小五臺山自然保護區(qū)空氣負離子濃度日變化規(guī)律研究

楊照　楊揚　甄偉

摘要：采用ITC-201A型智能便攜式空氣離子測試儀，于2011年7月對小五臺山國家級自然保護區(qū)金河口景區(qū)的空氣負離子濃度進行了測量，分析空氣負氧離子濃度日變化規(guī)律，結(jié)果表明：空氣負離子濃度日變化有一定規(guī)律性，一般呈“雙峰”型日變化，10時和15時為高峰期。陣雨后出現(xiàn)高峰。植被類型對空氣負離子濃度日變化影響不顯著，海拔高度對空氣負離子濃度日變化規(guī)律產(chǎn)生影響。

關(guān)鍵詞：自然保護區(qū)；負離子濃度；日變化

空氣負離子是空氣中帶負電的氣體離子，在一般情況下指的是負氧離子?？諝庳撾x子具有清潔和保健功能：能中和空氣中帶正電的有害物質(zhì)，使細菌、病毒、有害氣體等失去活性，從而凈化空氣；還能直接作用于人體，調(diào)節(jié)機體、抑制老化，被譽為“人類生命的生長素”?？諝庳撾x子濃度的高低和分布已經(jīng)成為生態(tài)環(huán)境的重要指標之一。近年來，有關(guān)空氣負離子的本底濃度國內(nèi)學(xué)者作了大量觀測，結(jié)果表明：空氣負離子不僅與植物群落的種類、結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與樹種類型、配置有關(guān)，不同樹種之間空氣離子差異顯著㈣。但除了表現(xiàn)為以上空間分布特征外，其分布同樣具有時間特征。在不同時刻、不同季節(jié)，由于地面接受太陽輻射能量不同，導(dǎo)致負離子濃度隨時間變化。已有研究表明：空氣負離子的季節(jié)變化規(guī)律為夏季濃度較高，秋季濃度高于春季，冬季濃度較低；日變化規(guī)律為午夜至清晨最高，隨后開始下降至中午或下午最低，但在不同地區(qū)具有差異性。另外，空氣負離子濃度還與空氣污染程度、空氣溫度、濕度、海拔等因素有關(guān)。

小五臺山國家級自然保護區(qū)位于河北省西北張家口地區(qū)的蔚縣和涿鹿兩縣境內(nèi)，東與北京市門頭溝區(qū)和保定地區(qū)的淶水縣接壤。地理坐標為：東經(jīng)114°47～115°30，39°50～40°07。東西長60km，南北寬28km，總面積21833hm²有東、西、南、北、中臺5個突出的山峰，東臺為河北省最高峰，海拔2882m。該區(qū)保存了華北地區(qū)最完整的森林生態(tài)系統(tǒng)。植被類型垂直分布明顯，包括：亞高山草甸帶、亞高山灌草叢帶、針葉林帶、針闊混交林帶、闊葉林帶等。氣候?qū)儆谂瘻貛Т箨懠撅L(fēng)型山地氣候。

1.研究目的與意義

對該區(qū)不同海拔高度、不同林分類型的空氣負離子濃度進行日變化規(guī)律分析，有助于探求其時間分布特征及影響因素，從而為合理開發(fā)空氣負離子資源提供依據(jù)，對于改善人居環(huán)境質(zhì)量、構(gòu)建人與自然和諧社會、自然保護區(qū)合理開發(fā)和社會主義生態(tài)文明建設(shè)具有重要的現(xiàn)實意義。

2.研究內(nèi)容與方法

2.1觀測區(qū)域

在金河口景區(qū)選擇3個典型區(qū)域作為取樣點，分別為：L區(qū)、C區(qū)、S區(qū)。測點生境如表1所示。L區(qū)選擇5個觀測點；C區(qū)選擇7個觀測點；S區(qū)選擇5個觀測點進行觀測。

2.2觀測儀器

本次觀測采用ITC-201A型智能便攜式空氣離子測試儀。使用GPS對空氣離子觀測點進行定位，并測量其海拔高度。

2.3觀測時間及觀測項目

在2011年7月19～21日進行觀測。每天8：00～17：00同時測定3個區(qū)域不同測點的負離子濃度，詳細記錄每個測點的環(huán)境條件并拍照。

2.4觀測方法

因為空氣中負離子在不斷變化，儀器讀數(shù)隨機性大，所以需要進行多次重復(fù)的讀數(shù)，才能保證結(jié)果的準確性。檢測時采用經(jīng)統(tǒng)一校對過的多臺儀器，多人同時同步測定。在每個觀測點站定后，兩臂平舉于身前，將儀器平托，避免晃動。待儀器穩(wěn)定后，在每個觀測點相互垂直的4個方向分別進行觀測，每個方向取4個讀數(shù)，共16個讀數(shù)，取其平均值進行分析。

2.5數(shù)據(jù)處理

利用統(tǒng)計分析軟件SPSS13.0進行數(shù)據(jù)處理和分析。

3.結(jié)果與分析

3.1海拔1300m處空氣負離子日變化情況

根據(jù)2011年7月19～21日每天8：00～17：00測定的海拔1300m處的負離子濃度數(shù)據(jù)，對每天相同時段的數(shù)據(jù)取平均值，金河口景區(qū)1300m處空氣負離子濃度日變化測定結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出，不同的林分類型，其負離子濃度的日變化差異性較大。林地負離子濃度呈“雙峰”型日變化規(guī)律，但是，其空氣負離子濃度變化較小，1d中較平穩(wěn)，其“雙峰”變化亦不明顯，其中，下午14：00空氣負離子濃度最低，只有1050個/cm³，上午11：00空氣負離子濃度最高，達到1890個/cm³；灌木則出現(xiàn)明顯的雙峰，高峰值分別出現(xiàn)在上午8：00和下午16：00，其負離子濃度分別達到2478個/cm³和1730個/cm³，而在其他時間段其負離子濃度差異性不大；草地的負離子濃度上午時刻變化不大，下午卻呈現(xiàn)先降低再升高再降低的狀態(tài)，其中，在15：00其負離子濃度最大，達到1963個/cm³，14：00其負離子濃度最小，只有326個/cm³。綜上所述，灌木和林地的負離子濃度都呈“雙峰”型日變化，而草地則無明顯的日變化規(guī)律。

