為評價一個地方空氣清潔程度的指標(biāo)。自空氣負(fù)離子被發(fā)現(xiàn)的一個多世紀(jì)以來，國內(nèi)外學(xué)者對空氣負(fù)離子的產(chǎn)生、生物學(xué)效應(yīng)、離子發(fā)生器以及環(huán)境空氣負(fù)離子監(jiān)測等做了大量研究工作。關(guān)于空氣負(fù)離子與氣溫、濕度、風(fēng)速等環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系在近年來也有一定研究。

近年來，隨著我國頻繁出現(xiàn)霧霾天氣，人們對空氣質(zhì)量關(guān)注度明顯增高，空氣質(zhì)量中影響人體健康的細(xì)顆粒物PM2.5與可吸入顆粒物PM10備受關(guān)注[2-3]，PM2.5與PM10的形成因素、化學(xué)成分、分布水平等也得到一定研究。已有研究表明，空氣負(fù)離子濃度與植被、氣溫、濕度、風(fēng)速等環(huán)境因子具有顯著相關(guān)關(guān)系[4-9]，但與影響空氣質(zhì)量好壞的PM2.5、PM10之間的相關(guān)性研究較少。為此筆者選擇在風(fēng)速、溫濕度等環(huán)境因子相對穩(wěn)定的室內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量，以降低誤差，探討空氣負(fù)離子濃度與PM2.5、PM10濃度的相關(guān)關(guān)系及其影響規(guī)律，對人們進(jìn)一步了解空氣負(fù)離子資源具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，也為空氣負(fù)離子濃度與PM2.5、PM10濃度的后續(xù)關(guān)系研究提供參考。

1 試驗(yàn)地概況與研究方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本研究選擇室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，具體地點(diǎn)為中南林業(yè)科技大學(xué)森林旅游研究中心2間實(shí)驗(yàn)室，面積均約15 m2。

1.2 研究方法

試驗(yàn)與測量時間為2013年11月18～20日。3 d均為微風(fēng)晴天，但均為不同程度的霧霾天氣。試驗(yàn)前充分開門窗通風(fēng)，實(shí)驗(yàn)時關(guān)閉門窗。每天在2間實(shí)驗(yàn)室內(nèi)作同步對比試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)1的數(shù)據(jù)在自然條件下的室內(nèi)測量獲取，實(shí)驗(yàn)2的數(shù)據(jù)在燃燒3根香煙條件下的室內(nèi)測量獲取。

2組實(shí)驗(yàn)自早7點(diǎn)到晚7點(diǎn)連續(xù)整點(diǎn)監(jiān)測，空氣負(fù)離子濃度每小時測量 1 次，每次測東、西、南、北 4 個方向，以 4 個方向的平均值為測量值；手持儀器同步測量室內(nèi)PM2.5濃度、PM10濃度、氣溫及相對濕度， PM2.5和PM10濃度每次采樣時間為1 min。

1.3 儀器設(shè)備

本研究采用中南林業(yè)科技大學(xué)森林旅游研究中心研制的 FTP-2 型大氣離子測量儀監(jiān)測空氣負(fù)離子[10]；采用美國METONE公司的AEROCET-531型顆粒物監(jiān)測儀測量PM2.5與PM10濃度；采用美國f l uke公司的971型溫濕度檢測儀測定氣溫和濕度。

2 結(jié)果與分析

2.1 自然條件下室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度日變化與PM2.5、PM10濃度的關(guān)系

將試驗(yàn)1的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計求均值，得出自然條件下室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度與PM2.5濃度、PM10濃度的日變化情況（如表1所示）。

為了研究自然條件下室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度隨PM2.5濃度、PM10濃度的具體變化情況，將表1相關(guān)數(shù)據(jù)繪制成圖（如圖1、圖2所示）。

