河北霧靈山國家級自然保護區(qū)負氧離子變化及影響因素研究

文章編號：1674-6139（2025）07-0120-06

中圖分類號：X171文獻標志碼：B

Variation of Negative Oxygen Ions and Analysis of Influencing Factors in Hebei Wuling Mountain National Nature Reserve

MaXiaoxin’，LiTan2，CuiHualei1，WangShui1，ChenCaixial （1.Administration Bureau of Wulingshan National Nature Reserve in Hebei ProvinceChengdeO763Oo，China; 2.People's Government of WulingShan Town Xing Long County，Chengde O7630o，China）

Abstract：InthisstudytooktheairnegativeoxygenionsintheHebeiWulingMountainNationalNatureReserveastheresearchob ject.Byusinglongterdyamicmoitoringdata，weanalyzdtedailymonthlyandsasonalvarationsofirgativeygenion concentrationsatthesamplgpintsLaaLak，ganWaterfallndXiaenagodasellselatiosipithe logicalfactorsesudysoaalydtevaluatioofirqualityandngatieoxygenonconcetrationlvelsmingtoproidedata supportfortheevaluationofcologicalservicefunctionsandenvironmentalqualityinthereserve.TeresultsshowThedailyvaationf airnegativeoygenionsinWulingMountainNationalNatureReserefolowsaU-shapedpaten，withhgheroncentratiosatnight thanduringtheday；eoverallmontlyarationpaesosnivertedUshapedrend，withthighestcoceratiosiJune andJuly，thelowestinDecember;Theseasonal variationof negativeoxygenionconcentrations isintheorderof summer gt; autumn gt; spring （204 gt; winter；irgaencaiosisantlgaieyoeadidddiantliela edwithcarbondoxideoncetratiomospericmperaurendmospericumidity；egativexygnonocetratioleelis classified as Class 1.

KeyWords;HebeiWulingMountainNationalNatureReserve；negativeoxygenions；concentration；meteorological factors

前言

隨著生活水平的日益提高，人們越來越注重對保健養(yǎng)生的追求，“森林氧吧”、“生態(tài)旅游”等健康的旅游方式受到了人們越來越多的關注[1-2]空氣負氧離子是帶有負電荷的氣體分子和輕離子團的總稱，不僅能調(diào)節(jié)人體的生理機能，增強人體免疫能力，還在改善空氣質(zhì)量，吸塵降塵、抑菌殺菌、防治疾病等方面具有顯著效果，濃度水平已成為衡量空氣清新程度的指標之一[3]。目前，空氣負氧離子是自然保護區(qū)中重要的生態(tài)旅游資源，濃度的高低也是衡量森林康養(yǎng)基地質(zhì)量好壞的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的動態(tài)監(jiān)測指標，被稱為空氣的“維生素”和\"生長素”[4]。因此，對自然保護區(qū)中的空氣負氧離子濃度監(jiān)測和影響因子的研究顯得尤為重要。目前，國內(nèi)外學者對負氧離子濃度變化特征及影響要素開展了大量研究[5-7]，河北霧靈山國家級自然保護區(qū)雖然被評為“中國森林養(yǎng)生基地”，但關于該區(qū)域空氣負氧離子的研究鮮見報道。研究以河北霧靈山國家級自然保護區(qū)空氣負氧離子為研究對象，利用長期動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析空氣負氧離子濃度時空變化規(guī)律及與氣象因子之間的關系，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、建設森林康養(yǎng)基地提供科學依據(jù)，以期實現(xiàn)霧靈山保護區(qū)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

