重庆地区主要森林类型的空气负离子水平及其评价1)

王轶浩 刘访兵 周小舟 刘 茜 李 彬

(重庆市三峡库区森林生态保护与恢复市级重点实验室(重庆市林业科学研究院)，重庆，400036)

重庆地区主要森林类型的空气负离子水平及其评价1)

王轶浩 刘访兵 周小舟 刘 茜 李 彬

(重庆市三峡库区森林生态保护与恢复市级重点实验室(重庆市林业科学研究院)，重庆，400036)

利用便携式空气负离子测定仪(AIC1000)，对重庆地区6种主要森林类型的41个监测点进行为期1 a的空气负离子监测和研究。结果表明：各森林类型均能显著提高空气负离子水平(P<0.01)，从大到小依次为针叶混交林、落叶阔叶林、常绿阔叶林、针叶纯林、竹林、针阔混交林、对照(解放碑商务区)；常绿阔叶林和针叶混交林在晴天时的空气负离子水平显著高于阴天和雨天的(P<0.01)，而落叶阔叶林却相反；天气阴晴对其它森林类型的空气负离子影响则不显著(P>0.05)。各森林类型的空气负离子呈明显的季节变化(P<0.01)，针阔混交林、常绿阔叶林和针叶混交林均以春季最大，落叶阔叶林则以秋季最大；除竹林和针叶混交林外，其它森林类型均以冬季最小。研究监测点的空气负离子水平以Ⅴ等级(400～1 000个·cm-3)为主，以四面山自然保护区的空气质量最好。

空气负离子；森林类型；重庆

空气负离子被誉为空气维生素，具有杀菌、降尘、清洁空气的作用[1]，对人体健康十分有利，已成为评价空气清洁程度和质量的重要指标[2-3]，同时，它也是表征森林生态系统净化空气功能的主要指标。研究森林空气负离子的时空分布特征有助于了解森林为人类所提供的除木材、林产品之外的生态保健功能，能为全面评价森林生态系统的生态服务功能提供科学依据。因此，森林空气负离子分布状况及影响已成为众学者关注的热点[4-6]，尤其是对人们生活居住区及其所向往的一些自然保护区、森林公园等风景名胜区的空气负离子特征研究[7-8]；但从区域尺度系统研究评价森林空气负离子水平及其分布还鲜有报道。

重庆地区位于三峡库区腹地，是长江中上游以及三峡库区的重要生态屏障区，目前森林覆盖率已达到42.1%。森林生态系统对三峡库区保持水土、涵养水源、净化水质等方面都发挥着重要作用，但对其在净化空气功能方面，目前的研究还很少，也缺乏具备足够说服力的科学依据。这严重制约着人们对森林生态服务功能的认识，难以全面、客观评价该区域的森林生态服务功能价值。

笔者在重庆地区的森林公园、自然保护区选择主要森林类型，共涉及35个区县(目前重庆市含38个区县)，进行为期1 a的空气负离子定位监测，以期掌握重庆地区森林空气负离子水平的时空变化规律，从而为该区域的森林生态系统服务功能评价及科普教育方面提供科技支持。

1 研究区概况

重庆市位于中国大陆西南部，东经105°11′～110°11′、北纬28°10′～32°13′，面积8.24×104km2。地形东高西低，由南北向长江河谷逐渐降低，其北部、东部及南部分别有大巴山、武陵山、大娄山环绕；地貌以丘陵、山地为主，坡地面积较大。气候属亚热带季风性湿润气候，年均气温18 ℃左右，冬暖夏热；日照时间1 000～1 200 h，无霜期长；常年降水量1 000～1 450 mm。土壤以紫色土、黄壤和黄棕壤为主。全市现有林地面积4.32×104km2，占全市国土面积的52.4%，森林面积3.47×104km2。地带性森林植被属亚热带常绿阔叶林，但现有森林植被以马尾松(Pinusmassoniana)、杉木(Cunninghamialanceolata)、柏木(Cupressusfunebris)等暖性针叶林为主，占60%以上，其次是常绿阔叶林、落叶阔叶林。

2 研究方法

监测点设置：根据重庆市第7次森林资源清查报告(2002—2007年)，重庆市主要森林类型有针叶纯林、针叶混交林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、针阔混交林、竹林等6种。然后再根据其分布及面积比例，确定各森林类型的空气负离子监测点位置、数量。同时，选择重庆市解放碑商业区的监测点作为对照。此外，对于同一森林类型监测点的布设还要综合考虑地理位置、海拔和优势树种等因素，以力求各森林类型的空气负离子监测具有典型代表性。在全市共布设41个监测点，各监测点的基本情况见表1。

