河北霧靈山國家級自然保護區負氧離子變化及影響因素研究

文章編號：1674-6139（2025）07-0120-06

中圖分類號：X171文獻標志碼：B

Variation of Negative Oxygen Ions and Analysis of Influencing Factors in Hebei Wuling Mountain National Nature Reserve

MaXiaoxin’，LiTan2，CuiHualei1，WangShui1，ChenCaixial （1.Administration Bureau of Wulingshan National Nature Reserve in Hebei ProvinceChengdeO763Oo，China; 2.People's Government of WulingShan Town Xing Long County，Chengde O7630o，China）

Abstract：InthisstudytooktheairnegativeoxygenionsintheHebeiWulingMountainNationalNatureReserveastheresearchob ject.Byusinglongterdyamicmoitoringdata，weanalyzdtedailymonthlyandsasonalvarationsofirgativeygenion concentrationsatthesamplgpintsLaaLak，ganWaterfallndXiaenagodasellselatiosipithe logicalfactorsesudysoaalydtevaluatioofirqualityandngatieoxygenonconcetrationlvelsmingtoproidedata supportfortheevaluationofcologicalservicefunctionsandenvironmentalqualityinthereserve.TeresultsshowThedailyvaationf airnegativeoygenionsinWulingMountainNationalNatureReserefolowsaU-shapedpaten，withhgheroncentratiosatnight thanduringtheday；eoverallmontlyarationpaesosnivertedUshapedrend，withthighestcoceratiosiJune andJuly，thelowestinDecember;Theseasonal variationof negativeoxygenionconcentrations isintheorderof summer gt; autumn gt; spring （204 gt; winter；irgaencaiosisantlgaieyoeadidddiantliela edwithcarbondoxideoncetratiomospericmperaurendmospericumidity；egativexygnonocetratioleelis classified as Class 1.

KeyWords;HebeiWulingMountainNationalNatureReserve；negativeoxygenions；concentration；meteorological factors

前言

隨著生活水平的日益提高，人們越來越注重對保健養生的追求，“森林氧吧”、“生態旅游”等健康的旅游方式受到了人們越來越多的關注[1-2]空氣負氧離子是帶有負電荷的氣體分子和輕離子團的總稱，不僅能調節人體的生理機能，增強人體免疫能力，還在改善空氣質量，吸塵降塵、抑菌殺菌、防治疾病等方面具有顯著效果，濃度水平已成為衡量空氣清新程度的指標之一[3]。目前，空氣負氧離子是自然保護區中重要的生態旅游資源，濃度的高低也是衡量森林康養基地質量好壞的生態環境質量的動態監測指標，被稱為空氣的“維生素”和\"生長素”[4]。因此，對自然保護區中的空氣負氧離子濃度監測和影響因子的研究顯得尤為重要。目前，國內外學者對負氧離子濃度變化特征及影響要素開展了大量研究[5-7]，河北霧靈山國家級自然保護區雖然被評為“中國森林養生基地”，但關于該區域空氣負氧離子的研究鮮見報道。研究以河北霧靈山國家級自然保護區空氣負氧離子為研究對象，利用長期動態監測數據，分析空氣負氧離子濃度時空變化規律及與氣象因子之間的關系，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、建設森林康養基地提供科學依據，以期實現霧靈山保護區生態環境的可持續發展。

1 研究區概況

河北霧靈山國家級自然保護區位于興隆縣境內，西北部與北京市密云縣相接，東北部與承德縣相接，地理坐標為東經 117^°17^′～117^°35^′ ，北緯 40^°29^′～ 40^°38^′ ，海拔高度 2118m ，森林覆蓋率為 84.68% ，氣候類型為溫帶濕潤大陸型季風氣候，冬季寒冷，夏季涼爽，晝夜溫差較大，年平均溫度 7.6% ，年均降水量 700～900mm 。1983年經河北省政府批準設立河北省霧靈山省級自然保護區，1988年晉升為國家級自然保護區，主要保護區對象為暖溫帶森林生態系統及弼猴分布北限。霧靈山國家級自然保護區具有雨熱同季、冬長夏短、晝夜溫差大的特征，是華北“熱海”中的“避暑涼島”。保護區東西長 24km ，南北寬 17km ，面積為 14246.9hm₂ ，其中實驗區為 8047.9hm₂ 、緩沖區為 2404.4hm₂ 、核心區為3 ?794.6hm₂ 。霧靈山生物多樣性十分豐富，是多種珍稀瀕危野生動植物的主要棲息地和生長地，被譽為“華北物種基因庫”[8]。此外，霧靈山保護區豐富的森林資源，被贊為“京津冀后花園”，在固碳釋氧、防風護沙、凈化空氣、涵養水源等方面發揮著巨大的生態效益。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據采集

