森林環境中空氣負離子水平監測尺度的研究

李江榮 王瑞紅 任毅華

摘要：監測尺度的分類為更好地開展森林空氣負離子監測提供幫助。本文作者通過文獻整理和分析發現：基于個體尺度的監測，是開展空氣負離子濃度監測的源頭；種群尺度的監測，明確了確定優勢樹種的重要性；群落尺度的監測，為生態公益林、城市綠地建設提供現實指導；生態系統尺度的監測，要求長期而系統的監測。因此，建立不同尺度的空氣負離子監測體系對開展森林生態系統服務功能評估、城市森林、綠地建設等方面具有重要的現實意義。

關鍵詞：負離子；監測尺度；森林生態系統

資助項目：西藏自治區自然科學基金項目（2015ZR-14-28）：色季拉森林生態系統空氣負離子水平動態研究

中圖分類號： X831 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.16.058

森林以其特有的森林小氣候，擁有產生空氣負離子的良好環境。多項研究已證實，森林中具有較高的空氣負離子，究其產生機理主要在于森林植物的“尖端放電”和“光電效應”。不同森林環境，空氣負離子濃度差異很大。究其緣由主要包括：水環境（降水、水體、瀑布等），土壤環境（土壤類型、溫濕度、放射性元素等），大氣環境（太陽輻射、空氣溫濕度、下墊面狀況等），生物要素（物種、群落類型、群落結構等）。本文從生物學、生態學角度入手，對森林空氣負離子監測尺度進行討論，以期為不同監測尺度下空氣負離子水平對比分析和科學研究提供參考，進而為森林生態系統服務功能評估合理性、科學性、準確性提供理論支持。

1 研究尺度分類

本文從生物學、生態學角度入手，將森林空氣負離子水平監測尺度初步分為：個體（樹種）、種群、群落、生態系統四個尺度。

個體。即某一樹種，重點探討不同森林類型建群種生理特性對負離子水平的影響。

種群。重點探討種群特征、種群動態等對負離子水平的影響，包括樹齡、郁閉度、數量、生活史等。

群落。重點研究群落類型、群落結構及群落演替等對負離子水平的影響。

生態系統。重點探討生物要素與環境要素之間的關系，查明不同區域森林空氣負離子水平分布的時空規律。

2 不同尺度與空氣負離子的研究

2.1 個體對空氣負離子的影響

由于不同樹種的生理特性不同，例如葉片的蒸騰作用，光合作用等特征的強弱差異，決定了不同的樹種產生負離子的能力不同。李繼育等[1]，通過高壓刺激盆栽植物測定其產生空氣負離子的影響，結果表明：受高壓刺激后會成百上千倍的產生負離子，產生負離子能力植物之間差異明顯，產生負離子的能力較強的是銀星秋海棠和橡皮樹。吳際友等[2]，研究了8種園林樹種周圍空氣中的負離子水平，結果表明：不同樹種周圍空氣負離子水平存在顯著差異，其負離子水平從高到底的排列順序為：沉水樟—羅漢松—樂東擬單性木蘭—木蓮—南方木蓮—金葉含笑—樂昌含笑—中國鵝掌揪。通常情況下，單株植物或少量植物所產生的負離子濃度很低，有時甚至低于目前負離子監測儀器的最低檢測數量級（101個），故對個體負離子濃度的監測應從生理生態的角度入手，收集不同物種葉面積指數、葉片蒸騰、光合作用、植物揮發性有機物等監測數據，是解釋不同樹種種群空氣負離子濃度高低的理論基礎。此外，樹種的選擇對城鄉生態公益林建設、城市綠地建設具有指導意義。

2.2 種群對空氣負離子的影響

種群對空氣負離子水平的影響一方面體現在樹種特性的數量級變現上，除此之外種群的空間特征、系統特征則進一步提高了空氣負離子濃度水平。吳楚材等[3-4]，研究發現：影響空氣負離子濃度的主要因素為樹齡、郁閉度、樹高，且關系密切。純林林分的空氣負離子水平在900～2000個/立方厘米之間，其中針葉樹種林分的負離子平均為1507個/立方厘米，闊葉樹林分負離子平均為1161個/立方厘米，可以看出，針葉樹種林分明顯高于闊葉樹種林分。李印穎等[5]，研究表明：植物產生負離子多少與植物的生命力息息相關，側柏林純林負離子濃度以及空氣清新度都比油松純林和刺槐林純林高。開展區域級別乃至全國范圍的空氣負離子監測，弄清區域森林主要優勢對空氣負離子水平濃度顯得尤為重要，建議整理優先監測樹種，弄清其種群尺度負離子濃度水平，對開展生態公益林生態效益評估具有十分重要的基礎價值。

