杭州西湖景區(qū)療養(yǎng)院空氣負離子濃度觀察

林冬青，金荷仙

（1. 浙江林學院園林學院，浙江 臨安 310023；2.《中國園林》雜志社，北京 100835）

空氣負離子具有明顯的醫(yī)療保健作用，被譽為“空氣維生素和生長素”[1～3]。醫(yī)學研究表明，空氣負離子能鎮(zhèn)靜自律神經(jīng)，增強機體抵抗力，降低血壓，殺滅細菌，凈化空氣，消除疲勞，美顏及延壽等[4～5]；當空氣負離子濃度達到700個/cm3以上時，對人體具有保健作用，當達到1萬個/cm3以上時，具有醫(yī)療效果[6]。空氣負離子已成為評價環(huán)境空氣清潔度的重要指標。19世紀末以來，國內(nèi)外學者對空氣負離子進行了大量研究[7～12]，而對療養(yǎng)院空氣負離子濃度變化的相關(guān)研究較少。了解療養(yǎng)院不同群落結(jié)構(gòu)的負離子濃度，旨在為療養(yǎng)院的更好建設(shè)提供科學參考。

1 概況及方法

1.1 自然概況

杭州位于浙江省東北部，建成區(qū)面積314 km2，總?cè)丝?82萬。屬亞熱帶季風氣候區(qū)，四季分明，夏季炎熱多雨，冬季溫暖濕潤，年相對平均濕度80%左右，年平均降水量1399 mm，年平均氣溫16.2℃，無霜期246 d[13]。總體來說，杭州自然環(huán)境幽雅、氣候溫和、四季分明、雨量適中，既有使人心情舒暢、精力充沛的氣候，又有綠水青山、清溪甘泉的著名景觀，是中外聞名的風景旅游城市和景觀療養(yǎng)地。

1.2 觀測方法

觀察點五云山療養(yǎng)院（簡稱為云療）、上海鐵路局錢江療養(yǎng)院（簡稱為錢療）、東方航空療養(yǎng)院（簡稱為航療）均座落在西湖風景區(qū)九溪附近，五云山麓，錢塘江畔。在院內(nèi)選取位于不同區(qū)域、生長穩(wěn)定、具有一定規(guī)模的植物群落作為觀測對象。測點群落名稱、群落類型、群落特征、群落區(qū)域見表1。此外，為了進一步說明九溪三家療養(yǎng)院綠地的生態(tài)效益，反映植物環(huán)境的特點，實驗中選擇具有反映杭州城市環(huán)境平均水平的武林廣場作為對照樣地，與療養(yǎng)院中的樣地同步進行環(huán)境監(jiān)測。

本實驗采用ITC-201A型空氣離子測量儀，其離子濃度檢測范圍為（10 ～ 1.999）×109個/cm3，測量的環(huán)境相對濕度要求小于90%，濕度大于90%時可作短時間測量，檢測精度＋10%。

實驗于2008年12月至2009年5月在多個測點進行，每個月選擇晴朗、靜風天氣3 d，在各測區(qū)分組觀測，測量時間在7：00－17：00，每隔1 h測1次。每個測點距地面0.8 m，在同一測點測量4個方向（東、南、西、北）的正、負離子濃度，以消除風向?qū)y量結(jié)果的影響，待儀器顯示的數(shù)值穩(wěn)定后讀取30個波峰值，取平均值作為此樣點的濃度值。為了能準確反映各測點的離子濃度，每個植物群落布置3個測點，取多組數(shù)據(jù)的平均值。對于需要進行平行比較分析的測點數(shù)據(jù)（比如各個林分、各個植被類型等），用2臺ITC-201A型空氣離子測量儀同時測定正、負離子。

表1 植物群落特征Table 1 Community characteristics of plant

1.3 空氣質(zhì)量評價標準

據(jù)研究表明，當負離子濃度大于或等于正離子時，會使人感到舒適，并對多種疾病有輔助治療作用[14]。為對空氣質(zhì)量進行定量評價，以空氣負離子濃度為基本觀測指數(shù)，以單極系數(shù)和空氣離子評價系數(shù)作為空氣質(zhì)量的評價指標[15]。

1.3.1 單極系數(shù)（q） 指空氣中正離子與負離子的比值，許多學者的研究表明，陸地上通常q值為1.2左右，大多數(shù)學者認為q值應(yīng)等于或小于1，才能給人以舒適感[16]。

