寧德國省道公路綠化林帶空氣負離子變化規(guī)律

黃界水，章林平

(寧德市公路事業(yè)發(fā)展中心，福建 寧德 352100)

寧德是福建東南沿海休閑度假和生態(tài)旅游勝地，素有“海都佛國”之稱。為完善海西地區(qū)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，促進沿線旅游資源開發(fā)和生態(tài)資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化，鞏固脫貧攻堅成果，“十三五”期間寧德市實施了“四縱四橫三聯(lián)”國省干線公路網(wǎng)建設(shè)，形成縣縣通高速、鎮(zhèn)鎮(zhèn)有干線的公路交通網(wǎng)絡(luò)。國省干線公路的建設(shè)不可避免會給沿途植被造成一定程度的破壞，進而影響途經(jīng)地的生態(tài)環(huán)境，而公路綠化林帶則具有改善環(huán)境、增加空氣濕度、保持水土、形成優(yōu)美景觀的作用[1]。為此，興建國省道公路，公路兩側(cè)綠化林帶的規(guī)劃與建設(shè)、樹種與植被的搭配等是不可或缺的環(huán)節(jié)?？諝庳撾x子具有凈化空氣、滯塵去埃、殺菌消毒的作用，較高濃度的空氣負離子還可以改善心肺功能、增強人體免疫力[2-5]。作為空氣維生素，空氣負離子濃度還是評價空氣質(zhì)量的重要指標，也廣泛應(yīng)用于森林康養(yǎng)基地選址、城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃、城市林業(yè)規(guī)劃和環(huán)境保護等方面[6-9]。為此，選擇寧德有代表性的國省道公路典型路段為研究對象，對其空氣負離子進行測定分析，以期為國省道公路的規(guī)劃建設(shè)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于鷲峰山南麓，毗鄰東海，地處東經(jīng)119°27′46″—119°34′23″、北緯26°41′20″—26°50′35″，海拔58～156 m。受亞熱帶海洋性季風氣候影響，氣候溫暖濕潤，年均氣溫19 ℃，極端低溫-2.4 ℃，極端高溫為38.5 ℃，年有效積溫6111 ℃，年均降水量2013.8 mm，年無霜期超過310 d。在試驗地范圍內(nèi)選擇經(jīng)過寧德市蕉城區(qū)的G104、G228、G237、S207、S306等國道、省道干線兩側(cè)的綠化林帶劃分試驗區(qū)；并在蕉城區(qū)5條國省干線進行全面踏查的基礎(chǔ)上，選擇5個具有代表性且位于城郊鄉(xiāng)村段的綠化林帶作為試驗點，以寧德市公路局停車場上的空曠地作為對照點。各監(jiān)測點的具體情況見表1。

表1 寧德國省道公路環(huán)境監(jiān)測點基本信息

1.2 試驗方法

2021年8月中旬，選擇晴朗無風的天氣，選擇每個林帶的中心點作為測量點，采用IMH-01型手持式空氣負離子檢測儀、TES-1330A型泰仕數(shù)字式照度計、AVM-07型泰仕電子工業(yè)風速計、FLUKR 971 型溫度濕度測量儀測定正、負離子數(shù)，溫度，濕度，風速等參數(shù)。從8∶00—18∶00，每隔1 h測定1次,3次重復(fù)，取3次重復(fù)的平均值作為觀測值。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007對空氣負離子與各氣候因子數(shù)據(jù)進行深度統(tǒng)計和整理，并制作空氣負離子與各氣候因子的線性相關(guān)圖，計算出線性方程和相關(guān)系數(shù)R；同時對綠化林帶內(nèi)空氣負離子的時間及空間變化情況進行比較并計算單極系數(shù)q和空氣質(zhì)量評價系數(shù)CI。其中：q=n+/n-，式中：n+為空氣正離子濃度；n-為空氣負離子濃度；CI=n-/1000q，式中：n-為空氣負離子濃度；q為單極系數(shù)。CI>1.0時為A級，此時空氣最清潔；CI在1.0～0.7之間為B級，空氣為清潔；CI在0.69～0.50之間為C級，空氣中度清潔；CI在0.49～0.30之間為D級，屬允許范圍；CI≤0.29為臨界[10]。采用DPS 9.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對空氣負離子濃度和相關(guān)氣候因子進行回歸分析[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 寧德市國省道公路綠化林帶空氣負離子日變化規(guī)律

