城市森林公園植物群落與空氣負(fù)離子空間分布的關(guān)系
——以武漢馬鞍山森林公園為例

朱春陽

陳奕汝

郭慧娟

陳羽陽

空氣負(fù)離子被譽(yù)為“空氣維生素和生長素”，具有良好的殺菌、降塵作用，在提高人體免疫力、調(diào)節(jié)機(jī)能平衡等方面具有顯著的醫(yī)療保健效果[1]。目前，中國氣象、林業(yè)部門等已將空氣負(fù)離子濃度作為氣象監(jiān)測站監(jiān)測的重要參數(shù)，其監(jiān)測結(jié)果可作為地區(qū)空氣清潔度及生態(tài)健康性的依據(jù)。

城市森林公園建設(shè)是人們對自然風(fēng)景游憩需求的響應(yīng)，森林植被作為森林公園重要的風(fēng)景資源要素，為空氣負(fù)離子的產(chǎn)生提供良好的環(huán)境[2]，森林的樹冠、枝葉的尖端放電及光合作用過程的光電效應(yīng)均會促使空氣電解，產(chǎn)生大量的空氣負(fù)離子[3]。相關(guān)研究集中在森林游憩區(qū)空氣質(zhì)量特征與評價(jià)[4]、森林植被的群落構(gòu)成及環(huán)境因子對空氣質(zhì)量的影響方面[5-7]，研究表明森林植被的林型[8]、郁閉度[9-10]、樹高[10]、三維量[11]等因素均會影響空氣負(fù)離子濃度，且相關(guān)系數(shù)顯著。由高大喬木組成的近自然林空氣負(fù)離子效應(yīng)十分明顯[12]。同時(shí)，空氣負(fù)離子受森林植被立地條件的影響也表現(xiàn)出一定的時(shí)空差異性[13-14]，研究表明海拔[15-16]、坡向[17]、水體[8，18]等因子對空氣負(fù)離子濃度均具有一定的影響。另外，空氣相對濕度、溫度、顆粒物濃度等因子與空氣負(fù)離子濃度變化也表現(xiàn)出顯著性的相關(guān)關(guān)系[7]。綜上可見，植物群落的生物特征(如株高、冠幅、郁閉度、冠幅等)、地理特征(如海拔、坡度、坡向、距水體距離等)均會導(dǎo)致植物群落產(chǎn)生空氣負(fù)離子效應(yīng)的差異性，但目前相關(guān)研究多集中于植被的單一或少數(shù)特征因子對空氣負(fù)離子濃度的影響。

以武漢市馬鞍山森林公園為研究對象，綜合考慮城市森林公園不同植物群落自身結(jié)構(gòu)特征和其立地條件等多個(gè)影響因素，量化城市森林公園空氣負(fù)離子濃度的空間分布特征，明確植物群落與空氣負(fù)離子濃度空間分布的相關(guān)關(guān)系，研究結(jié)論可以為量化評價(jià)城市森林公園的微氣候環(huán)境效應(yīng)提供理論基礎(chǔ)。

1 研究地概況與研究方法

1.1 研究地概況

馬鞍山森林公園(30°30′～30°32′N，114°25′～114°27′E)隸屬武漢東湖風(fēng)景區(qū)的吹笛景區(qū)，森林覆蓋率達(dá)80%，園內(nèi)有大小山峰17座，最高海拔136.0m。馬鞍山森林公園為典型的城市森林公園，周邊用地具有明顯的建成環(huán)境特征，包括高校、小區(qū)、商業(yè)、城市干道等，東止九峰港，西臨喻家湖，南至珞瑜東路，北瀕東湖，由北至南的三環(huán)線將馬鞍山分為西部和東部2個(gè)部分，西部已建成并開放，東部仍處于待建狀態(tài)，區(qū)域面積713.3hm2。本研究以三環(huán)線以西已建成區(qū)域?yàn)橹?，面積511.3hm2。武漢市馬鞍山森林公園森林植物群落的類型主要為常綠落葉闊葉混交林。

