信陽市不同生境空氣負(fù)離子濃度動態(tài)變異

單燕祥，余開慧，柳勇，駱建莉，馮萬富

（1.信陽市林業(yè)科學(xué)研究所，河南 信陽 464031；2.信陽市南灣實(shí)驗(yàn)林場，河南 信陽 464031）

隨著城市化進(jìn)程的加快和城市規(guī)模的擴(kuò)大，生態(tài)環(huán)境遭到破壞，大氣污染日趨嚴(yán)重，空氣質(zhì)量下降。作為衡量空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)之一的空氣負(fù)離子，逐漸引起人們的廣泛重視?？諝庳?fù)離子能吸附空氣中的污染物和懸浮顆粒，使空氣得到凈化，尤其對空氣顆粒物有明顯的沉降效果[1]。較高濃度的空氣負(fù)離子對人體具有很好的醫(yī)療保健功能[2]。近地面層空氣負(fù)離子主要來源于植物尖端放電，植物多的地方空氣負(fù)離子濃度較高[3]。在人口密集的市區(qū)，空氣離子的壽命僅有幾秒鐘，而在林區(qū)空氣離子的壽命較長，最多可達(dá)0.3 h 左右[4]。目前國內(nèi)外對特定生境條件下空氣負(fù)離子濃度動態(tài)變異進(jìn)而對其環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評價的研究報道較多[5—13]，但采用長期連續(xù)定位觀測的方法開展空氣負(fù)離子濃度變異的研究報道不多。為此，以信陽市不同林分及不同生境條件下的空氣負(fù)離子作為研究對象，于2012年3月至2013年2月對信陽市雞公山景區(qū)、市內(nèi)公園和市內(nèi)公交車站空氣負(fù)離子濃度進(jìn)行了為期1年的連續(xù)觀測研究，以期反映信陽市不同生態(tài)環(huán)境條件下空氣負(fù)離子濃度分布規(guī)律，為科學(xué)指導(dǎo)城市的規(guī)劃建設(shè)、植物配置以及景區(qū)開發(fā)提供參考。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

信陽市位于河南省南部，地處東經(jīng)113°45′～ 115°55′、北緯30°23′～ 32°27′之間。年均氣溫15.1～15.5 ℃，年均降水量1 118.7 mm，屬北亞熱帶向暖溫帶過渡區(qū)，具有顯著的季風(fēng)氣候特征。多樣的氣候環(huán)境和獨(dú)特的區(qū)位優(yōu)勢，使信陽成為南北多種區(qū)系植物的交融之地，保存了較多古老、孑遺、珍稀樹種的群落。信陽市是國務(wù)院首批命名的國家生態(tài)建設(shè)示范市之一，該市的雞公山景區(qū)植被豐富，保存較好，森林覆蓋率高達(dá)90%。

1.2 調(diào)查研究方法

1.2.1 觀測儀器設(shè)備

采用美國Alphalab 公司生產(chǎn)的AIC1000 型空氣離子測量儀進(jìn)行測量，主要觀測空氣負(fù)離子濃度。

1.2.2 觀測樣地設(shè)置

在雞公山景區(qū)選擇有代表性的4 種典型林分樣地（落葉闊葉林、落葉針葉林、針闊混交林、竹林）進(jìn)行連續(xù)定位觀測，同時選取信陽市區(qū)內(nèi)的浉河公園和公交車站開展同步對照觀測（表1），每種生境各設(shè)置3個樣點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)觀測。

表1 各觀測樣點(diǎn)植被類型

1.2.3 觀測方法

在2012年3月至2013年2月，每月上旬、下旬各連續(xù)觀測3 d，觀測時間8：00～18：00，每2 h 觀測1 次，取6 d 觀測數(shù)據(jù)的平均值作為該觀測樣點(diǎn)的當(dāng)月數(shù)據(jù)，以3個月的平均值作為該樣地的季度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。測量時在每個觀測點(diǎn)按東西南北4個方向測定，待數(shù)值穩(wěn)定時分別讀數(shù)，取4個方向的平均值作為該樣點(diǎn)觀測數(shù)值。并記錄調(diào)查的時間、地點(diǎn)、天氣情況、空氣溫度、濕度等因子。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel2003 處理分析、繪制圖表，SPSS16.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 森林內(nèi)空氣負(fù)離子濃度動態(tài)變異

