七仙嶺國家森林公園冬季空氣負離子分布與評價

丁文慈,趙由之

(海南熱帶海洋學院 海洋科學技術學院,海南 三亞 572022)

七仙嶺國家森林公園冬季空氣負離子分布與評價

丁文慈,趙由之

(海南熱帶海洋學院 海洋科學技術學院,海南 三亞 572022)

為研究熱帶雨林的空氣負離子水平及空氣質量,對海南七仙嶺國家森林公園冬季的空氣負離子濃度和空氣溫度、相對濕度進行了同步監測,并作相關性分析.結果表明:海南七仙嶺國家森林公園冬季空氣負離子含量在國內森林公園中處于較高水平,濃度范圍在1100～15000個·cm-3,達到保健水平以上.通過相關性分析發現七仙嶺空氣負離子濃度隨海拔高度先增加后降低;隨相對濕度增加而顯著增大;隨氣溫升高而減小,但相關性不顯著.利用森林空氣離子評價指數對七仙嶺空氣質量進行評價,其中水體環境的空氣質量達到Ⅰ級和Ⅱ級,雨林環境的空氣質量為Ⅲ級和Ⅳ級,入口廣場為Ⅴ級.

空氣負離子;熱帶雨林;空氣負離子系數;森林空氣離子評價指數

0 引言

森林是空氣負離子的重要“源”,森林中土壤的放射性物質、植物的光合作用、葉片的尖端放電、瀑布水流的撞擊飛濺等均為空氣負離子的產生提供了良好的條件.有研究表明,森林中負離子含量一般為城市平均含量的5～15倍[1].空氣負離子作為反映空氣清新度的重要指標,在森林風景資源質量評價中是必須考慮的因子.森林環境中空氣負離子的臨界濃度為400個·cm-3,低于400個·cm-3時,表明空氣已受到一定程度的污染,對游客的健康不利;400～1000個·cm-3屬允許濃度范圍;1000個·cm-3以上屬于保健濃度范圍,對人體健康有益[2].20世紀末,基于空氣負離子的醫療保健和殺菌功能的森林生態游逐漸興起,有關森林空氣負離子的研究也廣泛展開[3-11],但大都集中在亞熱帶、溫帶等大陸地區,而對熱帶雨林中空氣負離子的研究較少.海南島擁有豐富的熱帶雨林資源,雨林內植被茂盛,生態良好,太陽輻射強烈,濕度高,降水量大,對空氣負離子的形成極為有利.本文以海南省七仙嶺國家森林公園為研究對象,對熱帶雨林的空氣負離子及其與相關氣象參數的相關性進行了初步研究,利用空氣負離子系數(p)和森林空氣離子評價指數(FCI)對七仙嶺森林公園的空氣清新度進行初步評價,并與亞熱帶、溫帶、寒溫帶、高原山地等氣候類型森林的空氣負離子水平進行對比,為七仙嶺國家森林公園的空氣質量評價及旅游開發提供基礎數據和科學依據.

1 研究區域概況及研究方法

1.1研究區域概況

七仙嶺國家森林公園是海南省著名的熱帶雨林風景區,地處保亭黎族苗族自治縣東北部,地理坐標為18°14′～18°44′N,109°35′～109°45′E,面積約22 km2,屬熱帶季風氣候.年日照1900～2000 h,年降雨量1900 mm,常年平均氣溫23℃左右,最高月平均氣溫27℃,最低月平均氣溫18℃.公園地勢北高南低,平均海拔100～200m,最高峰海拔1126 m.全山密布原始熱帶雨林,目前已探明珍奇植物500多種,其中包括桫欏、見血封喉、鳥巢蕨等活化石以及海南黃花梨、母生、子京、坡壘、油楠、陸均松等珍貴樹種,另外還有蘭科、天南星科、鳳梨科、羅摩科和各種蕨類等大量寄生的高等植物,是集地貌景觀、水文、植物、自然生態、氣候、人文旅游資源為一體的生態旅游勝地.

1.2觀測地點及時間

觀測地點:沿游覽路線根據地標對公園內不同地點的空氣負離子濃度進行測量,包括景區入口廣場,景區起點,冰川遺磧,天潭瀑布,距第二峰1500 m、1200 m、900 m、600 m、300 m,天梯,第二峰峰頂等共11個監測點,海拔高度依次遞增,樣點設置見圖1.

