李海濤

（河北省塞罕壩機械林場總場森林調(diào)查隊，河北圍場 068466）

塞罕壩森林釋放負(fù)離子生態(tài)效益研究

李海濤

（河北省塞罕壩機械林場總場森林調(diào)查隊，河北圍場 068466）

空氣中的負(fù)離子具有降塵、清潔空氣、殺菌、醫(yī)療等功效，被譽為“空氣維生素與生長素”，負(fù)離子以其獨特的生態(tài)效益逐漸被理論界和公眾認(rèn)識，森林環(huán)境中的負(fù)離子已經(jīng)成為當(dāng)前森林旅游產(chǎn)品開發(fā)的一個熱點，該文將對塞罕壩機械林場森林釋放負(fù)離子的生態(tài)效益進行評價，為林場科學(xué)經(jīng)營與可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

塞罕壩；森林；負(fù)離子

塞罕壩機械林場位于內(nèi)蒙古高原與冀北山地交匯處，總經(jīng)營面積9.3萬hm2，有林地面積7.5萬hm2。按地形分壩上、壩下兩部分，壩上是內(nèi)蒙古高原南緣，以丘陵、曼甸為主；壩下是陰山山脈與大興安嶺余脈交匯處，典型的山地地形。年均氣溫-1.4℃，極端最高氣溫30.9℃，極端最低氣溫-43.2℃，年均無霜期67d，冬季寒冷，夏季涼爽，屬寒溫性高原氣候。在植被上處于森林草原過渡地帶，野生動植物資源豐富。如此獨特的氣候，加上優(yōu)美壯觀的森林草原景觀，在整個華北地區(qū)均屬罕見，成為夏季避暑度假、旅游觀光，冬季滑雪、娛樂的理想場所。

1 森林空氣負(fù)離子的產(chǎn)生及功能

空氣負(fù)離子就是大氣中的中性分子或原子，負(fù)離子的產(chǎn)生與環(huán)境因素相關(guān)性較強，主要有自然界中放射性物質(zhì)的電離、水沖擊作用、宇宙射線、植物尖端放電和光電效應(yīng)、空氣與地面的摩擦作用及雷電現(xiàn)象等，雷電會產(chǎn)生幾十萬伏、上百萬伏的高壓，會電離氧、氮、二氧化碳分子，制造大量的負(fù)離子，使空氣得到凈化，這就是雷雨過后人們感覺空氣清新的原因。瀑布、森林、海邊都存在大量的負(fù)離子。

樹冠、枝葉的尖端放電以及光合作用過程的光電效應(yīng)均會促使空氣電解，產(chǎn)生大量的空氣負(fù)離子。植物釋放的揮發(fā)性物質(zhì)如植物精氣（又叫芬多精）等也能促進空氣電離，從而增加空氣負(fù)離子濃度。另外森林環(huán)境中造就的特殊氣候因子也是產(chǎn)生和維持負(fù)離子的重要因素，如由于森林具有涵養(yǎng)水源的作用，使森林空氣濕度增加，同時還可產(chǎn)生山泉、瀑布等負(fù)離子的發(fā)生源。從空間分布上看，森林環(huán)境中的空氣負(fù)離子濃度要比其它地方高，這是由于林下土壤疏松，巖石和土壤中的放射性元素容易逸出土壤而進入空氣，太陽光照射到森林植物枝葉上會發(fā)生光電效應(yīng)，樹木釋放出的芳香揮發(fā)性物質(zhì)等使林中空氣發(fā)生電離，加上樹木具有除塵作用，這些均使林區(qū)的負(fù)離子濃度升高，林內(nèi)植物越多，空氣負(fù)離子濃度越高。大城市的室內(nèi)每立方厘米中僅有負(fù)離子30～40個，室外有100～200個，郊外風(fēng)景區(qū)最高可達(dá)1萬個以上，森林和瀑布的局部區(qū)域可高達(dá)2萬個，森林的空氣負(fù)離子濃度比城市室內(nèi)可高出80～1600倍。從時間分布上看，一年當(dāng)中，森林空氣負(fù)離子濃度是夏秋高于冬春，夏季最高，冬季最低，夏季高是與該季節(jié)空氣相對清潔、濕度大、植物生長茂盛、代謝功能強、太陽紫外線照射強烈等因素有關(guān)，冬季較低主要由于冬季植物光合作用微弱、空氣污染相對嚴(yán)重、風(fēng)沙大、霧多等因素。

負(fù)離子對人體健康具有重要作用，被稱為“空氣中的維生素”。醫(yī)學(xué)實驗表明，負(fù)離子具有凈化空氣、殺滅病菌、促進新陳代謝、改善心肺功能、改善睡眠、增強記憶力、增加肌體抗病能力、治療疾病等功能。森林中的空氣負(fù)離子是使人長壽的一個重要因素，森林環(huán)境中高濃度的空氣負(fù)離子已成為一種寶貴的旅游資源。

