西寧市城市典型綠地空氣負氧離子濃度特征研究

耿生蓮，王志濤，辛永清，王 彬

(青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院青海高原林木遺傳育種實驗室，青海 西寧 810016)

西寧市城市典型綠地空氣負氧離子濃度特征研究

耿生蓮，王志濤，辛永清，王 彬

(青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院青海高原林木遺傳育種實驗室，青海 西寧 810016)

為了解西寧市城市森林不同功能區(qū)的空氣負氧離子濃度及其與環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系，筆者選擇了西寧市5個典型綠地進行了全天和全年空氣負氧離子濃度及環(huán)境條件的測定。結(jié)果表明：1) 5個城市典型綠地空氣負氧離子濃度有顯著差異(F=66.47，Sig<0.05)，平均值為400.1個/cm3.其中，植物園、省委家屬院和麒麟灣高出世界衛(wèi)生組織(WHO)規(guī)定的清新空氣負氧離子最低濃度需達到250個/cm3的標(biāo)準(zhǔn)；海湖大道和新寧廣場的空氣負氧離子濃度低于標(biāo)準(zhǔn)。2) 植物園、麒麟灣和省委家屬院的空氣負氧離子濃度日變化呈雙峰曲線，9：00和17：00為峰頂，7：00，15：00和19：00為峰谷，其中9：00為最高峰段。海湖大道和新寧廣場空氣負氧離子濃度日變化平緩。3) 植物園、麒麟灣和省委家屬院空氣負氧離子濃度的年變化呈單峰曲線，高峰出現(xiàn)在7月至9月份。新寧廣場年變化平緩，海湖大道年變化復(fù)雜。4) 5個綠地的空氣負氧離子濃度與綠地類型、溫度和相對濕度呈正相關(guān)，與風(fēng)速、PM2.5和PM10.0呈負相關(guān)?？諝庳撗蹼x子濃度與環(huán)境因素間的曲線擬合以一次方程的擬合優(yōu)度最好。

西寧市；典型綠地；負氧離子；環(huán)境因素

城市綠地中空氣負氧離子不僅具有提高人體免疫力、調(diào)節(jié)人體神經(jīng)介質(zhì)5-HT(5-羥色胺)的濃度、調(diào)節(jié)血液循環(huán)等多種保健功能，而且還能用于治療呼吸系統(tǒng)等方面的疾病，被稱為大氣維生素。近年來，國內(nèi)外對城市空氣負氧離子濃度的變化及其影響因素展開了多方面研究。這些研究多集中于城市邊緣森林及森林公園、城市人工綠地及旅游景點等區(qū)域，而對城市中心區(qū)域居民日常休閑的綠地缺乏較為全面的認識。因此，筆者對西寧市城市5 種典型綠地(休閑生活區(qū))全年的空氣負氧離子濃度進行了測定，探討了不同綠地類型及環(huán)境因素對空氣負氧離子濃度的影響，以期為城市居民選擇日常休閑綠地提供參考。

1 研究區(qū)概況

西寧市地處青藏高原河湟谷地南北兩山對峙之間，屬祁連山系，黃河支流湟水河自西向東貫穿市區(qū)。全市總面積7 665 km2，市區(qū)面積3 505 km2，海拔2 261 m.年平均降水量380 mm，蒸發(fā)量1 363.6 mm，年平均日照時數(shù)1 939.7 h.年平均氣溫7.6 ℃，最高氣溫34.6 ℃，最低氣溫-18.9 ℃，屬大陸高原半干旱氣候。夏季平均氣溫17 ℃～19 ℃，是消夏避暑勝地，有“中國夏都”之稱。

2 研究方法

2.1 觀測樣地

觀測樣地設(shè)在西寧市新寧廣場(休閑娛樂區(qū))、植物園(景觀區(qū))、海湖大道(交通主干道)、麒麟灣(水系游樂區(qū))和省委家屬院(居民生活區(qū))。各綠地相距10 km以上，其環(huán)境特點及樹種配置見表1.

