五指山市荣最岭空气负离子昼间变化特征

丁文慈,赵由之

(海南热带海洋学院 热带生态环境保护学院,海南 三亚 572022)



五指山市荣最岭空气负离子昼间变化特征

丁文慈,赵由之

(海南热带海洋学院 热带生态环境保护学院,海南 三亚 572022)

2.35mm摘要：为研究五指山市荣最岭空气负离子的昼间变化特征,对海南热带海洋学院五指山北校区树林的空气正、负离子浓度和空气温度、相对湿度等环境因子进行了同步监测,并做相关性分析.结果表明:空气负离子浓度表现为早上和傍晚较高,下午较低;随空气温度升高而减小,且与温度呈显著的负相关;随相对湿度增加而增大,但相关性不显著.利用空气离子单极系数及安倍空气质量评价指数对荣最岭空气清洁度进行初步评价,表明荣最岭空气舒适度和清洁度高,除10:00受人类活动影响较大外,空气清洁度均在A级或B级.

空气负离子;单极系数;评价指数;空气清洁度;相关性

0 引言

空气负离子被誉为“空气维生素”,具有净化空气,抑制病菌,清除氧自由基,促进血液循环,加强新陈代谢等作用[1],主要包括O2-(H2O)n, OH-(H2O)n及CO4-(H2O)2,因空气中氧气含量较多且较易获得电子,所以空气负离子主要指O2-(H2O)n,即负氧离子[2,3].空气负离子含量越高,空气越清洁,对人体健康越有益.有研究表明空气负离子浓度达到700-1000个·cm-3以上时对人体有保健作用[4],世界卫生组织也规定空气负离子浓度不低于1000-1500个·cm-3时为清新空气[5].森林小气候是空气负离子的重要来源,森林环境中树木的树冠和枝叶的尖端放电,植物光合作用过程中形成的光电效应以及植物产生的萜烯类物质均会促使空气电离,跃出的自由电子附着在氧或水分子上,从而产生大量的空气负离子[6].随着人们保健意识的增加,以生态旅游和森林浴为基础的森林环境中空气负离子的研究逐渐展开[7-14],但对长期有人类居住的热带森林环境中空气负离子的研究还鲜有报道,本研究以坐落在五指山市荣最岭的海南热带海洋学院五指山北校区树林为观测点,对长期有人居住的热带森林环境中空气负离子的昼间变化特征进行了初步调查和分析,并对其空气清洁度进行初步评价.

1 研究方法

1.1 观测地概况

五指山市荣最岭是海南热带海洋学院五指山北校区所在地,本文选取北校区树林作为观测点研究荣最岭空气负离子的昼间变化特征.观测地海拔362 m,植被类型以海南五叶松为主,间有青皮木棉和香樟,是人们学习工作生活之余休闲养生的地方.

1.2 观测时间及方法

为保证数据的重复性,观测时间为2015年8月6日至8日,连续重复测定3天,每天从06:00到18:00,每隔1小时监测一次,测定距地面1.5m即成人呼吸高度处的空气正、负离子浓度.由于空气正、负离子浓度瞬时变化很大,为保证数据的可靠性,在读取空气离子浓度时一般待仪器读数稳定后,于东南西北四个方位分别读取5个数据,对相同时间测量的数据取平均值进行分析.同时记录相应的空气温度和相对湿度.

1.3观测项目和使用的仪器

空气正、负离子浓度采用美国Alphalab公司生产的AIR ION COUNTER 1000型空气离子测量仪测定.仪器采用“平行板”检测方法,吸引空气通过带电的平行极化电极板进行计量空气中正、负离子浓度,其测量范围为10-20×106个·cm-3,检测精度为±25%.

空气温度和相对湿度采用台湾衡欣AZ8910型五合一气象仪进行测定.

1.4空气清洁度的评价标准

空气清洁度与空气中负离子含量相关,常用的评价指标有单极系数和安倍空气质量评价指数[15].

1.4.1单极系数(q)

单极系数q指空气中正离子浓度n+与负离子浓度n-的比值,即

q=n+/n-.

单极系数越小,表示空气中负离子浓度越高,对人体越有利,通常陆地上q值约为1.15[2].研究表明,当负离子浓度n-大于1000个·cm-3,且单极系数q值小于1时,空气清洁舒适,对人体健康最为有益[16].

1.4.2安倍空气质量评价指数(CI)

安倍空气质量评价指数是日本学者安倍建立的,反映了空气中离子浓度接近自然界空气离子化水平的程度[17],即

CI= (n-/1000)·(1/q).

CI为空气质量评价指数;n-为空气负离子浓度(个·cm-3);q为单极系数;1000为满足人体生物学效应最低需求的空气负离子浓度(个·cm-3).

CI值越大,表示空气质量越好,空气越清洁.按空气质量评价指数可以将空气清洁度分成5个等级,其评价标准见表1.

表1 空气清洁度等级评价标准[1]

2 结果与分析

2.1荣最岭空气负离子昼间变化特征

通过对荣最岭空气负离子浓度的测定可知(图1):除10:00外,荣最岭上午的空气负离子浓度普遍高于下午,均高于满足人体生物学效应最低需求的空气负离子浓度—1000个·cm-3,且在早上7:00负离子平均浓度达到昼间最高值;而下午负离子浓度均在1000个·cm-3上下波动,于下午16:00达到最低值后又开始回升,到傍晚18:00空气负离子浓度又达到一个高峰值.