河北霧靈山國家級自然保護區(qū)位于興隆縣境內(nèi)，西北部與北京市密云縣相接，東北部與承德縣相接，地理坐標為東經(jīng) 117^°17^′～117^°35^′ ，北緯 40^°29^′～ 40^°38^′ ，海拔高度 2118m ，森林覆蓋率為 84.68% ，氣候類型為溫帶濕潤大陸型季風氣候，冬季寒冷，夏季涼爽，晝夜溫差較大，年平均溫度 7.6% ，年均降水量 700～900mm 。1983年經(jīng)河北省政府批準設立河北省霧靈山省級自然保護區(qū)，1988年晉升為國家級自然保護區(qū)，主要保護區(qū)對象為暖溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)及弼猴分布北限。霧靈山國家級自然保護區(qū)具有雨熱同季、冬長夏短、晝夜溫差大的特征，是華北“熱?！敝械摹氨苁顩鰨u”。保護區(qū)東西長 24km ，南北寬 17km ，面積為 14246.9hm₂ ，其中實驗區(qū)為 8047.9hm₂ 、緩沖區(qū)為 2404.4hm₂ 、核心區(qū)為3 ?794.6hm₂ 。霧靈山生物多樣性十分豐富，是多種珍稀瀕危野生動植物的主要棲息地和生長地，被譽為“華北物種基因庫”[8]。此外，霧靈山保護區(qū)豐富的森林資源，被贊為“京津冀后花園”，在固碳釋氧、防風護沙、凈化空氣、涵養(yǎng)水源等方面發(fā)揮著巨大的生態(tài)效益。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)采集

研究數(shù)據(jù)來源于河北霧靈山國家級自然保護區(qū)蓮花池、龍?zhí)镀俨己拖扇怂鷳B(tài)環(huán)境監(jiān)測設備PH-FLZ07（北京欣智恒科技股份有限公司），主要監(jiān)測數(shù)據(jù)為：空氣負氧離子濃度、風速、實時溫度、相對濕度、二氧化碳濃度等。負氧離子監(jiān)測儀離子遷移率為0.4cm² ，測量范圍為 0～10⁵ 個 'cm³ ，風速 ±（0.3+ 0.03V）m/s ，實時溫度 （±0.19C ）、相對濕度 ±2% 、二氧化碳濃度 。研究所獲得的觀測資料自2023年1月1日起到2023年12月31日止，其中空氣負氧離子濃度和各氣象因子數(shù)據(jù)采集頻率為每一分鐘采集一次，測定高度為離地面1.5米，負氧離子監(jiān)測樣點分布見圖1。

2.2 數(shù)據(jù)處理與分析

為保證數(shù)據(jù)的完整性以及準確性，在數(shù)據(jù)處理之前，去除原始數(shù)據(jù)中大于3倍標準差數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)中的無效數(shù)據(jù)使用臨近的下一個觀測值進行填充。計算平均值對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用spss22.0統(tǒng)計軟件對負氧離子濃度與溫度、濕度、二氧化碳、風速進行相關性分析。負氧離子濃度等級評價分析，文章結(jié)合河北霧靈山國家級自然保護區(qū)負氧離子濃度情況，根據(jù)《空氣負（氧）離子濃度觀測技術(shù)規(guī)范》（LY/T2586-2016）及參考相關文獻[9-10]，對河北霧靈山國家級自然保護區(qū)負氧離子濃度與健康、空氣質(zhì)量等級、空氣清新程度等指標進行評價。

