小五台山自然保护区空气负离子浓度日变化规律研究

杨照　杨扬　甄伟

摘要：采用ITC-201A型智能便携式空气离子测试仪，于2011年7月对小五台山国家级自然保护区金河口景区的空气负离子浓度进行了测量，分析空气负氧离子浓度日变化规律，结果表明：空气负离子浓度日变化有一定规律性，一般呈“双峰”型日变化，10时和15时为高峰期。阵雨后出现高峰。植被类型对空气负离子浓度日变化影响不显著，海拔高度对空气负离子浓度日变化规律产生影响。

关键词：自然保护区；负离子浓度；日变化

空气负离子是空气中带负电的气体离子，在一般情况下指的是负氧离子。空气负离子具有清洁和保健功能：能中和空气中带正电的有害物质，使细菌、病毒、有害气体等失去活性，从而净化空气；还能直接作用于人体，调节机体、抑制老化，被誉为“人类生命的生长素”。空气负离子浓度的高低和分布已经成为生态环境的重要指标之一。近年来，有关空气负离子的本底浓度国内学者作了大量观测，结果表明：空气负离子不仅与植物群落的种类、结构有关，还与树种类型、配置有关，不同树种之间空气离子差异显著㈣。但除了表现为以上空间分布特征外，其分布同样具有时间特征。在不同时刻、不同季节，由于地面接受太阳辐射能量不同，导致负离子浓度随时间变化。已有研究表明：空气负离子的季节变化规律为夏季浓度较高，秋季浓度高于春季，冬季浓度较低；日变化规律为午夜至清晨最高，随后开始下降至中午或下午最低，但在不同地区具有差异性。另外，空气负离子浓度还与空气污染程度、空气温度、湿度、海拔等因素有关。

小五台山国家级自然保护区位于河北省西北张家口地区的蔚县和涿鹿两县境内，东与北京市门头沟区和保定地区的涞水县接壤。地理坐标为：东经114°47～115°30，39°50～40°07。东西长60km，南北宽28km，总面积21833hm²有东、西、南、北、中台5个突出的山峰，东台为河北省最高峰，海拔2882m。该区保存了华北地区最完整的森林生态系统。植被类型垂直分布明显，包括：亚高山草甸带、亚高山灌草丛带、针叶林带、针阔混交林带、阔叶林带等。气候属于暖温带大陆季风型山地气候。

1.研究目的与意义

对该区不同海拔高度、不同林分类型的空气负离子浓度进行日变化规律分析，有助于探求其时间分布特征及影响因素，从而为合理开发空气负离子资源提供依据，对于改善人居环境质量、构建人与自然和谐社会、自然保护区合理开发和社会主义生态文明建设具有重要的现实意义。

2.研究内容与方法

2.1观测区域

在金河口景区选择3个典型区域作为取样点，分别为：L区、C区、S区。测点生境如表1所示。L区选择5个观测点；C区选择7个观测点；S区选择5个观测点进行观测。

2.2观测仪器

本次观测采用ITC-201A型智能便携式空气离子测试仪。使用GPS对空气离子观测点进行定位，并测量其海拔高度。

2.3观测时间及观测项目

在2011年7月19～21日进行观测。每天8：00～17：00同时测定3个区域不同测点的负离子浓度，详细记录每个测点的环境条件并拍照。

2.4观测方法

因为空气中负离子在不断变化，仪器读数随机性大，所以需要进行多次重复的读数，才能保证结果的准确性。检测时采用经统一校对过的多台仪器，多人同时同步测定。在每个观测点站定后，两臂平举于身前，将仪器平托，避免晃动。待仪器稳定后，在每个观测点相互垂直的4个方向分别进行观测，每个方向取4个读数，共16个读数，取其平均值进行分析。

2.5数据处理

利用统计分析软件SPSS13.0进行数据处理和分析。

3.结果与分析

3.1海拔1300m处空气负离子日变化情况

根据2011年7月19～21日每天8：00～17：00测定的海拔1300m处的负离子浓度数据，对每天相同时段的数据取平均值，金河口景区1300m處空气负离子浓度日变化测定结果如图1所示。

从图1可以看出，不同的林分类型，其负离子浓度的日变化差异性较大。林地负离子浓度呈“双峰”型日变化规律，但是，其空气负离子浓度变化较小，1d中较平稳，其“双峰”变化亦不明显，其中，下午14：00空气负离子浓度最低，只有1050个/cm³，上午11：00空气负离子浓度最高，达到1890个/cm³；灌木则出现明显的双峰，高峰值分别出现在上午8：00和下午16：00，其负离子浓度分别达到2478个/cm³和1730个/cm³，而在其他时间段其负离子浓度差异性不大；草地的负离子浓度上午时刻变化不大，下午却呈现先降低再升高再降低的状态，其中，在15：00其负离子浓度最大，达到1963个/cm³，14：00其负离子浓度最小，只有326个/cm³。综上所述，灌木和林地的负离子浓度都呈“双峰”型日变化，而草地则无明显的日变化规律。