2.1.1 不同天氣條件下空氣負(fù)離子濃度變化

在2012年夏季，選擇3 種不同天氣條件（晴天、多云、陰天）分別測量了雞公山4 種林分的空氣負(fù)離子濃度（圖1）。

在不同天氣條件下，雞公山4種林分的空氣負(fù)離子濃度均表現(xiàn)為：晴天＞多云＞陰天。晴天，落葉闊葉林空氣負(fù)離子濃度顯著高于其他3種林分（P＜0.05），針闊混交林高于落葉針葉林（P＞0.05）和竹林（P＜0.05）。多云，落葉闊葉林空氣負(fù)離子濃度顯著高于其他3種林分（P＜0.05），針闊混交林顯著高于落葉針葉林和竹林（P＜0.05）。陰天，落葉闊葉林顯著高于其他3種林分（P＜0.05），而其他3種林分之間差異不大（P＞0.05）。不同天氣條件下空氣負(fù)離子濃度均表現(xiàn)為落葉闊葉林最高，竹林最低。晴天空氣負(fù)離子濃度波動較大。

2.1.2 不同林分空氣負(fù)離子濃度日動態(tài)

在2012年夏季晴朗天氣條件下，測定了4種林分空氣負(fù)離子濃度日變化（圖2）。4種林分日變化趨勢表現(xiàn)出一致性，總體趨勢為早晨8:00時間段出現(xiàn)峰值，中午12:00時間段出現(xiàn)白天中最低值，下午逐漸回升，17:00～18:00時間段出現(xiàn)1天中的第2個峰值。不同林分之間的空氣負(fù)離子濃度分布表現(xiàn)為：落葉闊葉林＞針闊混交林＞落葉針葉林＞竹林。

圖1 不同天氣條件下4種林分空氣負(fù)離子濃度變化

圖2 4種林分空氣負(fù)離子濃度日動態(tài)

2.1.3 不同林分空氣負(fù)離子濃度月動態(tài)

四種林分空氣負(fù)離子濃度在1年內(nèi)月動態(tài)變化較為一致，均呈雙峰型變化趨勢，空氣負(fù)離子濃度兩個峰值均出現(xiàn)在7月和10月。其中，落葉闊葉林高于其他3個林分，在7月和10月的峰值分別為1 503個·cm-3、1 026個·cm-3。4 種林分空氣負(fù)離子濃度最低值均在1月，其中落葉針葉林低于其他3個林分，最低值為210個·cm-3（圖3）。

2.2 不同生境條件下空氣負(fù)離子濃度變異

將雞公山4種林分的空氣負(fù)離子濃度按季節(jié)取平均值，按夏季（6～8月），秋季（9～11月），春季（3～5月），冬季（12～次年2月）進(jìn)行統(tǒng)計，與信陽市浉河公園、公交車站的空氣負(fù)離子濃度分布進(jìn)行比較。圖4顯示，森林和浉河公園的空氣負(fù)離子濃度表現(xiàn)為夏季＞秋季＞春季＞冬季，公交車站的空氣負(fù)離子季節(jié)變化不明顯。不同季節(jié)3種生境條件下空氣負(fù)離子濃度均表現(xiàn)為：森林＞浉河公園＞市內(nèi)公交車站，年平均值分別為森林（704個·cm-3）、浉河公園（479個·cm-3）、市內(nèi)公交車站（217個·cm-3）。在林木主要生長季節(jié)的春季、夏季和秋季，森林、浉河公園、公交車站3種不同生境空氣負(fù)離子濃度相互之間均存在顯著差異（P＜0.05），冬季3種生境之間差異不顯著（P＞0.05）。

圖3 4種林分空氣負(fù)離子濃度月動態(tài)

圖4 不同生境條件下空氣負(fù)離子濃度季動態(tài)

3 結(jié)論與討論

有關(guān)空氣負(fù)離子分布規(guī)律的報道各地不盡相同，由于空氣負(fù)離子濃度空間分布的異質(zhì)性，造成不同研究區(qū)域所得到的研究結(jié)果存在很大差異。采用連續(xù)定位觀測的研究方法，初步研究了信陽市空氣負(fù)離子濃度分布特征。

在不同天氣條件下，雞公山4 種林分的空氣負(fù)離子濃度均表現(xiàn)為：晴天＞多云＞陰天。這可能是由于晴天太陽輻射較強(qiáng)，植物的光合作用、紫外線對植物葉片的光電效應(yīng)增強(qiáng)，林內(nèi)空氣的對流加強(qiáng)，使得空氣之間、空氣植物間摩擦?xí)r空氣的電離增強(qiáng)，產(chǎn)生較多的空氣負(fù)離子[14]，其波動也較大。陰天太陽輻射最弱，植物光合作用最小，產(chǎn)生空氣負(fù)離子最少。不同天氣條件下空氣負(fù)離子濃度均表現(xiàn)為落葉闊葉林最高，竹林最低，這可能與不同林分林內(nèi)光照強(qiáng)度和郁閉度有關(guān)，落葉闊葉林葉面積指數(shù)較其他3個林分大[15]，而竹林的郁閉度較小，與外部的空氣交流較快。

