九峰國(guó)家森林公園空氣負(fù)離子濃度變化規(guī)律

周文昌 潘磊 崔鴻俠 喻單寧 戴薛 蔡明

摘 要： 為了探討城市森林生態(tài)系統(tǒng)空氣負(fù)離子濃度的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，采用了FLZ1型大氣負(fù)離子自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)研究武漢市九峰森林公園空氣負(fù)離子濃度日變化和季節(jié)動(dòng)態(tài)規(guī)律。結(jié)果表明：九峰國(guó)家森林公園空氣負(fù)離子濃度存在明顯的季節(jié)變化規(guī)律，2014年5月至10月的空氣負(fù)離子濃度月平均值分別為610、640、973、902、987、793個(gè)/cm3，表明夏季和秋季是森林空氣負(fù)離子濃度較高的季節(jié)。森林公園空氣負(fù)離子濃度存在明顯日變化規(guī)律，表現(xiàn)為凌晨0600至0800出現(xiàn)峰值或傍晚1800后呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，說(shuō)明清晨太陽(yáng)初升時(shí)及傍晚前后是一天內(nèi)森林空氣負(fù)離子濃度較高的時(shí)間段。另外，春季（5月）、夏季初期（6月）和秋季末（10月），溫度是影響森林公園空氣負(fù)離子濃度的主導(dǎo)因素，而仲夏（7月和8月）和秋季初期（9月），降雨量是影響森林公園空氣負(fù)離子濃度的主導(dǎo)因素，但是并未發(fā)現(xiàn)空氣負(fù)離子濃度日平均值與空氣溫度和濕度日平均值存在顯著線性關(guān)系。

關(guān)鍵詞： 空氣負(fù)離子；森林公園；武漢市

中圖分類(lèi)號(hào)：X16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-3020（2018）01-0001-05

Aero-anionon Centration in Jiufeng National Forest Park in Wuhan City

Zhou Wenchang（1） Pan Lei（1） Cui Hongxia（1） Yu Shanning（2） Dai Xue（1） Cai Ming（3）

（1.Hubei Academy of Forestry Wuhan 430075；2.Investigation and Planning Institute of Hubei ProvinceWuhan 430079；3.Hubei Meteorological Administration Wuhan 430074）

Abstract： To find out the seasonal dynamic variation and diurnal variation of aero-anion concentration in urban forest ecosystem. As the aero-anion concentration automatic observation system， the FLZ1 model was used in the Jiufeng national forest park in Wuhan city. Our research showed that the aero-anion concentration in the Jiufeng national forest park observed obvious seasonal change. Every month mean aero-anion concentration from May to October in 2014 was about610， 640， 973， 902， 987， and 793 ind/cm3， respectively. They were suggested that the best tourist season for aero-anion is summer and autumn. In additional， Obvious diurnal variation pattern of aero-anion concentration was observed， the peak value was from Beijing time from 0600 to 0800 am （before the sun rises） or after 1800 pm （after the sun goes down）， our result showed that people get the best at forest park when the sun rises and the sun goes down. In addition， on the early spring （May）， summer （June） and fall （October）， the air temperature seem to be the dominant factors influencing the aero-anion level in he forest park， and on the summer （July and August） and the early autumn （September）， the rainfall seem to be the dominant factors influencing the forest park of air negative ions concentration，but did not find significant linear relationship between the daily mean aero-anion concentration and daily mean air temperature and humidity.