研究數據來源于河北霧靈山國家級自然保護區蓮花池、龍潭瀑布和仙人塔生態環境監測設備PH-FLZ07（北京欣智恒科技股份有限公司），主要監測數據為：空氣負氧離子濃度、風速、實時溫度、相對濕度、二氧化碳濃度等。負氧離子監測儀離子遷移率為0.4cm² ，測量范圍為 0～10⁵ 個 'cm³ ，風速 ±（0.3+ 0.03V）m/s ，實時溫度 （±0.19C ）、相對濕度 ±2% 、二氧化碳濃度 。研究所獲得的觀測資料自2023年1月1日起到2023年12月31日止，其中空氣負氧離子濃度和各氣象因子數據采集頻率為每一分鐘采集一次，測定高度為離地面1.5米，負氧離子監測樣點分布見圖1。

2.2 數據處理與分析

為保證數據的完整性以及準確性，在數據處理之前，去除原始數據中大于3倍標準差數據，對數據中的無效數據使用臨近的下一個觀測值進行填充。計算平均值對數據進行統計分析，采用spss22.0統計軟件對負氧離子濃度與溫度、濕度、二氧化碳、風速進行相關性分析。負氧離子濃度等級評價分析，文章結合河北霧靈山國家級自然保護區負氧離子濃度情況，根據《空氣負（氧）離子濃度觀測技術規范》（LY/T2586-2016）及參考相關文獻[9-10]，對河北霧靈山國家級自然保護區負氧離子濃度與健康、空氣質量等級、空氣清新程度等指標進行評價。

3 變化特征及影響分析

3.1負氧離子濃度時間變化規律

3.1.1空氣負氧離子濃度日變化規律

選取河北霧靈山國家級自然保護區蓮花池、龍潭瀑布、仙人塔三個樣點獲取的2023年1－12月份的負氧離子數據進行分析，繪制三個樣點24小時負氧離子濃度變化曲線圖（見圖2）。如圖2所示，蓮花池樣點22點負氧離子濃度最高，濃度達到5357個 /cm³ ，而在12點負氧離子濃度達到最低，濃度為4597個/ 'cm³ ；蓮花池日平均負氧離子濃度為4992個/ cm³ ，高于平均值的時段為下午的17點到凌晨6點。龍潭瀑布樣點負氧離子濃度最高點出現在凌晨1點，濃度為10896個/ 'cm³ ，最低負氧離子濃度的時間為13點，濃度為6476個 'cm³ ；龍潭瀑布日平均負氧離子濃度為9062個/ cm³ ，高于平均值的時段為晚上19點到上午9點。仙人塔樣點負氧離子濃度最高點出現在晚上23點，濃度為5651個/ ^′cm³ ，最低負氧離子濃度的時間為上午11點，濃度為3866個 'cm³ ；仙人塔樣點日平均負氧離子濃度為4975個/ cm³ ，高于平均值的時段為晚上18點到上午7點。

蓮花池、龍潭瀑布、仙人塔三個樣點的負氧離子濃度的日變化存在一定規律性，整體呈U型趨勢，夜間的空氣負氧離子濃度均高于白天。這可能是因為夜晚氣溫較低濕度大，空氣較為穩定，有利于負氧離子的積累和擴散，白天溫度升高，空氣中的水分子蒸發較快，從而使白天空氣負氧離子濃度降低；龍潭瀑布樣點的空氣負氧離子濃度顯著高于蓮花池和仙人塔樣點，可能由于龍潭瀑布空氣中的水分含量較高，利于空氣負氧離子的形成。

3.1.2空氣負氧離子濃度月變化規律

河北霧靈山國家級自然保護區三個樣點的月變化規律見圖3。霧靈山國家級自然保護區三個樣點的空氣負氧離子濃度變化依然存在一定規律性，整體呈向增后減的倒U字型趨勢，這與溫度變化趨勢基本一致;蓮花池樣點和仙人塔樣點的空氣負氧離子濃度的最高峰出現在7月份，分別為8960個 'cm³ 和9497個/ cm³ ;龍潭瀑布的最高峰出現在6月份，分別為14180個/ ^′cm³ ；蓮花池、龍潭瀑布和仙人塔三個樣點的空氣負氧離子濃度最低值均出現在12月份，分別為2147個 /cm³?2503 個 /cm³ 和1198個/ cm³ 。