1.2 樣地設(shè)置及數(shù)據(jù)處理

1.2.1 樣地設(shè)置

首先，采用瑞典學(xué)派典型樣方法對武漢市馬鞍山森林公園進(jìn)行植物群落現(xiàn)狀調(diào)查。設(shè)置20m×20m的喬木樣方，在喬木樣方的四角分別設(shè)置灌草樣方，灌木樣方面積為5m×5m，草本樣方為1m×1m，共設(shè)置44個(gè)植物群落喬木樣方。測量植物群落植物種、株高(MH)、胸徑(DBH)、冠幅(CA)、冠層高度(CH)、郁閉度(CD)和葉面積指數(shù)(LAI)7個(gè)植物群落的生物特征因子，海拔(A)、坡度(S)、坡向(SA)、距湖邊距離(DL)、距公園邊界距離(DP)和距交通污染源距離(DPO)6個(gè)植物群落的地理特征因子。

其次，在植物群落現(xiàn)狀調(diào)研的基礎(chǔ)上進(jìn)行樣地設(shè)置。樣地設(shè)置在馬鞍山森林公園內(nèi)均衡布局，原則上每座山峰的山底、山腰、山脊均設(shè)有樣地，樣地四周邊界距離植物群落邊緣的尺度均大于10m，使樣地與周圍環(huán)境中的植物群落、道路和建筑等其他景觀類型均有10m左右的植被緩沖帶，以減弱試驗(yàn)測定過程中的邊緣效應(yīng)。共設(shè)置44個(gè)樣地進(jìn)行空氣負(fù)離子濃度測定(圖1)。

樣地9、11、25、26、27位于近東湖區(qū)域，樣地10、20、21、22、23、24、43、44位于馬鞍山森林公園西北部的畢家山、袁家山、猴山和梅山，樣地15、16、17、18、19、41、42位于馬鞍山森林公園東北部的太漁山，樣地28、29、30、31、32、33位于馬鞍山森林公園中部的平地地區(qū)，樣地1、2、3、4、5、6、7、8、12、13、14、34、35、36、37、38、39、40位于馬鞍山森林公園南部的許家山、馬鞍山、吊鞍山、趙家山。試驗(yàn)樣地植物群落分布信息如圖1所示。

圖1 馬鞍山森林公園試驗(yàn)樣地設(shè)置[數(shù)字代表樣地位置編號。其中，樣地1：馬尾松(Pinus massoniana)-鱗毛蕨(Dryopteridaceae)；2：側(cè)柏(Platycladus orientalis)-井欄邊草(Pteris multifida)；3：馬尾松-牡荊(Vitex negundo)-苔草(Carex tristachya)；4：側(cè)柏-香樟(苗)(Cinnamomum camphora)-鱗毛蕨；5：馬尾松-楓香(苗)(Liquidambar formosana)+山胡椒(Lindera glauca)-鱗毛蕨；6：馬尾松-白馬骨(Serissa foetida)+槲櫟(苗)(Quercus aliena)-苔草；7：杉木(Cunninghamia lanceolata)-鱗毛蕨；8：馬尾松-槲櫟(苗)-雞屎藤(Paederia scandens)；9：池杉+落羽杉(Taxodium distichum)+水杉(Metasequoia glyptostroboides)-鱗毛蕨；10：馬尾松-白背葉(Nallotus apeltus)-絡(luò)石(Trachelospermum jasminoides)；11：池杉+落羽杉+水杉-鱗毛蕨；12：山胡椒(Lindera glauca)+化香(Platycarya strobilacea)-苔草；13：槲櫟(Quercus aliena)+山胡椒(Lindera glauca)-牡荊-豚草(Ambrosia artemisiifolia)；14：楓香-鱗毛蕨；15：川桂(Cinnamomum wilsonii)-大葉胡枝子(Lespedeza davidii)-苔草；16：板栗(Castanea mollissima)+檵木(Loropetalum chinensis)-鱗毛蕨；17：鹽膚木(Rhus chinensis)-牡荊(Vitex negundo)+插田泡(Rubus coreanus)-苔草；18：板栗+冬青(Ilex chinensis)-苔草；19：化香-竹葉椒(苗)(Zanthoxylum armatum)-苔草；20：檵木-鱗毛蕨；21：香樟-苔草；22：檵木-絡(luò)石；23：香樟+杜英(Elaeocarpus decipiens)-鱗毛蕨；24：槲櫟-牡荊+插田泡-苔草；25：廣玉蘭(Magnolia grandiflora)；26：垂柳(Salix babylonica)-梭魚草(Pontederia cordata)；27：紅葉石楠(Photinia × fraseri)-豚草；28：深山含笑(Michelia maudiae)-絡(luò)石；29：廣玉蘭-苔草；30：紅葉石楠-車前草(Plantago asiatica)；31：桂花(Osmanthus fragrans)-杜英(苗)-馬蹄金(Dichondra repens)；32：廣玉蘭-井欄邊草；33：桂花-求米草(Alternanthera philoxeroides)；34：馬尾松+香樟-香樟(苗)-海金沙(Lygodium japonicum)；35：馬尾松+青岡(Cyclobalanopsis delavayi)-青岡(苗)-鱗毛蕨；36：冬青+馬尾松-青岡(苗)-雞屎藤+鱗毛蕨；37：馬尾松+冬青-鱗毛蕨；38：楓香+馬尾松-楓香(苗)-苔草；39：楓香+馬尾松-香樟(苗)-苔草；40：側(cè)柏+楓香-楓香(苗)-苔草；41：馬尾松+冬青-鱗毛蕨；42：馬尾松+冬青-苔草；43：馬尾松+冬青-楓香(苗)-絡(luò)石；44：馬尾松+冬青-插田泡+灰白毛莓(Rubus tephrodes)-苔草；CK：對照]