表1 5個典型綠地的特征

2.2 觀測方法

為消除環(huán)境因素可能帶來的誤差，于2014年每月上旬和下旬選擇大氣狀態(tài)相對穩(wěn)定、天氣晴朗的日間進行相關(guān)指標(biāo)的觀測。在5個典型綠地樣地內(nèi)進行空氣負氧離子、氣溫、相對濕度、風(fēng)速、PM2.5和PM10等指標(biāo)的測定。觀測儀器為高精密度空氣負離子測試儀(型號COM-3200PRO)，誤差≤±10%，最高分辨率為10 ions/cm3；用NK 4000小氣候儀對溫度、相對濕度和風(fēng)速進行觀測；用美國粉塵濃度檢測儀(型號metone831)對空氣中的微粒物PM2.5和PM10進行觀測。日間觀測時間為7：00，9：00，11：00，13：00，15：00，17：00和19：00，每5分鐘測1次，共測3次，取其平均值。1天7組，1個月14組，全年5個地點共測得840組數(shù)據(jù)，運用統(tǒng)計學(xué)分析軟件SPSS 15.0 進行統(tǒng)計分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 各綠地空氣負氧離子濃度特征

5個綠地空氣負氧離子濃度平均值見圖1.

圖1 5個綠地空氣負氧離子濃度平均值

對各觀測點全年的空氣負氧離子濃度統(tǒng)計得出，5個典型綠地的空氣負氧離子濃度平均值為400.1個/cm3，變化范圍在0.0個/cm3～2 683.0個/cm3之間，比世界衛(wèi)生組織(WHO)規(guī)定的清新空氣負氧離子的最低濃度需達到250個/cm3的標(biāo)準(zhǔn)高出60.0%.海湖大道、新寧廣場、麒麟灣、植物園和省委家屬院空氣負氧離子濃度年平均值分別為206.5個/cm3，120.2 個/cm3，602.4個/cm3，637.9個/cm3和433.5個/cm3，變化范圍分別在0.0個/cm3～1 070.0個/cm3，8.0個/cm3～377.0個/cm3，74.0個/cm3～2 160.0個/cm3，60.0個/cm3～2 112.0個/cm3和0.0個/cm3～2 683.0個/cm3.海湖大道和新寧廣場低于世界衛(wèi)生組織(WHO)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，植物園、省委家屬院和麒麟灣分別高出世界衛(wèi)生組織(WHO)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的155.2%，141.0%和73.4%.全年平均空氣負氧離子濃度植物園最大，新寧廣場最小。植物園、麒麟灣和省委家屬院的空氣負氧離子濃度比海湖大道和新寧廣場高2倍～5倍.經(jīng)方差分析和關(guān)聯(lián)度分析，5個綠地的空氣負氧離子濃度間有顯著差異(F=66.47，Sig<0.05)，關(guān)聯(lián)度較高，Eta2=0.276.經(jīng)多重比較分析，植物園與麒麟灣空氣負氧離子濃度差異不明顯(Sig>0.05)，與海湖大道、新寧廣場和省委家屬院空氣負氧離子濃度差異顯著(Sig<0.05)；麒麟灣與省委家屬院、海湖大道和新寧廣場之間差異顯著(Sig<0.05)；省委家屬院、海湖大道和新寧廣場之間差異顯著(Sig<0.05)。主要是由于植物園、省委家屬院和麒麟灣的森林郁閉度較高，林木多，其生物的“綠量”明顯高，釋放的空氣負氧離子也就多。而新寧廣場和海湖大道森林郁閉度低，植被量少，人流、車流多且污染嚴(yán)重，其空氣負氧離子的存在量少、存在時間短，使得空氣負氧離子濃度明顯低于其它3個綠地，沒有達到世界衛(wèi)生組織(WHO)規(guī)定的最低濃度，需要大幅度增加“綠量”，提高森林郁閉度。

3.2 各綠地空氣負氧離子濃度日動態(tài)變化

各綠地空氣負氧離子濃度日動態(tài)變化情況見圖2.

從圖2可以看出，在觀測時段內(nèi)5個典型綠地的空氣負氧離子濃度的日變化特征有所差異。植物園、麒麟灣和省委家屬院的空氣負氧離子濃度日變化較大，呈雙峰曲線。早上 9：00 空氣負氧離子濃度達到最高，分別為996.8個/cm3，819.5個/cm3和742.8個/cm3；下午17：00又出現(xiàn)小高峰，分別為461.1個/cm3，491.1個/cm3和305.0個/cm3；下午15：00空氣負氧離子濃度最低，分別為491.1個/cm3，461.1個/cm3和305.0個/cm3.海湖大道和新寧廣場2個綠地空氣負氧離子濃度日變化曲線相對平緩，最大值出現(xiàn)的時間不一致，分別在下午15：00和13：00，值為257.5個/cm3和132.9個/cm3；5個綠地全天的空氣負氧離子濃度差異顯著(Sig<0.05)。植物園、麒麟灣和省委家屬院綠量多，其光合作用隨著氣溫的升高而增加，釋放的負氧離子也增多。到下午由于氣溫的升高氣孔關(guān)閉，光合作用減弱，釋放的負氧離子減少。因此，從11：00之后負氧離子濃度減少，至17：00適宜的溫度和相對濕度又使植物光合作用增強，空氣負氧離子濃度增加。這種變化規(guī)律與植物光合作用的日變化一致。海湖大道與新寧廣場郁閉度低，負氧離子濃度日變化相對平緩。

