李 翔, 何 平, 張毓?jié)? 常順利

(1.新疆林業(yè)科學(xué)研究院 森林生態(tài)研究所， 新疆 烏魯木齊市 830063；

2.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 新疆 烏魯木齊市 830046)

準(zhǔn)格爾盆地南緣不同生態(tài)功能區(qū)夏季空氣負(fù)離子濃度特征

李 翔1, 何 平2, 張毓?jié)?, 常順利2

(1.新疆林業(yè)科學(xué)研究院 森林生態(tài)研究所， 新疆 烏魯木齊市 830063；

2.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 新疆 烏魯木齊市 830046)

摘要：[目的] 對準(zhǔn)格爾盆地南緣不同生態(tài)功能區(qū)夏季空氣負(fù)離子濃度進(jìn)行監(jiān)測和分析，為不同地區(qū)空氣質(zhì)量評價(jià)提供參考依據(jù)。 [方法] 分別就不同生態(tài)功能區(qū)(水體、林區(qū)、停車場、聚集區(qū))進(jìn)行空氣負(fù)離子濃度監(jiān)測及評價(jià)，通過AIC-1000型空氣離子測量儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并運(yùn)用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。 [結(jié)果] (1) 不同區(qū)域生態(tài)功能區(qū)空氣負(fù)離子濃度變化由高到低依次為：精河>天池>哈密>巴爾魯克，且精河、天池與哈密、巴爾魯克之間差異顯著(p<0.05)； (2) 不同生態(tài)功能區(qū)中水體和林區(qū)空氣負(fù)離子濃度含量較高，且空氣負(fù)離子濃度隨時(shí)間的變化出現(xiàn)早、晚較高，中午較低的動態(tài)變化趨勢； (3) 空氣質(zhì)量等級指標(biāo)：天池(A級，1.28±0.42 ind/cm3)>精河(A級，1.16±0.08 ind/cm3)>哈密(D級，0.33±0.14 ind/cm3)>巴爾魯克(D級，0.32±0.03 ind/cm3)； (4) 不同天氣狀況對空氣負(fù)離子濃度影響較大，主要表現(xiàn)為：雨天(699 ind/cm3)>沙塵(507 ind/cm3)>晴天(428 ind/cm3)>陰天(395 ind/cm3)。 [結(jié)論] 不同生態(tài)功能區(qū)空氣質(zhì)量變化與空氣負(fù)離子濃度變化基本一致，空氣質(zhì)量沿準(zhǔn)格爾盆地南緣由東到西呈現(xiàn)劣—優(yōu)—劣的分布規(guī)律。

關(guān)鍵詞：準(zhǔn)格爾盆地； 生態(tài)功能區(qū)； 空氣負(fù)離子； 空氣質(zhì)量

隨著生態(tài)環(huán)境的日益惡化及給人們健康帶來的諸多問題，環(huán)境質(zhì)量受到越來越多的關(guān)注和研究，由于空氣負(fù)離子對人體具有保健和鎮(zhèn)靜等功效及一些除塵、殺菌、凈化空氣等作用，是研究空氣質(zhì)量等級中重要的因素[1-4]。而衡量空氣負(fù)離子濃度的標(biāo)準(zhǔn)，世界衛(wèi)生組織(WHO)將空氣負(fù)離子濃度1 000~1 500 ind/cm3定為清潔標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)學(xué)者大量的研究發(fā)現(xiàn)空氣負(fù)離子濃度達(dá)到1 000 ind/cm3為清潔，城鎮(zhèn)居民區(qū)應(yīng)達(dá)到250 ind/cm3才符合最低健康標(biāo)準(zhǔn)[5]。關(guān)于空氣負(fù)離子濃度的研究國內(nèi)外也有很多工作，國內(nèi)主要運(yùn)用空氣負(fù)離子去監(jiān)測環(huán)境質(zhì)量及空氣負(fù)離子影響因子的相關(guān)研究。如對山區(qū)不同庭院林空氣負(fù)離子監(jiān)測及其與小氣候因子之間的相互關(guān)系的研究[6]，及對不同生態(tài)功能區(qū)空氣負(fù)離子濃度研究進(jìn)而評價(jià)不同類型城市的空氣質(zhì)量[7-10]。國外研究空氣負(fù)離子主要用于生物機(jī)體的一些生物學(xué)效應(yīng)的研究和臨床醫(yī)學(xué)等方面[11-15]。新疆自治區(qū)位于我國的西北地區(qū)，而準(zhǔn)格爾盆地南緣則是新疆主要的經(jīng)濟(jì)和文化中心，具有獨(dú)特的地緣優(yōu)勢，其空氣質(zhì)量的合格與否將直接影響到人們的身體健康及城市生態(tài)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展。本研究主要對準(zhǔn)格爾盆地南緣的巴爾魯克山、精河、天池和哈密4個(gè)區(qū)域進(jìn)行空氣負(fù)離子濃度監(jiān)測，比較和評價(jià)各區(qū)域生態(tài)功能區(qū)空氣離子濃度和空氣質(zhì)量等級，為干旱區(qū)盆地邊緣綠洲空氣質(zhì)量評價(jià)、生態(tài)環(huán)境改善和城市經(jīng)濟(jì)旅游建設(shè)提供依據(jù)。