1.2.2 數(shù)據(jù)測試

選擇各個(gè)樣地距地面1.3～1.5m(人體呼吸高度)高度對空氣負(fù)離子濃度進(jìn)行測定。試驗(yàn)測定空氣負(fù)離子、正離子濃度值，并同步測量空氣PM10、PM2.5濃度、相對濕度(RH)和氣溫(T)。春季公眾風(fēng)景游憩需求明顯、游人量大，因此試驗(yàn)時(shí)間選擇在2016年4月進(jìn)行，連續(xù)測量3d，均選擇氣象條件較為穩(wěn)定的晴朗、靜風(fēng)天氣。測試時(shí)間分別為8：00、12：00和16：00，對各個(gè)樣地進(jìn)行同步測定。在每個(gè)觀測點(diǎn)監(jiān)測相互垂直的4個(gè)方向，每個(gè)方向待儀器顯示的數(shù)值穩(wěn)定后連續(xù)讀取5組空氣負(fù)、正離子濃度數(shù)據(jù)，取平均值進(jìn)行分析[19]?？諝怆x子的評價(jià)采用的是比較常用的單極系數(shù)和空氣離子評價(jià)系數(shù)公式[20]。

1)單極系數(shù)指空氣中正離子與負(fù)離子的比值，計(jì)算公式為：

q=n+/n-

式中，n-為空氣中負(fù)離子數(shù)；n+為空氣中正離子數(shù)。

2)空氣離子評價(jià)系數(shù)，計(jì)算公式為：

CI=n-/1 000q

式中，CI為空氣質(zhì)量評價(jià)指數(shù)；q為單極系數(shù)。

空氣負(fù)離子、正離子采用美國產(chǎn)AIC-1000空氣負(fù)離子檢測儀，測量范圍：10～1 999 000ions/cm3，空氣流速：200cm3/s，線性速度：40cm/s，分辨率：10ions/cm3?？諝釶M10、PM2.5濃度測試儀器采用嶗應(yīng)2025粉塵檢測儀，測定范圍：1～1 000ug/m3，分辨率：0.1ug/m3，誤差：±10%；RH和T測試儀器采用德國產(chǎn)德圖testo625濕度測試儀，RH測定范圍：0～100%RH，分辨率：0.1%RH；T測定范圍：-10～60℃，分辨率：0.1℃。本試驗(yàn)共用11臺空氣負(fù)離子監(jiān)測儀器，每4個(gè)鄰近測點(diǎn)構(gòu)成一組開展測試工作，每組測試時(shí)間嚴(yán)格控制20min以內(nèi)，基本確保了不同測點(diǎn)測定的同步性。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

1)空間制圖。

根據(jù)城市森林公園網(wǎng)格布點(diǎn)測試數(shù)據(jù)，采用GIS中的Kriging空間插值方法進(jìn)行模擬，以獲取馬鞍山森林公園整個(gè)區(qū)域內(nèi)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的空間分布。分析過程根據(jù)GS+軟件所含的Variogram下的Semivariance-h散點(diǎn)圖，選擇不同類型的模型對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，并以決定系數(shù)最大為原則確定最優(yōu)的半方差函數(shù)模型。