Key words： aero-anion concentration；forest park；Wuhan city

空氣負(fù)離子也稱(chēng)為負(fù)氧離子，主要來(lái)源于紫外線、宇宙射線、放射性物質(zhì)而引發(fā)的空氣電離作用，山林、樹(shù)冠、植物葉尖放電，及雷電、瀑布、海浪的沖擊，也能促使空氣電離，從而產(chǎn)生負(fù)離子[1，2]。空氣負(fù)離子對(duì)人類(lèi)健康能夠起到重要促進(jìn)作用，被譽(yù)為“空氣維生素和生長(zhǎng)素”，它的濃度水平已成為衡量城市空氣質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)[3]。有關(guān)研究表明當(dāng)空氣負(fù)離子濃度達(dá)到700～1 000個(gè)/cm3或者超過(guò)1 000個(gè)/cm3時(shí)，該區(qū)域的空氣環(huán)境不僅可以調(diào)節(jié)人們的心情，使人們心情愉快、神清氣爽，而且能夠緩解、抑制和輔助治療人體7個(gè)系統(tǒng)的30多種疾病[4，5，6]。因此，開(kāi)展城市森林生態(tài)系統(tǒng)空氣負(fù)離子研究及其評(píng)價(jià)，可為人們科學(xué)合理地體驗(yàn)自然、擁抱森林提供有益參考。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

九峰國(guó)家森林公園（114°29′50″E， 30°31′4″N）位于武漢市東郊，距離武漢市中心約12 km，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫163 ℃，極端高溫41 ℃，極端低溫-176 ℃，年日照數(shù)1 600 h左右，無(wú)霜期240 d，年降雨量1 200～1 400 mm，年均相對(duì)濕度79%。夏季高溫期間，森林公園的溫度較市區(qū)低于2～4 ℃，是市區(qū)人民休閑娛樂(lè)及其戶(hù)外活動(dòng)的好去處。森林公園內(nèi)森林資源豐富，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有鳥(niǎo)類(lèi)60余種，維管束植物484種，其中喬木215種，草本植物269種，野生植物314種，人工栽培植物170種，森林覆蓋率85%，有林地面積達(dá)48352 hm2，以馬尾松林為主要常綠闊葉林，其次以?xún)?yōu)勢(shì)樹(shù)種為楓香、栓皮櫟和馬尾松為主要針闊混交林?，F(xiàn)存面積較大的有栓皮櫟 Quercus variabilis、楓香Liquidambar formosana等落葉林；常綠闊葉林有青岡 Cyclobalnopsis glauca、苦櫧Castanopsis sclerophylla等；針葉林有馬尾松Pinus massoniana、杉木 Cunninghamia lanceolata、濕地松Pinus ellilttii等。有引種的水杉Metasequoia glyptostroboides、銀杏Ginkgo biloba、墨西哥落羽杉Taxodium mucronatum等針葉樹(shù)種[7，8]。

1.2 研究方法

本研究是以湖北省森林空氣負(fù)離子監(jiān)測(cè)站網(wǎng)為依托，負(fù)離子濃度監(jiān)測(cè)儀采用了FLZ1型大氣負(fù)離子自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)傳感器采用“電容式吸入法”原理進(jìn)行檢測(cè)空氣負(fù)離子濃度。檢測(cè)范圍：0～9999×108個(gè)/cm3，分辨率為1個(gè)/cm3，測(cè)量時(shí)長(zhǎng)為96 s，采樣頻率為10次/min，測(cè)量誤差：離子濃度≤±5%，遷移率≤±5%，遷移速率為04～10 cm2/（V·s），取樣空氣流速160 cm/s，響應(yīng)時(shí)間常數(shù)為15～70 s，采集器存儲(chǔ)整10 min的負(fù)離子值。

數(shù)據(jù)分析時(shí)對(duì)部分異常值進(jìn)行了剔除，將100個(gè)/cm3<負(fù)離子濃度<5 000個(gè)/cm3視為有效數(shù)據(jù)?？諝庳?fù)離子濃度季節(jié)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律從2014年5至10月，空氣負(fù)離子濃度月平均值為所有有效數(shù)據(jù)的平均值，空氣負(fù)離子濃度日變化規(guī)律為每天24個(gè)小時(shí)同一時(shí)間段（1個(gè)小時(shí)內(nèi)）平均值（如0000至0100時(shí)間段內(nèi)），求出每個(gè)月連續(xù)24個(gè)小時(shí)的同一時(shí)間段的平均值。天氣條件（晴天、雨天、多云和陰天）對(duì)森林公園空氣負(fù)離子濃度的影響是將不同天氣條件中的24小時(shí)連續(xù)的、有效的數(shù)據(jù)作為評(píng)估。