3.2海拔1350m處空氣負離子日變化情況

根據(jù)2011年7月19～21日每天8：00～17：00測定的海拔1350m處的負離子濃度數(shù)據(jù)，對每天相同時段的數(shù)據(jù)取平均值，金河口景區(qū)1350m處空氣負離子濃度日變化測定結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，不同的林分類型，其負離子濃度的日變化規(guī)律相似。15點之前變化平穩(wěn)，于14點左右出現(xiàn)最低值，16點出現(xiàn)最大值，15-16點間迅速增加，16點之后迅速下降。此次觀測最大值為17020個/cm³，出現(xiàn)在林地林分內(nèi)16點，最小值為593個/cm³，出現(xiàn)在灌木林分內(nèi)14點。3種林分類型的負離子濃度均呈“雙峰”型日變化，其峰值分別出現(xiàn)在上午8：00和下午16：00。

3.3海拔1400m處空氣負離子日變化情況

根據(jù)2011年7月19～21日每天8：00～17：00測定的海拔1400m處的負離子濃度數(shù)據(jù)，對每天相同時段的數(shù)據(jù)取平均值，金河口景區(qū)1400m處空氣負離子濃度日變化測定結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，不同的林分類型，其負離子濃度的日變化差異性較大。林地空氣負離子濃度變化較小，1d中較平穩(wěn)，沒有明顯的“雙峰”型日變化，其中，下午14：00空氣負離子濃度最低，只有1000個/cm³，上午9：00空氣負離子濃度最高，達到1430個/cm³；灌木雖然有“雙峰”型日變化，但是并不明顯，高峰值分別出現(xiàn)在上午9：00和下午15：00，其負離子濃度分別達到771個/cm³和1356個/cm³，而在其他時間段其負離子濃度呈先降低后升高的趨勢，且升高程度大于降低的程度；草地的負離子濃度則呈現(xiàn)明顯的“雙峰”型日變化規(guī)律，上午時刻變化較大，呈現(xiàn)先降低再升高再降低的狀態(tài)，其中，在下午17：00其負離子濃度最大，達到1239個/cm³，上午9：00其負離子濃度最小，只有216個/cm³。綜上所述，灌木和草地的負離子濃度都呈“雙峰”型日變化，而林地變化不大。

4.結(jié)論與討論

4.1結(jié)論

在金河口景區(qū)觀察，空氣負離子濃度日變化有一定規(guī)律性，一般呈“雙峰”型日變化，10時和15時為高峰期。陣雨后出現(xiàn)高峰。植被類型對空氣負離子濃度日變化影響不顯著，海拔高度對空氣負離子濃度日變化規(guī)律產(chǎn)生影響。

4.2討論

小五臺國家級自然保護區(qū)金河口景區(qū)3個觀測點的日變化趨勢基本一致，基本為雙峰曲線。其中海拔1300m、海拔1400m觀測點呈明顯的雙峰曲線，海拔1400m處呈“V”形，16時達到最高。刊光合作用是植物生存的根本，光合作用也是植物負離子產(chǎn)生的重要源泉。清晨，植物光合作用較弱，空氣負離子較少；隨著太陽輻射的不斷增強，植物的光合作用也逐漸加強，加之紫外線對植物葉片的光電效應(yīng)，空氣負離子濃度在9：00～10：00時達到1個峰值；12：00時左右，太陽輻射達到最強，這時氣溫升高，植物光合作用也出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象，再加上空氣濕度的降低，使得空氣負離子濃度降至最低；之后隨著氣溫降低和太陽輻射的減弱，空氣負離子濃度在15：00時左右出現(xiàn)第2個峰值。而本研究中最小值和第2個峰值分別出現(xiàn)在12：00時和15：00時，和以往的研究結(jié)果相似。陣雨對增加空氣負離子濃度影響極大，海拔1400m觀測點連續(xù)3d于15：00時陣雨，雨后瞬時空氣負離子濃度升高，有時要超過儀器所能測得范圍，即120000個/cm3以上。還有的研究結(jié)果表明，同一地段不同天氣條件空氣負離子濃度不同。本研究中也發(fā)現(xiàn)了相似的規(guī)律，即雨過天晴時的空氣負離子濃度明顯高出陰天和晴天，陰天明顯低于晴天。筆者認為，造成這種現(xiàn)象的原因是晴天太陽光強烈，豐富的紫外線有助于空氣負離子的產(chǎn)生；同時，植物的光合作用也比較強烈。另外，雨過天晴，空氣負離子濃度明顯高于晴天干燥時，可能是下雨過后，空氣濕度大，空氣中塵埃少，植物光合作用強。

空氣質(zhì)量評價指數(shù)的晝間變化趨勢基本與空氣負離子濃度晝間變化趨勢一致，3個觀測點為游客容易到的地方，全天的空氣質(zhì)量指數(shù)都明顯高，在9：00時達到了負離子濃度的第一個峰值；另外，3個觀測點也均在12：00時達到最小值，由此建議游客在上午9：00左右進入景區(qū)游覽，下午17：00時景區(qū)游覽結(jié)束，可起到更好的保健作用。