由表1和圖1可知，在監(jiān)測時間內(nèi)，自然條件下室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度大體上隨PM2.5濃度的下降而升高，兩者呈負(fù)向關(guān)系，只有在11:00～13:00及18:00～19:00時段內(nèi)，空氣負(fù)離子濃度PM2.5濃度降低而降低，且變化幅度較低。除此之外，其他時間段空氣負(fù)離子濃度隨PM2.5濃度發(fā)生負(fù)向變化，可以得出，空氣負(fù)離子濃度隨PM2.5濃度發(fā)生正向變化的幾率和幅度較小，可以忽略?？諝庳?fù)離子濃度在監(jiān)測期內(nèi)呈現(xiàn)2個小高峰，7:00～11:00時段內(nèi)，空氣負(fù)離子濃度上升幅度較快，由7:00的73 ions/cm3上升至11:00的120ions/cm3，形成第1個小高峰，升幅為64.4%。之后負(fù)離子濃度降低至106 ions/cm3后由逐漸升高，至17:00形成第2個小高峰，為128 ions/cm3，之后又呈現(xiàn)下降趨勢。PM2.5濃度在監(jiān)測時段內(nèi)總體呈下降趨勢，只有在17:00～19:00時段內(nèi)，PM2.5濃度略有升高。7:00至13:00點(diǎn)的降幅較快，由7:00的59.3 μg/m3下降至13:00的28.5 μg/m3，降幅為51.9%。尤其是8:00至9:00的降幅最高，1小時內(nèi)PM2.5降幅達(dá)23.1%。在總的監(jiān)測時段內(nèi)，空氣負(fù)離子濃度上升了36 ions/cm3，升幅為49.3%，PM2.5濃度下降了 35.1 μg/m3，降幅為59.2%。

表1 自然條件下室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度日變化與PM10濃度、PM2.5濃度的關(guān)系Table 1Relationship of daily variation between air anion concentration indoor and PM2.5 and PM10 in natural conditions

圖2 自然條件下室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度與PM10濃度的關(guān)系Fig.2Relationship between air anion concentration indoor and PM10 in natural conditions

由表1和圖2可知，在監(jiān)測時間內(nèi)，自然條件下室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度大體上也是隨著PM10濃度的降低而升高，兩者呈現(xiàn)負(fù)向變化。PM10濃度在監(jiān)測時段內(nèi)總體呈下降趨勢，只有在13:00～14:00、18:00～19:00呈升高趨勢，但升幅較低，基本可以忽略。PM10濃度在7:00～10:00時段內(nèi)下降較快，由 7:00的 201.2 μg/m3下降到 10:00點(diǎn)的 92 μg/m3，降幅達(dá)54.3%。在之后的9個小時內(nèi)PM10濃度降幅較低，由10:00點(diǎn)的92 μg/m3下降到19:00的73.2 μg/m3，降幅僅20.4%。在總的監(jiān)測時段內(nèi)，空氣負(fù)離子濃度上升了36 ions/cm3，升幅為49.3%，PM10濃度下降了128 μg/m3，降幅為63.6%。

2.2 燃燒香煙后室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度日變化與PM2.5濃度、PM10濃度的關(guān)系

試驗(yàn)2的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計求均值，得出燃燒香煙后室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度與PM2.5濃度、PM10濃度的日變化情況（如表2所示）。

表2 燃燒香煙后室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度日變化與PM2.5濃度、PM10濃度的關(guān)系Table 2Relationship of daily variation between air anion concentration indoor and PM2.5 and PM10 after burning cigarettes

為了研究燃燒香煙后室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度隨PM2.5濃度、PM10濃度的具體變化情況，將表2相關(guān)數(shù)據(jù)繪制成圖（如圖3、圖4所示）。

圖3 燃燒香煙后室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度與PM2.5濃度的關(guān)系Fig.3Relationship of concentrations between air anion concentration indoor and PM2.5 after burning cigarettes

圖4 燃燒香煙后室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度與PM10濃度的關(guān)系Fig.4Relationship between air anion concentration indoor and PM10 after burning cigarettes