2)統(tǒng)計(jì)分析。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用R3.4.1軟件“car”包描述變量的散點(diǎn)矩陣，實(shí)現(xiàn)植物群落特征變量的可視化分布；采用“corrr”包實(shí)現(xiàn)植物群落特征變量與NAI濃度之間的相關(guān)性分析；采用SPSS 19.0軟件實(shí)現(xiàn)變量的主成分分析與多元回歸分析。

2 結(jié)果分析

2.1 植物群落空氣負(fù)離子濃度與植物群落特征的相關(guān)性分析

將3d植物群落空氣負(fù)離子濃度平均值與植物群落特征自變量因子進(jìn)行相關(guān)性分析(圖2)，從R2值可以看出，空氣負(fù)離子濃度與植物群落特征因子具有一定的線性相關(guān)性，植物群落特征變量間相互作用影響空氣負(fù)離子濃度變化。其中空氣負(fù)離子濃度與平均樹高、冠層高度和坡度呈顯著性正相關(guān)(P＜0.05)。

圖2 植物群落特征指數(shù)散點(diǎn)矩陣圖(其中，NAI：空氣負(fù)離子；A：海拔；MH：樹高；DBH：胸徑高度；CA：冠幅；CH：冠層高度；CD：郁閉度；S：坡度；SA：坡向；DL：距湖泊距離；DP：距離公園邊界距離；DPO：距離污染源距離；LAI：葉面積指數(shù))

進(jìn)一步分析影響空氣負(fù)離子濃度的植物群落特征自變量的復(fù)雜性，從表1總方差解釋可以看出，提取5個(gè)特征值大于1的主成分，達(dá)到總方差的75.7%。因此，認(rèn)為5個(gè)主成分已經(jīng)能夠代表所有自變量的總方差解釋。從旋轉(zhuǎn)后的成分變量載荷可以看出，當(dāng)成分變量載荷因子≥0.5時(shí)表現(xiàn)明顯。第一主成分為植物群落生物特征變量，包括冠層高度、平均樹高、胸徑和郁閉度；第二主成分為植物群落地理特征變量，包括坡度和海拔；第三主成分為距污染源距離和距湖泊距離；第四主成分為坡向和距公園邊界距離；第五主成分為冠幅和葉面積指數(shù)。

表1 植物群落特征變量主成分分析

將3d空氣負(fù)離子濃度平均值作為因變量，與相關(guān)性顯著的自變量進(jìn)行多元回歸分析，模型(a)：YNAI=166.777+1.660×MH+6.867×CH+1.935×S，調(diào)整R2=0.142，P=0.028，F(xiàn)=3.375，表現(xiàn)出了一定的相關(guān)性。由圖3得出，植物群落空氣負(fù)離子濃度與冠層高度更直接顯著性相關(guān)，模型(b)：YNAI=177.291+9.534×CH，調(diào)整R2=0.146，P=0.006，F(xiàn)=8.330。

圖3 植物群落空氣負(fù)離子濃度與植物群落特征指數(shù)的相關(guān)性分析(變量間距、顏色深淺、線條寬度代表相關(guān)性強(qiáng)弱，藍(lán)色線條代表正相關(guān)，紅色線條代表負(fù)相關(guān)，變量間最小相關(guān)系數(shù)為0.3)

2.2 不同植物群落NAI濃度的空間差異分析

進(jìn)一步分析植物群落構(gòu)成對空氣負(fù)離子濃度的影響，不同植物群落空氣負(fù)離子濃度存在明顯差異，不同植物群落配置引起的林下微環(huán)境因子變化。由圖4可以看出，春季測量時(shí)間段內(nèi)馬鞍山森林公園最高空氣負(fù)離子濃度為559個(gè)/cm3，最低空氣負(fù)離子濃度為163個(gè)/cm3。樣地3、14、15、16、23、38、39、44的空氣負(fù)離子濃度顯著高于其他樣地空氣負(fù)離子濃度，植物群落構(gòu)成分別為馬尾松群落、楓香群落、川桂群落、板栗+檵木群落、香樟+杜英群落、楓香+馬尾松群落、馬尾松+冬青群落。由空氣質(zhì)量評價(jià)指數(shù)(CI)值可以看出，CI與空氣負(fù)離子濃度分布趨勢相似，44個(gè)樣地CI平均值為0.35，空氣清潔度為D級，允許。樣地CI變化區(qū)間為0.13～0.89，其中，樣地3和38的CI＞0.70，空氣清潔度為B級，清潔；樣地31、14、16、23、25、35、33的CI＞0.50，空氣清潔度為C級，中等；樣地15、32、39、12、34、36、24、42、7、8、28、44、29、37、41的CI＞0.30，空氣清潔度為D級，允許；其余樣地空氣清潔度為E級，位于中度-輕度污染區(qū)間。