1研究地區(qū)與研究方法

1.1　研究區(qū)概況

主要沿準(zhǔn)格爾盆地南緣天山山脈條帶由西向東分別就精河(82°54′11″E，44°41′06″N)、巴爾魯克(82°31′01″E，45°53′09″N)；天池(88°07′01″E，43°53′10″N)；哈密(93°40′13″E，43°20′22″N)等地區(qū)進(jìn)行調(diào)查。天池為國家級旅游景區(qū)，而巴爾魯克為天然的林場人為活動較少，精河和哈密分別位于天山的東西部的人類居住區(qū)。以上4個(gè)研究區(qū)有天然林場、旅游景區(qū)及人類居住區(qū)基本屬于新疆地區(qū)主要的綠洲類型，對分析準(zhǔn)格爾盆地南緣空氣質(zhì)量具有一定的代表性。

1.2　研究方法

從2013年8月10日至9月10日，每天分別在10:00，14:00，20:00這3時(shí)段對精河、巴爾魯克、天池、哈密監(jiān)測地區(qū)的水體、停車場、聚集區(qū)、林區(qū)(巴爾魯克山觀測點(diǎn)屬于山地森林無停車場)不同的下墊面類型(表1)分別進(jìn)行空氣正、負(fù)離子濃度1個(gè)月的連續(xù)監(jiān)測，使用測量精度為±10%的AIC-1000型空氣離子測量儀進(jìn)行測定，每監(jiān)測點(diǎn)重復(fù)讀值3次的均值為該點(diǎn)的最終測量值并統(tǒng)計(jì)記錄。

表1　不同研究區(qū)下墊面類型

在空氣離子濃度評價(jià)方法上主要運(yùn)用空氣正、負(fù)離子之比計(jì)算空氣離子評價(jià)系數(shù)，從而對空氣質(zhì)量等級進(jìn)行評價(jià)，主要計(jì)算公式為：

q=n+/n-

(1)

(2)

式中：q——單極系數(shù)；n+，n-——正、負(fù)離子濃度(ind/cm3)； CI——空氣離子評價(jià)系數(shù)；空氣質(zhì)量等級標(biāo)準(zhǔn)主要采用國際廣泛認(rèn)可的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

監(jiān)測到的數(shù)據(jù)主要采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，并進(jìn)行最小顯著性檢驗(yàn)，從而比較分析不同生態(tài)區(qū)的差異及規(guī)律。

表2　空氣質(zhì)量等級標(biāo)準(zhǔn)