2 研究方法

2.1 森林釋放負(fù)離子的物理量測定

根據(jù)塞罕壩機械林場森林資源情況，將測定的森林類型分為三大類，分別是針葉幼齡林、針葉中近成過熟林、闊葉林，標(biāo)準(zhǔn)地分別設(shè)在對以上3個森林類型具有代表性的落葉松幼齡林、落葉松近熟林、白樺成熟林中。根據(jù)小班調(diào)查數(shù)據(jù)，參照郁閉度、胸徑、樹高、與水面距離等指標(biāo)，在每個森林類型中選擇20m×30m標(biāo)準(zhǔn)地3塊，共9塊標(biāo)準(zhǔn)地，在每塊標(biāo)準(zhǔn)地中根據(jù)胸徑、樹高、冠幅確定3株標(biāo)準(zhǔn)木，在標(biāo)準(zhǔn)木樹冠下測空氣負(fù)離子數(shù)據(jù)。選取離林區(qū)約1000m的空地一塊為對照樣地進行測定。

運用日本ITC-201A負(fù)離子測定儀，對標(biāo)準(zhǔn)地中的標(biāo)準(zhǔn)點測定溫度、濕度、正負(fù)離子濃度，以每天的平均數(shù)量作為全月的每天平均數(shù)量。測定正負(fù)離子的方法采用4個方向各讀數(shù)3次穩(wěn)定值的方法，在每天的 6：00～8：00、8：00～10：00、10：00～12：00、12：00～14：00、14：00～16：00、16：00～18：00各測定1次，連續(xù)測定3d。

不同林分的日變化根據(jù)所測的平均值求算，年釋放總量根據(jù)如下公式計算：

式中：Nh—各個月份各個林分的平均負(fù)離子濃度；T—負(fù)離子存活的時間，這里假設(shè)為5min；H—林分平均樹高；S—林分面積。

2.2 基于負(fù)離子濃度的空氣質(zhì)量評價方法

運用安培空氣質(zhì)量（清潔度）評價指數(shù)法，計算公式為：Ci=n/1000×q，式中：Ci—空氣質(zhì)量評價指數(shù)；n—空氣負(fù)離子濃度；q—單極系數(shù)，是空氣正離子量與負(fù)離子量的比值。等級評價見表1。

表1 空氣清潔度等級評價

2.3 森林年負(fù)離子釋放的經(jīng)濟價值核算

森林改善和凈化空氣質(zhì)量的生態(tài)效益已經(jīng)為人們所認(rèn)識，負(fù)離子濃度是評價空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)，對森林產(chǎn)生負(fù)離子的經(jīng)濟價值進行評價具有非常重要的作用，評價方法采用替代工程法和旅游費用法。

3 結(jié)果與分析

3.1 空氣正負(fù)離子濃度的日變化

各林分的空氣負(fù)離子濃度在清晨和上午10～12時較高，而下午和晚間較低（圖1），負(fù)離子濃度的最低點均出現(xiàn)在12～14時，這與溫度和空氣清潔度有一定關(guān)系。配對樣本的林外空地的負(fù)離子濃度為0～20，在此忽略不計。故確認(rèn)森林具有釋放負(fù)離子的功能。

塞罕壩機械林場森林負(fù)離子的最高濃度達(dá)到84600個/cm3，出現(xiàn)在早上6～8時的落葉松幼齡林內(nèi)，平均負(fù)離子濃度達(dá)到2521.4個/cm3，經(jīng)過與北京市區(qū)和郊區(qū)的對比，塞罕壩機械林場的負(fù)離子濃度遠(yuǎn)高于北京地區(qū)（表2）。

表2 塞罕壩機械林場森林空氣負(fù)離子濃度與北京地區(qū)對比

各林分正離子濃度分布不均，如圖2所示，闊葉林的正離子較高，比較高的時間分別是6～8、10～12、16～18時，呈現(xiàn)出W形的分布；針葉中齡以上林的正離子濃度高點出現(xiàn)在早上6～8時，最低點出現(xiàn)在中午12～14時；針葉幼齡林的正離子濃度高點出現(xiàn)在10～12時，最低點為早上6～8時。

3.2 空氣質(zhì)量評級

根據(jù)安培評級法對各林分的空氣質(zhì)量進行評級，如表3所示，各林分的空氣質(zhì)量在8月份均為A，空氣質(zhì)量良好。其中各個林分類型在6～8、10～12時的空氣質(zhì)量均為A，這兩時段的空氣較為清潔。