2.3 群落對空氣負離子的影響

群落尺度的研究相對較多，主要體現在群落類型和群落結構等方面，研究表明：復雜群落結構的森林類型空氣負離子濃度相對較高，復層結構（喬灌草）>簡單結構（喬灌、喬草、灌草）>單一結構。楊建松等[6]，研究了貴州花溪公園不同植物群落空氣負離子濃度水平，其研究結果表明：闊葉林>針闊葉混交林>灌叢>草地。秦俊等[7]，對上海地區常見的21個群落中的空氣正、負離子濃度進行了測試分析，其研究結果表明：竹類群落提高空氣負離子濃度的能力最強，草坪提高空氣負離子濃度的能力最弱，且植物群落增加空氣負離子濃度的能力明顯高于水泥地。以生態站為基礎的群落空氣負離子水平監測，不僅是生態系統服務功能評估數據的來源，對生態公益林建設、城市綠地結構優化也具有現實指導意義。

2.4 生態系統對空氣負離子的影響

生態系統尺度，特別是環境要素與生物要素的關系相對更為復雜、系統性更強。水環境對空氣負離子的影響，基本達成共識，動態水能明顯增加周圍空氣負離子濃度[8，9]。旅游景區和城市公園建設中可適當增加動態水體、噴泉、瀑布等設施。土壤環境對空氣負離子的影響，相對較少。海拔高度、土壤性質、母巖類型、巖石放射性元素等都會影響空氣負離子濃度。

大氣環境中太陽輻射、空氣溫濕度、降水、風速、大氣壓等要素直接影響著空氣負離子的生成、擴散和消亡。研究表明：陰天的空氣負離子含量明顯低于晴天。雨過天晴，空氣負氧離子濃度明顯高于干燥晴天。空氣溫濕度影響結果爭議較大。可能的緣由在于不同氣象條件以及觀測時間、季節甚至群落組成的不同都會影響最終監測結果，故開展長期而系統的監測與研究顯得尤為重要。

3 結論與建議

基于個體、種群、群落、生態系統等尺度的森林空氣負離子監測能更好的理清監測和研究的重點。從個體尺度監測而言，弄清植物生理特性，例如葉面積指數、葉片蒸騰、光合作用等是開展空氣負離子濃度監測的源頭；種群尺度的監測，要求確定各區域優先監測的樹種種群；群落尺度的監測，從群落結構和群落類型角度，為生態公益林、城市綠地建設提供現實指導；生態系統尺度的監測，要求長期而系統的監測，弄清不同區域、不同生態系統類型，水、土、氣等環境要素與生物要素的綜合影響。因此，建立不同尺度的空氣負離子監測體系對開展森林生態系統服務功能評估、城市森林、綠地建設等方面具有重要的現實意義。

參考文獻

[1]李繼育，蘇印泉，李印穎，任釗，小林昭雄.高壓刺激對幾種盆栽植物產生空氣負離子的影響[J].西北林學院學報，2008（04）：38-41.

[2]吳際友，程政紅，龍應忠，童方平，宋慶安，劉云國.園林樹種林分中空氣負離子水平的變化[J].南京林業大學學報（自然科學版），2003（04）：78-80.

[3]吳楚材，鐘林生，劉曉明.馬尾松純林林分因子對空氣負離子濃度影響的研究[J].中南林學院學報，1998（01）：70-73.

[4]吳楚材，鄭群明，鐘林生.森林游憩區空氣負離子水平的研究[J].林業科學，2001（05）：75-81.

[5]李印穎，蘇印泉，李繼育，賀亮，玉泉幸一郎，牟田信次.黃土高原植被與空氣負離子關系的研究[J].干旱區資源與環境，2008（01）：70-73.

[6]楊建松，楊繪，李紹飛，吳學強.不同植物群落空氣負離子水平研究[J].貴州氣象，2006（03）：23-27.

[7]秦俊，王麗勉，高凱，胡永紅，王玉勤，由文輝.植物群落對空氣負離子濃度影響的研究[J].華中農業大學學報，2008（02）：303-308.

[8]邵海榮，賀慶棠.森林與空氣負離子[J].世界林業研究，2000，13（05）：19-23.

作者簡介：李江榮，西藏農牧學院高原生態研究所/西藏林芝高山森林生態系統國家野外科學觀測研究站，副教授，研究方向：森林生態學、生態監測教學與研究。