漠河北極村針葉林空氣負(fù)離子濃度等級(jí)及其生態(tài)效益評(píng)價(jià)

李佳珊 王書玉 齊超 張冬有

摘要：以漠河北極村針葉林空氣中的負(fù)離子濃度為研究對(duì)象，于2012年7、9月與2013年5、7、9月對(duì)大興安嶺有代表性的林分區(qū)進(jìn)行森林環(huán)境中空氣負(fù)離子研究，并通過單極系數(shù)（q）、空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)（CI）和空氣負(fù)離子系數(shù)（p）三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)該地區(qū)空氣負(fù)離子等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析負(fù)離子濃度的總體水平，計(jì)算負(fù)離子的生態(tài)效益。結(jié)果表明：空氣負(fù)離子濃度最高值為1105個(gè)/cm³，最低值為648個(gè)/cm³，平均為881個(gè)/cm³?？諝赓|(zhì)量評(píng)價(jià)系數(shù)CI均值為1.24，空氣質(zhì)量等級(jí)總體達(dá)到A級(jí)水平。漠河北極村針葉林空氣負(fù)離子年生產(chǎn)量為約9.468×10²³個(gè)，年提供負(fù)離子的價(jià)值約為175.71萬元/a。漠河北極村針葉林空氣質(zhì)量處于優(yōu)良水平，適宜發(fā)展以森林負(fù)離子為主的旅游業(yè)。

關(guān)鍵詞：漠河北極村；針葉林；負(fù)離子濃度；生態(tài)效益；評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：S718.56

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-005X（2015）04-0018-04空氣負(fù)離子（即負(fù)氧離子），主要來源于紫外線、宇宙射線及放射性物質(zhì)而引發(fā)的空氣電離作用。正常自然狀態(tài)下，森林、海洋和瀑布等地方也可以形成濃度較高的空氣負(fù)離子?？諝庳?fù)離子被譽(yù)為“空氣維生素和生長素”，具有多種對(duì)人體健康和對(duì)生命必不可少的有益功效。如今在評(píng)價(jià)某地空氣清潔程度的指標(biāo)方法中，空氣負(fù)離子濃度水平已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，人們在森林和城市綠地中感到身心格外舒暢的主要原因之一就是因其富含較高濃度的空氣負(fù)離子。黑龍江省漠河縣位于中國大興安嶺的最北端，其森林覆蓋率達(dá)到95%以上，森林資源對(duì)漠河縣經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們的生活起著關(guān)鍵作用，森林以獨(dú)有的森林小氣候形成良好的空氣負(fù)離子環(huán)境，所以研究本區(qū)域針葉林空氣負(fù)離子濃度就有很重要的作用和現(xiàn)實(shí)意義。

目前，國外學(xué)者側(cè)重于以負(fù)離子濃度為代表的森林旅游區(qū)空氣質(zhì)量相關(guān)特征和評(píng)價(jià)研究，對(duì)森林空氣負(fù)離子的產(chǎn)生和環(huán)境方面等也作了大量研究。我國對(duì)空氣負(fù)離子的研究主要專注于人為干擾環(huán)境和自然環(huán)境中空氣負(fù)離子濃度水平，空氣負(fù)離子在醫(yī)療保健中的作用及其機(jī)理，空氣負(fù)離子資源的開發(fā)利用等。近幾年來，國內(nèi)也相應(yīng)地出現(xiàn)了對(duì)森林空氣負(fù)離子的研究。石強(qiáng)、鐘林生和吳楚才等根據(jù)森林環(huán)境中空氣離子的特性，提出了FCI森林空氣離子評(píng)價(jià)模型，該模型在一定程度上能夠反應(yīng)出森林中的負(fù)離子狀況。陶寶先、張金池對(duì)南京地區(qū)杉木、馬尾松、麻櫟和毛竹等4種林分中空氣負(fù)離子含量的變化進(jìn)行了分析，得出南京地區(qū)主要森林類型空氣負(fù)離子變化特征。這些對(duì)森林空氣負(fù)離子的研究，為本研究提供豐富的方法和經(jīng)驗(yàn)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于黑龍江省西北部的漠河縣（121°07'～124°20'E，52°10'～53°33'N），地處寒溫帶，屬于季風(fēng)型大陸氣候。夏季多雨高溫，晝夜溫差大；冬季寒長、低溫多雪。漠河縣境內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜，花崗巖分布廣泛，土壤以暗棕壤為主，土層較厚。境內(nèi)林區(qū)保留著原始林景觀，樹種主要為興安落葉松、樟子松、白樺樹和少量柳樹，榆樹等，其中落葉松和樟子松占林地面積70%多。