3.3 空氣負(fù)離子的年釋放量及價值評價

在森林產(chǎn)生負(fù)離子的總量計算中，因為8月份植物正處于生長季節(jié)中，這里認(rèn)定8月份實測的負(fù)離子濃度為年平均濃度。經(jīng)計算，3個林分類型空氣負(fù)離子年釋放總量分別達(dá)到1.23204×1023、6.21059×1023、4.06352×1023個，塞罕壩機械林場森林釋放負(fù)離子總量為1.15061×1024個（見表 4）。

森林空氣負(fù)離子的生態(tài)效益主要體現(xiàn)在對人的生理功能和心理健康的影響方面。由于當(dāng)前對指標(biāo)量化的困難，所以采用替代工程法進行評價。據(jù)查，輸入功率為50W的負(fù)離子發(fā)生器發(fā)生的離子數(shù)約為5×1010～5×1011個/s，年釋放量為2.16×1016個，若達(dá)到全場森林釋放1.15061×1024個負(fù)離子的目的，需用4378.3萬個負(fù)離子發(fā)生器同時工作，按照負(fù)離子發(fā)生裝置成本價值5元計，需要投入資金2.19億元建設(shè)這個替代工程。

表3 不同時間的空氣質(zhì)量評價

表4 各林分類型的負(fù)離子釋放量

替代工程年運營成本=固定成本×年折舊率+流動成本。其中，年折舊率＝（1＋預(yù)計凈利產(chǎn)值率）/預(yù)計使用年限×100%，凈利產(chǎn)值率為5%，預(yù)計使用年限為50a，經(jīng)計算年折舊率為2.1%。

流動成本主要計算電費，以0.5元/KW·h計，一臺50W的負(fù)離子發(fā)生器年消耗費用為218.4元，4378.3萬臺負(fù)離子發(fā)生器年費用達(dá)到95.62億元。

則塞罕壩機械林場森林釋放負(fù)離子的替代工程運營價值=2.19×2.1%+95.6=95.66億元。此數(shù)字未包括負(fù)離子發(fā)生器運營所需的安裝、維護和管理費用，故用人為方法達(dá)到森林釋放負(fù)離子作用相同的效果需要投入的資金是極大的。

4 結(jié)論及建議

經(jīng)過對塞罕壩機械林場森林負(fù)離子的研究，結(jié)果表明，全場林分年釋放負(fù)離子1.15061×1024個，各林分年平均負(fù)離子濃度為2000～3100個/cm3，最高值達(dá)到每立方厘米84600個，從日變化上看，早上6～8時是負(fù)離子濃度較高的時段，從林分類型上看，落葉松幼齡林的負(fù)離子濃度較高，年釋放總量也最多。根據(jù)替代工程法對塞罕壩森林釋放負(fù)離子的生態(tài)效益進行評價，至少需投資95.66億元購置負(fù)離子發(fā)生裝置進行工作，才能達(dá)到與森林釋放負(fù)離子效果相同的效益。

空氣負(fù)離子對人的身心健康具有重要的作用，其濃度已經(jīng)成為檢驗空氣質(zhì)量的一項重要指標(biāo)，應(yīng)充分認(rèn)識森林釋放負(fù)離子的功效，在森林經(jīng)營時科學(xué)合理調(diào)整林齡結(jié)構(gòu)、林分結(jié)構(gòu)，充分利用森林空氣負(fù)離子的生態(tài)效益，積極開發(fā)以負(fù)離子為主要利用對象的森林旅游項目、休閑療養(yǎng)場所等。

4.1 森林浴

森林浴是指人們在林下散步、娛樂、休息，浸浴于森林新鮮空氣中進行養(yǎng)生的一種活動，是利用森林的“自然健康療法”，森林密布，自然環(huán)境優(yōu)美，空氣清新，適合療養(yǎng)和康復(fù)，結(jié)合運動，增進身體健康。

4.2 森林醫(yī)院

森林醫(yī)院就是把森林空氣負(fù)離子同醫(yī)療科學(xué)結(jié)合起來的醫(yī)院，此類醫(yī)院建在富含空氣負(fù)離子的區(qū)段，輔以必要的服務(wù)和設(shè)施，患者在其中呼吸新鮮空氣，達(dá)到強身治病的功效。

4.3 負(fù)離子吸收區(qū)

負(fù)離子吸收區(qū)是專門開辟的用于人們吸收森林空氣負(fù)離子的區(qū)域，針對病人具有輔助治療的作用，針對健康人可以保健，獲得舒服的人體感受。

4.4 森林旅游景點

負(fù)離子作為森林旅游的一個重要產(chǎn)品，是森林旅游環(huán)境質(zhì)量評價的一項重要指標(biāo)，將負(fù)離子濃度高的地區(qū)作為重要的森林旅游景點，建設(shè)生態(tài)景區(qū)，提出“健康游、生態(tài)游”的旅游產(chǎn)品定位理念。

S718.56

A

1002-3356（2011）06-0010-03

2011-10-18