九峰國家森林公園空氣負離子濃度變化規律

周文昌 潘磊 崔鴻俠 喻單寧 戴薛 蔡明

摘 要： 為了探討城市森林生態系統空氣負離子濃度的季節動態變化規律，采用了FLZ1型大氣負離子自動觀測系統研究武漢市九峰森林公園空氣負離子濃度日變化和季節動態規律。結果表明：九峰國家森林公園空氣負離子濃度存在明顯的季節變化規律，2014年5月至10月的空氣負離子濃度月平均值分別為610、640、973、902、987、793個/cm3，表明夏季和秋季是森林空氣負離子濃度較高的季節。森林公園空氣負離子濃度存在明顯日變化規律，表現為凌晨0600至0800出現峰值或傍晚1800后呈現增加趨勢，說明清晨太陽初升時及傍晚前后是一天內森林空氣負離子濃度較高的時間段。另外，春季（5月）、夏季初期（6月）和秋季末（10月），溫度是影響森林公園空氣負離子濃度的主導因素，而仲夏（7月和8月）和秋季初期（9月），降雨量是影響森林公園空氣負離子濃度的主導因素，但是并未發現空氣負離子濃度日平均值與空氣溫度和濕度日平均值存在顯著線性關系。

關鍵詞： 空氣負離子；森林公園；武漢市

中圖分類號：X16 文獻標識碼：A 文章編號：1004-3020（2018）01-0001-05

Aero-anionon Centration in Jiufeng National Forest Park in Wuhan City

Zhou Wenchang（1） Pan Lei（1） Cui Hongxia（1） Yu Shanning（2） Dai Xue（1） Cai Ming（3）

（1.Hubei Academy of Forestry Wuhan 430075；2.Investigation and Planning Institute of Hubei ProvinceWuhan 430079；3.Hubei Meteorological Administration Wuhan 430074）

Abstract： To find out the seasonal dynamic variation and diurnal variation of aero-anion concentration in urban forest ecosystem. As the aero-anion concentration automatic observation system， the FLZ1 model was used in the Jiufeng national forest park in Wuhan city. Our research showed that the aero-anion concentration in the Jiufeng national forest park observed obvious seasonal change. Every month mean aero-anion concentration from May to October in 2014 was about610， 640， 973， 902， 987， and 793 ind/cm3， respectively. They were suggested that the best tourist season for aero-anion is summer and autumn. In additional， Obvious diurnal variation pattern of aero-anion concentration was observed， the peak value was from Beijing time from 0600 to 0800 am （before the sun rises） or after 1800 pm （after the sun goes down）， our result showed that people get the best at forest park when the sun rises and the sun goes down. In addition， on the early spring （May）， summer （June） and fall （October）， the air temperature seem to be the dominant factors influencing the aero-anion level in he forest park， and on the summer （July and August） and the early autumn （September）， the rainfall seem to be the dominant factors influencing the forest park of air negative ions concentration，but did not find significant linear relationship between the daily mean aero-anion concentration and daily mean air temperature and humidity.

Key words： aero-anion concentration；forest park；Wuhan city

空氣負離子也稱為負氧離子，主要來源于紫外線、宇宙射線、放射性物質而引發的空氣電離作用，山林、樹冠、植物葉尖放電，及雷電、瀑布、海浪的沖擊，也能促使空氣電離，從而產生負離子[1，2]。空氣負離子對人類健康能夠起到重要促進作用，被譽為“空氣維生素和生長素”，它的濃度水平已成為衡量城市空氣質量的一項重要指標[3]。有關研究表明當空氣負離子濃度達到700～1 000個/cm3或者超過1 000個/cm3時，該區域的空氣環境不僅可以調節人們的心情，使人們心情愉快、神清氣爽，而且能夠緩解、抑制和輔助治療人體7個系統的30多種疾病[4，5，6]。因此，開展城市森林生態系統空氣負離子研究及其評價，可為人們科學合理地體驗自然、擁抱森林提供有益參考。

1 研究區概況及研究方法

1.1 研究區概況

九峰國家森林公園（114°29′50″E， 30°31′4″N）位于武漢市東郊，距離武漢市中心約12 km，屬于亞熱帶季風氣候區，年均氣溫163 ℃，極端高溫41 ℃，極端低溫-176 ℃，年日照數1 600 h左右，無霜期240 d，年降雨量1 200～1 400 mm，年均相對濕度79%。夏季高溫期間，森林公園的溫度較市區低于2～4 ℃，是市區人民休閑娛樂及其戶外活動的好去處。森林公園內森林資源豐富，據不完全統計，現有鳥類60余種，維管束植物484種，其中喬木215種，草本植物269種，野生植物314種，人工栽培植物170種，森林覆蓋率85%，有林地面積達48352 hm2，以馬尾松林為主要常綠闊葉林，其次以優勢樹種為楓香、栓皮櫟和馬尾松為主要針闊混交林。現存面積較大的有栓皮櫟 Quercus variabilis、楓香Liquidambar formosana等落葉林；常綠闊葉林有青岡 Cyclobalnopsis glauca、苦櫧Castanopsis sclerophylla等；針葉林有馬尾松Pinus massoniana、杉木 Cunninghamia lanceolata、濕地松Pinus ellilttii等。有引種的水杉Metasequoia glyptostroboides、銀杏Ginkgo biloba、墨西哥落羽杉Taxodium mucronatum等針葉樹種[7，8]。