2 結(jié)果與分析

2.1 森林公園空氣負(fù)離子濃度生長(zhǎng)季動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

九峰森林公園2014年5至10月空氣負(fù)離子濃度平均值（5月、6月、7月、8月、9月和10月）各自為610，640，973，902，987，793個(gè)/cm3（圖1）。表現(xiàn)為春季和夏季初期5至6月較低（625個(gè)/cm3）、夏季植物生長(zhǎng)旺盛期7至8月較高（938個(gè)/cm3），秋季9至10月（890個(gè)/cm3）。

2.2 森林公園空氣負(fù)離子濃度日變化規(guī)律

九峰森林公園2014年5月、6月、7月、8月、9月和10月空氣負(fù)離子濃度存在日變化規(guī)律。由圖2可知，生長(zhǎng)季期間，負(fù)離子濃度日變化規(guī)律表現(xiàn)為雙峰型，通常在凌晨0600至0800（太陽(yáng)升起前）出現(xiàn)第一個(gè)峰值，傍晚1800后開(kāi)始逐漸升高，在1900至2000前后出現(xiàn)第二個(gè)峰值，日最低值多出現(xiàn)在午后14：00左右。

2.3 天氣對(duì)九峰國(guó)家森林公園負(fù)離子濃度的影響

由圖3可知，不同天氣條件下的森林公園空氣負(fù)離子濃度不同，并且不同月份呈現(xiàn)的規(guī)律不一致。5月份，多云（8天）和雨天（10天）的空氣負(fù)離子濃度日平均值各自為476個(gè)/cm3和485個(gè)/cm3（只計(jì)算有效數(shù)據(jù)的天數(shù)，后面相同），無(wú)明顯差異；6月份，晴天（4天）、多云（10天）、雨天（8天）的空氣負(fù)離子濃度日平均值各自為542個(gè)/cm3、473個(gè)/cm3和460個(gè)/cm3，晴天空氣負(fù)離子濃度最高；7月份，多云（9天）、晴天（5天）、雨天（9天）、陰天（2天）的空氣負(fù)離子濃度日平均值各自為715個(gè)/cm3、752個(gè)/cm3、821個(gè)/cm3和422個(gè)/cm3，雨天空氣負(fù)離子濃度最高；8月份，多云（9天）、晴天（1天）和雨天（7天）空氣負(fù)離子濃度日平均值各自為583個(gè)/cm3、533個(gè)/cm3和760個(gè)/cm3，雨天空氣負(fù)離子濃度最高；9月份，雨天（3天）、晴天（4天）和多云（6天）的空氣負(fù)離子濃度日平均值各自為590個(gè)/cm3、544個(gè)/cm3和491個(gè)/cm3，雨天空氣負(fù)離子濃度最高；10月份，雨天（15天）和多云（3天）的空氣負(fù)離子濃度日平均值為537個(gè)/cm3和706個(gè)/cm3，多云空氣天氣負(fù)離子濃度最高。結(jié)果呈現(xiàn)的規(guī)律為春季、夏季初、春季末的低溫天氣，溫度可能是決定森林公園空氣負(fù)離子濃度高低的因素，而仲夏（7月和8月）和秋季初（9月），降雨量可能是決定森林公園空氣負(fù)離子濃度高低的因素；但是經(jīng)過(guò)相關(guān)關(guān)系分析，本研究的每個(gè)月負(fù)離子濃度日平均值與日平均空氣溫度、日平均空氣相對(duì)濕度和日平均水氣壓并無(wú)顯著線性關(guān)系。