測量時間:為避開降水對儀器的影響,在2013年1月選取晴朗靜風天氣2天進行重復觀測.

圖1 七仙嶺國家森林公園游覽路線及樣點位置

1.3觀測項目及方法

空氣離子濃度:美國Alphalab公司的AIR ION COUNTER 1000型空氣離子測量儀.其測量范圍為10～20×106個·cm-3,檢測精度為±25%.因空氣離子濃度瞬時變化大,每次測量時待儀器讀數穩定后,于東南西北四個方位各讀取5個數據,取平均值作為觀測點的正、負離子濃度.

空氣溫度和相對濕度:臺灣衡欣AZ8910型五合一氣象儀,與空氣離子進行同步測定.

測量高度:距地面1.5 m處即成人的呼吸高度.

1.4森林環境中空氣負離子評價模型

森林環境中空氣負離子評價方法常采用空氣負離子系數(p)和森林空氣離子評價指數(FCI),二者是石強等針對森林環境中正、負離子濃度高且差異大的特點在單極系數和安培空氣質量評價指數的基礎上提出來的[12].

1.4.1空氣負離子系數

p=n-/(n-+n+),

(1)

其中:p為空氣負離子系數,即大氣離子中負離子的比率;n-為負離子濃度(個·cm-3);n+為正離子濃度(個·cm-3).P>0.5時,空氣清新度高,對人體健康有益;P<0.5時為污濁空氣.一般情況下,森林環境中n->n+,P的取值區間為(0.5,1).

1.4.2森林空氣離子評價指數

FCI=(n-/1000)·p,

(2)

其中:FCI為森林空氣離子評價指數,1000為滿足人體生物學效應最低需求的負離子濃度(個·cm-3),p和n-同上.FCI值越大,表明空氣質量越好,根據FCI值可將森林空氣質量分成5個等級,其分級標準見表1.

表1 森林空氣離子分級標準[12]

注：表中n-、n+、p三者間并不存在式(1)所確定的對應關系,主要是由于大氣中的n-、n+之間并無明顯的比例關系.

2 結果與分析

2.1七仙嶺國家森林公園空氣負離子的空間分布特征

從表2可以看出七仙嶺國家森林公園負離子濃度整體較高,11個樣點的平均濃度均大于1000個·cm-3,均達到保健濃度范圍.空氣負離子系數P值大于0.5的為6個點,除入口廣場外,其余4個點的P值也均接近0.5.按照森林空氣離子評價指數FCI評價標準對空氣質量進行評價,11個監測點中Ⅰ級的有1個,Ⅱ級有1個,二者均為水體環境;Ⅲ級有4個,Ⅳ級有4個,均為雨林環境;Ⅴ級有1個,為入口廣場.

七仙嶺入口廣場作為對照點,其負離子含量最低,為1100個·cm-3,正離子量遠大于負離子量,p值僅為0.32,空氣質量為V級.此處為停車場和游客服務中心,測點處無植被,下面為水泥地,受人為活動和汽車尾氣影響,空氣中氣溶膠濃度較大,致使負離子壽命較短,容易沉降消失,但此濃度仍遠超過城市環境中的空氣負離子水平.

表2 七仙嶺國家森林公園各監測點空氣離子水平及空氣質量評價

雨林環境中負離子平均濃度為1890個·cm-3,其中達到2000個·cm-3以上的樣點有4個,占雨林觀測點的50%,隨著海拔高度的增加雨林環境中負離子濃度總體呈現出先增加后降低的趨勢(圖2).進入景區,植被覆蓋度高,植物分布密集,景區起點處及距第二峰1500 m、900 m和300 m處負離子含量在2200～2800個·cm-3,空氣質量均為Ⅲ級,密集植被的光合作用及距離水體較近的環境(見圖1)有助于促進負離子的形成.因監測點均設在雨林棧道處,雨林棧道附近植被較少或游客較多處負離子濃度偏低,如距第二峰峰頂1200 m及600 m處,負離子量分別為1220個·cm-3和1480個·cm-3,空氣質量均為Ⅳ級,這兩地距離水體環境也較遠(見圖1).高海拔處的天梯和第二峰峰頂兩處測點植被稀少,分布有竹林和大量鐵黃色苔蘚,溫度和濕度均較低,負離子含量也較低,分別為1270個·cm-3和1240個·cm-3,空氣質量均為Ⅳ級.對空氣負離子系數p值而言,低海拔的景區起點處和高海拔的天梯及第二峰峰頂處的負離子量大于正離子量,p值均大于0.5;距第二峰峰頂1500 m至300 m處各監測點的正離子量均稍大于負離子量,p值均接近0.5,稍低于清新空氣的p值標準,這可能與監測位置在雨林棧道上受到人類活動的影響有關.

