6種植物群落夏季空氣負離子動態及其與氣象因子的關系

石彥軍，余樹全，鄭慶林

（1.浙江林學院 林業與生物技術學院，浙江 臨安 311300；2.浙江省臨安市林業局 於潛林業分站，浙江 臨安311311）

空氣負離子（aero-anion）被稱為“空氣維生素”［1］。空氣負離子具有很強的殺菌、降塵、清潔空氣的作用，在很多領域都有應用價值［2］。空氣負離子對人體健康也十分有益，許多國家已將其濃度水平列為空氣清潔程度的評價指標［3］。綠地能產生大量的空氣負離子，一方面綠色植物通過光合作用釋放氧氣，氧氣和水分子比氮氣更有親電性，能優先形成空氣負離子，另一方面植物葉表面在短波紫外線的作用下，發生光電效應，可以提高空氣負離子水平［4］。不同群落類型對空氣負離子的影響有很大的差異［2－3，5］。隨著浙江城鎮經濟的發展，城鎮化進程也逐步加快，但是城鎮的生態綠地建設卻相對滯后。筆者選擇浙江省臨安市小城鎮周邊常見的6種群落，測定它們的空氣負離子濃度，以期對城鎮人均生態林的建設提供一定的科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

研究地點位于浙江省臨安市浙江林學院東湖校區內及學校周圍，環境條件比較相似。選擇浙江省典型常見的雷竹Phyllostchys praecox群落、杉木Cunninghamia lanceolata群落、馬尾松Pinus massoniana群落、無患子Sapindus mukorossi-廣玉蘭Magnolia grandiflora混交群落、紫薇Lagerstroemia indica群落和馬尼拉群落Zoysia matrella（草坪）作為研究對象，分別測定群落內和群落外各項指標。

1.2 測定內容與方法

用ITC-201A型空氣負離子測定儀（測定離子濃度誤差≤±10%，離子遷移率誤差≤±10%）測定負離子值。該儀器的離子濃度測量范圍為10～1.99×106個·cm－3。采用TES-1362數字式溫濕度測量儀測定氣溫和相對濕度；采用SUM-5284型光量子計測定光量子通量，采用Apogee紫外線輻射計測定紫外線強度。

于2008年7月，選擇晴朗無風的18日、19日、21日3 d，對空氣正、負離子濃度，氣溫，相對濕度，光量子和紫外線強度進行同步測定。從7:00－19:00間隔1 h測定1組數據。

觀測時在各個群落內選擇4個觀測點，各個觀測點取東南西北4個方向距離地面1.5 m處分別瞬間讀數，各個方向讀數15個，取4個方向的平均值為此觀測點的觀測值，取4個觀測點的平均值為該群落正、負離子最后觀測值。為了定量研究群落對空氣質量的改善作用，在各個測定群落附近選擇一塊空曠地同時測量作為對照，各個群落測定3 d，取平均值。

空氣質量評價以空氣負離子濃度為基本觀測指數，以單極系數和空氣離子評價系數作為空氣質量的評價指標［6］。q=n+/n－，IC=n－/1 000× q。其中：q為單極系數，n+空氣正離子濃度，n－為空氣負離子濃度，IC為空氣質量評價指數；1 000為滿足人體生物學效應最低需求的空氣負離子濃度。按照空氣質量評價指數可以將空氣質量劃分為5個等級：IC≥1.00，最清潔（A級）；0.70≤IC＜1.00，一般清潔（B級）； 0.50≤IC＜0.69，中等清潔（C級）； 0.30≤IC＜0.49，允許（D 級）； IC=0.29時為臨界值，E級。

表1 植物群落模式特征Table 1 Characteristic of plant communities

2 結果與分析

2.1 不同群落模式對夏季日均負離子濃度的影響

如圖1-Ⅰ和表2，除草坪外，不同群落微環境空氣中日均負離子濃度均顯著高于其相應的空地對照，雷竹林比對照高24.5%，杉木林比對照高17.9%，馬尾松林比對照高59.3%，其中無患子-廣玉蘭混合群落比對照高29.2%，紫薇灌木林比對照高5.5%。但就空氣負離子濃度的絕對值（測量值）而言，從高到低依次為：無患子-廣玉蘭的闊葉混合群落＞雷竹林＞杉木林＞馬尾松林＞紫薇灌木林＞草坪。

對于空氣質量評價系數IC，絕對值變化趨勢與負離子濃度變化是基本一致的。從圖1-Ⅱ和表2可以看出，除草坪外，各個群落的日均IC顯著高于相應的對照。這可能是由于紫外線的作用可以使植物葉片發生光電效應［5］，增加空氣負離子的濃度，而空曠地主要以水泥、瀝青等硬質鋪裝為主，阻隔了來自于土壤電離源且空曠地缺少綠色植物，也使得空氣負離子濃度降低，空氣清潔度也降低［7］；各個群落模式內的日均IC標準誤差也顯著小于相應的空地對照，這說明植物群落內部空氣質量在不同時段變化幅度較空曠地要小，植物群落在一定程度上可以使空氣質量保持相對的穩定狀態。

表2 測定位置和群落類型的二元方差分析Table 2 Two-way ANOVA of site and communities

圖1 不同群落負離子濃度（Ⅰ）和負離子評價系數（Ⅱ）Figure 1 Aero-anion（Ⅰ）and IC（Ⅱ）in different structures of communities