圖4 不同植物群落NAI濃度、CI比較(SE)

分別統(tǒng)計(jì)不同林型植物群落的空氣負(fù)離子濃度和CI值，可以看出針葉林、闊葉林和針闊混交林間空氣負(fù)離子濃度和CI差異不顯著。闊葉林中樣地14、15、16空氣負(fù)離子濃度最高，達(dá)到494～559個(gè)/cm3；針葉林中樣地3的CI值最高，為0.89。

由圖5可見，高空氣負(fù)離子濃度區(qū)域主要分布于森林公園北部沿湖區(qū)域和南部山體區(qū)域，沿湖近水體距離區(qū)域由于勒納德效應(yīng)會增加NAI濃度，南部山體區(qū)域植被冠層相對較高，植物光合作用和光電效應(yīng)產(chǎn)生大量空氣負(fù)離子，位于吊鞍山北坡的樣地14楓香群落、太漁山北坡的樣地16板栗+檵木群落、太漁山南坡的樣地15川桂群落，分別高于平均值268、272、207個(gè)/cm3。低空氣負(fù)離子濃度區(qū)域主要分布于公園中部平地區(qū)域，地形平坦，以農(nóng)田、村莊為主，植被冠層、郁閉度相對較低，樣地包括13、18、19、20、22，分別為槲櫟+山胡椒群落、板栗+冬青群落、化香群落、檵木群落。CI空間分布與空氣負(fù)離子濃度分布趨勢相似，植物群落構(gòu)成和生物、地理特征多種因素共同影響了植物群落空氣負(fù)離子濃度、CI值的空間分布。

2.3 植物群落NAI濃度的分時(shí)段變化

進(jìn)一步分析植物群落空氣負(fù)離子濃度的分時(shí)段變化規(guī)律。分別將所有植物群落測試樣地分時(shí)段的空氣負(fù)離子濃度取平均值，分析植物群落空氣負(fù)離子濃度的分時(shí)段變化(圖6)，測試樣地植物群落空氣負(fù)離子濃度，8：00—10：00最高，16：00—18：00最低?？諝赓|(zhì)量評價(jià)指數(shù)(CI)最高值則出現(xiàn)在12：00—14：00，為0.45，接近中等清潔級別；8：00—10：00和16：00—18：00時(shí)段CI相差不大，為0.33～0.34，允許級別。

圖6 植物群落NAI濃度分時(shí)段變化(SE)