3 結(jié)論與討論

有研究表明森林公園空氣負(fù)離子濃度從數(shù)百個(gè)到數(shù)萬(wàn)個(gè)/cm3，甚至數(shù)十萬(wàn)個(gè)/cm3，這主要是因研究地域、景觀類(lèi)型的差異[2，6，9]。韓明臣等[9]研究的北宮森林公園負(fù)離子濃度全年平均值為3 422個(gè)/cm3。潘劍彬等[10]研究北京奧林匹克森林公園綠地空氣負(fù)離子濃度春季最低（<1 000個(gè)/cm3），夏季最高（2 500個(gè)/cm3），秋季（2 100個(gè)/cm3）僅次于夏季，但高于冬季（1 070個(gè)/cm3），本研究的九峰國(guó)家森林公園與該研究有類(lèi)似的結(jié)論，即夏季植物生長(zhǎng)盛期7至8月空氣負(fù)離子濃度最高（938個(gè)/cm3），而緊接著是秋季9月至10月（890個(gè)/cm3），春季和夏季初期最低（625個(gè)/cm3，圖1）。韓明臣等[9]研究表明，森林公園地形（山坡、溝谷）也是影響空氣負(fù)離子濃度季節(jié)變化格局的重要因子，在山坡植物稀疏監(jiān)測(cè)點(diǎn)的空氣負(fù)離子濃度是春季>夏季>秋季；而在溝谷是夏季>秋季>春季。這可能是由于植物的季節(jié)性生長(zhǎng)發(fā)育影響群落周邊的空氣質(zhì)量，且高的植被覆蓋度和豐富的群落層次結(jié)構(gòu)促進(jìn)了負(fù)離子產(chǎn)生和空氣質(zhì)量的改善，夏季水量充足，溫度較高，植物光合作用較強(qiáng)有關(guān)[9，10，11]。張璐等[6]研究森林土壤和植被對(duì)自然保護(hù)區(qū)空氣負(fù)離子濃度影響的正效應(yīng)明顯，并建議在保護(hù)區(qū)修建專(zhuān)用的空氣負(fù)離子健康道，以為人們提供更多的休憩、娛樂(lè)和保健場(chǎng)所；同時(shí)大量研究表明溪邊、瀑布以及接近水面的區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)的空氣負(fù)離子濃度比其他區(qū)域要高，其原因是空氣負(fù)離子物理性發(fā)生的重要渠道是水分子的裂解，而瀑布、海浪、暴雨等自然過(guò)程中的水分子的裂解加速，空氣負(fù)離子由此大量產(chǎn)生。

研究表明空氣負(fù)離子濃度日變化規(guī)律與空氣溫度呈負(fù)相關(guān)，與空氣相對(duì)濕度呈正相關(guān)[11，12，13]，與日平均水氣壓呈正相關(guān)[14]或與空氣氣壓呈互相關(guān)[11]，本研究觀測(cè)的每天午后14：00左右是空氣負(fù)離子濃度最低值，太陽(yáng)升起來(lái)前（0600至0800）和太陽(yáng)降下（傍晚1800后）之后會(huì)出現(xiàn)峰值，這個(gè)規(guī)律看似是與氣溫日變化規(guī)律相反的（圖2），本研究表明該時(shí)段是人們獲得更多空氣負(fù)離子的最佳時(shí)間，有助于人們?cè)诠珗@綠地和森林公園步行來(lái)調(diào)節(jié)人們心情和緩解人們精神疲勞。由于本研究區(qū)域的3種氣象數(shù)據(jù)無(wú)觀測(cè)日變化數(shù)值，無(wú)法統(tǒng)計(jì)相關(guān)性，還有待數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗(yàn)證和長(zhǎng)期觀測(cè)研究。

不同天氣條件下，空氣負(fù)離子含量大小順序?yàn)橛晏?gt;晴天>陰天，表明動(dòng)態(tài)水體是決定空氣負(fù)離子濃度的主導(dǎo)因素[11]，但是本研究?jī)H在仲夏（7月和8月）和秋季初期（9月）看到有類(lèi)似現(xiàn)象出現(xiàn)，即雨天最高，降雨量決定空氣負(fù)離子濃度；然而對(duì)于其它觀測(cè)時(shí)間，空氣溫度決定空氣負(fù)離子濃度大?。ㄖT如6月是晴天最高，10月是多云最高，5月的雨天和多云相差不大，圖3）。

參 考 文 獻(xiàn)

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