由表2和圖3可知，燃燒3根香煙后，室內(nèi)的空氣負(fù)離子濃度僅20ions/cm3，比自然條件下的室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度低了53 ions/cm3。室內(nèi)PM2.5濃度則達(dá)到181.9 μg/m3，比自然條件下的59.3 μg/m3高出 122.6 μg/m3。由圖3 可知，空氣負(fù)離子濃度大體上隨PM2.5濃度的降低而升高，兩者呈負(fù)向關(guān)系。僅在10:00～11:00及18:00～19:00兩個時段內(nèi)呈正向關(guān)系，10:00～11:00，PM2.5濃度下降了58.5 μg/m3，而空氣負(fù)離子濃度僅下降了2 ions/cm3，18:00～ 19:00，PM2.5濃度僅上升了0.1 μg/m3，而空氣負(fù)離子濃度下降了ions/cm3?？梢缘贸?，正向關(guān)系變化幅度非常小，可以忽略?？諝庳?fù)離子在監(jiān)測時段內(nèi)總體呈上升趨勢，11:00～14:00時段內(nèi)，空氣負(fù)離子濃度升幅最大，由33 ions/cm3升高至102 ions/cm3，升幅為209.1%；而在10:00～11:00、17:00～18:00時段內(nèi)，空氣負(fù)離子濃度呈下降趨勢，但幅度較低。PM2.5濃度監(jiān)測時段內(nèi)總體呈下降趨勢，7:00～12:00時段內(nèi)降幅較快，由7:00的181.9 μg/m3降低至39.9 μg/m3，降低了 142 μg/m3，降幅達(dá) 78.1%，12:00～19:00時段內(nèi)，PM2.5濃度則基本呈持續(xù)緩慢下降趨勢。在總的監(jiān)測時段內(nèi)，空氣負(fù)離子濃度升高了83 ions/cm3，升幅為415%，PM2.5濃度下降了 154 μg/m3，降幅為84.7%。

由表2和圖4可知，燃燒3根香煙后，室內(nèi)的空氣負(fù)離子濃度僅20ions/cm3，PM10濃度則高達(dá) 296.4 μg/m3，比自然條件下的 201.2 μg/m3高出95.2 μg/m3。在監(jiān)測時間內(nèi)，空氣負(fù)離子濃度大體隨PM10濃度的下降而升高，二者呈負(fù)向關(guān)系。僅在14:00～15:00及18:00～19:00兩個時段內(nèi)呈正向關(guān)系，且變化幅度較小。監(jiān)測時段內(nèi)，PM10濃度總體呈持續(xù)下降趨勢，在7:00～13:00時段內(nèi)下降較快，由7:00的296.4 μg/m3降低至13:00的85.3 μg/m3，降低了 211.1 μg/m3，降幅為 71.2%，之后下降速度較慢，由13:00的85.3 μg/m3降低至19:00的 76.6 μg/m3，降低了 8.7 μg/m3。在總的監(jiān)測時段內(nèi)，空氣負(fù)離子濃度升高了83 ions/cm3，升幅為415%，PM10濃度下降了219.8 μg/m3，降幅為74.2%。

為了進(jìn)一步研究空氣負(fù)離子與PM2.5濃度、PM10濃度的相關(guān)關(guān)系，將表1和表2的相關(guān)數(shù)據(jù)使用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表3所示。

表3 空氣負(fù)離子濃度與PM2.5濃度、PM10濃度的相關(guān)關(guān)系Table 3Relationship between air anion concentration indoor and PM2.5 and PM10

由表3可以看出，自然條件下與燃燒香煙后的室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度日變化與PM2.5濃度都具有顯著的負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.914和-0.887，均通過了0.01顯著性水平的檢驗(yàn)，說明空氣負(fù)離子濃度與PM2.5濃度確有線性關(guān)系。室內(nèi)兩種條件下的空氣負(fù)離子濃度與PM2.5濃度的回歸方程分別如下：