注:圖中曲線為不包含天潭瀑布負離子含量在內的擬合趨勢線圖2 七仙嶺國家森林公園空氣負離子隨海拔高度的變化

2.2七仙嶺國家森林公園空氣負離子與空氣溫濕度的關系

用SPSS對七仙嶺空氣負離子濃度與相對濕度、溫度分別進行相關性分析可知(表3):空氣負離子濃度與相對濕度之間的皮爾遜相關系數為0.639,說明負離子濃度與相對濕度間表現出正相關性,且相關性顯著,即相對濕度越大,負離子濃度越大.這是由于濕度越大,空氣中水分子越多,有利于負離子與水分子結合;另外水分子電解能只有氧氣分子的十分之一,濕度增大時地面輻射大量電解水分子,使空氣負離子濃度增加[15].負離子濃度與溫度之間的皮爾遜相關系數為-0.233,二者表現為弱負相關,說明負離子會隨著氣溫升高而減小,但相關性不顯著.可能由于測量時段的溫度在22.5～27.5℃之間,變化范圍不大,導致負離子濃度與溫度的相關性不明顯;這也與測量位置的具體環境有關.該結果與五指山市榮最嶺的研究結果一致,但顯著性有所差別[16],有待深入研究.

表3 七仙嶺國家森林公園空氣負離子與空氣溫濕度的相關性

注：P(Pearon Correlation)代表2個等級變量之間的皮爾遜相關系數; *表示顯著性水平為0.05時,相關性顯著;y為負離子濃度(個·cm-3),x1為相對濕度(%),x2為空氣溫度(℃).

2.3七仙嶺國家森林公園與其他森林公園空氣負離子水平的比較

通過對七仙嶺空氣負離子與國內其他氣候類型森林公園空氣負離子的比較發現(表4):一、在所有森林公園中瀑布水體的負離子水平都是最高的,森林景區內次之,景區售票點、停車場等游客聚集區含量最低.二、不同氣候類型森林公園的空氣負離子水平存在一定差異.一般情況下夏季是負離子含量最高的季節,冬季最低.海南吊羅山熱帶雨林、昆明金殿國家森林公園以及河南雞公山的測量季節與海南七仙嶺國家森林公園相同,均為冬季,三地的負離子含量均低于七仙嶺;測量季節為夏季的新疆森林游憩區、青海北山國家森林公園和內蒙古大興安嶺與測量季節為冬季的海南七仙嶺相比,僅高原山地氣候下的青海北山國家森林公園空氣負離子含量超過了海南七仙嶺冬季空氣負離子水平,位于寒溫帶大陸性氣候的內蒙古大興安嶺空氣負離子水平和海南七仙嶺相當,而處于溫帶大陸性氣候的新疆森林游憩區的負離子水平低于七仙嶺的負離子水平,可見海南七仙嶺的空氣負離子在國內森林公園中處于較高水平.因此,海南七仙嶺國家森林公園在基于空氣負離子的森林生態游、醫療保健游等方面具有得天獨厚的優勢和資源.

表4 不同氣候類型森林公園空氣負離子水平比較

注：“—”為無測量數據.

3 結論

海南七仙嶺國家森林公園冬季空氣負離子濃度范圍在1100～15000個·cm-3,達到保健水平以上,且在國內森林公園中處于較高水平.雨林內負離子濃度有隨海拔高度先增加后降低的趨勢,其中水體環境的空氣質量達到Ⅰ級和Ⅱ級,雨林環境的空氣質量為Ⅲ級和Ⅳ級,入口廣場為Ⅴ級.另外,通過相關性分析發現七仙嶺空氣負離子濃度隨相對濕度增加而增大,且二者相關性顯著;隨氣溫升高而減小,但相關性不顯著.