7月份不同林分空氣負(fù)離子濃度日動態(tài)基本一致，早上8:00～9:00 時間段出現(xiàn)1 天中的最高峰值，下午17:00～18:00 會出現(xiàn)1 天中的次高峰值。4 種林分空氣負(fù)離子濃度白天平均值表現(xiàn)為落葉闊葉林（1 198個·cm-3）＞針闊混交林（957個·cm-3）＞落葉針葉林（844個·cm-3）＞竹林（732個·cm-3）。這與劉凱昌等[16]研究的闊葉林＞針葉林一致，而與吳楚材[17]的研究結(jié)果針葉林＞闊葉林的結(jié)論不同；在白天不同時段竹林的負(fù)離子濃度均小于落葉闊葉林，這與程萬里等[18]的研究結(jié)果相吻合，但與譚東等[19]的竹林中負(fù)離子濃度高于闊葉林研究結(jié)果不同。空氣負(fù)離子濃度日間變化曲線較貼切地反映了植被改善空氣質(zhì)量的規(guī)律。夏季早晨8:00 左右，隨著太陽光照強(qiáng)度逐漸增大，大氣對流加強(qiáng)，植物光合作用及紫外線對植物葉片的光電效應(yīng)[5]增強(qiáng)，使得空氣負(fù)離子濃度迅速增大；而12:00～14:00 時間段，太陽輻射最強(qiáng)，植物光合作用出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象，空氣濕度降低，大氣趨于穩(wěn)定，氣流摩擦減少，空氣負(fù)離子濃度減小[19]；l4:00 以后，由于氣溫降低，空氣濕度升高，空氣對流加強(qiáng)，空氣負(fù)離子濃度逐漸增大趨勢，而18:00 以后，太陽光強(qiáng)度減弱，植物光合作用減弱，空氣負(fù)離子濃度也隨之減小。

4 種林分空氣負(fù)離子濃度在1年內(nèi)月動態(tài)變化較為一致，均呈雙峰型變化趨勢，空氣負(fù)離子濃度兩個峰值均出現(xiàn)在7月和10月，最低值均在1月。6～8月的夏季植被生長旺盛、枝葉繁茂，有較強(qiáng)的光照強(qiáng)度，日照時數(shù)，植被在光合作用下更有利于釋放出負(fù)離子，同時夏季雨量充沛，雨水降落過程中與枝葉磨擦產(chǎn)生的負(fù)離子對空氣負(fù)離子濃度起到了協(xié)同的作用。9～11月的秋季出現(xiàn)第2 峰值，秋季雖然光合作用有所減弱，但9、10月份枝葉并未完全停止生長，仍在進(jìn)行光合作用，同時2012年監(jiān)測季節(jié)秋季降水量高于春季[12]，林內(nèi)較高的空氣濕度可能造成秋季空氣負(fù)離子濃度大于春季。

不同生境1年中空氣負(fù)離子濃度平均值表現(xiàn)為森林＞市內(nèi)公園＞公交車站。在春季、夏季和秋季，3 種不同生境空氣負(fù)離子濃度相互之間均存在顯著差異（P＜0.05），而冬季并不顯著（P＞0.05）。豐富的森林植被，能大量吸收空氣中的污染物，同時植物光合作用也是產(chǎn)生空氣負(fù)離子的重要因素，雖然市內(nèi)公園城市綠地可以有效增加空氣負(fù)離子濃度[20]，但由于林分面積較小，植被覆蓋率低，受城市外界環(huán)境影響較大，其空氣負(fù)離子含量要明顯低于森林；公交車站處于鬧市區(qū)，車輛來往密集，車輛通過時揚(yáng)起地面灰塵，產(chǎn)生大量尾氣，空氣中的污染物和懸浮顆粒物明顯增加，故其空氣負(fù)離子濃度最低。在冬季樹木生長緩慢或停止生長，光合作用弱，空氣中污染物較多，因而空氣負(fù)離子含量較少。

森林中的負(fù)離子濃度常年高于市區(qū)，尤其在夏季，雞公山景區(qū)的空氣負(fù)離子濃度白天大部分時段可達(dá)到1 000個·cm-3以上，具有一定的保健功效。鑒于此，提倡大力發(fā)展森林生態(tài)游，以發(fā)揮森林的保健游憩功能，在城市規(guī)劃建設(shè)中應(yīng)保留適當(dāng)?shù)木G地面積?？諝怆x子濃度受氣象條件、植被高度、坡度、坡向、植物、水體、大氣顆粒物和土壤等多種因素的影響，本觀測僅從不同林分、天氣、季節(jié)及生境4個方面對空氣負(fù)離子濃度的變化規(guī)律進(jìn)行研究，關(guān)于其他因素對負(fù)離子濃度的影響有待進(jìn)一步的研究。

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