七仙岭国家森林公园冬季空气负离子分布与评价

丁文慈,赵由之

(海南热带海洋学院 海洋科学技术学院,海南 三亚 572022)

七仙岭国家森林公园冬季空气负离子分布与评价

丁文慈,赵由之

(海南热带海洋学院 海洋科学技术学院,海南 三亚 572022)

为研究热带雨林的空气负离子水平及空气质量,对海南七仙岭国家森林公园冬季的空气负离子浓度和空气温度、相对湿度进行了同步监测,并作相关性分析.结果表明:海南七仙岭国家森林公园冬季空气负离子含量在国内森林公园中处于较高水平,浓度范围在1100～15000个·cm-3,达到保健水平以上.通过相关性分析发现七仙岭空气负离子浓度随海拔高度先增加后降低;随相对湿度增加而显著增大;随气温升高而减小,但相关性不显著.利用森林空气离子评价指数对七仙岭空气质量进行评价,其中水体环境的空气质量达到Ⅰ级和Ⅱ级,雨林环境的空气质量为Ⅲ级和Ⅳ级,入口广场为Ⅴ级.

空气负离子;热带雨林;空气负离子系数;森林空气离子评价指数

0 引言

森林是空气负离子的重要“源”,森林中土壤的放射性物质、植物的光合作用、叶片的尖端放电、瀑布水流的撞击飞溅等均为空气负离子的产生提供了良好的条件.有研究表明,森林中负离子含量一般为城市平均含量的5～15倍[1].空气负离子作为反映空气清新度的重要指标,在森林风景资源质量评价中是必须考虑的因子.森林环境中空气负离子的临界浓度为400个·cm-3,低于400个·cm-3时,表明空气已受到一定程度的污染,对游客的健康不利;400～1000个·cm-3属允许浓度范围;1000个·cm-3以上属于保健浓度范围,对人体健康有益[2].20世纪末,基于空气负离子的医疗保健和杀菌功能的森林生态游逐渐兴起,有关森林空气负离子的研究也广泛展开[3-11],但大都集中在亚热带、温带等大陆地区,而对热带雨林中空气负离子的研究较少.海南岛拥有丰富的热带雨林资源,雨林内植被茂盛,生态良好,太阳辐射强烈,湿度高,降水量大,对空气负离子的形成极为有利.本文以海南省七仙岭国家森林公园为研究对象,对热带雨林的空气负离子及其与相关气象参数的相关性进行了初步研究,利用空气负离子系数(p)和森林空气离子评价指数(FCI)对七仙岭森林公园的空气清新度进行初步评价,并与亚热带、温带、寒温带、高原山地等气候类型森林的空气负离子水平进行对比,为七仙岭国家森林公园的空气质量评价及旅游开发提供基础数据和科学依据.

1 研究区域概况及研究方法

1.1研究区域概况

七仙岭国家森林公园是海南省著名的热带雨林风景区,地处保亭黎族苗族自治县东北部,地理坐标为18°14′～18°44′N,109°35′～109°45′E,面积约22 km2,属热带季风气候.年日照1900～2000 h,年降雨量1900 mm,常年平均气温23℃左右,最高月平均气温27℃,最低月平均气温18℃.公园地势北高南低,平均海拔100～200m,最高峰海拔1126 m.全山密布原始热带雨林,目前已探明珍奇植物500多种,其中包括桫椤、见血封喉、鸟巢蕨等活化石以及海南黄花梨、母生、子京、坡垒、油楠、陆均松等珍贵树种,另外还有兰科、天南星科、凤梨科、罗摩科和各种蕨类等大量寄生的高等植物,是集地貌景观、水文、植物、自然生态、气候、人文旅游资源为一体的生态旅游胜地.

1.2观测地点及时间

观测地点:沿游览路线根据地标对公园内不同地点的空气负离子浓度进行测量,包括景区入口广场,景区起点,冰川遗碛,天潭瀑布,距第二峰1500 m、1200 m、900 m、600 m、300 m,天梯,第二峰峰顶等共11个监测点,海拔高度依次递增,样点设置见图1.

测量时间:为避开降水对仪器的影响,在2013年1月选取晴朗静风天气2天进行重复观测.

图1 七仙岭国家森林公园游览路线及样点位置

1.3观测项目及方法

空气离子浓度:美国Alphalab公司的AIR ION COUNTER 1000型空气离子测量仪.其测量范围为10～20×106个·cm-3,检测精度为±25%.因空气离子浓度瞬时变化大,每次测量时待仪器读数稳定后,于东南西北四个方位各读取5个数据,取平均值作为观测点的正、负离子浓度.

