五指山市榮最嶺空氣負離子晝間變化特征

丁文慈,趙由之

(海南熱帶海洋學院 熱帶生態環境保護學院,海南 三亞 572022)

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五指山市榮最嶺空氣負離子晝間變化特征

丁文慈,趙由之

(海南熱帶海洋學院 熱帶生態環境保護學院,海南 三亞 572022)

2.35mm摘要：為研究五指山市榮最嶺空氣負離子的晝間變化特征,對海南熱帶海洋學院五指山北校區樹林的空氣正、負離子濃度和空氣溫度、相對濕度等環境因子進行了同步監測,并做相關性分析.結果表明:空氣負離子濃度表現為早上和傍晚較高,下午較低;隨空氣溫度升高而減小,且與溫度呈顯著的負相關;隨相對濕度增加而增大,但相關性不顯著.利用空氣離子單極系數及安倍空氣質量評價指數對榮最嶺空氣清潔度進行初步評價,表明榮最嶺空氣舒適度和清潔度高,除10:00受人類活動影響較大外,空氣清潔度均在A級或B級.

空氣負離子;單極系數;評價指數;空氣清潔度;相關性

0 引言

空氣負離子被譽為“空氣維生素”,具有凈化空氣,抑制病菌,清除氧自由基,促進血液循環,加強新陳代謝等作用[1],主要包括O2-(H2O)n, OH-(H2O)n及CO4-(H2O)2,因空氣中氧氣含量較多且較易獲得電子,所以空氣負離子主要指O2-(H2O)n,即負氧離子[2,3].空氣負離子含量越高,空氣越清潔,對人體健康越有益.有研究表明空氣負離子濃度達到700-1000個·cm-3以上時對人體有保健作用[4],世界衛生組織也規定空氣負離子濃度不低于1000-1500個·cm-3時為清新空氣[5].森林小氣候是空氣負離子的重要來源,森林環境中樹木的樹冠和枝葉的尖端放電,植物光合作用過程中形成的光電效應以及植物產生的萜烯類物質均會促使空氣電離,躍出的自由電子附著在氧或水分子上,從而產生大量的空氣負離子[6].隨著人們保健意識的增加,以生態旅游和森林浴為基礎的森林環境中空氣負離子的研究逐漸展開[7-14],但對長期有人類居住的熱帶森林環境中空氣負離子的研究還鮮有報道,本研究以坐落在五指山市榮最嶺的海南熱帶海洋學院五指山北校區樹林為觀測點,對長期有人居住的熱帶森林環境中空氣負離子的晝間變化特征進行了初步調查和分析,并對其空氣清潔度進行初步評價.

1 研究方法

1.1 觀測地概況

五指山市榮最嶺是海南熱帶海洋學院五指山北校區所在地,本文選取北校區樹林作為觀測點研究榮最嶺空氣負離子的晝間變化特征.觀測地海拔362 m,植被類型以海南五葉松為主,間有青皮木棉和香樟,是人們學習工作生活之余休閑養生的地方.

1.2 觀測時間及方法

為保證數據的重復性,觀測時間為2015年8月6日至8日,連續重復測定3天,每天從06:00到18:00,每隔1小時監測一次,測定距地面1.5m即成人呼吸高度處的空氣正、負離子濃度.由于空氣正、負離子濃度瞬時變化很大,為保證數據的可靠性,在讀取空氣離子濃度時一般待儀器讀數穩定后,于東南西北四個方位分別讀取5個數據,對相同時間測量的數據取平均值進行分析.同時記錄相應的空氣溫度和相對濕度.

1.3觀測項目和使用的儀器

空氣正、負離子濃度采用美國Alphalab公司生產的AIR ION COUNTER 1000型空氣離子測量儀測定.儀器采用“平行板”檢測方法,吸引空氣通過帶電的平行極化電極板進行計量空氣中正、負離子濃度,其測量范圍為10-20×106個·cm-3,檢測精度為±25%.

空氣溫度和相對濕度采用臺灣衡欣AZ8910型五合一氣象儀進行測定.

1.4空氣清潔度的評價標準

空氣清潔度與空氣中負離子含量相關,常用的評價指標有單極系數和安倍空氣質量評價指數[15].

1.4.1單極系數(q)

單極系數q指空氣中正離子濃度n+與負離子濃度n-的比值,即

q=n+/n-.

單極系數越小,表示空氣中負離子濃度越高,對人體越有利,通常陸地上q值約為1.15[2].研究表明,當負離子濃度n-大于1000個·cm-3,且單極系數q值小于1時,空氣清潔舒適,對人體健康最為有益[16].

1.4.2安倍空氣質量評價指數(CI)

安倍空氣質量評價指數是日本學者安倍建立的,反映了空氣中離子濃度接近自然界空氣離子化水平的程度[17],即

CI= (n-/1000)·(1/q).

CI為空氣質量評價指數;n-為空氣負離子濃度(個·cm-3);q為單極系數;1000為滿足人體生物學效應最低需求的空氣負離子濃度(個·cm-3).

CI值越大,表示空氣質量越好,空氣越清潔.按空氣質量評價指數可以將空氣清潔度分成5個等級,其評價標準見表1.