2 研究方法

2.1 野外調(diào)查與數(shù)據(jù)采集

試驗(yàn)選擇林區(qū)內(nèi)主要的樹種落葉松、樟子松的純林分區(qū)作為森林測試區(qū)，測試區(qū)面積為30m×30m，其中落葉松測試區(qū)內(nèi)樹木平均胸徑19.9 cm，平均樹高15.6m，樟子松測試區(qū)內(nèi)樹木平均胸徑15.9cm，平均樹高16.1m，在每個(gè)測試區(qū)內(nèi)選擇2個(gè)點(diǎn)作為測試點(diǎn)。觀測時(shí)間為2012年7、9月與2013年5、7、9月，每月的10～25日，選擇晴朗微風(fēng)天氣，8：00～10： 00、11： 30 ～13： 30、16： 30 ～18： 30三段時(shí)間，對(duì)落葉松、樟子松兩個(gè)測試區(qū)的空氣正負(fù)離子濃度進(jìn)行測量。

本測量使用日本COM3200PRO負(fù)離子檢測儀，儀器采用日本JiS空氣中離子密度測定方法中最準(zhǔn)確的同軸二重圓筒式構(gòu)造，與其他平板式簡易構(gòu)造比較，準(zhǔn)確度大幅提升，并附有專用電腦記錄分析軟體記錄分析與印制所測量的資料。COM3200PRO負(fù)離子檢測儀具有同時(shí)測量正離子、負(fù)離子、溫度、濕度的功能，該儀器分解力為10ions/cm³，測定離子濃度誤差≤±5%，離子遷移率誤差≤±5%。檢測儀的離子濃度測量范圍為0～2×l0⁶i-ons/cm³。

2.2 空氣負(fù)離子的評(píng)價(jià)方法

隨著對(duì)空氣負(fù)離子各方面的深入研究，許多研究人員以空氣負(fù)離子的評(píng)價(jià)為研究對(duì)象?？諝庳?fù)離子的評(píng)價(jià)指數(shù)已較為廣泛的應(yīng)用于衡量空氣清潔程度，本研究基本觀測對(duì)象為空氣負(fù)離子濃度，采用單極系數(shù)（q）、空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)（C/）、空氣負(fù)離子系數(shù)（p）作為空氣質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

式中：n^-為空氣負(fù)離子數(shù)；n⁺為空氣正離子數(shù)；本研究選擇采用q、CI、p三種指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

單極系數(shù)（q）越小，表示負(fù)離子濃度越高于正離子濃度，也就越對(duì)健康有益；安培空氣清潔程度劃分為5個(gè)等級(jí)（見表1），石強(qiáng)等空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（見表2）。

2.3 負(fù)離子的生態(tài)效益評(píng)價(jià)

森林空氣負(fù)離子是作為森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能凈化大氣環(huán)境價(jià)值的方法之一。根據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》中凈化大氣環(huán)境生產(chǎn)負(fù)離子和提供負(fù)離子價(jià)值的計(jì)算公式，對(duì)負(fù)離子的生態(tài)效益進(jìn)行評(píng)價(jià)[20]。

G_{負(fù)離子}=5.256×l0¹⁵×Q_{負(fù)離子}AH/L。

（4）

U_{負(fù)離子}=5.256×10¹⁵×AHK_{負(fù)離子}（Q_{負(fù)離子}-600）/L。

（5）式中：G_{負(fù)離子}為林分年提供負(fù)離子個(gè)數(shù)，個(gè)/a，Q_{負(fù)離子}為林分負(fù)離子濃度，個(gè)/cm³，日為林分高度，m；L為負(fù)離子壽命，min；A為林分面積/h㎡；U_{負(fù)離子}為林分年提供負(fù)離子價(jià)值，元/a；K_{負(fù)離子}為負(fù)離子生產(chǎn)費(fèi)用，元/個(gè)。

3 結(jié)果與分析

3.1 漠河北極村針葉林空氣負(fù)離子的總體水平

依據(jù)2012年7、9月和2013年5、7、9月測量的數(shù)據(jù)得出漠河北極村樟子松和落葉松兩個(gè)測區(qū)針葉林空氣負(fù)離子濃度的總體水平處于648 ～1105個(gè)/cm³，兩個(gè)測區(qū)負(fù)離子平均濃度為881個(gè)/cm³，并計(jì)算出各月的空氣正負(fù)離子的平均濃度（如圖1所示），從圖1中可知，漠河北極村空氣負(fù)離子濃度高于正離子，整體負(fù)離子濃度不低于600個(gè)/cm³，有研究表明，空氣負(fù)離子含量≥700個(gè)/cm³時(shí)，可以感到空氣潔凈清新，有益健康；當(dāng)空氣負(fù)離子濃度≥1000個(gè)/cm³時(shí)，具有保健作用；達(dá)到8000個(gè)/cm³以上就可以治療疾病。

3.2 漠河北極村針葉林空氣質(zhì)量等級(jí)總體評(píng)價(jià)