空气温度和相对湿度:台湾衡欣AZ8910型五合一气象仪,与空气离子进行同步测定.

测量高度:距地面1.5 m处即成人的呼吸高度.

1.4森林环境中空气负离子评价模型

森林环境中空气负离子评价方法常采用空气负离子系数(p)和森林空气离子评价指数(FCI),二者是石强等针对森林环境中正、负离子浓度高且差异大的特点在单极系数和安培空气质量评价指数的基础上提出来的[12].

1.4.1空气负离子系数

p=n-/(n-+n+),

(1)

其中:p为空气负离子系数,即大气离子中负离子的比率;n-为负离子浓度(个·cm-3);n+为正离子浓度(个·cm-3).P>0.5时,空气清新度高,对人体健康有益;P<0.5时为污浊空气.一般情况下,森林环境中n->n+,P的取值区间为(0.5,1).

1.4.2森林空气离子评价指数

FCI=(n-/1000)·p,

(2)

其中:FCI为森林空气离子评价指数,1000为满足人体生物学效应最低需求的负离子浓度(个·cm-3),p和n-同上.FCI值越大,表明空气质量越好,根据FCI值可将森林空气质量分成5个等级,其分级标准见表1.

表1 森林空气离子分级标准[12]

注：表中n-、n+、p三者间并不存在式(1)所确定的对应关系,主要是由于大气中的n-、n+之间并无明显的比例关系.

2 结果与分析

2.1七仙岭国家森林公园空气负离子的空间分布特征

从表2可以看出七仙岭国家森林公园负离子浓度整体较高,11个样点的平均浓度均大于1000个·cm-3,均达到保健浓度范围.空气负离子系数P值大于0.5的为6个点,除入口广场外,其余4个点的P值也均接近0.5.按照森林空气离子评价指数FCI评价标准对空气质量进行评价,11个监测点中Ⅰ级的有1个,Ⅱ级有1个,二者均为水体环境;Ⅲ级有4个,Ⅳ级有4个,均为雨林环境;Ⅴ级有1个,为入口广场.

七仙岭入口广场作为对照点,其负离子含量最低,为1100个·cm-3,正离子量远大于负离子量,p值仅为0.32,空气质量为V级.此处为停车场和游客服务中心,测点处无植被,下面为水泥地,受人为活动和汽车尾气影响,空气中气溶胶浓度较大,致使负离子寿命较短,容易沉降消失,但此浓度仍远超过城市环境中的空气负离子水平.

表2 七仙岭国家森林公园各监测点空气离子水平及空气质量评价

雨林环境中负离子平均浓度为1890个·cm-3,其中达到2000个·cm-3以上的样点有4个,占雨林观测点的50%,随着海拔高度的增加雨林环境中负离子浓度总体呈现出先增加后降低的趋势(图2).进入景区,植被覆盖度高,植物分布密集,景区起点处及距第二峰1500 m、900 m和300 m处负离子含量在2200～2800个·cm-3,空气质量均为Ⅲ级,密集植被的光合作用及距离水体较近的环境(见图1)有助于促进负离子的形成.因监测点均设在雨林栈道处,雨林栈道附近植被较少或游客较多处负离子浓度偏低,如距第二峰峰顶1200 m及600 m处,负离子量分别为1220个·cm-3和1480个·cm-3,空气质量均为Ⅳ级,这两地距离水体环境也较远(见图1).高海拔处的天梯和第二峰峰顶两处测点植被稀少,分布有竹林和大量铁黄色苔藓,温度和湿度均较低,负离子含量也较低,分别为1270个·cm-3和1240个·cm-3,空气质量均为Ⅳ级.对空气负离子系数p值而言,低海拔的景区起点处和高海拔的天梯及第二峰峰顶处的负离子量大于正离子量,p值均大于0.5;距第二峰峰顶1500 m至300 m处各监测点的正离子量均稍大于负离子量,p值均接近0.5,稍低于清新空气的p值标准,这可能与监测位置在雨林栈道上受到人类活动的影响有关.