根據(jù)寧德國省道公路各路段監(jiān)測點各個時刻測得的平均空氣負離子濃度，制作空氣負離子日動態(tài)曲線見圖1。由圖1可知，云氣村、流米寺、嶼頭村、金涵鄉(xiāng)、虎頭岡這5個監(jiān)測點以及對照點測得的空氣負離子濃度日動態(tài)具有相同的規(guī)律性，6個監(jiān)測點空氣負離子濃度日變化的高峰值均出現(xiàn)在8∶30，除對照點的低峰值出現(xiàn)在13∶30，綠化林帶中的5個監(jiān)測點的低峰值均出現(xiàn)在15∶30，且15∶30之后，各監(jiān)測點的空氣負離子濃度開始逐漸升高。6個監(jiān)測點的空氣負離子濃度總體排序為：云氣村>虎頭岡>流米寺>嶼頭村>金涵鄉(xiāng)>對照點(公路局停車場)，其中空氣負離子濃度最高的云氣村路段，全天所有時段的空氣負離子濃度均在1100 lons·cm-3以上，平均值達到了1536.18 lons·cm-3，最高值為2132.27 lons·cm-3，出現(xiàn)在上午8∶30。除金涵鄉(xiāng)路段外，虎頭岡、流米寺、嶼頭村的日均空氣負離子濃度都超過1000 lons·cm-3，而對照點的空氣負離子濃度僅611.63 lons·cm-3。說明綠化林帶建設(shè)可以顯著提升空氣負離子濃度。此外，由表1各監(jiān)測點的基本信息還可發(fā)現(xiàn)，靠近河流和綠化林帶較寬、林帶樹種結(jié)構(gòu)復(fù)雜且喬木樹體高大的路段，空氣負離子濃度相對較高。說明在國省道公路建設(shè)中，應(yīng)因地制宜，依山傍水構(gòu)建國省道景觀路段，以增加空氣負離子濃度，提升空氣質(zhì)量。

圖1 寧德國省道公路綠化林帶空氣負離子濃度日動態(tài)

2.2 氣象因子觀測及空氣質(zhì)量評價

為了進一步明確空氣負離子變化的規(guī)律，選擇空氣負離子濃度接近各監(jiān)測點中間值的流米寺路段，對空氣負離子、正離子、溫度、相對濕度、風速等氣象因子進行觀測，并根據(jù)觀測結(jié)果對空氣質(zhì)量進行評價。由表2可知，流米寺路段的國省道公路在8∶30—12∶30和16∶30之后都有著較好的空氣質(zhì)量，清潔度均達到A級。尤其是9∶30之前和16∶30之后，單極系數(shù)q值均在0.8以下，空氣質(zhì)量評價指數(shù)均超過1.0，說明在這2個時間段，空氣負離子濃度均比正離子濃度高出25%以上，空氣質(zhì)量達到最清潔(A級)水平，非常適合人們外出呼吸吐納，鍛煉身體。而一天中空氣質(zhì)量相對較差的時間段為13∶30—15∶30，這也是一天中空氣負離子濃度較低、氣溫較高、相對濕度較低和風速較小的時間段。

2.3 空氣負離子濃度與相關(guān)氣象因子關(guān)系

為進一步厘清空氣負離子濃度與光照度、溫度、相對濕度、風速等氣象因子以及空氣質(zhì)量的關(guān)系，將空氣負離子濃度與相關(guān)氣象因子的觀測數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析，結(jié)果見表3。由表3可知，空氣負離子濃度與光照度、空氣正離子濃度均未表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性，且相關(guān)系數(shù)分別為0.02、0.50；而與溫度、相對濕度、風速和單極系數(shù)、空氣質(zhì)量評價系數(shù)呈極顯著的相關(guān)性，其中與溫度、單極系數(shù)q呈極顯著負相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.94、-0.76，與相對濕度、風速、空氣質(zhì)量評價系數(shù)CI呈極顯著正相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)分別為0.84、0.91。