1.3.2 空氣離子評價系數(shù)（CI） 指空氣中離子濃度接近自然界空氣離子化水平的程度，即：

式中，CI為空氣質(zhì)量評價指數(shù)，n－為空氣負離子濃度（個/cm3），q為單極系數(shù)，1000為滿足人體生物學效應(yīng)最低需求的空氣負離子濃度（個/cm3）。

該指標把空氣負離子作為評價指標，同時又考慮了正、負離子的構(gòu)成比，比較全面、客觀。該指標在國外的城市空氣離子評價中已得到廣泛的應(yīng)用。其評價標準見表2[17～18]。

表2 空氣清潔度等級標準Table 2 Standard for air clean index

2 結(jié)果與分析

2.1 不同群落的空氣負離子濃度比較

將9個群落冬春兩季的正、負離子濃度、q值、CI值、空氣質(zhì)量等級列表如表3、表4。

由表3和表4可得，A1、B2、C3是9個群落中空氣質(zhì)量相對較好的3個群落，冬春兩季空氣質(zhì)量等級至少都達到了B級及以上。其中B2和C3是喬灌草復層結(jié)構(gòu)，A1是喬草結(jié)構(gòu)，而A2、C2都是以草坪為主，綴以零星喬木。由此可見，各類型群落產(chǎn)生負離子能力的排序為：喬灌草復層結(jié)構(gòu) ＞ 喬草結(jié)構(gòu) ＞ 灌草結(jié)構(gòu) ＞ 草坪。該排序與郭嵐[12]等的研究結(jié)論相同。

表3 春季空氣負離子濃度及空氣質(zhì)量等級Table 3 Negative air ions concentration and CI in the Spring

表4 冬季空氣負離子濃度及空氣質(zhì)量等級Table 4 Negative air ions concentration and CI in the Winter

2.2 冬春不同群落的空氣負離子濃度的季節(jié)變化

將空氣負離子濃度觀測資料按 2008年 12月至 2009年2月、2009年3－5月分階段進行統(tǒng)計平均可得到相應(yīng)冬季、春季的空氣負離子濃度（圖1）。從圖1可以看出，冬季負離子濃度最高的為A1樣地云療毛竹林群落，達679個/cm3；最低的為A3樣地云療望飛云亭群落，只有351個/cm3；冬季平均空氣負離子濃度為514個/cm3；而市區(qū)冬季空氣負離子濃度為215個/cm3。春季負離子濃度最高的為C3樣地航療楓香林群落，達846個/cm3；最低的為A2樣地云療拂衣亭群落，只有677個/cm3；春季平均空氣負離子濃度為745個/cm3；而市區(qū)春季空氣負離子濃度為308個/cm3。

從圖1還可以看到，9個群落的春季空氣負離子濃度均高于冬季，市區(qū)也是如此。究其原因，春季是萬物生長復蘇的季節(jié)，植物更新層生長，葉面積指數(shù)增多，光合作用增強，使負離子的產(chǎn)生逐漸增多。而冬季植物生長減緩，處于休眠狀態(tài)，光合作用較弱，產(chǎn)生負離子明顯少于春季。三家療養(yǎng)院冬春兩季的負離子濃度均為市區(qū)的 1倍左右，空氣質(zhì)量也明顯比市區(qū)好，能有一定的療養(yǎng)效果。

圖1 冬春兩季空氣負離子濃度比較Figure 1 Comparison of negative air ions concentration in the Spring and Winter

2.3 空氣負離子濃度日變化

為研究療養(yǎng)院群落空氣負離子日變化規(guī)律，2009年5月13－15日（天氣晴好）選擇云療養(yǎng)心亭毛竹林進行連續(xù)測定。該樣地植物群落結(jié)構(gòu)為：毛竹＋香樟＋黑松＋金錢松＋杜英—吉祥草，喬草層次分明，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