数据采集：2012年，采用便携式空气负离子测定仪(AIC1000)对以上各森林类型的空气负离子进行监测。具体为每天早上8：00—9：00，在各监测点首先记录天气条件(晴天、阴天和雨天)，然后在监测点内固定位置的1.3 m高度处，同步测定其空气负离子水平；每隔30 s读取1次数据，每组数据测定20次，最后取其平均值。

数据处理：采用Excel2003软件对数据进行处理，应用SPSS13.0统计软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和LSD检验法的多重均值比较分析。

3 结果与分析

3.1 不同森林类型对空气负离子水平的影响

森林类型能显著影响空气负离子水平(F=2 764.24，P<0.01)(表2)。所有森林类型的空气负离子水平均显著高于对照，说明森林生态系统能有效提高空气负离子水平，改善空气质量。其中以针叶混交林改善空气负离子水平的作用最强，年均值达到976个·cm-3，为对照的3.33倍；落叶阔叶林次之；针阔混交林较弱，但相比对照也提高71%。竹林、针叶纯林与其它森林类型、对照之间的空气负离子水平差异显著(P<0.01)；其它森林类型以及对照相互之间的空气负离子差异也均显著(P<0.01)，但竹林和针叶纯林之间的空气负离子水平无显著差异(P>0.05)，从大到小依次为针叶混交林、落叶阔叶林、常绿阔叶林、针叶纯林、竹林、针阔混交林、对照。

表1 重庆市森林空气负离子监测点的基本情况

由表2可知，2012年针阔混交林的空气负离子水平为220～1 450个·cm-3，变异系数为0.28；它与竹林、针叶纯林、针叶混交林、对照监测点的空气负离子水平的年内变异均达到中等变异(Cv≥0.1)，而常绿阔叶林和落叶阔叶林的空气负离子水平年内变化分别在699～1 153个·cm-3和663～1 318个·cm-3，年内变异较小(Cv分别为0.06和0.08)，属弱变异性。

表2 不同森林类型空气负离子的统计值、方差分析和多重比较

森林类型最大值/个·cm-3最小值/个·cm-3标准差/个·cm-3变异系数(Cv)平均值±标准误/个·cm-3F值对照489208470．16(293±2．51)F 2764．24∗∗针阔混交林14502201420．28(501±7．67)E竹林1073228880．12(746±4．71)Da针叶纯林1123618880．12(744±4．70)Da常绿阔叶林1153699550．06(901±2．95)C落叶阔叶林1318663770．08(935±4．10)B针叶混交林1268692940．10(976±5．03)A

注：同列不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)，小写字母表示差异显著(P<0.05)；** 表示极显著(P<0.01)。

3.2 天气条件对空气负离子水平的影响

天气条件对解放碑商务区(对照)以及常绿阔叶林、落叶阔叶林、针叶阔叶林的空气负离子水平均有显著影响(P<0.01)，但对针阔混交林、竹林和针叶纯林的空气负离子水平影响不明显(P>0.05)(表3)。

表3 不同天气条件的空气负离子

注：表中空气负离子水平数值为“平均值±标准差”；** 表示极显著(P<0.01)。

对于解放碑商务区、常绿阔叶林和针叶混交林，晴天的空气负离子水平均显著高于阴天和雨天，但对照和针叶混交林以雨天的空气负离子水平最低，而常绿阔叶林以阴天最低，说明对于以上监测点，晴天更有利于空气负离子水平的改善。落叶阔叶林则相反，不同天气条件的空气负离子水平从大到小排序为雨天、阴天、晴天。由表3可知，同一天气条件下，晴天的不同森林类型空气负离子水平从大到小排序为针叶混交林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、针叶纯林、竹林、针阔混交林、对照；阴天从大到小排序为落叶阔叶林、针叶混交林、常绿阔叶林、竹林、针叶纯林、针阔混交林、对照；雨天从大到小排序为落叶阔叶林、常绿阔叶林、针叶混交林、针叶纯林、竹林、针阔混交林、对照。