圖2 5個綠地空氣負氧離子濃度日動態(tài)變化

3.3 各綠地空氣負氧離子濃度年動態(tài)變化

各綠地空氣負氧離子濃度年動態(tài)變化情況見第7頁圖3.

從5個典型綠地空氣負氧離子濃度的年變化中可以看出，植物園、省委家屬院和麒麟灣的變化特征相似，大體呈現(xiàn)單峰變化形式，最大值集中出現(xiàn)在7月、8月、9月，分別為1 189.6個/cm3，987.9個/cm3和992.5個/cm3；最小值有所不同，出現(xiàn)在1月、2月和4月，分別為161.9個/cm3，115.7個/cm3和213.7個/cm3.新寧廣場的空氣負氧離子濃度年變化曲線比較平緩，最大值出現(xiàn)在4月，為501.3個/cm3；最小值出現(xiàn)在1月，為95.0個/cm3.海湖大道的年變化曲線比較復(fù)雜，4月、8月和11月出現(xiàn)了3個高峰段，這表明空氣負氧離子濃度受到車流量的影響。可能是由于汽車尾氣因素導(dǎo)致空氣中的粉塵含量高，這些粉塵的存在使得空氣中的負氧離子更容易相互碰撞，發(fā)生電荷，中和形成中性分子，從而降低了空氣中負氧離子的濃度。經(jīng)方差分析，5個綠地空氣負氧離子濃度的年變化有明顯差異(F=15.219，Sig<0.05)。

3.4 綠地空氣負氧離子濃度與環(huán)境因素的關(guān)系

空氣負氧離子濃度的變化是多重因素共同作用的結(jié)果。已有研究發(fā)現(xiàn)，空氣中負氧離子濃度的變化與溫度、相對濕度、風(fēng)、雨、霧、太陽輻射等環(huán)境因子有密切關(guān)系。空氣負氧離子濃度與環(huán)境因素，即綠地類型、溫度、相對濕度、風(fēng)速、PM2.5和PM10.0的相關(guān)性分析結(jié)果見表2.

由表2可以看出，空氣負氧離子濃度與綠地類型、溫度和濕度在0.01水平上呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.349，0.313和0.299；與PM2.5在0.01水平上呈顯著的負相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.146；與風(fēng)速和PM10.0在0.05水平上呈負相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.075和-0.094.

圖3 5個綠地空氣負氧離子濃度年動態(tài)變化

環(huán)境因素相關(guān)系數(shù)綠地類型溫度濕度風(fēng)速PM2.5PM10.0空氣負氧離子濃度0.349**0.313**0.299**-0.075*-0.146**-0.094*注:**表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān);*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)

5個綠地空氣負氧離子濃度與環(huán)境因子的關(guān)系見第8頁圖4.

由圖4可以看出，各典型綠地的空氣負氧離子濃度變化趨勢與溫度、濕度的變化趨勢基本一致，呈正相關(guān)關(guān)系。即隨著溫度和濕度的升高，各綠地空氣負氧離子的濃度不斷增加(圖4-a，4-b)。全年中溫度和濕度隨時間呈單峰變化形式，峰值出現(xiàn)在7月至9月，空氣負氧離子濃度峰值基本出現(xiàn)在8月至9月。其原因主要是由于8月份和9月份秋高氣爽，空氣清新，濕度相對較大，同時綠色植物旺盛的光合作用也直接影響著空氣負氧離子的產(chǎn)生和存在。而在冬季11月、12月、1月和2月，許多條件都不利于空氣負氧離子的產(chǎn)生和存在，所以負氧離子濃度較低?？諝庵蠵M2.5和PM10.0的變化與空氣負氧離子濃度的變化呈負相關(guān)關(guān)系(圖4-c，4-d)，即隨著空氣中PM2.5和PM10.0的增加，各觀測區(qū)空氣負氧離子濃度不斷減少。全年6月至9月空氣中PM2.5和PM10.0最少，2月和3月最多。主要是因為6月至9月植物生長量最大，光合作用最強，釋放的空氣負氧離子最多，植物有效地發(fā)揮了滯塵功能。2月和3月植物處于休眠狀態(tài)，滯塵功能接近于零，空氣負氧離子濃度相應(yīng)的就最低?？諝庳撗蹼x子濃度與風(fēng)速呈負相關(guān)關(guān)系(圖4-e)。

