信阳市不同生境空气负离子浓度动态变异

2015-08-15单燕祥余开慧柳勇骆建莉冯万富

河南林业科技 2015年1期

单燕祥，余开慧，柳勇，骆建莉，冯万富

（1.信阳市林业科学研究所，河南信阳 464031；2.信阳市南湾实验林场，河南信阳 464031）

随着城市化进程的加快和城市规模的扩大，生态环境遭到破坏，大气污染日趋严重，空气质量下降。作为衡量空气质量的重要指标之一的空气负离子，逐渐引起人们的广泛重视。空气负离子能吸附空气中的污染物和悬浮颗粒，使空气得到净化，尤其对空气颗粒物有明显的沉降效果[1]。较高浓度的空气负离子对人体具有很好的医疗保健功能[2]。近地面层空气负离子主要来源于植物尖端放电，植物多的地方空气负离子浓度较高[3]。在人口密集的市区，空气离子的寿命仅有几秒钟，而在林区空气离子的寿命较长，最多可达0.3 h 左右[4]。目前国内外对特定生境条件下空气负离子浓度动态变异进而对其环境质量进行评价的研究报道较多[5—13]，但采用长期连续定位观测的方法开展空气负离子浓度变异的研究报道不多。为此，以信阳市不同林分及不同生境条件下的空气负离子作为研究对象，于2012年3月至2013年2月对信阳市鸡公山景区、市内公园和市内公交车站空气负离子浓度进行了为期1年的连续观测研究，以期反映信阳市不同生态环境条件下空气负离子浓度分布规律，为科学指导城市的规划建设、植物配置以及景区开发提供参考。

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

信阳市位于河南省南部，地处东经113°45′～ 115°55′、北纬30°23′～ 32°27′之间。年均气温15.1～15.5 ℃，年均降水量1 118.7 mm，属北亚热带向暖温带过渡区，具有显著的季风气候特征。多样的气候环境和独特的区位优势，使信阳成为南北多种区系植物的交融之地，保存了较多古老、孑遗、珍稀树种的群落。信阳市是国务院首批命名的国家生态建设示范市之一，该市的鸡公山景区植被丰富，保存较好，森林覆盖率高达90%。

1.2 调查研究方法

1.2.1 观测仪器设备

采用美国Alphalab 公司生产的AIC1000 型空气离子测量仪进行测量，主要观测空气负离子浓度。

1.2.2 观测样地设置

在鸡公山景区选择有代表性的4 种典型林分样地（落叶阔叶林、落叶针叶林、针阔混交林、竹林）进行连续定位观测，同时选取信阳市区内的浉河公园和公交车站开展同步对照观测（表1），每种生境各设置3个样点进行重复观测。

表1 各观测样点植被类型

1.2.3 观测方法

在2012年3月至2013年2月，每月上旬、下旬各连续观测3 d，观测时间8：00～18：00，每2 h 观测1 次，取6 d 观测数据的平均值作为该观测样点的当月数据，以3个月的平均值作为该样地的季度数据进行分析。测量时在每个观测点按东西南北4个方向测定，待数值稳定时分别读数，取4个方向的平均值作为该样点观测数值。并记录调查的时间、地点、天气情况、空气温度、湿度等因子。

1.2.4 数据处理

数据采用Microsoft Excel2003 处理分析、绘制图表，SPSS16.0 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 森林内空气负离子浓度动态变异

2.1.1 不同天气条件下空气负离子浓度变化

在2012年夏季，选择3 种不同天气条件（晴天、多云、阴天）分别测量了鸡公山4 种林分的空气负离子浓度（图1）。

在不同天气条件下，鸡公山4种林分的空气负离子浓度均表现为：晴天＞多云＞阴天。晴天，落叶阔叶林空气负离子浓度显著高于其他3种林分（P＜0.05），针阔混交林高于落叶针叶林（P＞0.05）和竹林（P＜0.05）。多云，落叶阔叶林空气负离子浓度显著高于其他3种林分（P＜0.05），针阔混交林显著高于落叶针叶林和竹林（P＜0.05）。阴天，落叶阔叶林显著高于其他3种林分（P＜0.05），而其他3种林分之间差异不大（P＞0.05）。不同天气条件下空气负离子浓度均表现为落叶阔叶林最高，竹林最低。晴天空气负离子浓度波动较大。

2.1.2 不同林分空气负离子浓度日动态

在2012年夏季晴朗天气条件下，测定了4种林分空气负离子浓度日变化（图2）。4种林分日变化趋势表现出一致性，总体趋势为早晨8:00时间段出现峰值，中午12:00时间段出现白天中最低值，下午逐渐回升，17:00～18:00时间段出现1天中的第2个峰值。不同林分之间的空气负离子浓度分布表现为：落叶阔叶林＞针阔混交林＞落叶针叶林＞竹林。

图1 不同天气条件下4种林分空气负离子浓度变化

图2 4种林分空气负离子浓度日动态

2.1.3 不同林分空气负离子浓度月动态

四种林分空气负离子浓度在1年内月动态变化较为一致，均呈双峰型变化趋势，空气负离子浓度两个峰值均出现在7月和10月。其中，落叶阔叶林高于其他3个林分，在7月和10月的峰值分别为1 503个·cm-3、1 026个·cm-3。4 种林分空气负离子浓度最低值均在1月，其中落叶针叶林低于其他3个林分，最低值为210个·cm-3（图3）。