表1 空氣清潔度等級評價標準[1]

2 結果與分析

2.1榮最嶺空氣負離子晝間變化特征

通過對榮最嶺空氣負離子濃度的測定可知(圖1):除10:00外,榮最嶺上午的空氣負離子濃度普遍高于下午,均高于滿足人體生物學效應最低需求的空氣負離子濃度—1000個·cm-3,且在早上7:00負離子平均濃度達到晝間最高值;而下午負離子濃度均在1000個·cm-3上下波動,于下午16:00達到最低值后又開始回升,到傍晚18:00空氣負離子濃度又達到一個高峰值.

原因在于清晨6:00太陽輻射較弱,氣溫較低,植物光合作用也較弱,但較大的空氣濕度促進了自由電子與水分子的結合,使空氣負離子濃度相對較高.清晨氧氣含量少,與其他時間相比可能O2-(H2O)n所占比例減小,而OH-(H2O)n和CO4-(H2O)2兩種負離子所占比例增大.隨著太陽輻射的增強,植物光合作用不斷加強,空氣負離子濃度也逐漸升高,在上午7:00達到一個峰值.之后氣溫開始升高,相對濕度降低,人們戶外活動不斷加強,導致空氣中懸浮物增加,空氣負離子濃度開始逐漸下降,到10:00出現最低值.10:00過后氣溫偏高,戶外活動的人們減少,此時太陽紫外線強烈,植物的光合作用強,在11:00時空氣負離子濃度又達到一個峰值.之后氣溫繼續升高,空氣濕度降低,植物的光合作用速率下降,出現“午休”現象,導致負離子濃度也處于相對較低的水平.一直到下午16:00以后,氣溫下降,空氣相對濕度增加,植物光合作用“午休”結束,空氣負離子濃度又開始升高,并于18:00達到第三個峰值.

圖1 榮最嶺空氣負離子濃度及溫度、相對濕度的晝間變化特征 ( -▲-代表榮最嶺6:00-18:00不同時刻空氣溫度的變化; -★-代表榮最嶺6:00-18:00不同時刻相對濕度的變化;-●-代表榮最嶺6:00-18:00不同時刻空氣負離子平均濃度的變化; - - -代表滿足人體生物學效應最低需求的空氣負離子濃度1000個·cm-3)

2.2空氣負離子與環境因子的關系

2.2.1空氣負離子與空氣溫度的關系

用SPSS對負離子濃度與空氣溫度進行相關性分析,發現二者呈負相關,且在0.05水平上相關性顯著(r=-0.578,p=0.049),其回歸方程為y= -59.19x+2715.0(圖2),式中y為負離子濃度(個·cm-3),x為空氣溫度(℃).從分析結果來看,榮最嶺空氣負離子濃度與空氣溫度呈現出顯著的負相關,即負離子濃度隨溫度的升高而降低.

圖2 空氣負離子濃度與溫度的關系

圖3 空氣負離子濃度與相對濕度的關系

2.2.2空氣負離子與相對濕度的關系

對負離子濃度與相對濕度的相關性分析發現二者呈現一定的正相關,但相關性不是很明顯(r=0.516,p=0.086),其回歸方程為y=18.60x-335.0(圖3),式中y為負離子濃度(個·cm-3),x為相對濕度(%).從分析結果來看,榮最嶺空氣負離子濃度隨空氣相對濕度增加而增大,但相關性并不顯著.

2.3榮最嶺空氣清潔度評價

單極系數等于或小于1且負離子濃度大于1000個·cm-3時,才能給人以舒適感.由表2可知,榮最嶺的單極系數在6:00,7:00,9:00,11:00和18:00均小于1,8:00,14:00和17:00均約等于1,其他時間單極系數均大于1.因此在上午(除10:00外)和傍晚均體感舒適,14:00的q值雖約等于1,但因其負離子平均濃度略低于1000個·cm-3,舒適感欠佳.

對比不同時刻的安倍空氣質量評價指數發現,除10:00外,榮最嶺上午的CI值均大于1,空氣清潔度均為A級最清潔水平,10:00因受人為活動影響較大,空氣清潔度為C級中等清潔;中午12:00到下午17:00的CI值均在0.70-1.00之間,空氣清潔度均為B級清潔水平,18:00的空氣清潔度又回到A級最清潔水平,且CI值達到一天中的最高值2.36.

表2 榮最嶺空氣離子平均濃度及空氣清潔度評價

3 結論

榮最嶺空氣負離子的晝間變化特征總體表現為上午和傍晚濃度較高,大于1000個·cm-3;下午濃度較低,在1000個·cm-3上下波動,均值低于1000個·cm-3.單極系數和安倍空氣質量評價指數對榮最嶺空氣質量的評價結果也表明早晚空氣的舒適度和清潔度均高于下午.

通過相關性分析發現榮最嶺空氣負離子濃度隨相對濕度增加而增加,但無明顯相關性;隨空氣溫度升高而降低,且顯著相關:早晚溫度較低時,負離子濃度相對較高,下午因高溫導致植物光合作用“午休”,負離子濃度降低.另外因人類活動導致的空氣懸浮物增加對負離子濃度的影響較大,致使上午人類戶外活動頻繁時空氣負離子濃度出現低谷,且空氣的清潔度只達到中等清潔水平.

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(編校：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

海南省教育廳高等學校科學研究項目(Hjkj2012-44);三亞市院地科技合作項目(2013YD07);瓊州學院校級青年科學基金項目(QYQN201227)

丁文慈(1980-),女,河北辛集人,海南熱帶海洋學院熱帶生態環境保護學院講師,碩士,研究方向為大氣環境化學.

X823

A

1008-6722(2016) 05-0028-05

10.13307/j.issn.1008-6722.2016.05.06