3 變化特征及影響分析

3.1負氧離子濃度時間變化規(guī)律

3.1.1空氣負氧離子濃度日變化規(guī)律

選取河北霧靈山國家級自然保護區(qū)蓮花池、龍?zhí)镀俨?、仙人塔三個樣點獲取的2023年1－12月份的負氧離子數(shù)據(jù)進行分析，繪制三個樣點24小時負氧離子濃度變化曲線圖（見圖2）。如圖2所示，蓮花池樣點22點負氧離子濃度最高，濃度達到5357個 /cm³ ，而在12點負氧離子濃度達到最低，濃度為4597個/ 'cm³ ；蓮花池日平均負氧離子濃度為4992個/ cm³ ，高于平均值的時段為下午的17點到凌晨6點。龍?zhí)镀俨紭狱c負氧離子濃度最高點出現(xiàn)在凌晨1點，濃度為10896個/ 'cm³ ，最低負氧離子濃度的時間為13點，濃度為6476個 'cm³ ；龍?zhí)镀俨既掌骄撗蹼x子濃度為9062個/ cm³ ，高于平均值的時段為晚上19點到上午9點。仙人塔樣點負氧離子濃度最高點出現(xiàn)在晚上23點，濃度為5651個/ ^′cm³ ，最低負氧離子濃度的時間為上午11點，濃度為3866個 'cm³ ；仙人塔樣點日平均負氧離子濃度為4975個/ cm³ ，高于平均值的時段為晚上18點到上午7點。

蓮花池、龍?zhí)镀俨?、仙人塔三個樣點的負氧離子濃度的日變化存在一定規(guī)律性，整體呈U型趨勢，夜間的空氣負氧離子濃度均高于白天。這可能是因為夜晚氣溫較低濕度大，空氣較為穩(wěn)定，有利于負氧離子的積累和擴散，白天溫度升高，空氣中的水分子蒸發(fā)較快，從而使白天空氣負氧離子濃度降低；龍?zhí)镀俨紭狱c的空氣負氧離子濃度顯著高于蓮花池和仙人塔樣點，可能由于龍?zhí)镀俨伎諝庵械乃趾枯^高，利于空氣負氧離子的形成。

3.1.2空氣負氧離子濃度月變化規(guī)律

河北霧靈山國家級自然保護區(qū)三個樣點的月變化規(guī)律見圖3。霧靈山國家級自然保護區(qū)三個樣點的空氣負氧離子濃度變化依然存在一定規(guī)律性，整體呈向增后減的倒U字型趨勢，這與溫度變化趨勢基本一致;蓮花池樣點和仙人塔樣點的空氣負氧離子濃度的最高峰出現(xiàn)在7月份，分別為8960個 'cm³ 和9497個/ cm³ ;龍?zhí)镀俨嫉淖罡叻宄霈F(xiàn)在6月份，分別為14180個/ ^′cm³ ；蓮花池、龍?zhí)镀俨己拖扇怂齻€樣點的空氣負氧離子濃度最低值均出現(xiàn)在12月份，分別為2147個 /cm³?2503 個 /cm³ 和1198個/ cm³ 。

研究按照一年四季氣候資料進行劃分，2023年3月-5月為春季，2023年6月-8月為夏季，2023年9月-11月為秋季，2023年12月和2024年1月-2月為冬季。霧靈山國家級自然保護區(qū)龍?zhí)镀俨?、仙人塔三個樣點的空氣負氧離子濃度季節(jié)性變化見圖4。由圖4可見，蓮花池、龍?zhí)镀俨肌⑾扇怂齻€樣點空氣負氧離子濃度最高均出現(xiàn)在夏季，分別為8729個/ cm³ 、13152個/ cm³ 和8569個/ cm³ 。其次是秋季，再次春季，最小值均出現(xiàn)在寒冷干燥的冬季，分別為2757個/ cm³，4335 個 ^′cm³ 和2623個/ 。原因可能是冬季風大，空氣質(zhì)量差，植物光合作用弱，產(chǎn)生較少的氧氣，同時冬季大氣中的懸浮顆粒物較多，容易吸附空氣中的負氧離子，故冬季空氣負氧離子濃度降低；而夏季光照時間較長，植被生長旺盛，森林植物的“尖端放電”和光合作用形成的“光電反應”，且夏季易發(fā)生雷電降雨天氣，光合作用釋放大量的氧氣與空氣中的水氣通過電離作用結(jié)合產(chǎn)生大量的空氣負氧離子，故夏季的空氣負氧離子濃度最高，空氣質(zhì)量最清新。

