北京市八達嶺林場管理處負氧離子濃度分析

摘要 利用場部和青龍橋2個監(jiān)測站2020年1—12月的大氣負氧離子自動監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了八達嶺附近逐時、逐月負氧離子濃度變化和氣象要素與大氣負氧離子的相關(guān)性。結(jié)果表明：八達嶺林場管理處整體的負氧離子濃度較高，絕大多數(shù)負氧離子濃度在1 000個/cm3以上；負氧離子濃度具有顯著的逐時、逐月變化，以“時”為單位，上午10：00和11：00左右的負氧離子濃度較高，以“月”為單位，8月和9月負氧離子濃度較高；大氣負離子受到氣象要素的影響十分復雜，同一月份同一氣象要素2個監(jiān)測站呈現(xiàn)的相關(guān)性不同，同一氣象要素同一個監(jiān)測站不同月份相關(guān)性也不同。

關(guān)鍵詞 大氣負氧離子；變化特征；氣象因素；影響分析

中圖分類號：S718.5 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）05–0140-03

Analysis of Negative Oxygen Ion Concentration in Badaling Forest Farm Management Office of Beijing

Zhao Li-li et al（Badaling forest farm Management， Beijing 102112）

Abstract Based on the automatic monitoring data of atmospheric negative oxygen ions from January to December 2020 at the two monitoring stations of the station and Qinglongqiao， the hourly and monthly changes of negative oxygen ion concentration near Badaling and the correlation between meteorological elements and atmospheric negative oxygen ions were analyzed. The results showed that the overall negative oxygen ion concentration of Badaling Forest Farm Management Office was high， and the concentration of most negative oxygen ions was 1 000 particles/cm3 above; The negative oxygen ion concentration has significant hourly and monthly changes. In the unit of “hour”， the negative oxygen ion concentration is higher around 10：00 and 11：00 a.m.， and in the unit of “month”， the negative oxygen ion concentration is higher in August and September; The influence of atmospheric negative ions by meteorological elements is very complex， The correlation between the two monitoring stations of the same meteorological element in the same month is different， and the correlation between the same meteorological element and the same monitoring station in different months is also different.

Key words Atmospheric negative oxygen ion; Change characteristics; Meteorological factors; impact analysis

負氧離子是空氣中帶負電荷的氣體離子，被稱為“空氣維生素”。2013年9月，國家林業(yè)和草原局發(fā)布《推進生態(tài)文明建設(shè)規(guī)劃綱要（2013—2020）》，將空氣中負氧離子含量作為生態(tài)文明建設(shè)的重要指標之一。八達嶺林場管理處是國家體制改革公園建設(shè)戰(zhàn)略的重要組成部分，承擔相關(guān)資源保護和生態(tài)方面的科研和監(jiān)測工作。

近年來，在北京地區(qū)，許多學者對大氣負氧離子的研究區(qū)域均集中在景區(qū)、公園、城市等，研究內(nèi)容也多集中在大氣負氧離子的濃度變化、時空變化以及氣象要素、群落環(huán)境等與大氣負氧離子的相關(guān)性分析上，同一地區(qū)研究結(jié)果也不盡相同。在北京地區(qū)氣象要素和空氣負氧離子相關(guān)關(guān)系研究中：卓凌等[1]認為空氣負（氧）離子濃度與溫度呈顯著的負相關(guān)關(guān)系，與濕度呈顯著的正相關(guān)關(guān)系；潘劍彬等[2-3]、則認為空氣負氧離子與空氣濕度、空氣溫度都呈正相關(guān)關(guān)系；徐蘭[4]發(fā)現(xiàn)不同季節(jié)條件下，晴天的負氧離子濃度與氣象要素的相關(guān)性不同，冬季，負氧離子與溫度呈正相關(guān)關(guān)系，夏季相反，秋冬季節(jié)負氧離子與濕度呈反比，冬季濕度對負氧離子負效應影響最明顯；在負氧離子季節(jié)性變化研究中：潘劍彬等[5]認為夏季最高，春季最低，而秋季僅次于夏季而高于冬季，蒙麗娜等[6]研究認為空氣負離子濃度的變化趨勢為春季＞夏季＞秋季；在群落環(huán)境和大氣負氧離子濃度影響研究中，潘劍彬等[7-8]認為有林地區(qū)的負氧離子濃度要高于無林地區(qū)，但潘劍彬等認為不同的植被類型條件下，大面積落葉闊葉林區(qū)域的負離子濃度要顯著高于針闊葉混交林區(qū)域和針葉林區(qū)域。邵海榮等則認為針葉林地區(qū)全年平均空氣負離子濃度高于闊葉林地區(qū)， 但春、夏季節(jié)則闊葉林地區(qū)高于針葉林地區(qū)。