單極系數(shù)q、空氣質(zhì)量評價系數(shù)CI是基于空氣正負離子濃度計算而得。而空氣正負離子濃度則需要專用設(shè)備方可測定，溫度、相對濕度、風速數(shù)據(jù)雖也是采用儀器測得，但溫度、相對濕度、風速是日常生活中較易測得的氣象指標，從日常天氣預(yù)報信息中心就可獲得數(shù)據(jù)。鑒于此，可通過建立相關(guān)方程對空氣負離子濃度進行預(yù)測或估算。根據(jù)表2中各時段的空氣負離子濃度、溫度、相對濕度、風速數(shù)據(jù)獲得線性回歸方程為：y負離子=1232.69-70.80x溫度+30.06x濕度-115.73x風速(y負離子、x溫度、x濕度、x風速分別為負離子濃度、溫度、相對濕度、風速)，該回歸方程的相關(guān)系數(shù)R=0.9925，說明該方程擬合性好，能較為準確的通過溫度、相對濕度、風速預(yù)測空氣負離子濃度。

表2 S207流米寺監(jiān)測點各時段氣象因子觀測值及空氣質(zhì)量評價

表3 空氣負離子與氣象因子、空氣質(zhì)量指標的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，綠化林帶能有效提升周邊環(huán)境中的空氣負離子濃度，空氣負離子與光照度、空氣正離子濃度不存在顯著的相關(guān)性，與溫度、單極系數(shù)q呈極顯著負相關(guān)，與相對濕度、風速、空氣質(zhì)量評價系數(shù)CI呈極顯著正相關(guān)。寧德國省道公路綠化林帶6個試驗的空氣負離子濃度排序為：云氣村>虎頭岡>流米寺>嶼頭村>金涵鄉(xiāng)>公路局停車場。云氣村路段的綠化林帶，全天所有時段的空氣負離子濃度均在1100 lons·cm-3以上，平均值達到1536.18 lons·cm-3，最高值為2132.27 lons·cm-3。根據(jù)寧德國省道公路的空氣負離子日變化規(guī)律，除13∶30—15∶30這一時間段空氣質(zhì)量為B、C級別，其余時間段的的空氣質(zhì)量均達到最清潔(A級)，尤其是9∶30之前和16∶30之后空氣負離子濃度均在1000 lons·cm-3以上，且比正離子濃度高出25%，可依此建議寧德國省道公路沿線的居民可以選擇9∶30之前和16∶30之后這2個時間段進行休閑娛樂，此時的空氣清潔，溫度、濕度適宜，有助于人體的身心放松。依據(jù)空氣負離子濃度與溫度、相對濕度、風速的極顯著相關(guān)性，構(gòu)建空氣負離子估算方程y負離子=1232.69-70.80x溫度+30.06x濕度-115.73x風速(R=0.9925)，利用該方程，可以通過聽取天氣預(yù)報中的溫度、相對濕度、風速數(shù)據(jù)推算出當天的空氣負離子濃度。

自德國科學(xué)家在19世紀首次發(fā)現(xiàn)空氣負離子，國內(nèi)外學(xué)者對其的產(chǎn)生機理、醫(yī)療保健效果進行了大量研究，并認為紫外線照射、飛濺的水花、植物的光合作用可以顯著增加空氣負離子濃度[12-13]，因此建議在今后的公路綠化林帶建設(shè)中，應(yīng)該考慮增加噴水設(shè)施，在解決綠化林帶用水和降塵的同時增加空氣濕度，進而提高負離子濃度。公路綠化林帶建設(shè)在打造沿路風景帶的同時，還應(yīng)認真考慮到喬、灌、草的搭配和構(gòu)造，進而增強綠化林帶降溫增濕、減噪滯塵、析氧固碳、釋放空氣負離子的生態(tài)功能。

由于本研究只在夏季進行了空氣負離子的測定工作，而空氣負離子的日變化特征隨季節(jié)、地區(qū)和天氣條件不同而異，沒有一致的規(guī)律性[14-15]，寧德公路綠化林帶一年四季的變化規(guī)律及不同植物種類以及不同植物配置對負離子濃度的影響機理等問題也有待進一步研究。