三個樣點生態(tài)監(jiān)測站的空氣負氧離子濃度無論是日變化、月變化還是季度變化，變化趨勢一致，但存在一定的濃度差異。龍?zhí)镀俨嫉目諝庳撗蹼x子濃度均高于仙人塔和蓮花池，可能與兩個因素有關：一是三個生態(tài)監(jiān)測站均處于霧靈山保護區(qū)，地理環(huán)境相似，因此總的變化趨勢一致。二是因為龍?zhí)镀俨嘉挥谄俨几浇斔鲝母咛幝湎?，與巖石或水面發(fā)生沖擊時，會產(chǎn)生很大的能量。這種能量會導致水分子的分解和重組，從而釋放出大量的負氧離子。這些負氧離子隨著水霧飄散到空氣中，使周圍空氣中的濃度增加。

3.2空氣負氧離子濃度變化與氣象因子的相關性分析

應用統(tǒng)計分析軟件SPSS22.00對河北霧靈山國家級自然保護區(qū)蓮花池、龍?zhí)镀俨肌⑾扇怂齻€樣點的空氣負氧離子濃度和監(jiān)測到的氣象因子進行相關性分析，結(jié)果如表1所示，三個樣點的空氣負氧離子濃度變化均與風速呈顯著負相關，與二氧化碳濃度、大氣溫度、相對濕度呈顯著正相關。原因可能是風速會增加空氣摩擦導致空氣負氧離子濃度增加，但風速太大會使?jié)舛认陆?空氣溫度升高，森林植被的光合作用和生長活動增強，有利于負氧離子的產(chǎn)生;空氣相對濕度的加大，提高了帶電負離子與水分子結(jié)合效率，從而提高了空氣負氧離子濃度。

3.3負氧離子濃度等級評價

目前空氣負氧離子濃度等級的劃分沒有統(tǒng)一的標準，根據(jù)《空氣負（氧）離子濃度觀測技術(shù)規(guī)范》（LY/T2586-2016），結(jié)合負氧離子濃度情況，文章對河北霧靈山國家級自然保護區(qū)負氧離子濃度、負氧離子等級、空氣質(zhì)量等級、空氣清新程度及與健康的關系分季度逐位置進行了劃分評價，評價結(jié)果如表2所示，從負氧離子濃度來看，河北霧靈山國家級自然保護區(qū)負氧離子濃度全年均值為6 173個/ ^cm3 ，三個樣點負氧離子濃度隨著季節(jié)的變化均為夏季 gt; 秋季 gt; 春季 gt; 冬季。從負氧離子等級比較龍?zhí)镀俨即?、夏、秋、冬四個季節(jié)負氧離子等級均為1級水平，仙人塔、蓮花池除冬季為2級水平外，其他季節(jié)均為1級水平;空氣質(zhì)量等級三個樣點全年均為1級、空氣非常清新且對身體健康極有利具有治療和康復功效。

4結(jié)論

河北霧靈山國家級自然保護區(qū)三個樣點空氣負氧離子濃度有明顯的日變化，總體來說呈現(xiàn)U字型分布規(guī)律，白天空氣負氧離子濃度低于夜晚的空氣負氧離子濃度；月變化依然存在一定規(guī)律性，整體呈先增后減的倒U字型趨勢，三個樣點出現(xiàn)最高值為6月、7月份最高，最低出現(xiàn)在12月，這一變化與溫度變化趨勢基本一致;從季節(jié)變化來看，空氣負氧離子濃度高低依次為夏季 gt; 秋季 gt; 春季 gt; 冬季。河北霧靈山國家級自然保護區(qū)三個樣點的空氣負氧離子濃度變化均與風速呈顯著負相關，與二氧化碳濃度、大氣溫度、大氣濕度呈顯著正相關。河北霧靈山國家級自然保護區(qū)空氣質(zhì)量年均位于一級水平，空氣非常清新，對人體健康很有利，具有治療和康復功效，是極好的旅游勝地。

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