負氧離子、PM2.5分布格局

摘 要：文章主要對西安近三年城區和林區負氧離子濃度和PM2.5時空分布狀況和特點進行了初步探索。研究結果顯示：負氧離子濃度最大值以自然保護區最高，為7600個/立方厘米，均值以2014年最高，為4400個/cm3，達到《森林環境中空氣負離子濃度分級標準》I級水平，極利于人體健康，而市區和城鄉結合部的負氧離子濃度絕大多數觀測值低于正常閾值，屬于質量不達標。

關鍵詞：負氧離子；PM2.5；分布格局

引言

負氧離子是空氣新鮮度和評判當地人居環境質量的正向指標，是森林、濕地等自然生態系統的重要生態服務產品之一，與生態環境保護、民生生活質量密切相關，是各級政府和公眾社會關注的熱點之一。在2013年9月國家林業局發布的《推進生態文明建設規劃綱要（2013-2020）》中，將空氣中負氧離子含量作為生態文明建設的重要指標之一。通過負氧離子監測能很好的反映空氣、人居環境質量和生態建設為社會提供生態產品的價值。

PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的固體顆粒或液滴的總稱，也稱為可入肺顆粒物。它會直接干擾肺部氣體交換，引發哮喘、支氣管炎和心血管病等多種疾病。PM2.5也是病毒和細菌的載體，促進呼吸道傳染病的傳播。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，富含大量的有害、有毒物質，在大氣中的停留時間較長、輸送距離較遠，因而對人體健康和大氣環境質量的影響更大。

西安屬于暖溫帶半濕潤的季風氣候區，空氣中負氧離子比海洋性氣候地區少，加之近年來以霧霾為典型表現形式的空氣污染加劇，研究負氧離子濃度和PM2.5時空分布格局對于建設新型生態宜居城市具有重要意義。

1 監測場地和方法

1.1 監測單位及場地

監測工作由四家單位配合完成：陜西太白山國家級自然保護區管理局負責“太白山自然保護區”監測點；陜西省樓觀臺實驗林場負責“樓觀臺森林公園”監測點；陜西牛背梁國家級自然保護區管理局負責“長安區大兆街辦”監測點；陜西省林業調查規劃院負責“西安市西稍門”監測點。四個監測點分別代表中高山、淺山、郊區平原農地和城市四種不同生境。通過監測數據觀察負氧離子、PM2.5變化情況。監測時間為32個月。

1.2 儀器設備

主要監測儀器為負氧離子監測儀（日本COM-3200PRO）、PM2.5監測儀器（國產CW-HAT200）。

2 結果與討論

2.1 西安地區負氧離子濃度時空分布特征分析

圖1為各監測點不同時間下負氧離子濃度的分布情況，由圖可知負氧離子平均濃度由高到低排列為：太白山自然保護區（平均濃度為3582.2個/立方厘米）、樓觀臺森林公園（平均濃度為776.4個/立方厘米）、長安區大兆街辦（平均濃度為529.5個/立方厘米）、西安市西稍門（平均濃度為360.2個/立方厘米）。

從時間分布上看，各個監測點負氧離子濃度由高到低排列依次為夏季、春季、秋季、冬季。總體來說，負氧離子濃度分布極不穩定，受林分組成、水資源分布和紫外線強度影響較大。中高山林分條件好，人為活動較少，故相比淺山負氧離子濃度較高；郊區平原農地和城市負氧離子濃度均低于中高山和淺山，且兩者相比差距不大。依據世界衛生組織頒布的不同的負離子濃度對健康的影響標準，正常閾值為600個/立方厘米，有利人體健康閾值為1500個/立方厘米，如此可知，所有監測點中只有太白山自然保護區的監測值基本上都在有利人體健康閾值之上，而其他監測點只有個別時間在有利閾值之上。市區西稍門和長安區大兆街辦這兩個監測點，其值多數在正常閾值下，說明近市區環境中負氧離子濃度達不到實現健康生態效應的水平。

從年觀測平均值角度來看，各個觀測點負氧離子濃度水平逐年提升，特別是在2015年除市區觀測點西稍門外，其余均超過正常閾值。樓觀臺森林公園的負氧離子濃度水平2013到2014年間下降約一半，2015年有所恢復，但仍未達到2013年的水平；同時PM2.5顆粒濃度的年平均值順序從小到大為：2013、2015和2014，正好與負氧離子濃度平均值相反，說明PM2.5一定程度上消耗了負氧離子，這可能是PM2.5顆粒中的氧化性顆粒被負氧離子還原造成的。

2.2 西安地區粉塵濃度時空分布特征分析

研究表明，負離子的存在同粉塵顆粒，特別是其中的強還原物質濃度成反比，所以有必要測定相關環境中的粉塵濃度。按各監測點PM2.5濃度分析（圖2），空氣粉塵PM2.5平均濃度由低到高排列為：太白山自然保護區（平均濃度為11.1ug/m3）、樓觀臺森林公園（平均濃度為37ug/m3）、長安區大兆街辦（平均濃度為59.5ug/m3）、西安市西稍門（平均濃度為142.5ug/m3），說明人為來源的顆粒物是構成PM2.5組分和濃度的主要原因。由圖2還可知每年的1-4月和10-12月是PM2.5濃度高值分布段，且市區PM2.5濃度水平有逐年加劇的趨勢。

從年均PM2.5分布上分析，西安市區環境的PM2.5濃度顯著高于其他三個觀測點，且呈現逐年增加的趨勢，長安大兆街辦的PM2.5濃度從2013年到2015年先增后降，但和市區的差距逐年增大，從數值上分析這種差距是由于城鄉結合部生態環境的改善和市區懸浮顆粒物污染加重兩方面原因造成的。研究表明，當室內空氣中負氧離子的濃度達到每立方厘米2萬個時，空氣中的飄塵量會減少98%以上。對可入肺顆粒物PM2.5效果極佳。所以在含有高濃度負氧離子的空氣中，PM2.5中危害最大的直徑1？滋m以下的微塵、細菌、病毒等幾乎為零。空氣中的輕離子（如小粒徑負氧離子）對小至0.01？滋m、在工業上難以除去的的微粒飄塵，有百分之百的沉降去除效果。我們的研究結果很好的印證了這一理論，說明在城市林區-郊區-市區尺度上，PM2.5分布格局受負氧離子濃度調控。

3 結束語

作為典型大陸性季風氣候的內陸城市，西安林區和市區的負氧離子濃度和PM2.5時空分布差異很大，且在不同季節中體現負相關，說明負氧離子能夠顯著影響PM2.5時空的分布格局，為今后治理懸浮顆粒物污染，建設宜居城市生態環境提供了數據理論支持。