負(fù)氧離子、PM2.5分布格局

摘 要：文章主要對(duì)西安近三年城區(qū)和林區(qū)負(fù)氧離子濃度和PM2.5時(shí)空分布狀況和特點(diǎn)進(jìn)行了初步探索。研究結(jié)果顯示：負(fù)氧離子濃度最大值以自然保護(hù)區(qū)最高，為7600個(gè)/立方厘米，均值以2014年最高，為4400個(gè)/cm3，達(dá)到《森林環(huán)境中空氣負(fù)離子濃度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》I級(jí)水平，極利于人體健康，而市區(qū)和城鄉(xiāng)結(jié)合部的負(fù)氧離子濃度絕大多數(shù)觀測(cè)值低于正常閾值，屬于質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。

關(guān)鍵詞：負(fù)氧離子；PM2.5；分布格局

引言

負(fù)氧離子是空氣新鮮度和評(píng)判當(dāng)?shù)厝司迎h(huán)境質(zhì)量的正向指標(biāo)，是森林、濕地等自然生態(tài)系統(tǒng)的重要生態(tài)服務(wù)產(chǎn)品之一，與生態(tài)環(huán)境保護(hù)、民生生活質(zhì)量密切相關(guān)，是各級(jí)政府和公眾社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)之一。在2013年9月國(guó)家林業(yè)局發(fā)布的《推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)規(guī)劃綱要（2013-2020）》中，將空氣中負(fù)氧離子含量作為生態(tài)文明建設(shè)的重要指標(biāo)之一。通過(guò)負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)能很好的反映空氣、人居環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)建設(shè)為社會(huì)提供生態(tài)產(chǎn)品的價(jià)值。

PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的固體顆?；蛞旱蔚目偡Q，也稱為可入肺顆粒物。它會(huì)直接干擾肺部氣體交換，引發(fā)哮喘、支氣管炎和心血管病等多種疾病。PM2.5也是病毒和細(xì)菌的載體，促進(jìn)呼吸道傳染病的傳播。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，富含大量的有害、有毒物質(zhì)，在大氣中的停留時(shí)間較長(zhǎng)、輸送距離較遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。

西安屬于暖溫帶半濕潤(rùn)的季風(fēng)氣候區(qū)，空氣中負(fù)氧離子比海洋性氣候地區(qū)少，加之近年來(lái)以霧霾為典型表現(xiàn)形式的空氣污染加劇，研究負(fù)氧離子濃度和PM2.5時(shí)空分布格局對(duì)于建設(shè)新型生態(tài)宜居城市具有重要意義。

1 監(jiān)測(cè)場(chǎng)地和方法

1.1 監(jiān)測(cè)單位及場(chǎng)地

監(jiān)測(cè)工作由四家單位配合完成：陜西太白山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局負(fù)責(zé)“太白山自然保護(hù)區(qū)”監(jiān)測(cè)點(diǎn)；陜西省樓觀臺(tái)實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)負(fù)責(zé)“樓觀臺(tái)森林公園”監(jiān)測(cè)點(diǎn)；陜西牛背梁國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局負(fù)責(zé)“長(zhǎng)安區(qū)大兆街辦”監(jiān)測(cè)點(diǎn)；陜西省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院負(fù)責(zé)“西安市西稍門”監(jiān)測(cè)點(diǎn)。四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別代表中高山、淺山、郊區(qū)平原農(nóng)地和城市四種不同生境。通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)觀察負(fù)氧離子、PM2.5變化情況。監(jiān)測(cè)時(shí)間為32個(gè)月。

1.2 儀器設(shè)備

主要監(jiān)測(cè)儀器為負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)儀（日本COM-3200PRO）、PM2.5監(jiān)測(cè)儀器（國(guó)產(chǎn)CW-HAT200）。

2 結(jié)果與討論

2.1 西安地區(qū)負(fù)氧離子濃度時(shí)空分布特征分析

圖1為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同時(shí)間下負(fù)氧離子濃度的分布情況，由圖可知負(fù)氧離子平均濃度由高到低排列為：太白山自然保護(hù)區(qū)（平均濃度為3582.2個(gè)/立方厘米）、樓觀臺(tái)森林公園（平均濃度為776.4個(gè)/立方厘米）、長(zhǎng)安區(qū)大兆街辦（平均濃度為529.5個(gè)/立方厘米）、西安市西稍門（平均濃度為360.2個(gè)/立方厘米）。