[1]鐘林生，吳楚材，肖篤寧.森林旅游資源評價中的空氣負離子研究[J].生態學雜志,1998,17(6):56-60.

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

[3]趙雄偉,李春友,葛靜茹,等.森林環境中空氣負離子研究進展[J].西北林學院學報,2007,22(2):57-61.

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

[5]王順利,劉賢德,金銘,等.甘肅省森林區空氣負離子分布特征研究[J].生態環境學報,2010,19(7):1563-1568.

[6]司婷婷,羅艷菊,畢華,等.吊羅山熱帶雨林空氣負離子含量變化特征初探[J].林業資源管理,2015(4):139-144.

[7]韓妍,董文淵,胡戎,等.昆明金殿國家森林公園秋冬季節空氣負離子分布格局研究[J].林業調查規劃,2013,38(3):21-25.

[8]李培學,戴慧堂,楊懷,等.雞公山空氣負離子分布規律及其與環境因子的關系[J].信陽師范學院學報(自然科學版),2011, 24(1):79-84.

[9]何平,常順利,張毓濤,等.新疆森林游憩區空氣負離子濃度時空分布特征及其影響因素[J].資源科學,2015,37(3):629-635.

[10]宋增文,向寶惠,鐘林生.青海北山國家森林公園空氣負離子資源生態旅游開發研究[J].林業經濟問題,2008,28(3):211-214.

[11]常艷,王慶民,張秋良,等.內蒙古大興安嶺森林負離子濃度變化規律及價值評估[J].內蒙古農業大學學報,2010,31(1):83-87.

[12]石強,舒惠芳,鐘林生,等.森林游憩區空氣負離子評價研究[J].林業科學,2004,40 (1):36-40.

[13]袁相洋,孫迎雪,田媛,等.北京市不同功能區空氣負氧離子及影響因素研究[J].環境科學與技術,2014,37(6):97-102.

[14]孫明珠,田媛,劉效蘭.北京不同功能區空氣負離子差異的實驗研究[J].環境科學與技術,2010,33(12F):515-519.

[15]王秀峰,康文杰.大學校園空氣負離子的分布規律研究[J].陜西科技大學學報,2013,31(1):53-57.

[16]丁文慈,趙由之.五指山市榮最嶺空氣負離子晝間變化特征[J].海南熱帶海洋學院學報,2016,23(5):28-32.

WintertimeNegativeAirIonsDistributionanditsEvaluationinQixianMountainNationalForestPark

DING Wen-ci, ZHAO You-zhi

(School of Ocean Science and Technology, Hainan Tropical Ocean University, Sanya Hainan 572022, China)

In order to investigate the negative air ions in tropical rainforest, by choosing Qixian Mountain National Forest Park as a monitoring spot, the concentration of air ions, temperature and relative humidity were measured simultaneously during wintertime.The results indicated that the concentration of negative air ions of Qi-xian Mountain achieved a high level of standard—ranging from 1100～15000/cm3—compared with other domestic forest parks in winter.And the concentration of negative air ions first increased and then decreased with the increase of altitude.The correlation analysis indicated that the concentration of negative air ions has a remarkably positive correlation with the variation of relative humidity.Though decreased with the rise of temperature, its correlation with temperature was not obvious.Air quality was assessed by using evaluation index of forestry air ion, which showed that the air quality of water environment ranked around level Ⅰ and Ⅱ, tropical rainforest environment ranked around level Ⅲ and Ⅳ, and the entrance square only reached level Ⅴ.

negative air ion; tropical rainforest; negative air ion proportion; evaluation index of forestry air ion

格式：丁文慈,趙由之.七仙嶺國家森林公園冬季空氣負離子分布與評價[J].海南熱帶海洋學院學報,2017,24(5):36-41.

2017-07-09

海南省教育廳高等學?？茖W研究項目(Hjkj2012-44);三亞市院地科技合作項目(2013YD07);瓊州學院校級青年科學基金項目(QYQN201227)

丁文慈(1980-),女,河北辛集人,海南熱帶海洋學院海洋科學技術學院講師,碩士,研究方向為大氣環境化學.

X823

A

2096-3122(2017) 05-0036-06

10.13307/j.issn.2096-3122.2017.05.07

(編校李由明)