3種防護林內空氣負離子濃度與PM10及氣象因子的關系

聶爾聰 徐雯語 趙非凡等

摘? 要：選擇冬季校園外側3種防護林（女貞林、龍柏林、針闊葉混交林）為研究對象，以校園外側防護林與城市主干道交接處為參照，連續監測其距道路不同距離處的空氣負離子濃度、PM10濃度、溫度、相對濕度、風速以及光照強度，對比分析3種防護林內空氣負離子濃度與PM10濃度及主要氣象因子關系。結果表明：3種防護林內空氣負離子濃度日變化明顯;空氣負離子濃度均值從大到小依次為：女貞林（280個/cm3）>龍柏林（255個/cm3）>針闊葉混交林（172個/cm3），PM10濃度的排序為：針闊葉混交林（220μg/m3）>龍柏林（210μg/m3）>女貞林（209μg/m3）;空氣負離子濃度與PM10濃度呈顯著負相關性，與溫度、濕度以及光照呈顯著負相關，與風速呈顯著正相關。

關鍵詞：防護林;空氣負離子濃度;PM10;氣象因子

中圖分類號 X831文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）06-0115-04

入冬以后，受居民供暖影響，江蘇北部城市空氣質量較差。空氣負離子被譽為“空氣維生素和生長素” [1]，是目前評價空氣清潔程度、衡量空氣質量好壞的重要指標之一[2-3]。PM10是粒徑小于10μg的顆粒物，又稱為可吸入顆粒物，是一種能夠長期漂浮在空氣中的顆粒物，現已成為影響城市人居環境和居民身體健康的主要污染物之一[4-5]。植物利用枝葉尖端放電和通過光合作用形成光電效應，使空氣電離產生負離子[6-8]。目前，國內對校園綠地外側防護林內空氣負離子濃度與PM10關系的研究鮮見報道。筆者定量分析校園綠地外側防護林內空氣負離子濃度與PM10關系及其與溫度、相對濕度、光照、風速等主要環境因子的關系，旨在為科學規劃城市綠地和指導市民合理開展休閑活動提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗樣地概況 宿遷位于江蘇省偏北地區，地形東南較低、西北偏高，暖溫帶季風氣候區，自然環境資源優越，氣象溫和，季度明顯，常年均溫約為14.2℃，年降水量平均約為912.3mm，平均光照總時間為2291h。

實驗地點選擇在宿遷學院校園防護林的3塊樣地，分別為女貞林、龍柏林、針闊葉混交林，依次用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代表，主要植物見表1。以城市主干道為邊界，分別設置0、10、20、30、40、50、60m不同水平間距，其中0為3種防護林與城市主干道的交接處。

1.2 研究方法 2018年1～2月監測3種不同樣地內的空氣負離子濃度、PM10濃度、相對濕度、溫度、風速和光照強度，選擇污染天氣進行檢測，監測的時間段為7∶00～19∶00，每隔2h測量1次，不間斷，其中對照點為校園綠地與城市主干道交接處，測量數據高度統一設為1.5m處。實驗儀器使用手持式空氣負離子監測儀、手持式空氣PM10檢測儀、溫濕光參數記錄儀、風速表，并用SPSS軟件處理數據和EXCEL軟件制表。

2 結果與分析

2.1 不同的綠地類型內負離子濃度日變化特征 3種防護林內空氣負離子濃度日變化明顯，負離子濃度均值從大到小依次為：女貞林（280個/cm3）>龍柏林（255個/cm3）>針闊葉混交林（172個/cm3）。從圖1可知，除40m處外，女貞林內空氣負離子濃度從7：00起快速上升，到9：00到達一個制高點后開始逐步下降;由圖2可知，龍柏林內的空氣負離子濃度波動較大，出現反復上升和下降的交替變化，較高值出現在9：00和17：00左右，早晨和夜間空氣負離子濃度較低;而針闊葉混交林內負離子濃度日變化特征呈M型（見圖3），在9：00和15：00達到2個峰值，其中15：00左右50m處的空氣負離子濃度達到425個/cm3。