3.3 各森林类型空气负离子的季节变化

季节变化对各森林类型和对照的空气负离子均有显著影响(P<0.01)(表4)。解放碑商务区夏季的空气负离子水平显著高于秋季、春季和冬季(P<0.01)，分别高16.49%、17.71%和31.40%，秋季和春季的空气负离子水平显著高于冬季(P<0.01)，但秋季和春季之间的差异不显著(P>0.05)。针阔混交林春季和夏季的空气负离子水平均与秋季、冬季有显著差异(P<0.01)，但春季和夏季之间无显著差异(P>0.05)、秋季与冬季之间则呈显著差异(P<0.05)。竹林秋季的空气负离子水平均与其它季节无显著差异，春季和夏季之间也无显著差异，但其冬季的空气负离子水平显著高于春季和夏季(P<0.05)。针叶纯林春季和冬季的空气负离子水平差异不显著，但它们与夏季、秋季相互之间的差异均达到显著水平(P<0.01)。常绿阔叶林冬季的空气负离子水平与春季、夏季之间的差异达到显著水平(P<0.01)，但与秋季之间的差异不显著；秋季则与春季达到显著水平(P<0.05)，与夏季之间的差异不显著(P>0.05)。落叶阔叶林不同季节相互之间的差异均显著，从大到小排序为秋季、夏季、春季、冬季。针叶阔叶林秋季的空气负离子水平显著低于其它季节(P<0.01)，夏季与冬季、春季之间有显著差异(P<0.05)，春季均显著高于其它季节。

表4 各森林类型空气负离子的季节变化

注：同列不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)，小写字母表示差异显著(P<0.05)；** 表示极显著(P<0.01)。

在季节动态中，针阔混交林、常绿阔叶林和针叶混交林的空气负离子水平均以春季最大；解放碑商务区和针叶纯林则以夏季最大；落叶阔叶林以秋季最大；竹林以冬季最大。除竹林和针叶混交林外，解放碑商务区和其它森林类型的空气负离子水平年内最低值均出现在冬季，说明在冬季解放碑商务区和其它森林类型的空气质量均有所下降。

3.4 森林环境空气负离子评价

石强等[8-9]利用数学模型对森林环境空气负离子的大量监测数据进行分析，将负离子水平划分为Ⅰ(>3 000个·cm-3)、Ⅱ(2 000～3 000个·cm-3)、Ⅲ(1 500～2 000个·cm-3)、Ⅳ(1 000～1 500个·cm-3)、Ⅴ(400～1 000个·cm-3)和Ⅵ(≤400个·cm-3)6个等级，并较好地应用到广州流溪河国家森林公园、北京小龙门森林公园、张家界森林公园的空气负离子等级评价中。因此，本研究采用以上标准对重庆地区主要森林公园、自然保护区的空气负离子水平进行等级评价。

由表5可知，2012年，除解放碑商务区的空气负离子等级属Ⅵ级外，其它森林类型的空气负离子平均等级均为Ⅴ级。全市各森林公园、自然保护区的空气负离子等级分布在Ⅲ～Ⅵ级。其中，巫溪红池坝森林公园和江津四面山自然保护区的空气负离子水平达到Ⅲ级，但从空气负离子等级分布情况看(表5)，四面山的空气负离子水平更稳定，质量更高；彭水茂云山森林公园等11个监测点的空气负离子水平达到Ⅳ级，占所有监测点的16.83%，以万盛黑山谷的空气负离子质量最好；黔江仰头山森林公园等24个监测点的空气负离子水平达到Ⅴ级，占58.54%；沙坪坝歌乐山森林公园等4个监测点的空气负离子水平为Ⅵ级，空气质量较差，又以解放碑商务区的空气负离子质量最差。

表5 重庆地区森林环境空气负离子评价

4 结论与讨论

森林生态系统能通过植被的光合作用、瀑布(溪流)的喷筒效应等方式有效增加空气负离子水平[10]，本研究结果也表明森林环境的空气负离子水平显著高于对照监测点(解放碑商务区)。但空气负离子水平不仅受森林类型[5]、林分密度[6]、林龄、郁闭度、树高、乔—灌—草比例等植被结构特征影响[3-4]，而且还受气象条件(气温、相对湿度、风等)[1，11]以及海拔等地形条件[5，12]的影响，同时与空气污染等人类活动也密切相关[12-13]。因为影响空气负离子因素的多样性和复杂性，以及研究方法的差异性和监测条件的局限性，致使目前森林类型对空气负离子水平的影响结果尚无定论，不过大多数研究都认为针叶林的空气负离子水平高于阔叶林[14-16]。

