4種林分類型空氣負(fù)離子濃度日變化規(guī)律

李高陽(yáng)，毛彥哲，趙 輝，田 麗

（1.河南省林業(yè)科學(xué)研究院，河南鄭州450008；2.河南投資集團(tuán)有限公司，河南鄭州450008）

空氣負(fù)離子濃度是反映空氣質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，它的生物學(xué)意義和對(duì)人體的保健作用早已成為人們的共識(shí)，森林的生態(tài)效益之一就是提高空氣負(fù)離子的濃度。林分因子是影響空氣負(fù)離子濃度的一個(gè)主要因子，許多學(xué)者對(duì)不同林分空氣負(fù)離子濃度的變化進(jìn)行了系統(tǒng)科學(xué)的研究。

目前，我國(guó)學(xué)者主要采用的方法是在相關(guān)測(cè)點(diǎn)選取具有代表性的地段進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)測(cè)點(diǎn)取2～4 個(gè)方向，每個(gè)方向讀取3～5 個(gè)峰值，分析時(shí)取平均值[1-3]。這種方法每次取值間隔都在1 h以上，取值數(shù)量有限，對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的平均值比較有代表性，但是對(duì)數(shù)值變化趨勢(shì)的分析有很大局限性，瞬間的測(cè)量值用來(lái)代表1 h 甚至更長(zhǎng)時(shí)間的平均值，會(huì)引起整個(gè)日變化趨勢(shì)的較大誤差。

本研究通過(guò)對(duì)COM-3200PRO 空氣離子檢測(cè)儀數(shù)據(jù)接收方式的改造，使得數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與接收空間分離，實(shí)現(xiàn)了野外數(shù)據(jù)24 h 連續(xù)不間斷的監(jiān)測(cè)，大大減少了平均數(shù)值分析時(shí)的誤差,旨在為河南省林業(yè)生態(tài)效益評(píng)估作參考，為林業(yè)生態(tài)效益的價(jià)值計(jì)算提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究地區(qū)概況

鄭州市位于河南省中部偏北，其地理位置為東經(jīng)112°42′～114°14′，北緯34°16′～34°58′，北臨黃河，西依嵩山，東南為廣闊的黃淮平原。該區(qū)屬暖溫帶大陸性氣候，四季分明，年平均氣溫14.4 ℃。7 月最熱，平均27.3 ℃；1 月最冷，平均0.2 ℃；年平均降雨量640.9 mm，無(wú)霜期220 d，全年日照時(shí)間約2 400 h。境內(nèi)大小河流35 條，分屬于黃河和淮河2 大水系，其中，流經(jīng)鄭州段的黃河150.4 km。

1.2 試驗(yàn)儀器

日本產(chǎn)COM-3200PRO 空氣離子檢測(cè)儀，測(cè)量范圍為0～1 999 000 個(gè)/cm3，工作溫度范圍為5～35 ℃，工作相對(duì)濕度在85%以下，供電電源為12 V 鉛酸蓄電池。數(shù)據(jù)傳輸采用無(wú)線傳輸，數(shù)據(jù)記錄采用儀器配備軟件COM-3200PRO v1.0.0版本，數(shù)據(jù)記錄間隔為4 s。

1.3 觀測(cè)點(diǎn)選擇和試驗(yàn)方法

在鄭州市范圍內(nèi)選取楊樹（Populus tomentosa）、白蠟（Fraxinus chinensis）、核桃（Juglans regia）和側(cè)柏（Platycladus orientalis（Linn.）Franco）共4 種單一樹種純林，郁閉度在80%以上，觀測(cè)時(shí)間在春季葉片完全展開后至秋季落葉之前。選在林內(nèi)深處10 m 以上、離地面2 m 內(nèi)，放置觀測(cè)儀器。觀測(cè)選擇晴天、無(wú)風(fēng)或微風(fēng)的天氣條件，連續(xù)觀測(cè)24 h，數(shù)據(jù)由1 000 m 以內(nèi)室內(nèi)電腦接收端記錄，接收數(shù)據(jù)每小時(shí)取1 次平均數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 4 種林分類型空氣負(fù)離子濃度日變化

楊樹、白蠟、核桃和側(cè)柏4 種林分類型24 h空氣負(fù)離子濃度日變化表現(xiàn)出相似的規(guī)律（表1），即數(shù)值在日出后，隨著時(shí)間逐步升高，12：00—15：00 之間達(dá)到最大值，隨后逐步下降，至夜間降為最低。從這一結(jié)果可以看出，針葉林（側(cè)柏）和闊葉林（楊樹、白蠟和核桃）空氣負(fù)離子濃度日變化規(guī)律相似。根據(jù)具體時(shí)間段的數(shù)值分析，林內(nèi)空氣負(fù)離子濃度與植物光合作用關(guān)系很大，日出后隨著光合作用的增強(qiáng)，空氣負(fù)離子濃度逐漸增加；日落后光合作用逐漸降低，空氣負(fù)離子濃度也隨之下降至最低，甚至為0。