1.2 研究方法

本研究是以湖北省森林空氣負離子監測站網為依托，負離子濃度監測儀采用了FLZ1型大氣負離子自動觀測系統，系統傳感器采用“電容式吸入法”原理進行檢測空氣負離子濃度。檢測范圍：0～9999×108個/cm3，分辨率為1個/cm3，測量時長為96 s，采樣頻率為10次/min，測量誤差：離子濃度≤±5%，遷移率≤±5%，遷移速率為04～10 cm2/（V·s），取樣空氣流速160 cm/s，響應時間常數為15～70 s，采集器存儲整10 min的負離子值。

數據分析時對部分異常值進行了剔除，將100個/cm3<負離子濃度<5 000個/cm3視為有效數據。空氣負離子濃度季節動態變化規律從2014年5至10月，空氣負離子濃度月平均值為所有有效數據的平均值，空氣負離子濃度日變化規律為每天24個小時同一時間段（1個小時內）平均值（如0000至0100時間段內），求出每個月連續24個小時的同一時間段的平均值。天氣條件（晴天、雨天、多云和陰天）對森林公園空氣負離子濃度的影響是將不同天氣條件中的24小時連續的、有效的數據作為評估。

2 結果與分析

2.1 森林公園空氣負離子濃度生長季動態變化規律

九峰森林公園2014年5至10月空氣負離子濃度平均值（5月、6月、7月、8月、9月和10月）各自為610，640，973，902，987，793個/cm3（圖1）。表現為春季和夏季初期5至6月較低（625個/cm3）、夏季植物生長旺盛期7至8月較高（938個/cm3），秋季9至10月（890個/cm3）。

2.2 森林公園空氣負離子濃度日變化規律

九峰森林公園2014年5月、6月、7月、8月、9月和10月空氣負離子濃度存在日變化規律。由圖2可知，生長季期間，負離子濃度日變化規律表現為雙峰型，通常在凌晨0600至0800（太陽升起前）出現第一個峰值，傍晚1800后開始逐漸升高，在1900至2000前后出現第二個峰值，日最低值多出現在午后14：00左右。

2.3 天氣對九峰國家森林公園負離子濃度的影響

由圖3可知，不同天氣條件下的森林公園空氣負離子濃度不同，并且不同月份呈現的規律不一致。5月份，多云（8天）和雨天（10天）的空氣負離子濃度日平均值各自為476個/cm3和485個/cm3（只計算有效數據的天數，后面相同），無明顯差異；6月份，晴天（4天）、多云（10天）、雨天（8天）的空氣負離子濃度日平均值各自為542個/cm3、473個/cm3和460個/cm3，晴天空氣負離子濃度最高；7月份，多云（9天）、晴天（5天）、雨天（9天）、陰天（2天）的空氣負離子濃度日平均值各自為715個/cm3、752個/cm3、821個/cm3和422個/cm3，雨天空氣負離子濃度最高；8月份，多云（9天）、晴天（1天）和雨天（7天）空氣負離子濃度日平均值各自為583個/cm3、533個/cm3和760個/cm3，雨天空氣負離子濃度最高；9月份，雨天（3天）、晴天（4天）和多云（6天）的空氣負離子濃度日平均值各自為590個/cm3、544個/cm3和491個/cm3，雨天空氣負離子濃度最高；10月份，雨天（15天）和多云（3天）的空氣負離子濃度日平均值為537個/cm3和706個/cm3，多云空氣天氣負離子濃度最高。結果呈現的規律為春季、夏季初、春季末的低溫天氣，溫度可能是決定森林公園空氣負離子濃度高低的因素，而仲夏（7月和8月）和秋季初（9月），降雨量可能是決定森林公園空氣負離子濃度高低的因素；但是經過相關關系分析，本研究的每個月負離子濃度日平均值與日平均空氣溫度、日平均空氣相對濕度和日平均水氣壓并無顯著線性關系。