3 討論

植物群落的生物特征在一定程度上可以反映植物群落的物種情況和生長狀況，是植物群落在特定環(huán)境下生存策略的重要表現(xiàn)。本研究得出空氣負(fù)離子濃度與株高、冠層高度呈顯著性正相關(guān)，株高、冠層是植物獲取、利用光能最重要的方式之一，蒙晉佳等研究指出大氣電場下，植株越高越容易放電產(chǎn)生負(fù)離子[21]；高大的喬木光合作用相對較強(qiáng)、蒸騰旺盛，易產(chǎn)生大量水汽，利于負(fù)離子的產(chǎn)生[22-23]，關(guān)蓓蓓等[22]研究結(jié)果認(rèn)為株高為顯著影響空氣負(fù)離子濃度變化的間接主因子，光照度和相對濕度為主導(dǎo)因子；蔡春菊等[9]、吳楚才等[10]的研究也表明樹齡、樹高和郁閉度等因子均是影響空氣負(fù)離子濃度的重要因子，可見樹木的樹齡、胸徑、郁閉度等植物群落生物特征因子與株高具有明顯的相關(guān)性，本研究未表現(xiàn)出與胸徑、郁閉度、冠幅等因子的顯著相關(guān)性，可能與植物群落的地理特征多樣性有一定的關(guān)系。本研究得出植物群落空氣負(fù)離子濃度與坡度具有一定的顯著相關(guān)性，植物群落在具有坡度的山體條件下，地形的格局影響林下光照條件、水分截留狀況，進(jìn)而影響植物群落小氣候環(huán)境效應(yīng)的變化。吳甫成等[16]研究表明空氣負(fù)離子濃度垂直變化明顯，山體中部明顯高于山體頂部和山麓地帶，本研究中馬鞍山森林公園山體中部坡度值較大，空氣負(fù)離子濃度值高于低坡度值的山麓和山頂區(qū)域，因此表現(xiàn)出了相關(guān)研究結(jié)果的一致性；唐呂軍等[15]、范亞民等[24]的研究表明隨著海拔高度的增加，空氣負(fù)離子濃度呈上升趨勢，本研究結(jié)果雖未表現(xiàn)出空氣負(fù)離子濃度與海拔呈顯著相關(guān)，但馬鞍山森林公園高海拔山體區(qū)域多數(shù)樣地選點(diǎn)(少數(shù)山頂選點(diǎn)除外)的坡度值均較大，可見研究結(jié)果具有一定的相似性。同時(shí)也可以看出植物群落的空氣負(fù)離子效應(yīng)受植物群落海拔、坡度、坡向、距湖邊距離等多個(gè)植物群落地理環(huán)境特征的綜合影響。由上可見，植物群落的生物特征和地理特征共同決定了植物群落的小氣候環(huán)境，因而導(dǎo)致了不同植物群落空氣負(fù)離子濃度的空間分布差異性。本研究得出在植物群落生物特征差異背景下，植物群落的冠層高度能夠更為顯著地影響空氣負(fù)離子濃度的正效應(yīng)，植物群落的冠層、枝葉的尖端放電會促使空氣電離，使其產(chǎn)生高濃度的空氣負(fù)離子。

進(jìn)一步討論不同植物群落形成的微氣象環(huán)境因子與空氣負(fù)離子濃度的相關(guān)性。本研究未發(fā)現(xiàn)空氣負(fù)離子濃度與相對濕度、氣溫和空氣顆粒物因子呈顯著性相關(guān)，但由圖7可以看出，當(dāng)去除負(fù)離子濃度顯著高的樣地3、14、15、16、23、38、39、44后，空氣負(fù)離子濃度與相對濕度呈顯著正相關(guān)，與空氣PM10、氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)，與空氣PM2.5相關(guān)性不顯著。這一結(jié)果與關(guān)于空氣溫濕度[7，9，22，25-26]、空氣顆粒物[7，9，27-28]相關(guān)研究結(jié)果一致。郭二果等[27]研究表明顆粒物粒徑越大空氣負(fù)離子與空氣顆粒物的相關(guān)性越顯著，本研究也表現(xiàn)出了空氣負(fù)離子濃度與空氣PM10的相關(guān)性相對于PM2.5更顯著。因此，樣地3、14、15、16、23、38、39、44高空氣負(fù)離子濃度植物群落可能受植物群落生物特征和地理特征因子影響較大，導(dǎo)致微氣象環(huán)境因子對該樣地的影響程度弱。但由圖7也可以看出空氣負(fù)離子濃度與微氣象因子相關(guān)性擬合的R2值較低，影響因子對林分空氣負(fù)離子的變化解釋較弱，森林植被空氣負(fù)離子濃度是各影響因子綜合表現(xiàn)的結(jié)果，且各影響因子間關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜。因此，更為準(zhǔn)確地研究各小氣候因子交互作用對空氣負(fù)離子的作用機(jī)理還有待引入控制試驗(yàn)，以進(jìn)一步探索植物種類、生物特征、地理特征及氣象因素等單一因子的影響規(guī)律。

圖7 植物群落微氣象環(huán)境與空氣負(fù)離子濃度間的相關(guān)性分析

同時(shí)，植物群落的空氣負(fù)離子效應(yīng)受分時(shí)段變化影響，8：00—10：00空氣負(fù)離子濃度最高，主要由于該時(shí)段空氣相對濕度較高、氣溫較低，植物的光合作用和光電效應(yīng)較強(qiáng)，促進(jìn)空氣負(fù)離子的產(chǎn)生，使空氣負(fù)離子濃度達(dá)到峰值，這與穆丹等[29]、吳楚材等[25]、吳際友等[26]的研究結(jié)果一致。12：00—14：00，隨著太陽輻射強(qiáng)度的進(jìn)一步增強(qiáng)和空氣溫度的上升，植物光合作用和光電效應(yīng)顯著下降，與此進(jìn)程緊密相關(guān)的空氣負(fù)離子濃度也迅速下降[30]。16：00—18：00，溫度降低速度較快，隨著太陽輻射強(qiáng)度的減弱，植物光合作用下降，空氣負(fù)離子濃度下降，使其相較中午略微降低。