從時(shí)間分布上看，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)負(fù)氧離子濃度由高到低排列依次為夏季、春季、秋季、冬季?？傮w來(lái)說(shuō)，負(fù)氧離子濃度分布極不穩(wěn)定，受林分組成、水資源分布和紫外線強(qiáng)度影響較大。中高山林分條件好，人為活動(dòng)較少，故相比淺山負(fù)氧離子濃度較高；郊區(qū)平原農(nóng)地和城市負(fù)氧離子濃度均低于中高山和淺山，且兩者相比差距不大。依據(jù)世界衛(wèi)生組織頒布的不同的負(fù)離子濃度對(duì)健康的影響標(biāo)準(zhǔn)，正常閾值為600個(gè)/立方厘米，有利人體健康閾值為1500個(gè)/立方厘米，如此可知，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)中只有太白山自然保護(hù)區(qū)的監(jiān)測(cè)值基本上都在有利人體健康閾值之上，而其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)只有個(gè)別時(shí)間在有利閾值之上。市區(qū)西稍門和長(zhǎng)安區(qū)大兆街辦這兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其值多數(shù)在正常閾值下，說(shuō)明近市區(qū)環(huán)境中負(fù)氧離子濃度達(dá)不到實(shí)現(xiàn)健康生態(tài)效應(yīng)的水平。

從年觀測(cè)平均值角度來(lái)看，各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)負(fù)氧離子濃度水平逐年提升，特別是在2015年除市區(qū)觀測(cè)點(diǎn)西稍門外，其余均超過(guò)正常閾值。樓觀臺(tái)森林公園的負(fù)氧離子濃度水平2013到2014年間下降約一半，2015年有所恢復(fù)，但仍未達(dá)到2013年的水平；同時(shí)PM2.5顆粒濃度的年平均值順序從小到大為：2013、2015和2014，正好與負(fù)氧離子濃度平均值相反，說(shuō)明PM2.5一定程度上消耗了負(fù)氧離子，這可能是PM2.5顆粒中的氧化性顆粒被負(fù)氧離子還原造成的。

2.2 西安地區(qū)粉塵濃度時(shí)空分布特征分析

研究表明，負(fù)離子的存在同粉塵顆粒，特別是其中的強(qiáng)還原物質(zhì)濃度成反比，所以有必要測(cè)定相關(guān)環(huán)境中的粉塵濃度。按各監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM2.5濃度分析（圖2），空氣粉塵PM2.5平均濃度由低到高排列為：太白山自然保護(hù)區(qū)（平均濃度為11.1ug/m3）、樓觀臺(tái)森林公園（平均濃度為37ug/m3）、長(zhǎng)安區(qū)大兆街辦（平均濃度為59.5ug/m3）、西安市西稍門（平均濃度為142.5ug/m3），說(shuō)明人為來(lái)源的顆粒物是構(gòu)成PM2.5組分和濃度的主要原因。由圖2還可知每年的1-4月和10-12月是PM2.5濃度高值分布段，且市區(qū)PM2.5濃度水平有逐年加劇的趨勢(shì)。

從年均PM2.5分布上分析，西安市區(qū)環(huán)境的PM2.5濃度顯著高于其他三個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，且呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)，長(zhǎng)安大兆街辦的PM2.5濃度從2013年到2015年先增后降，但和市區(qū)的差距逐年增大，從數(shù)值上分析這種差距是由于城鄉(xiāng)結(jié)合部生態(tài)環(huán)境的改善和市區(qū)懸浮顆粒物污染加重兩方面原因造成的。研究表明，當(dāng)室內(nèi)空氣中負(fù)氧離子的濃度達(dá)到每立方厘米2萬(wàn)個(gè)時(shí)，空氣中的飄塵量會(huì)減少98%以上。對(duì)可入肺顆粒物PM2.5效果極佳。所以在含有高濃度負(fù)氧離子的空氣中，PM2.5中危害最大的直徑1？滋m以下的微塵、細(xì)菌、病毒等幾乎為零?？諝庵械妮p離子（如小粒徑負(fù)氧離子）對(duì)小至0.01？滋m、在工業(yè)上難以除去的的微粒飄塵，有百分之百的沉降去除效果。我們的研究結(jié)果很好的印證了這一理論，說(shuō)明在城市林區(qū)-郊區(qū)-市區(qū)尺度上，PM2.5分布格局受負(fù)氧離子濃度調(diào)控。

3 結(jié)束語(yǔ)

作為典型大陸性季風(fēng)氣候的內(nèi)陸城市，西安林區(qū)和市區(qū)的負(fù)氧離子濃度和PM2.5時(shí)空分布差異很大，且在不同季節(jié)中體現(xiàn)負(fù)相關(guān)，說(shuō)明負(fù)氧離子能夠顯著影響PM2.5時(shí)空的分布格局，為今后治理懸浮顆粒物污染，建設(shè)宜居城市生態(tài)環(huán)境提供了數(shù)據(jù)理論支持。