研究按照一年四季氣候資料進行劃分，2023年3月-5月為春季，2023年6月-8月為夏季，2023年9月-11月為秋季，2023年12月和2024年1月-2月為冬季。霧靈山國家級自然保護區龍潭瀑布、仙人塔三個樣點的空氣負氧離子濃度季節性變化見圖4。由圖4可見，蓮花池、龍潭瀑布、仙人塔三個樣點空氣負氧離子濃度最高均出現在夏季，分別為8729個/ cm³ 、13152個/ cm³ 和8569個/ cm³ 。其次是秋季，再次春季，最小值均出現在寒冷干燥的冬季，分別為2757個/ cm³，4335 個 ^′cm³ 和2623個/ 。原因可能是冬季風大，空氣質量差，植物光合作用弱，產生較少的氧氣，同時冬季大氣中的懸浮顆粒物較多，容易吸附空氣中的負氧離子，故冬季空氣負氧離子濃度降低；而夏季光照時間較長，植被生長旺盛，森林植物的“尖端放電”和光合作用形成的“光電反應”，且夏季易發生雷電降雨天氣，光合作用釋放大量的氧氣與空氣中的水氣通過電離作用結合產生大量的空氣負氧離子，故夏季的空氣負氧離子濃度最高，空氣質量最清新。

三個樣點生態監測站的空氣負氧離子濃度無論是日變化、月變化還是季度變化，變化趨勢一致，但存在一定的濃度差異。龍潭瀑布的空氣負氧離子濃度均高于仙人塔和蓮花池，可能與兩個因素有關：一是三個生態監測站均處于霧靈山保護區，地理環境相似，因此總的變化趨勢一致。二是因為龍潭瀑布位于瀑布附近，當水流從高處落下，與巖石或水面發生沖擊時，會產生很大的能量。這種能量會導致水分子的分解和重組，從而釋放出大量的負氧離子。這些負氧離子隨著水霧飄散到空氣中，使周圍空氣中的濃度增加。

3.2空氣負氧離子濃度變化與氣象因子的相關性分析

應用統計分析軟件SPSS22.00對河北霧靈山國家級自然保護區蓮花池、龍潭瀑布、仙人塔三個樣點的空氣負氧離子濃度和監測到的氣象因子進行相關性分析，結果如表1所示，三個樣點的空氣負氧離子濃度變化均與風速呈顯著負相關，與二氧化碳濃度、大氣溫度、相對濕度呈顯著正相關。原因可能是風速會增加空氣摩擦導致空氣負氧離子濃度增加，但風速太大會使濃度下降;空氣溫度升高，森林植被的光合作用和生長活動增強，有利于負氧離子的產生;空氣相對濕度的加大，提高了帶電負離子與水分子結合效率，從而提高了空氣負氧離子濃度。

3.3負氧離子濃度等級評價

目前空氣負氧離子濃度等級的劃分沒有統一的標準，根據《空氣負（氧）離子濃度觀測技術規范》（LY/T2586-2016），結合負氧離子濃度情況，文章對河北霧靈山國家級自然保護區負氧離子濃度、負氧離子等級、空氣質量等級、空氣清新程度及與健康的關系分季度逐位置進行了劃分評價，評價結果如表2所示，從負氧離子濃度來看，河北霧靈山國家級自然保護區負氧離子濃度全年均值為6 173個/ ^cm3 ，三個樣點負氧離子濃度隨著季節的變化均為夏季 gt; 秋季 gt; 春季 gt; 冬季。從負氧離子等級比較龍潭瀑布春、夏、秋、冬四個季節負氧離子等級均為1級水平，仙人塔、蓮花池除冬季為2級水平外，其他季節均為1級水平;空氣質量等級三個樣點全年均為1級、空氣非常清新且對身體健康極有利具有治療和康復功效。

4結論

河北霧靈山國家級自然保護區三個樣點空氣負氧離子濃度有明顯的日變化，總體來說呈現U字型分布規律，白天空氣負氧離子濃度低于夜晚的空氣負氧離子濃度；月變化依然存在一定規律性，整體呈先增后減的倒U字型趨勢，三個樣點出現最高值為6月、7月份最高，最低出現在12月，這一變化與溫度變化趨勢基本一致;從季節變化來看，空氣負氧離子濃度高低依次為夏季 gt; 秋季 gt; 春季 gt; 冬季。河北霧靈山國家級自然保護區三個樣點的空氣負氧離子濃度變化均與風速呈顯著負相關，與二氧化碳濃度、大氣溫度、大氣濕度呈顯著正相關。河北霧靈山國家級自然保護區空氣質量年均位于一級水平，空氣非常清新，對人體健康很有利，具有治療和康復功效，是極好的旅游勝地。

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