原因在于清晨6:00太阳辐射较弱,气温较低,植物光合作用也较弱,但较大的空气湿度促进了自由电子与水分子的结合,使空气负离子浓度相对较高.清晨氧气含量少,与其他时间相比可能O2-(H2O)n所占比例减小,而OH-(H2O)n和CO4-(H2O)2两种负离子所占比例增大.随着太阳辐射的增强,植物光合作用不断加强,空气负离子浓度也逐渐升高,在上午7:00达到一个峰值.之后气温开始升高,相对湿度降低,人们户外活动不断加强,导致空气中悬浮物增加,空气负离子浓度开始逐渐下降,到10:00出现最低值.10:00过后气温偏高,户外活动的人们减少,此时太阳紫外线强烈,植物的光合作用强,在11:00时空气负离子浓度又达到一个峰值.之后气温继续升高,空气湿度降低,植物的光合作用速率下降,出现“午休”现象,导致负离子浓度也处于相对较低的水平.一直到下午16:00以后,气温下降,空气相对湿度增加,植物光合作用“午休”结束,空气负离子浓度又开始升高,并于18:00达到第三个峰值.

图1 荣最岭空气负离子浓度及温度、相对湿度的昼间变化特征 ( -▲-代表荣最岭6:00-18:00不同时刻空气温度的变化; -★-代表荣最岭6:00-18:00不同时刻相对湿度的变化;-●-代表荣最岭6:00-18:00不同时刻空气负离子平均浓度的变化; - - -代表满足人体生物学效应最低需求的空气负离子浓度1000个·cm-3)

2.2空气负离子与环境因子的关系

2.2.1空气负离子与空气温度的关系

用SPSS对负离子浓度与空气温度进行相关性分析,发现二者呈负相关,且在0.05水平上相关性显著(r=-0.578,p=0.049),其回归方程为y= -59.19x+2715.0(图2),式中y为负离子浓度(个·cm-3),x为空气温度(℃).从分析结果来看,荣最岭空气负离子浓度与空气温度呈现出显著的负相关,即负离子浓度随温度的升高而降低.

图2 空气负离子浓度与温度的关系

图3 空气负离子浓度与相对湿度的关系

2.2.2空气负离子与相对湿度的关系

对负离子浓度与相对湿度的相关性分析发现二者呈现一定的正相关,但相关性不是很明显(r=0.516,p=0.086),其回归方程为y=18.60x-335.0(图3),式中y为负离子浓度(个·cm-3),x为相对湿度(%).从分析结果来看,荣最岭空气负离子浓度随空气相对湿度增加而增大,但相关性并不显著.

2.3荣最岭空气清洁度评价

单极系数等于或小于1且负离子浓度大于1000个·cm-3时,才能给人以舒适感.由表2可知,荣最岭的单极系数在6:00,7:00,9:00,11:00和18:00均小于1,8:00,14:00和17:00均约等于1,其他时间单极系数均大于1.因此在上午(除10:00外)和傍晚均体感舒适,14:00的q值虽约等于1,但因其负离子平均浓度略低于1000个·cm-3,舒适感欠佳.

对比不同时刻的安倍空气质量评价指数发现,除10:00外,荣最岭上午的CI值均大于1,空气清洁度均为A级最清洁水平,10:00因受人为活动影响较大,空气清洁度为C级中等清洁;中午12:00到下午17:00的CI值均在0.70-1.00之间,空气清洁度均为B级清洁水平,18:00的空气清洁度又回到A级最清洁水平,且CI值达到一天中的最高值2.36.

表2 荣最岭空气离子平均浓度及空气清洁度评价

3 结论

荣最岭空气负离子的昼间变化特征总体表现为上午和傍晚浓度较高,大于1000个·cm-3;下午浓度较低,在1000个·cm-3上下波动,均值低于1000个·cm-3.单极系数和安倍空气质量评价指数对荣最岭空气质量的评价结果也表明早晚空气的舒适度和清洁度均高于下午.

通过相关性分析发现荣最岭空气负离子浓度随相对湿度增加而增加,但无明显相关性;随空气温度升高而降低,且显著相关:早晚温度较低时,负离子浓度相对较高,下午因高温导致植物光合作用“午休”,负离子浓度降低.另外因人类活动导致的空气悬浮物增加对负离子浓度的影响较大,致使上午人类户外活动频繁时空气负离子浓度出现低谷,且空气的清洁度只达到中等清洁水平.

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(编校：李由明)

Diurnal Variation of Negative Air Ions in Rongzui Mountain of Wuzhishan

DING Wen-ci, ZHAO You-zhi

(School of Tropical Eco-environment Protection, Hainan Tropical Ocean University, Sanya Hainan 572022, China)

In order to investigate the diurnal variation of negative air ions in Rongzui mountain in Wuzhishan, by choosing the woods on the north campus of Hainan Tropical Ocean University as a monitoring spot, the concentration of positive and negative air ions, temperature, relative humidity were measured simultaneously. The results indicated that the negative ions concentration, high in the morning and at dusk in contrast to the lower level in the afternoon, has a remarkably negative correlation with the variation of temperature in Rongzui mountain. And the concentration of negative air ions increased with the rise of relative humidity, but the correlation was not obvious. Air quality was assessed with ion polarity ratio and air ion assessment index. During most of the daytime, it showed that the air quality in Rongzui mountain ranked around level A and B. However, at 10:00, the air quality was more or less affected by human activities.

negative air ion; ion polarity ratio; assessment index; air cleanness degree; correlation

2016-07-09

海南省教育厅高等学校科学研究项目(Hjkj2012-44);三亚市院地科技合作项目(2013YD07);琼州学院校级青年科学基金项目(QYQN201227)

丁文慈(1980-),女,河北辛集人,海南热带海洋学院热带生态环境保护学院讲师,硕士,研究方向为大气环境化学.

X823

A

1008-6722(2016) 05-0028-05

10.13307/j.issn.1008-6722.2016.05.06