3 結論與討論

有研究表明森林公園空氣負離子濃度從數百個到數萬個/cm3，甚至數十萬個/cm3，這主要是因研究地域、景觀類型的差異[2，6，9]。韓明臣等[9]研究的北宮森林公園負離子濃度全年平均值為3 422個/cm3。潘劍彬等[10]研究北京奧林匹克森林公園綠地空氣負離子濃度春季最低（<1 000個/cm3），夏季最高（2 500個/cm3），秋季（2 100個/cm3）僅次于夏季，但高于冬季（1 070個/cm3），本研究的九峰國家森林公園與該研究有類似的結論，即夏季植物生長盛期7至8月空氣負離子濃度最高（938個/cm3），而緊接著是秋季9月至10月（890個/cm3），春季和夏季初期最低（625個/cm3，圖1）。韓明臣等[9]研究表明，森林公園地形（山坡、溝谷）也是影響空氣負離子濃度季節變化格局的重要因子，在山坡植物稀疏監測點的空氣負離子濃度是春季>夏季>秋季；而在溝谷是夏季>秋季>春季。這可能是由于植物的季節性生長發育影響群落周邊的空氣質量，且高的植被覆蓋度和豐富的群落層次結構促進了負離子產生和空氣質量的改善，夏季水量充足，溫度較高，植物光合作用較強有關[9，10，11]。張璐等[6]研究森林土壤和植被對自然保護區空氣負離子濃度影響的正效應明顯，并建議在保護區修建專用的空氣負離子健康道，以為人們提供更多的休憩、娛樂和保健場所；同時大量研究表明溪邊、瀑布以及接近水面的區域監測點的空氣負離子濃度比其他區域要高，其原因是空氣負離子物理性發生的重要渠道是水分子的裂解，而瀑布、海浪、暴雨等自然過程中的水分子的裂解加速，空氣負離子由此大量產生。

研究表明空氣負離子濃度日變化規律與空氣溫度呈負相關，與空氣相對濕度呈正相關[11，12，13]，與日平均水氣壓呈正相關[14]或與空氣氣壓呈互相關[11]，本研究觀測的每天午后14：00左右是空氣負離子濃度最低值，太陽升起來前（0600至0800）和太陽降下（傍晚1800后）之后會出現峰值，這個規律看似是與氣溫日變化規律相反的（圖2），本研究表明該時段是人們獲得更多空氣負離子的最佳時間，有助于人們在公園綠地和森林公園步行來調節人們心情和緩解人們精神疲勞。由于本研究區域的3種氣象數據無觀測日變化數值，無法統計相關性，還有待數據進一步驗證和長期觀測研究。

不同天氣條件下，空氣負離子含量大小順序為雨天>晴天>陰天，表明動態水體是決定空氣負離子濃度的主導因素[11]，但是本研究僅在仲夏（7月和8月）和秋季初期（9月）看到有類似現象出現，即雨天最高，降雨量決定空氣負離子濃度；然而對于其它觀測時間，空氣溫度決定空氣負離子濃度大小（諸如6月是晴天最高，10月是多云最高，5月的雨天和多云相差不大，圖3）。

參 考 文 獻

[1]Iwama H. Negative air ions created by water shearing improve erythrocyte deformability and aerobic metabolism[J]. Indoor Air， 2004， 14（4）：293-297.

[2]潘劍彬，董麗，廖圣曉，等.北京奧林匹克森林公園空氣負離子濃度及其影響因素[J]. 北京林業大學學報，2011，33（2）：59-64.

[3]王洪俊.城市森林結構對空氣負離子水平的影響[J].南京林業大學學報（自然科學版），2004，28（5）：96-98.

[4]黃建武，陶家元.空氣負離子資源開發與生態旅游[J].華中師范大學學報（自科版），2002，36（2）：257-260.

[5]李志民，李安伯.大自然中的空氣離子[J].大自然探索，1988，7（4）：39-45.

[6]張璐，楊加志，曾曙才，等.車八嶺國家級自然保護區空氣負離子水平研究[J].華南農業大學學報，2004，25（3）：26-28.

[7]付甜，崔鴻俠，潘磊，等.九峰國家森林公園森林資源信息數字化建設[J].湖北林業科技，2016，45（2）：22-24，33.

[8]龐宏東，王曉榮，鄭京津，等.九峰國家森林公園維管束植物區系研究[J].湖北林業科技，2017，46（5）：1-5.

[9]韓明臣，葉兵，張德成.北宮森林公園空氣負離子濃度變化規律及其生態價值估算[J].西部林業科學，2013（1）：32-37.

[10]潘劍彬，董麗，晏海.北京奧林匹克森林公園綠地空氣負離子密度季節和年度變化特征[J].東北林業大學學報，2012，40（9）：44-50.

[11]徐猛，陳步峰，粟娟，等.廣州帽峰山林區空氣負離子動態及與環境因子的關系[J].生態環境學報，2008，17（5）：179-185.

[12]張雙全，譚益民，吳章文.空氣負離子濃度與空氣溫濕度的關系研究[J].中南林業科技大學學報，2011，31（4）：114-118.

[13]王順利，劉賢德，金銘，等.甘肅省森林區空氣負離子分布特征研究[J].生態環境學報，2010，19（7）：1563-1568.

[14]黃世成，徐春陽，周嘉陵.城市和森林空氣負離子濃度與氣象環境關系的通徑分析[J].氣象，2012，38（11）：1417-1422.