漠河北极村针叶林空气负离子浓度等级及其生态效益评价
2015-10-21李佳珊王书玉齐超张冬有
李佳珊 王书玉 齐超 张冬有
摘要：以漠河北极村针叶林空气中的负离子浓度为研究对象，于2012年7、9月与2013年5、7、9月对大兴安岭有代表性的林分区进行森林环境中空气负离子研究，并通过单极系数（q）、空气质量评价指数（CI）和空气负离子系数（p）三个评价指标对该地区空气负离子等级进行评价，分析负离子浓度的总体水平，计算负离子的生态效益。结果表明：空气负离子浓度最高值为1105个/cm3，最低值为648个/cm3，平均为881个/cm3。空气质量评价系数CI均值为1.24，空气质量等级总体达到A级水平。漠河北极村针叶林空气负离子年生产量为约9.468×1023个，年提供负离子的价值约为175.71万元/a。漠河北极村针叶林空气质量处于优良水平，适宜发展以森林负离子为主的旅游业。
关键词：漠河北极村；针叶林；负离子浓度；生态效益；评价
中图分类号：S718.56
文献标识码：A
文章编号：1001-005X（2015）04-0018-04空气负离子（即负氧离子），主要来源于紫外线、宇宙射线及放射性物质而引发的空气电离作用。正常自然状态下，森林、海洋和瀑布等地方也可以形成濃度较高的空气负离子。空气负离子被誉为“空气维生素和生长素”，具有多种对人体健康和对生命必不可少的有益功效。如今在评价某地空气清洁程度的指标方法中，空气负离子浓度水平已经得到广泛应用，人们在森林和城市绿地中感到身心格外舒畅的主要原因之一就是因其富含较高浓度的空气负离子。黑龙江省漠河县位于中国大兴安岭的最北端，其森林覆盖率达到95%以上，森林资源对漠河县经济的发展和人们的生活起着关键作用，森林以独有的森林小气候形成良好的空气负离子环境，所以研究本区域针叶林空气负离子浓度就有很重要的作用和现实意义。
目前，国外学者侧重于以负离子浓度为代表的森林旅游区空气质量相关特征和评价研究，对森林空气负离子的产生和环境方面等也作了大量研究。我国对空气负离子的研究主要专注于人为干扰环境和自然环境中空气负离子浓度水平，空气负离子在医疗保健中的作用及其机理，空气负离子资源的开发利用等。近几年来，国内也相应地出现了对森林空气负离子的研究。石强、钟林生和吴楚才等根据森林环境中空气离子的特性，提出了FCI森林空气离子评价模型，该模型在一定程度上能够反应出森林中的负离子状况。陶宝先、张金池对南京地区杉木、马尾松、麻栎和毛竹等4种林分中空气负离子含量的变化进行了分析，得出南京地区主要森林类型空气负离子变化特征。这些对森林空气负离子的研究，为本研究提供丰富的方法和经验。
1 研究区概况
研究区域位于黑龙江省西北部的漠河县（121°07'～124°20'E，52°10'～53°33'N），地处寒温带，属于季风型大陆气候。夏季多雨高温，昼夜温差大；冬季寒长、低温多雪。漠河县境内地质条件复杂，花岗岩分布广泛，土壤以暗棕壤为主，土层较厚。境内林区保留着原始林景观，树种主要为兴安落叶松、樟子松、白桦树和少量柳树，榆树等，其中落叶松和樟子松占林地面积70%多。
2 研究方法
2.1 野外调查与数据采集
试验选择林区内主要的树种落叶松、樟子松的纯林分区作为森林测试区，测试区面积为30m×30m，其中落叶松测试区内树木平均胸径19.9 cm，平均树高15.6m，樟子松测试区内树木平均胸径15.9cm，平均树高16.1m，在每个测试区内选择2个点作为测试点。观测时间为2012年7、9月与2013年5、7、9月，每月的10～25日，选择晴朗微风天气，8：00～10： 00、11： 30 ～13： 30、16： 30 ～18： 30三段时间，对落叶松、樟子松两个测试区的空气正负离子浓度进行测量。
本测量使用日本COM3200PRO负离子检测仪，仪器采用日本JiS空气中离子密度测定方法中最准确的同轴二重圆筒式构造，与其他平板式简易构造比较，准确度大幅提升，并附有专用电脑记录分析软体记录分析与印制所测量的资料。COM3200PRO负离子检测仪具有同时测量正离子、负离子、温度、湿度的功能，该仪器分解力为10ions/cm3，测定离子浓度误差≤±5%，离子迁移率误差≤±5%。检测仪的离子浓度测量范围为0～2×l06i-ons/cm3。
2.2 空气负离子的评价方法
随着对空气负离子各方面的深入研究，许多研究人员以空气负离子的评价为研究对象。空气负离子的评价指数已较为广泛的应用于衡量空气清洁程度，本研究基本观测对象为空气负离子浓度，采用单极系数（q）、空气质量评价指数（C/）、空气负离子系数（p）作为空气质量的评价指标。
式中：n-为空气负离子数；n+为空气正离子数；本研究选择采用q、CI、p三种指标进行评价。
单极系数（q）越小，表示负离子浓度越高于正离子浓度，也就越对健康有益；安培空气清洁程度划分为5个等级（见表1），石强等空气质量评价指数分级标准（见表2）。
