空氣負氧離子的時空分布特征及其影響因素研究—以福建君子峰國家級自然保護區為例

吳偉貞

（福建君子峰國家級自然保護區管理局，福建 三明 365200）

引言

森林生態系統在保護生物多樣性、固碳、釋氧、調節水源、凈化水質、凈化大氣環境和休閑游憩等方面發揮著重要的生態系統服務功能，而森林中的負氧離子濃度不僅是作為森林活動也是生態環境質量評價的重要參數[1]。研究表明，負氧離子濃度較高時，人體內血清素含量水平可以得到調節，從而調整人體的穩態，促進激素分泌，促進人體的代謝循環，使人體細胞延緩衰老的進程[2]。近年來，許多專家學者針對性地開展了有關負氧離子濃度水平變化規律的研究，從季節變化方面，空氣負氧離子遵循的規律為夏季達到最高，春秋季次之，冬季呈現最低[3-4]。從森林類型方面，一般環境內空氣負氧離子的濃度變化遵循從人工林環境向自然環境遞增的分布規律，且空氣負氧離子濃度隨郁閉度的增加逐漸升高[5-6]。然而，空氣負氧離子濃度的變化規律與植被類型和氣候條件均有密切的關系，有研究表明森林環境中的溫度、濕度、光輻射和海拔等多種因素均會影響到負氧離子濃度的變化[7-9]。但不同的研究區域之間由于氣候因素和植被條件的不同，很難得出統一的影響機制[5，9]。本文通過分析空氣負氧離子濃度的月際變化規律及與溫度和濕度的關系，根據森林生態環境內空氣負氧離子的變化規律，建立科研監測和數據管理體系，為合理開發利用森林旅游資源、進行森林康養活動以及保護區生態自然環境的可持續發展奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

福建君子峰國家級自然保護區位于福建省三明市明溪縣境內，處在我國中亞熱帶東部，涉及楓溪、夏坊、蓋洋、沙溪和夏陽5個鄉鎮的15個行政村。君子峰國家級自然保護區屬于中亞熱帶海洋性季風氣候，擁有保護完好的大面積低緯度低海拔中亞熱帶基帶常綠闊葉林森林生態系統，動植物資源豐富、生物的多樣性豐富[10]。巖坑生態監測站位于夏坊轄區，桃源生態監測站位于灣內轄區。夏坊轄區總面積為1×104ha（其中核心區面積為4.7×103ha、緩沖區面積為2.2×103ha、實驗區面積為3.2×103ha），而灣內轄區總面積為5.2×103ha（其中核心區面積為2.2×103ha、緩沖區面積為1.4×103ha、實驗區面積為1.4×103ha）。

1.2 監測方法

在巖坑、桃源監測點利用IM800型負離子濃度自動測量儀，通過負氧離子測量儀器的設備定位定時監測中亞熱帶基帶常綠闊葉林森林生態系統，全天24 h不間斷地自動采集環境濕度、溫度數據組和負氧離子濃度，設定儀器每1 min采集一次數據[11]。

2 結果與分析

2.1 巖坑、桃源負氧離子濃度月際變化特征

巖坑和桃源兩個監測站月平均負氧離子濃度呈雙峰型變化趨勢（圖1），最高值均出現在5月和11月。具體來看，巖坑的月平均負氧離子濃度均在2 950 ion·cm-3以上，年均負氧離子濃度3 798 ion·cm-3；桃源的月平均負氧離子濃度在2 000 ion·cm-3以上，年均負氧離子濃度為2 360 ion·cm-3（圖1）。

圖1 巖坑、桃源監測站空氣負氧離子濃度月際間變化圖

根據國家林業和草原局發布的《推進生態文明建設規劃綱要（2013-2020）》及國內大部分使用的空氣中負氧離子濃度的六級評價標準[12-13]?？傮w看，君子峰保護區巖坑和桃源兩個生態監測站的空氣負氧離子含量均較高。具體看，巖坑監測站的空氣負氧離子濃度除9月份在二級水平，其余月份均在一級水平；桃源監測站全年的負氧離子濃度均在二級水平（如表1）。