圖4 5個綠地的空氣負氧離子濃度與環(huán)境因子的關(guān)系

3.5 空氣負氧離子濃度與環(huán)境因素的回歸分析

為進一步分析因變量(y:空氣負氧離子濃度)與自變量(x1:綠地類型，x2:溫度，x3:濕度，x4：風(fēng)速，x5：PM2.5，x6：PM10.0)之間的量化關(guān)系，進行了回歸分析，因變量與自變量之間的曲線擬合以一次線性方程的擬合優(yōu)度最好。相應(yīng)的回歸方程為：

y=96.93+9.86x1，R2=0.921(F=96.669，P<0.01)；

y=12.36+1.42x2，R2=0.898(F=76.102，P<0.01)；

y=6.64+0.80x3，R2=0.889(F=68.417，P<0.01)；

y=-62.41+18.78x4，R2=0.516(F=11.040，P<0.01)；

y=-2.07+0.53x5，R2=0.721(F=15.208，P<0.01)；

y=-0.19+0.08x6，R2=0.609(F=6.216，P<0.01).

擬合的方程R2從大到小依次為綠地類型>溫度>濕度>PM2.5>PM10.0>風(fēng)速。

將5個綠地的空氣負氧離子濃度與6個環(huán)境因素進行共線方程擬合，得出的回歸方程為：

y=-162.147+100.193x1+7.919x2+5.385x3-31.266x4-0.509x5-0.121x6，

R2=0.279(F=44.857，Sig<0.01).

4 討論與結(jié)論

1) 西寧市5個城市典型綠地植物園、省委家屬院、麒麟灣、海湖大道和新寧廣場的空氣負氧離子濃度全年平均值分別為637.9個/cm3，602.4個/cm3，433.5個/cm3，206.5個/cm3和120.2個/cm3.5個典型綠地空氣負氧離子濃度平均值為400.1個/cm3，高出世界衛(wèi)生組織(WHO)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的60.0%.其中，海湖大道和新寧廣場均比標(biāo)準(zhǔn)低，植物園、省委家屬院和麒麟灣均比標(biāo)準(zhǔn)高。研究結(jié)果顯示，森林郁閉度較大的綠地空氣負氧離子濃度較高，而郁閉度與空氣負氧離子濃度的具體關(guān)系需要進一步研究。

2) 5個典型綠地全天各觀測時段的空氣負氧離子濃度有明顯差異。植物園、麒麟灣和省委家屬院空氣負氧離子濃度的日變化呈雙峰曲線，9：00和17：00為峰頂時間，7:00，15：00和19：00為峰谷；9：00為最高峰段。這種變化規(guī)律與光合作用的日變化規(guī)律基本一致，其關(guān)聯(lián)性有待進一步驗證。海湖大道和新寧廣場空氣負氧離子濃度日變化曲線平緩。

3) 5個典型綠地全年空氣負氧離子濃度變化趨勢有明顯差異。植物園、省委家屬院和麒麟灣全年中空氣負氧離子濃度變化呈單峰曲線，高峰期在7月至9月；新寧廣場空氣負氧離子濃度年變化曲線比較平緩；海湖大道的年變化曲線比較復(fù)雜，在4月、8月和11月出現(xiàn)了3個高峰段。

4) 5 個綠地的空氣負氧離子濃度與綠地類型、溫度和相對濕度呈正相關(guān)關(guān)系，與風(fēng)速、PM2.5和PM10.0呈負相關(guān)關(guān)系。筆者測定出的空氣負氧離子濃度的日變化及年變化中出現(xiàn)雙峰曲線和單峰曲線與三峰曲線的不同現(xiàn)象，是環(huán)境因素交互作用的結(jié)果。空氣負氧離子濃度與環(huán)境因素間的曲線擬合以一次方程的擬合優(yōu)度最好，擬合的共線性方程為：

y=-162.147+100.193x1+7.919x2+5.385x3-31.266x4-0.509x5-0.121x6.

[1] 張 毅，崔留欣，程學(xué)敏，等.空氣負離子對小鼠免疫功能的影響.河南醫(yī)科大學(xué)學(xué)報，1996，31(2)：56-58.