2.2 空氣負離子濃度與PM10的關系 3種不同防護林內PM10濃度均值大小依次為：針闊葉混交林（220μg/m3）>龍柏林（210μg/m3）>女貞林（209μg/m3）。將3種不同防護林內的空氣負離子濃度與對應的PM10濃度進行曲線擬合（圖4），從圖中可以明顯看出兩者呈負相關關系，隨著顆粒物濃度的增高，負離子的濃度開始逐漸降低，回歸方程為y=-0.149x+279.958，y為空氣負離子濃度，R2為0.043。對模型進行檢驗，F=45.572，遠大于1，顯著性水平P<0.01，具有極顯著的差異性。

2.3 空氣負離子濃度與氣象因子關系 空氣負離子濃度與氣象因子的關系如圖5所示，由圖5可知，空氣負離子濃度與溫度呈顯著負相關（P<0.05），回歸方程為y=-2.598x+280.535，y為空氣負離子濃度，驗證模型發現F=40.634，當溫度逐漸升高的時候，空氣中可吸入顆粒物運動速度加快，從而導致空氣負離子濃度降低。

監測范圍內的相對濕度多集中在80%左右，空氣負離子濃度與空氣相對濕度呈顯著負相關（P<0.05），其回歸方程為y=-0.609x+290.057，x為相對濕度，R2為0.018，對模型進行驗證后，F=19.800，濕度的增大會使可吸入顆粒的質量增加，更易于顆粒物的沉降，而可吸入顆粒物與空氣負離子濃度呈負相關性。

實驗的平均光照為0～76850Lux，負離子濃度與光照的擬合曲線方程為Y=-0.001x+249.983，R2為0.065，對模型進行檢測分析，F=17.496，P<0.01。從圖5可知，整體上，6000Lux是1個節點，當光照強度低于這個值時，負離子濃度的差別較小，當光照超過這個值時，負離子濃度會逐步降低。

監測時間段內，風速多在2m/s內，對風速與空氣負離子濃度進行分析發現，兩者成顯著正相關，其回歸方程為y=20.975x+248.518，y為空氣負離子濃度，R2=0.012，通過模型進行驗證，F=11.019，P<0.05，具有統計學意義。從圖5可以看到，當處于無風狀態時，負離子濃度比較小。多數學者認為，連續性的空氣流動增加了分子間的相互摩擦，加快了正電離和負電離以及風速，同時迅速地將離子移動[9-10]。

3 結論與討論

對冬季宿遷學院校園外側防護林3種防護林不同水平間距內的空氣負離子濃度、PM10濃度以及氣象因子進行了監測，結果表明：3種防護林內空氣負離子濃度日變化明顯，女貞林內空氣負離子濃度從7：00快速上升，到9：00到達一個制高點;龍柏林內的空氣負離子濃度波動較大，出現反復上升和下降的交替變化;而針闊葉混交林內負離子濃度日變化特征呈M型，在9：00和15：00達到2個峰值，這與關蓓蓓等人研究結果基本一致[11]。

3種綠地類型內空氣負離子濃度均值從大到小依次為：女貞林（280個/cm3）>龍柏林（255個/cm3）>針闊葉混交林（172個/cm3），而PM10濃度的排序為：針闊葉混交林（220μgq/m3）>龍柏林（210μg/m3）>女貞林（209μg/m3），空氣負離子濃度與PM10呈顯著負相關性。冬季常綠闊葉林對降低綠地內PM10濃度效果顯著，同時稀疏植物的層次，調整植物種植方式，建立良好的生態微環境[12]，對擴散空氣顆粒物起到促進作用;與氣象因子的關系方面，校園外側3種防護林的空氣負離子濃度與溫度、濕度以及光照呈顯著負相關，與風速呈顯著正相關。此外，本實驗研究的時間段為7：00—19：00，并非全天時間段，存在一定的局限性，還需進行進一步的研究。

參考文獻

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（責編：徐世紅）