2.2 不同生境条件下空气负离子浓度变异

将鸡公山4种林分的空气负离子浓度按季节取平均值，按夏季（6～8月），秋季（9～11月），春季（3～5月），冬季（12～次年2月）进行统计，与信阳市浉河公园、公交车站的空气负离子浓度分布进行比较。图4显示，森林和浉河公园的空气负离子浓度表现为夏季＞秋季＞春季＞冬季，公交车站的空气负离子季节变化不明显。不同季节3种生境条件下空气负离子浓度均表现为：森林＞浉河公园＞市内公交车站，年平均值分别为森林（704个·cm-3）、浉河公园（479个·cm-3）、市内公交车站（217个·cm-3）。在林木主要生长季节的春季、夏季和秋季，森林、浉河公园、公交车站3种不同生境空气负离子浓度相互之间均存在显著差异（P＜0.05），冬季3种生境之间差异不显著（P＞0.05）。

图3 4种林分空气负离子浓度月动态

图4 不同生境条件下空气负离子浓度季动态

3 结论与讨论

有关空气负离子分布规律的报道各地不尽相同，由于空气负离子浓度空间分布的异质性，造成不同研究区域所得到的研究结果存在很大差异。采用连续定位观测的研究方法，初步研究了信阳市空气负离子浓度分布特征。

在不同天气条件下，鸡公山4 种林分的空气负离子浓度均表现为：晴天＞多云＞阴天。这可能是由于晴天太阳辐射较强，植物的光合作用、紫外线对植物叶片的光电效应增强，林内空气的对流加强，使得空气之间、空气植物间摩擦时空气的电离增强，产生较多的空气负离子[14]，其波动也较大。阴天太阳辐射最弱，植物光合作用最小，产生空气负离子最少。不同天气条件下空气负离子浓度均表现为落叶阔叶林最高，竹林最低，这可能与不同林分林内光照强度和郁闭度有关，落叶阔叶林叶面积指数较其他3个林分大[15]，而竹林的郁闭度较小，与外部的空气交流较快。

7月份不同林分空气负离子浓度日动态基本一致，早上8:00～9:00 时间段出现1 天中的最高峰值，下午17:00～18:00 会出现1 天中的次高峰值。4 种林分空气负离子浓度白天平均值表现为落叶阔叶林（1 198个·cm-3）＞针阔混交林（957个·cm-3）＞落叶针叶林（844个·cm-3）＞竹林（732个·cm-3）。这与刘凯昌等[16]研究的阔叶林＞针叶林一致，而与吴楚材[17]的研究结果针叶林＞阔叶林的结论不同；在白天不同时段竹林的负离子浓度均小于落叶阔叶林，这与程万里等[18]的研究结果相吻合，但与谭东等[19]的竹林中负离子浓度高于阔叶林研究结果不同。空气负离子浓度日间变化曲线较贴切地反映了植被改善空气质量的规律。夏季早晨8:00 左右，随着太阳光照强度逐渐增大，大气对流加强，植物光合作用及紫外线对植物叶片的光电效应[5]增强，使得空气负离子浓度迅速增大；而12:00～14:00 时间段，太阳辐射最强，植物光合作用出现“午休”现象，空气湿度降低，大气趋于稳定，气流摩擦减少，空气负离子浓度减小[19]；l4:00 以后，由于气温降低，空气湿度升高，空气对流加强，空气负离子浓度逐渐增大趋势，而18:00 以后，太阳光强度减弱，植物光合作用减弱，空气负离子浓度也随之减小。

4 种林分空气负离子浓度在1年内月动态变化较为一致，均呈双峰型变化趋势，空气负离子浓度两个峰值均出现在7月和10月，最低值均在1月。6～8月的夏季植被生长旺盛、枝叶繁茂，有较强的光照强度，日照时数，植被在光合作用下更有利于释放出负离子，同时夏季雨量充沛，雨水降落过程中与枝叶磨擦产生的负离子对空气负离子浓度起到了协同的作用。9～11月的秋季出现第2 峰值，秋季虽然光合作用有所减弱，但9、10月份枝叶并未完全停止生长，仍在进行光合作用，同时2012年监测季节秋季降水量高于春季[12]，林内较高的空气湿度可能造成秋季空气负离子浓度大于春季。

不同生境1年中空气负离子浓度平均值表现为森林＞市内公园＞公交车站。在春季、夏季和秋季，3 种不同生境空气负离子浓度相互之间均存在显著差异（P＜0.05），而冬季并不显著（P＞0.05）。丰富的森林植被，能大量吸收空气中的污染物，同时植物光合作用也是产生空气负离子的重要因素，虽然市内公园城市绿地可以有效增加空气负离子浓度[20]，但由于林分面积较小，植被覆盖率低，受城市外界环境影响较大，其空气负离子含量要明显低于森林；公交车站处于闹市区，车辆来往密集，车辆通过时扬起地面灰尘，产生大量尾气，空气中的污染物和悬浮颗粒物明显增加，故其空气负离子浓度最低。在冬季树木生长缓慢或停止生长，光合作用弱，空气中污染物较多，因而空气负离子含量较少。

森林中的负离子浓度常年高于市区，尤其在夏季，鸡公山景区的空气负离子浓度白天大部分时段可达到1 000个·cm-3以上，具有一定的保健功效。鉴于此，提倡大力发展森林生态游，以发挥森林的保健游憩功能，在城市规划建设中应保留适当的绿地面积。空气离子浓度受气象条件、植被高度、坡度、坡向、植物、水体、大气颗粒物和土壤等多种因素的影响，本观测仅从不同林分、天气、季节及生境4个方面对空气负离子浓度的变化规律进行研究，关于其他因素对负离子浓度的影响有待进一步的研究。

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