表5 空氣負離子濃度日變化Table 5 Diurnal change of negative air ions concentration

由表5可知，毛竹林內(nèi)空氣正負離子濃度在相同時間段內(nèi)出現(xiàn)了3個峰值，分別為11：00、13：00、16：00，空氣質(zhì)量等級較好，15：00和 17：00達到最低值，且空氣質(zhì)量等級最差。究其原因，可能是清晨植物光合作用較弱，隨著光照的加強，植物光合作用不斷加強，產(chǎn)生大量的負離子，故在 11：00、13：00左右達到峰值；15：00時光合作用逐漸變?nèi)酰a(chǎn)生負離子速度急速下降；17：00時療養(yǎng)人員增多，療養(yǎng)人員來往使空氣負離子的存活時間縮短，也使空氣負離子濃度下降。由表5也可以得出：過早的起床晨練，事實上是不科學的，因為植物靠光合作用生長，植物在光合作用下，釋放出氧氣，吸進二氧化碳。而人類卻同植物相反，吸進的是氧氣，呼出的卻是二氧化碳，同植物形成了生物鏈。由于日落到日出之間有很大的時間段，植物得不到陽光的照射，因此釋放的氧氣相對較少，加之夜間大氣的對流層受氣壓的影響低，不利于對流層有害氣體的分散。因此，在日出之前，空氣中的有害氣體濃度很高，這時出來晨練，必然會吸進很多的有害氣體，因此，晨練應(yīng)在日出后，到有樹木、花草的地方，確保能呼吸到足夠的氧氣，減少顆粒物及有害氣體的吸入，以保證身體的健康。

從同步測定的溫度和濕度（見圖 2和圖 3）可以看出，隨著氣溫的升高，負離子濃度下降；隨著濕度的升高，負離子濃度上升。

圖2 溫度對空氣負離子的影響Figure 2 Effect of temperature on negative air ions concentration

圖3 濕度對空氣負離子的影響Figure 3 Effect of humidity on negative air ions concentration

2.4 空氣清潔度比較

將2008年12月至2009年2月和2009年3－5月的空氣離子檢測資料進行統(tǒng)計，得到相應(yīng)冬春兩季的CI值（見圖4）。

由圖4可知，冬季CI值最高的為A1樣地云療毛竹林群落，為3.39；最低的為A3樣地云療望飛云亭群落，為0.31；市區(qū)僅為0.21。由表4還可知，空氣清潔度達到A級（最清潔）的有3個群落，占33%，分別為A1、B2、C3；達到B級（清潔）的為B1，占12%；達到C級（中等清潔）的為A2、C2，占22%；D級（允許）的為A3、B3、C1，占33%；冬季療養(yǎng)院平均CI值為0.77；市區(qū)CI值僅為0.21，為E1級（輕污染），表明空氣已受到污染。

春季CI值最高的為A2樣地云療拂衣亭群落，為1.41；最低的為B1樣地錢療天池群落，為0.68；空氣清潔度只有1個樣地為A級（最清潔），占12%；1個樣地為C級（中等清潔），占12%；其余均為B級（清潔），占 76%；春季療養(yǎng)院平均CI值為0.86；市區(qū)CI值為0.42，為D級（允許）。

圖4 冬春兩季空氣清潔度比較Figure 4 Comparison of CI in the Spring and Winter

將兩季的CI值進行比較，得出兩季CI值差異較大，冬季大部分在0.49 ～ 0.30（允許）范圍，春季大部分在1.00 ～ 0.70（清潔）范圍，春季CI值較冬季CI值提高了45%。這是因為：一方面，大量的森林植被能吸收空氣中的污染物凈化空氣，植物光合作用是空氣負離子的重要來源；另一方面，市區(qū)空氣中的污染物和懸浮顆粒物較多，使得空氣中正、負離子相互中和，形成中性分子，導致空氣負離子濃度急劇下降，空氣清潔度也下降到E1（輕污染）。

總體來說，錢療B1、B2、B3、云療A1、A2、A3比航療C1、C2、C3空氣要好。究其原因可能是：航療的植物群落較稀疏，且樹齡較老，蚊蟲等較多，空氣中粉塵含量較高，使負離子更容易吸附在其上，變成中、重離子而沉降消失，因此更容易降低空氣負離子濃度和空氣清潔度[19]；云療植物群落人工性較強，但維護管理很好，且空氣中粉塵含量較低；錢療雖然離之江路近，按理說空氣質(zhì)量受車輛排放的尾氣干擾較大，但錢療正對著錢塘江，江風給錢療帶來清新的空氣，加上植物生長茂盛，且院內(nèi)有好幾處動態(tài)、靜態(tài)水體（錢江疊瀑、天池、云湖等），為錢療優(yōu)質(zhì)的空氣質(zhì)量作出不少貢獻。

3 結(jié)論與建議

通過對杭州云療、錢療、航療和市區(qū)冬春兩季空氣離子觀測數(shù)據(jù)進行分析和對比，得出如下結(jié)論：①春季空氣負離子濃度和空氣清潔度均高于冬季；②三家療養(yǎng)院冬春兩季空氣負離子濃度和空氣清潔度顯著高于市區(qū)；③空氣負離子濃度和空氣清潔度錢療＞云療＞航療；④隨著氣溫的升高，負離子濃度下降；隨著濕度的升高，負離子濃度上升；提高綠地的相對濕度有利于空氣清潔度的提高；⑤一日中空氣負離子濃度隨光照加強而增加。