目前關(guān)于植物群落與空氣負(fù)離子濃度的相關(guān)研究多集中于植物群落的單一或少數(shù)特征因子或微氣象環(huán)境因子對空氣負(fù)離子濃度的影響。潘劍彬[3，31]等分析了北京奧林匹克森林公園空氣負(fù)離子空間格局特征及其影響因素，得到空氣負(fù)離子濃度與植被冠層蓋度[31]、空氣濕度[3]呈顯著正相關(guān)，同時(shí)也指出植物群落種類、層次結(jié)構(gòu)和株高、葉面積等生物量指標(biāo)對空氣負(fù)離子分布具有一定的影響。本研究創(chuàng)新之處在于進(jìn)一步綜合考慮了植物群落的生物特征因子(植物種類、株高、胸徑、冠幅、冠層高度、郁閉度和葉面積指數(shù))和地理特征因子(海拔、坡度、坡向、距湖邊距離、距公園邊界距離和距交通污染源距離)，從而進(jìn)一步明確植物群落生物特征和地理特征的綜合作用對空氣負(fù)離子濃度空間分布的影響，并分析了微氣象環(huán)境因子(空氣PM10、PM2.5濃度、相對濕度和氣溫)與空氣負(fù)離子濃度的相關(guān)關(guān)系，研究表明森林植被空氣負(fù)離子濃度是多影響因子綜合表現(xiàn)的結(jié)果，在自然條件下多因子的主導(dǎo)性和協(xié)同性表現(xiàn)不同，本研究結(jié)果也將為因子間交互作用影響機(jī)理的進(jìn)一步研究提供試驗(yàn)基礎(chǔ)。另外，史琰、王東良、金荷仙等還指出空氣負(fù)離子濃度與植物群落層次、三維量、人為干擾具有顯著相關(guān)關(guān)系[5，11]，將在后續(xù)研究中進(jìn)一步展開。

4 結(jié)論

1)城市森林公園森林植被的空氣負(fù)離子濃度受多變量綜合影響，表現(xiàn)為植物群落生物特征變量(平均高度、冠層高度)和地理特征變量(坡度)與空氣負(fù)離子濃度效應(yīng)呈顯著性正相關(guān)。可見由坡地高大喬木組成的森林植被具有顯著的空氣負(fù)離子效應(yīng)。2)基于44個(gè)植物群落樣地空氣負(fù)離子濃度數(shù)據(jù)分析，高負(fù)離子濃度區(qū)域主要位于森林公園北部沿湖區(qū)域和南部山體區(qū)域，植物群落組成分別為馬尾松群落、楓香群落、川桂群落、板栗+檵木群落、香樟+杜英群落、楓香+馬尾松群落、馬尾松+冬青群落。不同植物群落空氣質(zhì)量評價(jià)指數(shù)(CI)變化區(qū)間為0.13～0.89，其中位于馬鞍山山脊的馬尾松群落和趙家山山脊的馬尾松+楓香群落CI達(dá)到清潔(B)級別。3)森林公園空氣負(fù)離子濃度具有分時(shí)段差異性，最高值出現(xiàn)在8：00—10：00，最低出現(xiàn)在16：00—18：00；CI最高值出現(xiàn)在12：00—14：00，為0.45，接近中等清潔級別；8：00—10：00和16：00—18：00時(shí)段CI相差不大，為0.33～0.34，允許級別。研究結(jié)論可為城市森林公園的功能性空間規(guī)劃設(shè)計(jì)提供有效參考，公園綠地管理部門可依據(jù)空氣負(fù)離子濃度效應(yīng)和時(shí)空分布特征，強(qiáng)化森林植被的功能性空間布局與優(yōu)化調(diào)控，加強(qiáng)高負(fù)離子濃度區(qū)域的生態(tài)康養(yǎng)功能集聚，提升公園綠地負(fù)離子效應(yīng)對游人的生態(tài)服務(wù)功能，更好地提高城市公園綠地的綜合效益。

注：文中圖片均由作者繪制。