2.2 不同群落模式夏季負離子濃度晝間變化

從圖2來看，空氣負離子晝間變化曲線呈雙峰狀。不同的群落模式出現峰值的具體時間有所不同，但總體來看分別在9:00－10:00和15:00－16:00各出現1個峰值。從第1個峰值出現早晚來看，雷竹群落、杉木群落、無患子-廣玉蘭混交群落和紫薇群落出現在9:00左右，馬尾松林和草坪出現在10:00左右。從第2個峰值出現早晚來看，基本上都出現在16:00左右。從峰值的大小來看，雷竹群落和無患子-廣玉蘭混交群落明顯高于其他群落，草坪最低。

圖2 空氣負離子晝間變化曲線Figure 2 Diurnal change of aero-anion

2.3 負離子與氣象因子相關分析

根據不同群落模式空氣負離子濃度及氣象因子觀測數據，利用SPSS統計分析軟件進行了空氣負離子濃度和氣象因子的相關性分析（表3）。結果表明，空氣負離子濃度與空氣相對濕度呈極顯著正相關（P＜0.01），因為空氣負離子的主要存在形式是O2－（H2O）n，OH－（H2O）n與 CO－4（H2O）2，可以看出空氣負離子的存在依賴于水分，因此空氣相對濕度必然會對空氣負離子的濃度有很大的影響［8］。與氣溫呈顯著負相關（P＜0.05），這些結果與以往的研究結果一致［9］，隨著氣溫的升高，相對濕度逐漸降低，致使空氣負離子濃度降低，反之亦然。另外還發現空氣負離子濃度與紫外線強度呈顯著正相關的關系（P＜0.05）。

表3 負離子與氣象因子相關分析矩陣Table 3 Correlativity of aero-anion with other environmental factors

3 結論與討論

無患子-廣玉蘭混交群落日均負離子濃度和日均空氣質量系數均顯著高于其他群落，雷竹群落次之。從已有的研究結果來看，有闊葉混交群落和竹子群落負離子濃度較高的報道［5，10］。由于闊葉群落葉面積指數較大，生物量較高，郁閉度較大，群落和外部的空氣交流也閉塞很多，植物通過光合作用、氣體交換等方式能夠產生較高濃度、較高質量的空氣負離子［6，11］。草坪和紫薇木群落空氣負離子濃度最低，這可能是由于紫薇群落和草坪比較低矮，通透性比較好，和群落外部的空氣交流比較容易。從群落內部和各自對照來看，植物群落內部顯著高于外部空地對照，這更能比較客觀、定量地反映出植物群落對空氣質量的改善作用，但是草坪內外差別并不明顯，對照甚至略高于群落內部，這可能是由于測點距地面1.5 m的距離，草坪下墊面產生的負離子效應上傳高度有限的原因，也有草坪群落和外部氣流交流頻繁的原因，而且在測定中儀器的誤差、測定時間的短暫間隔以及測定過程中不可避免的風的影響，都可能致使草坪不明顯的作用消弱甚至低于對照。

就負離子晝間變化曲線（7:00－19:00）來看，雙峰狀的曲線很好地反映了植物群落改善空氣質量的規律。光合作用是植物生存的根本，光合作用也是植物負離子產生的重要源泉［11］。清晨，植物光合作用較弱，空氣負離子較少；隨著太陽輻射的不斷增強，植物的光合作用也逐漸加強，加之紫外線對植物葉片的光電效應［5］，空氣負離子濃度在9:00－10:00達到1個峰值；12:00左右，尤其是在14:00的時候，太陽輻射達到最強，這時氣溫升高，植物光合作用也出現“午休”現象，再加上空氣濕度的降低，使得空氣負離子濃度降至最低；14:00過后，隨著太陽輻射的減弱，植物光合作用逐漸加強，空氣相對濕度也逐漸變大，到16:00左右時空氣負離子濃度達到第2個峰值；然后太陽輻射繼續減弱直至為0，空氣負離子濃度也繼續減弱。

空氣負離子效應與其他氣象因子相關性的研究已有很多［9，12－13］。空氣負離子與相對濕度顯著正相關、與氣溫呈負相關，這一點學界已有一定的共識［5，7-9，12-14］。在本研究中發現，雖然空氣負離子與太陽輻射強度的相關性并不顯著，但是呈相反的變化趨勢，這主要還是太陽輻射增強使溫度升高，進而使相對濕度降低的原因。有關風速對空氣負離子的影響，不同的學者有不同的研究結果。邵海榮等［14］研究結果顯示空氣負離子與風速呈負相關，陳佳瀛等［15］的研究則發現空氣負離子與下墊面風速相關性不顯著，本研究選擇了晴朗無風的夏季進行，將風速的影響降到了最低。另外，本研究結果還發現空氣負離子濃度與紫外線強度顯著正相關，這可能是由于紫外線可以使植物葉片表面發生光電效應［4］，從而增加空氣負離子的濃度。

以往的試驗研究都是多種植物群落模式只有1個空地作為對照，往往由于群落間海拔、生境的不同，導致樣地之間的小氣候有很大差別，因此，并不能很好地反映出不同植物群落改善空氣質量效果的差異。本研究在每一個植物群落就近選擇空地最為對照，能更科學合理地反映出植物群落對環境的生態效應。本研究只是對定量研究植物群落的生態效應做了初步的探索，很多問題還有待深入研究。本研究的不足之處是沒有引進葉面積指數和可吸入顆粒物含量這2個和負離子效應有重要關系的因子。

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