2.3 负离子的生态效益评价
森林空气负离子是作为森林生态系统服务功能净化大气环境价值的方法之一。根据《森林生态系统服务功能评估规范》中净化大气环境生产负离子和提供负离子价值的计算公式，对负离子的生态效益进行评价[20]。
G负离子=5.256×l015×Q负离子AH/L。
（4）
U负离子=5.256×1015×AHK负离子（Q负离子-600）/L。
（5）式中：G负离子为林分年提供负离子个数，个/a，Q负离子为林分负离子浓度，个/cm3，日为林分高度，m；L为负离子寿命，min；A为林分面积/h㎡；U负离子为林分年提供负离子价值，元/a；K负离子为负离子生产费用，元/个。
3 结果与分析
3.1 漠河北极村针叶林空气负离子的总体水平
依据2012年7、9月和2013年5、7、9月测量的数据得出漠河北极村樟子松和落叶松两个测区针叶林空气负离子浓度的总体水平处于648 ～1105个/cm3，两个测区负离子平均浓度为881个/cm3，并计算出各月的空气正负离子的平均浓度（如图1所示），从图1中可知，漠河北极村空气负离子浓度高于正离子，整体负离子浓度不低于600个/cm3，有研究表明，空气负离子含量≥700个/cm3时，可以感到空气洁净清新，有益健康；当空气负离子浓度≥1000个/cm3时，具有保健作用；达到8000个/cm3以上就可以治疗疾病。
3.2 漠河北极村针叶林空气质量等级总体评价
根据测量数据，依据公式计算出的3种空气质量评价指标表3可知，2012年7月北极村的空气清洁度指数是0.82达到B级水平（即一般清洁），p值为0.56，在Ⅲ和Ⅳ之间；2012年9月空气清洁度指数为1.12达到A级（即最清洁），相应的P值为0.57，处于Ⅲ和Ⅳ之间；2013年5月漠河北极村的空气清洁指数为1.68达到最清洁度，p值为0.63，在Ⅱ和Ⅲ之间；2013年7月空气清洁指数是1.43达到A级水平，p值为0.59，在Ⅲ和Ⅳ之间；2013年9月空气清洁指数CI为1.13达到A级，P值达到0.53，在Ⅲ和Ⅳ之间。从表3中可以发现漠河北极村针叶林空气质量随季节气候变化而变化的特征，但总体空气等级处在B级以上。
漠河北极村被大面积的森林覆盖，因此森林植物的蒸腾作用使空气相对湿度提高，空气中的水分子将污染物吸附，净化空气。植物在光合作用下发生光电效应，使空气电离产生负氧离子。漠河7月份的气温比9月份气温高，又由于漠河昼夜温差大，白天气温升高，相对湿度会降低，再加上居民流动和生活交通排放氣体燃料，使空气中污染物增加，导致空气负离子浓度下降。随着气温的降低，湿度增加等因素，又使空气负离子浓度增加。
3.3 空气负离子的年生产量及价值评价
根据上述得出的漠河北极村樟子松和落叶松两个树种测试区平均负离子浓度Q负离子为881个/cm3，日为两个测试区树木平均高度15.85m，根据漠河县政府网公布的针叶林林区所占总林区面积百分比计算A为128999.56hm2，L以10min为计，其中K负离子为5.8185×1018元/个，计算出空气负离子年生产量。
G负离子=5.256×l015×Q负离子AH/L≈9.468×1023个/a。
U负离子=5.256×l015×AHK负离子（Q负离子-600）/L≈175.71万元/a。
4 结论与讨论
通过对2012年7、9月和2013年5、7、9月漠河北极村针叶林空气负离子的实地测量和数据的分析，可以得出以下结论：漠河北极村樟子松和落叶松两个测区的针叶林空气负离子浓度的总体水平处于648～1105个/cm3，两个测区负离子浓度平均为881个/cm3。平均空气清洁度指数CI为1.24，达到A级水平，即为最清洁程度，而P值为0.58，处于Ⅲ和Ⅳ之间。总体来说通过三个指标评价漠河北极村空气质量，采用安倍空气质量评价指数（CI）作为评价指标反映漠河北极村空气负离子浓度水平，即达到最清洁程度，适合人类的生活和居住，有意于人类的健康，同时也适合人们假期旅游活动选择的地区。在本次所测的正负离子浓度普遍要小于以前研究中正负离子浓度，这与本次测量的仪器有关，但是根据数据所计算的指数，说明漠河北极村秋季空气质量较好。本文没有考虑海拔、风力风向等因素对空气负离子的影响，这些都要在以后的研究中有待完善和补充。
经过测算出的漠河县北极村针叶林的年生产负离子约为9.468×1023个，年提供负离子价值约为175.71万元/a，显示出漠河县森林生态环境良好。而漠河北极村作为漠河县最北的村镇，中国唯一观测北极光的最佳地点，其历史文化、自然景观独居魅力，植被和生态环境更是保存完好，空气质量评价结果表明，漠河北极村森林的空气质量为优良，空气质量达到A级，对人体健康非常有益，适合积极发展负离子为主要利用对像的森林浴、森林医院、负离子吸收区等森林旅游项目和休闲疗养场所。