3.2海拔1350m处空气负离子日变化情况

根据2011年7月19～21日每天8：00～17：00测定的海拔1350m处的负离子浓度数据，对每天相同时段的数据取平均值，金河口景区1350m处空气负离子浓度日变化测定结果如图2所示。

从图2可以看出，不同的林分类型，其负离子浓度的日变化规律相似。15点之前变化平稳，于14点左右出现最低值，16点出现最大值，15-16点间迅速增加，16点之后迅速下降。此次观测最大值为17020个/cm³，出现在林地林分内16点，最小值为593个/cm³，出现在灌木林分内14点。3种林分类型的负离子浓度均呈“双峰”型日变化，其峰值分别出现在上午8：00和下午16：00。

3.3海拔1400m处空气负离子日变化情况

根据2011年7月19～21日每天8：00～17：00測定的海拔1400m处的负离子浓度数据，对每天相同时段的数据取平均值，金河口景区1400m处空气负离子浓度日变化测定结果如图3所示。

从图3可以看出，不同的林分类型，其负离子浓度的日变化差异性较大。林地空气负离子浓度变化较小，1d中较平稳，没有明显的“双峰”型日变化，其中，下午14：00空气负离子浓度最低，只有1000个/cm³，上午9：00空气负离子浓度最高，达到1430个/cm³；灌木虽然有“双峰”型日变化，但是并不明显，高峰值分别出现在上午9：00和下午15：00，其负离子浓度分别达到771个/cm³和1356个/cm³，而在其他时间段其负离子浓度呈先降低后升高的趋势，且升高程度大于降低的程度；草地的负离子浓度则呈现明显的“双峰”型日变化规律，上午时刻变化较大，呈现先降低再升高再降低的状态，其中，在下午17：00其负离子浓度最大，达到1239个/cm³，上午9：00其负离子浓度最小，只有216个/cm³。综上所述，灌木和草地的负离子浓度都呈“双峰”型日变化，而林地变化不大。

4.结论与讨论

4.1结论

在金河口景区观察，空气负离子浓度日变化有一定规律性，一般呈“双峰”型日变化，10时和15时为高峰期。阵雨后出现高峰。植被类型对空气负离子浓度日变化影响不显著，海拔高度对空气负离子浓度日变化规律产生影响。

4.2讨论

小五台国家级自然保护区金河口景区3个观测点的日变化趋势基本一致，基本为双峰曲线。其中海拔1300m、海拔1400m观测点呈明显的双峰曲线，海拔1400m处呈“V”形，16时达到最高。刊光合作用是植物生存的根本，光合作用也是植物负离子产生的重要源泉。清晨，植物光合作用较弱，空气负离子较少；随着太阳辐射的不断增强，植物的光合作用也逐渐加强，加之紫外线对植物叶片的光电效应，空气负离子浓度在9：00～10：00时达到1个峰值；12：00时左右，太阳辐射达到最强，这时气温升高，植物光合作用也出现“午休”现象，再加上空气湿度的降低，使得空气负离子浓度降至最低；之后随着气温降低和太阳辐射的减弱，空气负离子浓度在15：00时左右出现第2个峰值。而本研究中最小值和第2个峰值分别出现在12：00时和15：00时，和以往的研究结果相似。阵雨对增加空气负离子浓度影响极大，海拔1400m观测点连续3d于15：00时阵雨，雨后瞬时空气负离子浓度升高，有时要超过仪器所能测得范围，即120000个/cm3以上。还有的研究结果表明，同一地段不同天气条件空气负离子浓度不同。本研究中也发现了相似的规律，即雨过天晴时的空气负离子浓度明显高出阴天和晴天，阴天明显低于晴天。笔者认为，造成这种现象的原因是晴天太阳光强烈，丰富的紫外线有助于空气负离子的产生；同时，植物的光合作用也比较强烈。另外，雨过天晴，空气负离子浓度明显高于晴天干燥时，可能是下雨过后，空气湿度大，空气中尘埃少，植物光合作用强。

空气质量评价指数的昼间变化趋势基本与空气负离子浓度昼间变化趋势一致，3个观测点为游客容易到的地方，全天的空气质量指数都明显高，在9：00时达到了负离子浓度的第一个峰值；另外，3个观测点也均在12：00时达到最小值，由此建议游客在上午9：00左右进入景区游览，下午17：00时景区游览结束，可起到更好的保健作用。