表1 負氧離子濃度標準等級

2.2 負氧離子濃度的日間變化

空氣負氧離子濃度不僅表現出月際間變化的特征，在日間也存在波動情況。以2022年5月巖坑和桃源監測站的監測數據為例，兩個監測站的空氣負氧離子濃度的變化趨勢基本一致，均呈雙峰型，如圖2。具體來看，桃源監測站的空氣負氧離子濃度只在5月13～15日略高于巖坑，其余時間均低于巖坑監測站。

圖2 2022年5月巖坑、桃源生態監測站負氧離子濃度日間變化3 結論與討論

（1）君子峰保護區生態系統主要以常綠闊葉林森林為主[10]。保護區內的空氣負氧離子濃度全年均處于一級和二級水平，對人類的身體健康都是很有利的[12-13]，非常適合森林康養和森林生態旅游等活動。在國務院《“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要》中，已將“康養文旅”上升至國家戰略目標，所以，研究不同區域森林空氣負氧離子濃度的變化趨勢、開展更全面的負氧離子及其影響因素的研究對服務國家戰略需求具有重要意義。

（2）巖坑、桃源兩個生態監測站的空氣負氧離子濃度在月際間變化趨勢一致，但差異較大，巖坑的月均空氣負氧離子濃度均高于桃源，可能與兩個因素有關：一是兩個生態監測站均處于明溪君子峰保護區，林分結構及地理環境相似，因此總的變化趨勢一致。二是因為夏坊轄區的面積遠大于灣內轄區的總面積，植被生物量遠超過灣內轄區，植物的光電效應、電離效應高于灣內轄區，可以產生更多的負氧離子[3，14]。鄭詩禹等發現空氣負氧離子濃度與森林的郁閉度有關，高郁閉度環境的空氣負氧離子濃度是低郁閉度的1.4倍，是空闊地的1.7倍[5]。因此，在后續的研究中需補充巖坑和桃源兩個監測站森林郁閉度的調查數據。

（3）本研究發現，巖坑和桃源兩個監測站的空氣負氧離子濃度均在5月和11月達到高峰，而此時的溫度均在10～21℃，濕度均在90%以上。有研究發現，空氣負氧離子濃度與溫度密切相關，夏季氣溫和秋季氣溫均較高，植物生長比較旺盛，促進了代謝活動和光合作用，從而促進了葉片尖端放電及空氣電解過程，使環境中負氧離子濃度升高[3，5]。也有研究發現，空氣負氧離子濃度與環境濕度也有較強相關性，如相對濕度在75%～95%之間，負氧離子的濃度與濕度為線性遞減關系；如相對濕度在55%～75%之間，負氧離子的濃度則與濕度為線性遞增關系；而相對濕度在35%～55%之間，負氧離子的濃度則較穩定[9]。本研究發現在同一個月，由于每天的溫度、濕度、日輻射等因素不同，造成空氣負氧離子濃度也發生了較大變化，這也表明負氧離子濃度變化是由多個因素共同造成的，而單一考慮某個因素與負氧離子濃度的相關性可能會導致數據不準確，甚至錯誤[8-9]。本文僅基于已有的觀測資料從君子峰保護區兩個監測站負氧離子濃度的時空變化特征及其可能與溫度和濕度的關系進行了分析，為森林康養和森林旅游等活動提供一定參考。

基于以上3點研究發現，負氧離子濃度與保護區生態環境存在著密不可分的關系，所以應進一步探索建立更符合君子峰保護區特色的保護管理策略：一是應積極推進科研項目申報與實施，不斷完善生態定位監測等科研監測體系的建設，同時加強與科研院所的緊密合作，在森林郁閉度、固土、保肥、林木養分固持、森林康養等領域開展更全面的研究，組織專業技術人員參與野外調查、生態監測等專業化項目，培養一支綜合素養高的專業技術人才隊伍，提升科研監測水平和專業化能力，爭取在重點課題創新研究、科技論文撰寫發表、科研成果轉化應用等方面出成果，全方位展示保護區豐富的生物資源、豐碩的科研成果及良好的保護成效。二是可建設集資源管護、科研監測、森林防火、無人機巡航、數據分類管理等“天空地”一體化管護監測系統，并結合先進的技術，運用大數據、云計算等先進的信息技術，以數字化促進保護區管理，建立智慧型保護區，提升生態資源保護水平，充分發揮保護區的生態價值。