注:图中曲线为不包含天潭瀑布负离子含量在内的拟合趋势线图2 七仙岭国家森林公园空气负离子随海拔高度的变化

2.2七仙岭国家森林公园空气负离子与空气温湿度的关系

用SPSS对七仙岭空气负离子浓度与相对湿度、温度分别进行相关性分析可知(表3):空气负离子浓度与相对湿度之间的皮尔逊相关系数为0.639,说明负离子浓度与相对湿度间表现出正相关性,且相关性显著,即相对湿度越大,负离子浓度越大.这是由于湿度越大,空气中水分子越多,有利于负离子与水分子结合;另外水分子电解能只有氧气分子的十分之一,湿度增大时地面辐射大量电解水分子,使空气负离子浓度增加[15].负离子浓度与温度之间的皮尔逊相关系数为-0.233,二者表现为弱负相关,说明负离子会随着气温升高而减小,但相关性不显著.可能由于测量时段的温度在22.5～27.5℃之间,变化范围不大,导致负离子浓度与温度的相关性不明显;这也与测量位置的具体环境有关.该结果与五指山市荣最岭的研究结果一致,但显著性有所差别[16],有待深入研究.

表3 七仙岭国家森林公园空气负离子与空气温湿度的相关性

注：P(Pearon Correlation)代表2个等级变量之间的皮尔逊相关系数; *表示显著性水平为0.05时,相关性显著;y为负离子浓度(个·cm-3),x1为相对湿度(%),x2为空气温度(℃).

2.3七仙岭国家森林公园与其他森林公园空气负离子水平的比较

通过对七仙岭空气负离子与国内其他气候类型森林公园空气负离子的比较发现(表4):一、在所有森林公园中瀑布水体的负离子水平都是最高的,森林景区内次之,景区售票点、停车场等游客聚集区含量最低.二、不同气候类型森林公园的空气负离子水平存在一定差异.一般情况下夏季是负离子含量最高的季节,冬季最低.海南吊罗山热带雨林、昆明金殿国家森林公园以及河南鸡公山的测量季节与海南七仙岭国家森林公园相同,均为冬季,三地的负离子含量均低于七仙岭;测量季节为夏季的新疆森林游憩区、青海北山国家森林公园和内蒙古大兴安岭与测量季节为冬季的海南七仙岭相比,仅高原山地气候下的青海北山国家森林公园空气负离子含量超过了海南七仙岭冬季空气负离子水平,位于寒温带大陆性气候的内蒙古大兴安岭空气负离子水平和海南七仙岭相当,而处于温带大陆性气候的新疆森林游憩区的负离子水平低于七仙岭的负离子水平,可见海南七仙岭的空气负离子在国内森林公园中处于较高水平.因此,海南七仙岭国家森林公园在基于空气负离子的森林生态游、医疗保健游等方面具有得天独厚的优势和资源.

表4 不同气候类型森林公园空气负离子水平比较

注：“—”为无测量数据.

3 结论

海南七仙岭国家森林公园冬季空气负离子浓度范围在1100～15000个·cm-3,达到保健水平以上,且在国内森林公园中处于较高水平.雨林内负离子浓度有随海拔高度先增加后降低的趋势,其中水体环境的空气质量达到Ⅰ级和Ⅱ级,雨林环境的空气质量为Ⅲ级和Ⅳ级,入口广场为Ⅴ级.另外,通过相关性分析发现七仙岭空气负离子浓度随相对湿度增加而增大,且二者相关性显著;随气温升高而减小,但相关性不显著.

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WintertimeNegativeAirIonsDistributionanditsEvaluationinQixianMountainNationalForestPark

DING Wen-ci, ZHAO You-zhi

(School of Ocean Science and Technology, Hainan Tropical Ocean University, Sanya Hainan 572022, China)

In order to investigate the negative air ions in tropical rainforest, by choosing Qixian Mountain National Forest Park as a monitoring spot, the concentration of air ions, temperature and relative humidity were measured simultaneously during wintertime.The results indicated that the concentration of negative air ions of Qi-xian Mountain achieved a high level of standard—ranging from 1100～15000/cm3—compared with other domestic forest parks in winter.And the concentration of negative air ions first increased and then decreased with the increase of altitude.The correlation analysis indicated that the concentration of negative air ions has a remarkably positive correlation with the variation of relative humidity.Though decreased with the rise of temperature, its correlation with temperature was not obvious.Air quality was assessed by using evaluation index of forestry air ion, which showed that the air quality of water environment ranked around level Ⅰ and Ⅱ, tropical rainforest environment ranked around level Ⅲ and Ⅳ, and the entrance square only reached level Ⅴ.

negative air ion; tropical rainforest; negative air ion proportion; evaluation index of forestry air ion

格式：丁文慈,赵由之.七仙岭国家森林公园冬季空气负离子分布与评价[J].海南热带海洋学院学报,2017,24(5):36-41.

2017-07-09

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,海南热带海洋学院海洋科学技术学院讲师,硕士,研究方向为大气环境化学.

X823

A

2096-3122(2017) 05-0036-06

10.13307/j.issn.2096-3122.2017.05.07

(编校李由明)