式（1）、（2）中：y為空氣負(fù)離子濃度，x為PM2.5濃度。由此可以推斷，自然條件下和燃燒香煙后室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度均隨PM2.5濃度的降低而升高。

由表3同樣可以得出，自然條件下與燃燒香煙后的室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度日變化與PM10濃度也都具有顯著的負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.900和-0.905，均通過了0.01顯著性水平的檢驗(yàn)，說明空氣負(fù)離子濃度與PM10濃度也確有線性關(guān)系。室內(nèi)兩種條件下的空氣負(fù)離子濃度與PM10濃度的回歸方程分別如下：

式（3）、（4）中：y為空氣負(fù)離子濃度，x為PM10濃度。由此可以推斷，自然條件下和燃燒香煙后的室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度也均隨PM10濃度的降低而升高。

3 結(jié)論

（1）室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度隨PM2.5濃度的日變化規(guī)律為：空氣負(fù)離子濃度隨PM2.5濃度的降低而升高，隨PM2.5濃度的升高而降低，即空氣負(fù)離子濃度與PM2.5濃度呈顯著的負(fù)相關(guān)。

（2）室內(nèi)空氣負(fù)離子濃度隨PM10濃度的日變化規(guī)律為：空氣負(fù)離子濃度隨PM10濃度的降低而升高，隨PM10濃度的升高而降低，即空氣負(fù)離子濃度與PM10濃度呈顯著的負(fù)相關(guān)。

（3）自然條件下的室內(nèi)，空氣負(fù)離子濃度在7:00～11:00隨PM2.5濃度、PM10濃度變化而發(fā)生的變化幅度較大；燃燒香煙后的室內(nèi)，空氣負(fù)離子濃度在11:00～14:00隨PM2.5濃度、PM10濃度變化而發(fā)生的變化幅度較大。

（4）自然條件下的室內(nèi)，空氣負(fù)離子濃度日變化幅度與PM2.5濃度、PM10濃度日變化幅度規(guī)律為： PM10＞PM2.5＞空氣負(fù)離子；燃燒香煙后的室內(nèi)，PM2.5濃度與PM10濃度均顯著升高，且PM2.5濃度升幅遠(yuǎn)大于PM10濃度升幅，空氣負(fù)離子濃度日變化幅度與PM2.5濃度、PM10濃度日變化幅度規(guī)律為：空氣負(fù)離子＞ PM2.5＞PM10。

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Relationship between indoor air anion concentration and PM2.5and PM10

HE Jiang-huaa,b, TAN Yi-mina,b, ZHOU Lan-fanga,b
(a.Forest Recreation Research Center;b.College of Tourism, Central South University of Forestry &Technology, Changsha 410004,Hunan, China)

With the measurement of the air positive and negative ion concentration, PM10(Particulate matter) and PM2.5(Fine particulate matter) indoor in November, 2013, Analyzing the statistics in SPSS. The results show that: (1)the daily variation of air anion concentration indoor shows signif i cant negative correlation with PM2.5, and it sames to PM10.(2)the daily variation margin regular of air anion concentration indoor in natural conditions is that the air negative PM10＞PM2.5＞ions; the daily concentrations variation margin regular of air anion concentration indoor after burning cigarettes is that the air negative ions＞PM2.5＞ PM10.

air anion concentration; PM2.5; PM10; relationship; indoor

S727.05

A

1673-923X(2014)05-0096-05

2014-03-10

集體林區(qū)林農(nóng)民生監(jiān)測（ZDWT-2013-13-1，辦發(fā)字[2013]61號）

賀江華（1983-），男，湖南衡陽人，碩士研究生，主要從事森林游憩方向等相關(guān)研究； E-mail：hejiangh_1983@163.com

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

E-mail：csfutanyimin@126.com

[本文編校：吳毅]