空氣負氧離子的時空分布特征及其影響因素研究—以福建君子峰國家級自然保護區(qū)為例

吳偉貞

（福建君子峰國家級自然保護區(qū)管理局，福建 三明 365200）

引言

森林生態(tài)系統(tǒng)在保護生物多樣性、固碳、釋氧、調(diào)節(jié)水源、凈化水質(zhì)、凈化大氣環(huán)境和休閑游憩等方面發(fā)揮著重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，而森林中的負氧離子濃度不僅是作為森林活動也是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價的重要參數(shù)[1]。研究表明，負氧離子濃度較高時，人體內(nèi)血清素含量水平可以得到調(diào)節(jié)，從而調(diào)整人體的穩(wěn)態(tài)，促進激素分泌，促進人體的代謝循環(huán)，使人體細胞延緩衰老的進程[2]。近年來，許多專家學(xué)者針對性地開展了有關(guān)負氧離子濃度水平變化規(guī)律的研究，從季節(jié)變化方面，空氣負氧離子遵循的規(guī)律為夏季達到最高，春秋季次之，冬季呈現(xiàn)最低[3-4]。從森林類型方面，一般環(huán)境內(nèi)空氣負氧離子的濃度變化遵循從人工林環(huán)境向自然環(huán)境遞增的分布規(guī)律，且空氣負氧離子濃度隨郁閉度的增加逐漸升高[5-6]。然而，空氣負氧離子濃度的變化規(guī)律與植被類型和氣候條件均有密切的關(guān)系，有研究表明森林環(huán)境中的溫度、濕度、光輻射和海拔等多種因素均會影響到負氧離子濃度的變化[7-9]。但不同的研究區(qū)域之間由于氣候因素和植被條件的不同，很難得出統(tǒng)一的影響機制[5，9]。本文通過分析空氣負氧離子濃度的月際變化規(guī)律及與溫度和濕度的關(guān)系，根據(jù)森林生態(tài)環(huán)境內(nèi)空氣負氧離子的變化規(guī)律，建立科研監(jiān)測和數(shù)據(jù)管理體系，為合理開發(fā)利用森林旅游資源、進行森林康養(yǎng)活動以及保護區(qū)生態(tài)自然環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

福建君子峰國家級自然保護區(qū)位于福建省三明市明溪縣境內(nèi)，處在我國中亞熱帶東部，涉及楓溪、夏坊、蓋洋、沙溪和夏陽5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的15個行政村。君子峰國家級自然保護區(qū)屬于中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，擁有保護完好的大面積低緯度低海拔中亞熱帶基帶常綠闊葉林森林生態(tài)系統(tǒng)，動植物資源豐富、生物的多樣性豐富[10]。巖坑生態(tài)監(jiān)測站位于夏坊轄區(qū)，桃源生態(tài)監(jiān)測站位于灣內(nèi)轄區(qū)。夏坊轄區(qū)總面積為1×104ha（其中核心區(qū)面積為4.7×103ha、緩沖區(qū)面積為2.2×103ha、實驗區(qū)面積為3.2×103ha），而灣內(nèi)轄區(qū)總面積為5.2×103ha（其中核心區(qū)面積為2.2×103ha、緩沖區(qū)面積為1.4×103ha、實驗區(qū)面積為1.4×103ha）。

1.2 監(jiān)測方法

在巖坑、桃源監(jiān)測點利用IM800型負離子濃度自動測量儀，通過負氧離子測量儀器的設(shè)備定位定時監(jiān)測中亞熱帶基帶常綠闊葉林森林生態(tài)系統(tǒng)，全天24 h不間斷地自動采集環(huán)境濕度、溫度數(shù)據(jù)組和負氧離子濃度，設(shè)定儀器每1 min采集一次數(shù)據(jù)[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 巖坑、桃源負氧離子濃度月際變化特征

巖坑和桃源兩個監(jiān)測站月平均負氧離子濃度呈雙峰型變化趨勢（圖1），最高值均出現(xiàn)在5月和11月。具體來看，巖坑的月平均負氧離子濃度均在2 950 ion·cm-3以上，年均負氧離子濃度3 798 ion·cm-3；桃源的月平均負氧離子濃度在2 000 ion·cm-3以上，年均負氧離子濃度為2 360 ion·cm-3（圖1）。

圖1 巖坑、桃源監(jiān)測站空氣負氧離子濃度月際間變化圖

根據(jù)國家林業(yè)和草原局發(fā)布的《推進生態(tài)文明建設(shè)規(guī)劃綱要（2013-2020）》及國內(nèi)大部分使用的空氣中負氧離子濃度的六級評價標(biāo)準(zhǔn)[12-13]?？傮w看，君子峰保護區(qū)巖坑和桃源兩個生態(tài)監(jiān)測站的空氣負氧離子含量均較高。具體看，巖坑監(jiān)測站的空氣負氧離子濃度除9月份在二級水平，其余月份均在一級水平；桃源監(jiān)測站全年的負氧離子濃度均在二級水平（如表1）。

表1 負氧離子濃度標(biāo)準(zhǔn)等級

2.2 負氧離子濃度的日間變化

空氣負氧離子濃度不僅表現(xiàn)出月際間變化的特征，在日間也存在波動情況。以2022年5月巖坑和桃源監(jiān)測站的監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，兩個監(jiān)測站的空氣負氧離子濃度的變化趨勢基本一致，均呈雙峰型，如圖2。具體來看，桃源監(jiān)測站的空氣負氧離子濃度只在5月13～15日略高于巖坑，其余時間均低于巖坑監(jiān)測站。