根據(jù)測量數(shù)據(jù)，依據(jù)公式計(jì)算出的3種空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)表3可知，2012年7月北極村的空氣清潔度指數(shù)是0.82達(dá)到B級(jí)水平（即一般清潔），p值為0.56，在Ⅲ和Ⅳ之間；2012年9月空氣清潔度指數(shù)為1.12達(dá)到A級(jí)（即最清潔），相應(yīng)的P值為0.57，處于Ⅲ和Ⅳ之間；2013年5月漠河北極村的空氣清潔指數(shù)為1.68達(dá)到最清潔度，p值為0.63，在Ⅱ和Ⅲ之間；2013年7月空氣清潔指數(shù)是1.43達(dá)到A級(jí)水平，p值為0.59，在Ⅲ和Ⅳ之間；2013年9月空氣清潔指數(shù)CI為1.13達(dá)到A級(jí)，P值達(dá)到0.53，在Ⅲ和Ⅳ之間。從表3中可以發(fā)現(xiàn)漠河北極村針葉林空氣質(zhì)量隨季節(jié)氣候變化而變化的特征，但總體空氣等級(jí)處在B級(jí)以上。

漠河北極村被大面積的森林覆蓋，因此森林植物的蒸騰作用使空氣相對(duì)濕度提高，空氣中的水分子將污染物吸附，凈化空氣。植物在光合作用下發(fā)生光電效應(yīng)，使空氣電離產(chǎn)生負(fù)氧離子。漠河7月份的氣溫比9月份氣溫高，又由于漠河晝夜溫差大，白天氣溫升高，相對(duì)濕度會(huì)降低，再加上居民流動(dòng)和生活交通排放氣體燃料，使空氣中污染物增加，導(dǎo)致空氣負(fù)離子濃度下降。隨著氣溫的降低，濕度增加等因素，又使空氣負(fù)離子濃度增加。

3.3 空氣負(fù)離子的年生產(chǎn)量及價(jià)值評(píng)價(jià)

根據(jù)上述得出的漠河北極村樟子松和落葉松兩個(gè)樹種測試區(qū)平均負(fù)離子濃度Q負(fù)離子為881個(gè)/cm³，日為兩個(gè)測試區(qū)樹木平均高度15.85m，根據(jù)漠河縣政府網(wǎng)公布的針葉林林區(qū)所占總林區(qū)面積百分比計(jì)算A為128999.56hm²，L以10min為計(jì)，其中K_{負(fù)離子}為5.8185×10¹⁸元/個(gè)，計(jì)算出空氣負(fù)離子年生產(chǎn)量。

G_{負(fù)離子}=5.256×l0¹⁵×Q_{負(fù)離子}AH/L≈9.468×10²³個(gè)/a。

U_{負(fù)離子}=5.256×l0¹⁵×AHK_{負(fù)離子}（Q_{負(fù)離子}-600）/L≈175.71萬元/a。

4 結(jié)論與討論

通過對(duì)2012年7、9月和2013年5、7、9月漠河北極村針葉林空氣負(fù)離子的實(shí)地測量和數(shù)據(jù)的分析，可以得出以下結(jié)論：漠河北極村樟子松和落葉松兩個(gè)測區(qū)的針葉林空氣負(fù)離子濃度的總體水平處于648～1105個(gè)/cm³，兩個(gè)測區(qū)負(fù)離子濃度平均為881個(gè)/cm³。平均空氣清潔度指數(shù)CI為1.24，達(dá)到A級(jí)水平，即為最清潔程度，而P值為0.58，處于Ⅲ和Ⅳ之間。總體來說通過三個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)漠河北極村空氣質(zhì)量，采用安倍空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)（CI）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)反映漠河北極村空氣負(fù)離子濃度水平，即達(dá)到最清潔程度，適合人類的生活和居住，有意于人類的健康，同時(shí)也適合人們假期旅游活動(dòng)選擇的地區(qū)。在本次所測的正負(fù)離子濃度普遍要小于以前研究中正負(fù)離子濃度，這與本次測量的儀器有關(guān)，但是根據(jù)數(shù)據(jù)所計(jì)算的指數(shù)，說明漠河北極村秋季空氣質(zhì)量較好。本文沒有考慮海拔、風(fēng)力風(fēng)向等因素對(duì)空氣負(fù)離子的影響，這些都要在以后的研究中有待完善和補(bǔ)充。

經(jīng)過測算出的漠河縣北極村針葉林的年生產(chǎn)負(fù)離子約為9.468×10²³個(gè)，年提供負(fù)離子價(jià)值約為175.71萬元/a，顯示出漠河縣森林生態(tài)環(huán)境良好。而漠河北極村作為漠河縣最北的村鎮(zhèn)，中國唯一觀測北極光的最佳地點(diǎn)，其歷史文化、自然景觀獨(dú)居魅力，植被和生態(tài)環(huán)境更是保存完好，空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果表明，漠河北極村森林的空氣質(zhì)量為優(yōu)良，空氣質(zhì)量達(dá)到A級(jí)，對(duì)人體健康非常有益，適合積極發(fā)展負(fù)離子為主要利用對(duì)像的森林浴、森林醫(yī)院、負(fù)離子吸收區(qū)等森林旅游項(xiàng)目和休閑療養(yǎng)場所。