北京市八達嶺林場管理處位于北京市延慶區(qū)，2019年11月15日，延慶區(qū)榮膺“國家森林城市”稱號，2019年世界園藝博覽會和2022年冬奧會均在延慶區(qū)舉辦，延慶區(qū)是首都重要的生態(tài)屏障，長期監(jiān)測負氧離子，對森林旅游、森林療養(yǎng)等活動開展具有重要指示意義。但延慶八達嶺附近在對大氣負氧離子研究方面還未見報道，因此，以八達嶺林場管理處為研究區(qū)域，旨在研究大氣負氧離子濃度變化和主要氣象要素對其影響，旨在為林場管理處森林管護、周邊旅游景點等工作的開展提供基礎(chǔ)氣象數(shù)據(jù)，同時為北京市延慶區(qū)生態(tài)發(fā)展和城市建設(shè)、人們的日常出游提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

1.1 區(qū)域概況

北京市八達嶺林場管理處總面積2 960 hm^２，海拔450～1 238 m，屬大陸季風性氣候。年平均氣溫10.8 ℃，年均降水量約454 mm。林區(qū)屬華北暖溫帶落葉闊葉林，是北京地區(qū)森林垂直譜系分布比較完整和典型的地區(qū)之一[9]。境內(nèi)舉世聞名的八達嶺長城東西橫貫長達15 km。擁有長城古跡、長城全周影院、熊樂園和八達嶺野生動物園等旅游景點。

1.2 氣象站位置

氣象站分別位于林場管理處場部和青龍橋火車站附近，場部監(jiān)測站地處舉世聞名的旅游勝地八達嶺長城西北部，“國家互聯(lián)網(wǎng)+全民義務植樹”基地附近，西側(cè)是碳匯林；青龍橋監(jiān)測站地處八達嶺長城東南部，處于林場典型的山坳地帶，京張高鐵、市郊鐵路S2線從氣象站附近通過。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)有效性選擇及分析方法

主要利用北京長城國家公園體制試點區(qū)（八達嶺林場）生態(tài)保護與恢復工程智能監(jiān)測管理系統(tǒng)，與圣通和AIAM600負氧離子自動檢測儀（遷移率≥0.4 cm²/（v·s））監(jiān)測數(shù)據(jù)和氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)對接，每10 min記錄1次數(shù)據(jù)，參照其他氣象觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法，對數(shù)據(jù)進行預處理：大氣負氧離子濃度值長時間1個固定值、數(shù)值突然缺失、10 min內(nèi)時大時小跳變，均判斷為數(shù)據(jù)異常；每日至少有18個有效小時平均值（每月至少有22個有效日平均值），則認為該日（月）數(shù)據(jù)有效，否則認為該日（月）數(shù)據(jù)缺失。

負氧離子數(shù)據(jù)在剔除異常值后，采用算術(shù)平均值方法對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，利用SPSS 26.0軟件進行雙變量Pearson單側(cè)檢驗相關(guān)性和顯著性水平。

2.2 負氧離子濃度與人體健康的關(guān)系

空氣中負氧離子濃度是反映空氣質(zhì)量的重要標準之一 [10]。常見的負離子等級標準及與健康的關(guān)系見表1。

3 結(jié)果與分析

3.1 監(jiān)測站氣象條件對比

通過對場部監(jiān)測站和青龍橋監(jiān)測站氣象條件的對比（表2），可以看出：風速是2個監(jiān)測站差異最大的因素，場部監(jiān)測站風速是青龍橋監(jiān)測站的2.66倍，其他氣象條件數(shù)據(jù)相差不大。