圖2 2022年5月巖坑、桃源生態(tài)監(jiān)測站負氧離子濃度日間變化3 結(jié)論與討論

（1）君子峰保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)主要以常綠闊葉林森林為主[10]。保護區(qū)內(nèi)的空氣負氧離子濃度全年均處于一級和二級水平，對人類的身體健康都是很有利的[12-13]，非常適合森林康養(yǎng)和森林生態(tài)旅游等活動。在國務(wù)院《“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標(biāo)綱要》中，已將“康養(yǎng)文旅”上升至國家戰(zhàn)略目標(biāo)，所以，研究不同區(qū)域森林空氣負氧離子濃度的變化趨勢、開展更全面的負氧離子及其影響因素的研究對服務(wù)國家戰(zhàn)略需求具有重要意義。

（2）巖坑、桃源兩個生態(tài)監(jiān)測站的空氣負氧離子濃度在月際間變化趨勢一致，但差異較大，巖坑的月均空氣負氧離子濃度均高于桃源，可能與兩個因素有關(guān)：一是兩個生態(tài)監(jiān)測站均處于明溪君子峰保護區(qū)，林分結(jié)構(gòu)及地理環(huán)境相似，因此總的變化趨勢一致。二是因為夏坊轄區(qū)的面積遠大于灣內(nèi)轄區(qū)的總面積，植被生物量遠超過灣內(nèi)轄區(qū)，植物的光電效應(yīng)、電離效應(yīng)高于灣內(nèi)轄區(qū)，可以產(chǎn)生更多的負氧離子[3，14]。鄭詩禹等發(fā)現(xiàn)空氣負氧離子濃度與森林的郁閉度有關(guān)，高郁閉度環(huán)境的空氣負氧離子濃度是低郁閉度的1.4倍，是空闊地的1.7倍[5]。因此，在后續(xù)的研究中需補充巖坑和桃源兩個監(jiān)測站森林郁閉度的調(diào)查數(shù)據(jù)。

（3）本研究發(fā)現(xiàn)，巖坑和桃源兩個監(jiān)測站的空氣負氧離子濃度均在5月和11月達到高峰，而此時的溫度均在10～21℃，濕度均在90%以上。有研究發(fā)現(xiàn)，空氣負氧離子濃度與溫度密切相關(guān)，夏季氣溫和秋季氣溫均較高，植物生長比較旺盛，促進了代謝活動和光合作用，從而促進了葉片尖端放電及空氣電解過程，使環(huán)境中負氧離子濃度升高[3，5]。也有研究發(fā)現(xiàn)，空氣負氧離子濃度與環(huán)境濕度也有較強相關(guān)性，如相對濕度在75%～95%之間，負氧離子的濃度與濕度為線性遞減關(guān)系；如相對濕度在55%～75%之間，負氧離子的濃度則與濕度為線性遞增關(guān)系；而相對濕度在35%～55%之間，負氧離子的濃度則較穩(wěn)定[9]。本研究發(fā)現(xiàn)在同一個月，由于每天的溫度、濕度、日輻射等因素不同，造成空氣負氧離子濃度也發(fā)生了較大變化，這也表明負氧離子濃度變化是由多個因素共同造成的，而單一考慮某個因素與負氧離子濃度的相關(guān)性可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，甚至錯誤[8-9]。本文僅基于已有的觀測資料從君子峰保護區(qū)兩個監(jiān)測站負氧離子濃度的時空變化特征及其可能與溫度和濕度的關(guān)系進行了分析，為森林康養(yǎng)和森林旅游等活動提供一定參考。

基于以上3點研究發(fā)現(xiàn)，負氧離子濃度與保護區(qū)生態(tài)環(huán)境存在著密不可分的關(guān)系，所以應(yīng)進一步探索建立更符合君子峰保護區(qū)特色的保護管理策略：一是應(yīng)積極推進科研項目申報與實施，不斷完善生態(tài)定位監(jiān)測等科研監(jiān)測體系的建設(shè)，同時加強與科研院所的緊密合作，在森林郁閉度、固土、保肥、林木養(yǎng)分固持、森林康養(yǎng)等領(lǐng)域開展更全面的研究，組織專業(yè)技術(shù)人員參與野外調(diào)查、生態(tài)監(jiān)測等專業(yè)化項目，培養(yǎng)一支綜合素養(yǎng)高的專業(yè)技術(shù)人才隊伍，提升科研監(jiān)測水平和專業(yè)化能力，爭取在重點課題創(chuàng)新研究、科技論文撰寫發(fā)表、科研成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用等方面出成果，全方位展示保護區(qū)豐富的生物資源、豐碩的科研成果及良好的保護成效。二是可建設(shè)集資源管護、科研監(jiān)測、森林防火、無人機巡航、數(shù)據(jù)分類管理等“天空地”一體化管護監(jiān)測系統(tǒng)，并結(jié)合先進的技術(shù)，運用大數(shù)據(jù)、云計算等先進的信息技術(shù)，以數(shù)字化促進保護區(qū)管理，建立智慧型保護區(qū)，提升生態(tài)資源保護水平，充分發(fā)揮保護區(qū)的生態(tài)價值。