[2] 紅 梅，高 珊，馬 玲，等.空氣負離子對小鼠血液學(xué)生化指標(biāo)和血乳酸的影響.毒理學(xué)雜志，2012，26(1)：31-33.

[3] 潘劍彬，董 麗，晏 海.北京奧林匹克森林公園綠地空氣負離子密度季節(jié)和年度變化特征.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，40(9)：44-50.

[4] 徐 猛，陳步峰，粟 娟，等.廣州帽峰山林區(qū)空氣負離子動態(tài)及與環(huán)境因子的關(guān)系.生態(tài)環(huán)境，2008，17(5)：1 891-1 897.

[5] 馮 磊，胡希軍，羅慧敏，等.城郊型森林公園環(huán)境評價及研究——以宜昌市夷陵森林公園為例.西北林學(xué)院學(xué)報，2009,24(3)：177-180.

[6] 范亞民，何 平，李建龍.城市不同植被配置類型空氣負離子效應(yīng)評價.生態(tài)學(xué)雜志，2005，24(8)：883-886.

[7] 張建國，俞益武，章志攀，等.衢州七里旅游區(qū)環(huán)境質(zhì)量評價研究.西北林學(xué)院學(xué)報，2007，22(4)：167-170.

[8] 韋朝領(lǐng)，王敬濤，蔣躍林，等.合肥市不同生態(tài)功能區(qū)空氣負離子濃度分布特征及其與氣象因子的關(guān)系.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2006，17(11)：2 158-2 162.

[9] 石 強，鐘林生，吳楚材.森林環(huán)境中空氣負離子濃度分級標(biāo)準(zhǔn).中國環(huán)境科學(xué)，2002，22(4)：320-323.

[10] 黃世成，徐春陽，周嘉陵.城市和森林空氣負離子濃度與氣象環(huán)境關(guān)系的通徑分析.氣象，2012，38(11)：1 417-1 422.

[11] 劉 新，吳林豪，張 浩，等.城市綠地植物群落空氣負離子濃度及影響要素研究.復(fù)旦學(xué)報：自然科學(xué)版,2011，50(2)：206-212.

Characteristics Study on Atmospheric Negative Oxygen Ions Concentration of Typical Urban Green Space in Xining City

Geng Shenglian, Wang Zhitao, Xin Yongqing, Wang Bin

(QinghaiPlateauLaboratoryofTreeGeneticsandBreeding,CollegeofAgricultureandForestrySciences,QinghaiUniversity，Xining810016,China)

In order to understand the atmospheric negative oxygen ions concentration of different functional areas of Xining forest and the relationship between it and environmental quality, 5 typical green spaces were selected to measure the atmospheric negative oxygen ions concentrations and their environmental conditions dairly and yearly. Results showed that: 1) There was a significant difference (F=66.47, Sig<0.05) in the atmospheric negative oxygen ions concentration of these 5 typical green spaces and the average value was 400.1 ion/cm3. The atmospheric negative oxygen ions concentration of Botanical garden, Provincial family member courtyard and Qilin garden were all higher than the standard (the minimum atmospheric negative oxygen ions concentration of fresh air was 250 ion/cm3) provided by WHO, while that of Haihu street and Xinning plaza were lower than the standard. 2) The daily changes of atmospheric negative oxygen ions concentration in Botanical garden, Qilin garden and Provincial family member courtyard were double peak curves. The curves reached peaks at 9:00, 17:00 and reached valleys at 7:00, 15:00, 19:00. The maximum value appeared at 9:00. The daily changes of Haihu street and Xinning plaza were gently. 3) The annual changes of atmospheric negative oxygen ions concentration in Botanical garden, Qilin garden and Provincial family member courtyard were single peak curve which reached peaks at July to September. While the annual change of Xinning plaza was gently and the annual change of Haihu street was complicated. 4) The atmospheric negative oxygen ions concentrations of these 5 typical green spaces were positively correlated with the type of green spaces, temperature, relative humidity and negatively correlated with wind speed, PM2.5, PM10.0. The goodness-of-fit of first-order equation was best in curve fitting between the atmospheric negative oxygen ions concentration and environmental factors.

Xining city; Typical green spaces; Negative oxygen ions; Environmental factors

2016-10-15

青海省科技促進新農(nóng)村項目(2013-N-548)

耿生蓮(1966— )，女，青海湟中人，1989年畢業(yè)于北京林業(yè)大學(xué)，副研究員。

X321

A

1007-726X(2016)04- 0004- 06