表1 4 種林分類型空氣負(fù)離子濃度日變化

2.2 空氣負(fù)離子濃度與溫濕度的關(guān)系

將空氣負(fù)離子濃度和溫度、濕度進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果（表2）表明，空氣負(fù)離子濃度與溫度呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與濕度呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）。Reiter 等[4-6]對(duì)不同地區(qū)空氣負(fù)離子濃度進(jìn)行研究，結(jié)果表明，其與溫度呈正相關(guān)，與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)，這與本研究結(jié)論一致。

表2 空氣負(fù)離子濃度與溫濕度相關(guān)性分析

2.3 空氣負(fù)離子濃度與林分類型的關(guān)系

由圖1 可知，4 種林分類型空氣負(fù)離子濃度日變化規(guī)律類似，但峰值出現(xiàn)時(shí)間略有差異，楊樹林出現(xiàn)在15：00，白蠟林出現(xiàn)在13：00，核桃林出現(xiàn)在14：00，側(cè)柏林出現(xiàn)在12：00。這與葉片大小、數(shù)量和葉片的光合作用有很大的關(guān)系[7]。通過(guò)差異性分析比較（表3），4 種林分類型空氣負(fù)離子濃度差異顯著，日均值表現(xiàn)為楊樹林＞白蠟林＞側(cè)柏林＞核桃林，說(shuō)明林分類型是影響空氣負(fù)離子濃度的主要因子之一。

表3 4 種林分類型空氣負(fù)離子濃度方差分析

3 結(jié)論與討論

4 種林分類型空氣負(fù)離子濃度日變化均表現(xiàn)為相似的規(guī)律，即夜間最低，下午出現(xiàn)峰值，這與許多文獻(xiàn)報(bào)道的峰值出現(xiàn)時(shí)間不同，樹種與觀測(cè)環(huán)境不同[8]可能是一個(gè)原因，但本研究認(rèn)為，測(cè)量方法的差異是誤差產(chǎn)生的最重要原因。大多數(shù)文獻(xiàn)采用的測(cè)量方法是每隔1 h 或2 h 觀測(cè)1 次，短時(shí)間內(nèi)取多個(gè)測(cè)量值的平均數(shù)來(lái)代表這個(gè)時(shí)間段的值[1-3]，這樣測(cè)量誤差較大。本研究采用的是每隔4 s 取1 次數(shù)據(jù)，24 h 連續(xù)不間斷觀測(cè)，每小時(shí)觀測(cè)900 個(gè)數(shù)據(jù)，取其平均值，系統(tǒng)誤差相對(duì)較小。

4 種林分類型空氣負(fù)離子濃度日均值表現(xiàn)為楊樹林＞白蠟林＞側(cè)柏林＞核桃林，其差異顯著。4 種林分類型在觀測(cè)點(diǎn)的選擇和觀測(cè)時(shí)間內(nèi)的氣候條件都是相似的，其濃度表現(xiàn)出的差異說(shuō)明林分類型是影響空氣負(fù)離子濃度的主要因子之一，這與空氣負(fù)離子產(chǎn)生的機(jī)理有關(guān)。植物光合作用產(chǎn)生的氧氣是空氣負(fù)離子的重要來(lái)源之一[7]，不同林分樹種的光合特性差異很大，導(dǎo)致不同林分內(nèi)空氣負(fù)離子濃度出現(xiàn)明顯的差異。楊樹光合日變化規(guī)律為單峰[9]，核桃為雙峰[10]，即有明顯的“午休”現(xiàn)象，這可能是楊樹林空氣負(fù)離子濃度最大、核桃林空氣負(fù)離子濃度最小的原因之一。

空氣負(fù)離子濃度與溫度呈顯著正相關(guān)，與濕度呈顯著負(fù)相關(guān)，這與很多文獻(xiàn)報(bào)道一致[4-6]。這一結(jié)果與空氣負(fù)離子主要以負(fù)氧離子形式存在有密切關(guān)聯(lián)，植物光合作用與溫、濕度有著相似的相關(guān)性，再次證明了植物的光合作用是影響空氣負(fù)離子濃度的主要因素之一。

本研究旨在為河南省林業(yè)生態(tài)效益評(píng)估作參考，林分類型影響空氣負(fù)離子濃度的本質(zhì)是植物的光合作用，負(fù)離子產(chǎn)生與植物光合作用的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

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