本研究结果则表明：空气负离子水平从大到小依次为针叶混交林、落叶阔叶林、常绿阔叶林、针叶纯林、竹林、针阔混交林、解放碑商务区。由于森林植被都呈现一定的地带性分布，包括水平地带性和垂直地带性，结合表1中各森林类型监测点的海拔，以及重庆地区森林植被的垂直分布规律，不难发现其森林植被随海拔的分布与森林类型空气负离子的大小排序有较好的吻合性，即位于高海拔的森林类型空气负离子水平也高。曾曙才等[12]研究也表明空气负离子水平随海拔增加而下降，但笔者对不同海拔的同一森林类型(马尾松林)的空气负离子水平进行相关分析，却发现海拔与空气负离子水平相关性并不显著(P>0.05)，这可能还与森林类型的水平分布有关。究其原因，空气负离子水平是动态变化的，它不仅与森林类型自身产出的负离子数量有关，而且还与外界空气的负离子交换量、因颗粒物吸附而沉降的负离子量[1，17]有关；处于同一水平区域的海拔越高，通常人类活动越弱，对空气质量的影响也越小，然而空气污染等人类活动会对空气负离子产生负作用[12-13]。本研究的森林类型又都位于人类活动比较频繁的森林公园和自然保护区，其空气负离子水平的显著差异可能很大程度上还与人类活动影响有关。

天气条件对各森林类型空气负离子水平的影响不同。对于常绿阔叶林和针叶混交林，晴天的空气负离子水平显著高于阴天和雨天，这与曾曙才等[12]研究结果一致，认为晴天丰富的紫外线和强烈的光合作用都有助于空气负离子的产生。对于落叶阔叶林，雨天的空气负离子却显著高于晴天，吴甫成等[13]研究结果也表明：落叶阔叶林下雨后空气负离子增加。然而对于针阔混交林、竹林和针叶纯林，天气阴晴对空气负离子水平的影响则不明显。目前，对于天气条件对森林类型影响的这种差异性尚不清楚，还有待进一步研究。

各森林类型的空气负离子呈现明显的季节性变化。通常认为，夏季空气负离子水平最高、秋季和春季次之、冬季最低[17-18]。本研究中只有针叶纯林的空气负离子季节动态与此一致。针阔混交林、常绿阔叶林和针叶混交林的空气负离子均以春季最大；落叶阔叶林则以秋季最大，这可能与森林植被的生命活动、生长节律等有关[19]。然而，影响森林空气负离子水平的因素很多，且其机理也很复杂，目前尚不能定量化森林类型对提高空气负离子水平的贡献率。今后应进一步完善森林空气负离子的监测方法和手段，同时，还需同步开展森林植被特征、气象条件、地形因子、空气污染等方面的全面监测，以从机理上掌握空气负离子的空间分布。

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Air Anions Content and Its Evaluation for Main Forest Types in Chongqing/Wang Yihao, Liu Fangbing, Zhou Xiaozhou, Liu Qian, Li Bin

(Chongqing Key Laboratory of Forest Ecology, Protection and Restoration in the Three Gorges Reservoir Region, Chongqing Academy of Forestry, Chongqing 400036, P. R. China)//

Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(6).-38～42

With AIC1000 portable air anions tester, the air anion concentration of six main forest types had been measured in 41 monitoring plots of Chongqing in 2012. All forest types significantly can improve air anion content (P<0.01). The order of content is mixed conifer forest>deciduous broad-leaved forest>evergreen broad-leaved forest>coniferous forest>bamboo forest>mixed conifer-broadleaved forest>CK(Jiefangbei Business District). For evergreen broad-leaved forest and mixed conifer forest, the air anions content in sunny day is higher than that in cloudy day and rain day (P<0.01), but it is in contrast for deciduous broad-leaved forest, and the weather conditions has not a significant effect on air anions content of other forest types (P>0.05). Air anions of every forest types presents an obviously seasonal variation (P<0.01). The air anions content is the most in spring for mixed conifer-broadleaved forest, evergreen broad-leaved forest and mixed conifer forest, but it is the most in autumn for deciduous broad-leaved forest. Except bamboo forest and mixed conifer forest, air anions of other forest types are the least in winter. The air anions content mainly located in the grade of V level (400-1 000 air anions/cm-3) in the monitoring spots, and the air quality of Simian Mountains Nature Reserve is the best in all monitoring spots.

Air anions; Forest type; Chongqing

王轶浩，男，1982年4月生，重庆市三峡库区森林生态保护与恢复市级重点实验室(重庆市林业科学研究院)，高级工程师。

2013年8月21日。

S718.5； X173

1) 重庆市基本科研业务费专项(BS1002)、林业公益性行业科研专项(201004039)。

责任编辑：戴芳天。