3.2 負氧離子濃度逐時變化

場部監(jiān)測站和青龍橋監(jiān)測站逐時變化趨勢基本相同（圖1）。逐時變化最大值前兩位均出現(xiàn)在上午10：00和11：00前后，黃彥柳等[11]在對空氣負離子與城市環(huán)境研究中表明：植物光合作用是產(chǎn)生負氧離子主要途徑之一，一般來說，上午10：00和11：00左右植物光合作用較強，所以在一定程度上可能會提高負氧離子濃度。場部監(jiān)測站逐時負氧離子濃度均達到良好水平，空氣清新，對健康有利，并且在07：00、09：00～12：00負氧離子濃度達到較優(yōu)水平，空氣較清新，對健康較有利。青龍橋監(jiān)測站逐時負氧離子濃度均達到中等以上水平，對健康影響正常。

3.3 負氧離子濃度逐月變化

場部監(jiān)測站和青龍橋監(jiān)測站1—12月平均濃度變化趨勢基本相同（圖2），最大值分別出現(xiàn)在8月和9月，除青龍橋4月負氧離子數(shù)據(jù)外，其他月份平均負氧離子濃度均達到中等以上水平，并且林場監(jiān)測站的7—12月和青龍橋監(jiān)測站的8—9月均負氧離子濃度達到良好水平，空氣清新，對健康有利。

3.4 2個監(jiān)測站負氧離子濃度差異分析

圖1和圖2均可以看出：場部監(jiān)測站負氧離子濃度日均值、月均值大于青龍橋監(jiān)測站。通過氣象條件的對比分析得出，林場場部地處比較空曠，受風力的影響較大，空氣流通性較好，而青龍橋監(jiān)測站地處山坳，受風力影響較小，空氣流通性較差，從而降低了空氣負氧離子的濃度。從2個監(jiān)測站所處地理位置周邊植被來看：場部監(jiān)測站處于“國家互聯(lián)網(wǎng)+全民義務植樹”基地附近，西側(cè)又是碳匯林，植被程度較青龍橋監(jiān)測站豐富，在一定程度上亦可提高負氧離子濃度。

3.5 空氣負氧離子濃度與氣象因素相關(guān)性分析

根據(jù)負氧離子數(shù)據(jù)與同步觀測的氣象要素資料，利用SPSS 26.0進行進行雙變量Pearson單側(cè)檢驗相關(guān)性和顯著性水平，結(jié)果如表3、表4所示。

結(jié)果表明，氣象要素（溫度、濕度、光合有效輻射、風速）在以月為單位進行相關(guān)性分析時，所表現(xiàn)出的相關(guān)性結(jié)果均不明顯：同一月份、同一氣象要素2個監(jiān)測站呈現(xiàn)的相關(guān)性不同，同一氣象要素同一監(jiān)測站不同月份相關(guān)性也是不同的，主要是因為大氣負離子受到氣象要素的影響十分復雜，相關(guān)性表現(xiàn)不明顯，這一結(jié)論與劉佳明等[12-15]的研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論與建議

（1）八達嶺林場管理處整體的負氧離子濃度較高，絕大多數(shù)負氧離子濃度在1 000個/cm3以上，空氣環(huán)境質(zhì)量較好，八達嶺附近非常適合旅游。建議大家多去戶外空曠、植被豐富的地方鍛煉身體、呼吸新鮮空氣。

（2）林場監(jiān)測站和青龍橋監(jiān)測站的負氧離子濃度均具有顯著的逐時、逐月變化。場部監(jiān)測站的平均負氧離子濃度高于青龍橋監(jiān)測站，場部空氣質(zhì)量高于青龍橋。以“時”為單位，上午10：00和11：00左右負氧離子濃度較高，以“月”為單位，8月和9月負氧離子濃度較高。

（3）在氣象要素與負氧離子相關(guān)性分析中，大氣負離子受到氣象要素的影響十分復雜，同一月份、同一氣象要素2個監(jiān)測站呈現(xiàn)的相關(guān)性不同，同一氣象要素、同一監(jiān)測站不同月份相關(guān)性也是不同的，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因還需通過進一步的試驗分析。

（4）不同的群落結(jié)構(gòu)條件下，喬灌草復合植物群落在影響負離子的產(chǎn)生效果方面要優(yōu)于簡單植物群落結(jié)構(gòu)。北京市八達嶺林場內(nèi)有許多著名的旅游景點，建議林場在森林管護撫育工作中，適當改造結(jié)構(gòu)不好的林分，增加多層林和針闊混交林，發(fā)揮森林增加空氣負離子的作用。

上述結(jié)論是在2020年1—12月觀測資料數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上給出的，由于資料年份較短，還需進一步跟蹤分析。

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責任編輯：黃艷飛