早晨空氣負離子濃度低，且空氣渾濁，不宜過早晨練，建議：①應(yīng)在日出后，到有樹木、花草的地方晨練，以確保呼吸到足夠的氧氣，減少顆粒物及有害氣體的吸入；②在市區(qū)，應(yīng)加強控制并減少汽車尾氣及工業(yè)生產(chǎn)等污染，同時，因地制宜采用立體綠化、垂直綠化等多種方式，加大市區(qū)綠量[20]；③對三家療養(yǎng)院而言，因為是療養(yǎng)區(qū)，因此更應(yīng)加強環(huán)境建設(shè)，如航療應(yīng)對結(jié)構(gòu)不好的林分進行適當改造，增加針闊林和多層林，凈化水域；云療則可向錢療學習，適當增加噴泉和活動水面，因為動態(tài)水可以大幅度提高空氣負離子濃度；錢療的五云綠坡空氣負離子濃度較高，可考慮建設(shè)成負離子呼吸區(qū)。

[1]林金明，宋冠群，趙利霞，等. 環(huán)境、健康與負氧離子[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2006.

[2]吳楚，鄭群明，鐘林生. 森林游憩區(qū)空氣負離子水平的研究[J]. 林業(yè)科學，2001，37（5）：75－81.

[3]邵海榮，賀慶棠. 森林與空氣負離子[J]. 世界林業(yè)研究，2000，13（5）：19－23.

[4]T Ryushit，I Kita，T Sakurai，et al. The effect of exposure to negative air ions on the recovery of physiological response after moderate endurance exercise [J]. Int J Biometeor，1998（41）：132－136.

[5]Phillips G，Harris G J，Jones M W. Effect of air ions on bacterial aerosols[J]. Int J Biometeor，1964，8（1）：27－37.

[6]章志攀，俞益武，孟明浩，等. 旅游環(huán)境中空氣負氧離子的研究進展[J]. 浙江林學院學報，2006，23（1）：103－108.

[7]粟娟，謝德興，廖少波，等. 珠海市板樟山森林公園休閑保健型森林營建的研究[J]. 林業(yè)科學研究，2001，14（5）：496－502.

[8]趙瑞祥. 空氣負離子療法在療養(yǎng)醫(yī)學中的應(yīng)用[J]. 中國療養(yǎng)醫(yī)學，2002，11（2）：5－7.

[9]林忠寧. 空氣負離子在衛(wèi)生保健中的作用[J]. 生態(tài)科學，1999，18（2）：87－90.

[10]郭圣茂，杜天真，賴勝男，等. 城市綠地對空氣負離子的影響[J]. 河北師范大學學報（自然科學版），2006，30（4）：478－482.

[11]陳佳瀛，宋永昌，陶康華，等. 上海城市綠地空氣負離子研究[J]. 生態(tài)環(huán)境，2006，15（5）：1024－1028.

[12]郭嵐，金荷仙. 西湖景區(qū)植物群落空氣負離子濃度及空氣質(zhì)量變化研究[J]. 林業(yè)科技開發(fā)，2009，23（2）：40－44.

[13]史琰，金荷仙，唐宇力. 杭州西湖山林與市區(qū)空氣負離子濃度比較研究[J]. 中國園林，2009，25（4）：82－85.

[14]石強，鐘林生，吳楚材. 森林環(huán)境中空氣負離子濃度分級標準[J]. 中國環(huán)境科學，2002，22（4）：320－323.

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

[16]李安伯. 空氣離子研究近況[J]. 中華理療雜志，1988，11（2）：100－104.

[17]劉云國，呂鍵，張合平，等. 大型人造園林中的空氣負離子分布規(guī)律[J]. 中南林學院學報，2003，23（1）：89－92.

[18]吳楚材. 桃源洞國家森林公園的空氣負離子含量及評價[J]. 中南林學院學報，1995，15（1）：9－12.

[19]吳甫成，姚成勝，郭建平，等. 岳麓山空氣負離子及空氣質(zhì)量變化研究[J]. 環(huán)境科學學報，2006，26（10）：1737－1744.

[20]范麗雅，劉樹華，劉輝志，等. 綠化帶對城市大氣環(huán)境及空氣質(zhì)量的影響[J]. 氣候與環(huán)境研究，2006，11（5）：85－93.