2結(jié)果與分析

2.1　準(zhǔn)格爾盆地南緣不同生態(tài)功能區(qū)空氣離子濃度差異及日動態(tài)變化

由圖1中4個(gè)區(qū)域生態(tài)功能區(qū)空氣離子濃度平均值分析，空氣負(fù)離子濃度變化范圍為：413~1 085 ind/cm3，變化規(guī)律為：精河>天池>哈密>巴爾魯克。精河、天池與哈密、巴爾魯克之間差異顯著(p=0.000<0.05)，哈密和巴爾魯克之間差異不顯著(p>0.05)，且對4區(qū)域空氣負(fù)離子濃度進(jìn)行多項(xiàng)式線性分析發(fā)現(xiàn)空氣負(fù)離子濃度峰值出現(xiàn)在天山山脈中段；而4個(gè)區(qū)域的正離子濃度變化范圍為：455~1 025 ind/cm3，變化規(guī)律為：精河>哈密>天池>巴爾魯克，與負(fù)離子濃度變化規(guī)律基本一致。整體分析來看，精河、天池空氣離子濃度含量較高，而哈密、巴爾魯克則較低。

圖1　不同生態(tài)功能區(qū)空氣離子濃度差異

從表3分析了各區(qū)域空氣離子濃度分別在水體、停車場、聚集區(qū)、林區(qū)等生態(tài)功能區(qū)的分布和差異情況。精河空氣負(fù)離子濃度變化為：水體(1 123 ind/cm3)>林區(qū)(1 113 ind/cm3)>停車場(1 103 ind/cm3)>聚集區(qū)(997 ind/cm3)。從方差分析結(jié)果來看，同一功能區(qū)不同時(shí)間水體10:00的空氣負(fù)離子濃度與14:00和20:00差異顯著(p<0.05),而14:00和20:00的空氣負(fù)離子濃度差異不顯著(p>0.05)。同樣的規(guī)律也存在于停車場和聚集區(qū)。而林區(qū)的20:00的空氣負(fù)離子濃度低于10:00和14:00，且差異顯著(p<0.05)；同一時(shí)間不同功能區(qū)10:00時(shí)4個(gè)功能區(qū)空氣負(fù)離子濃度差異不顯著(p>0.05)，14:00時(shí)林區(qū)的空氣負(fù)離子濃度顯著高于水體、停車場和聚集區(qū)(p<0.05)，其他3個(gè)功能區(qū)之間差異不顯著。20:00時(shí)水體和聚集區(qū)空氣負(fù)離子濃度差異顯著(p<0.05)?？諝庹x子濃度規(guī)律和負(fù)離子濃度規(guī)律基本一致，只是正離子濃度在聚集區(qū)的10:00和14:00，20:00差異顯著(p<0.05)。巴爾魯克空氣負(fù)離子濃度變化為：水體(452 ind/cm3)>林區(qū)(423 ind/cm3)>聚集區(qū)(364 ind/cm3)。同一功能區(qū)不同時(shí)間：水體在10:00，14:00和20:00間空氣負(fù)離子濃度差異顯著(p<0.05)，林區(qū)在10:00時(shí)空氣負(fù)離子濃度顯著高于14:00和20:00時(shí)空氣負(fù)離子濃度差異顯著(p<0.05)，14:00和20:00之間空氣負(fù)離子濃度差異不顯著(p=0.287>0.05)，聚集區(qū)在10:00時(shí)空氣負(fù)離子顯著高于14:00和20:00時(shí)空氣負(fù)離子濃度(p<0.05)，14:00和20:00之間空氣負(fù)離子濃度差異不顯著(p>0.05)。天池空氣負(fù)離子濃度變化依次為：水體(947 ind/cm3)>林區(qū)(771 ind/cm3)>停車場(719 ind/cm3)>聚集區(qū)(584 ind/cm3)。同一功能區(qū)不同時(shí)間，水體在3個(gè)時(shí)段的空氣負(fù)離子濃度存在顯著差異(p<0.05)，停車場20:00時(shí)的濃度顯著低于10:00和14:00且差異顯著(p<0.05)。聚集區(qū)和林區(qū)在10:00的空氣負(fù)離子濃度顯著高于14:00和20:00時(shí)的濃度且差異顯著(p<0.05)；同一時(shí)間不同功能區(qū)10:00時(shí)停車場和聚集區(qū)之間空氣負(fù)離子濃度差異不顯著，其他功能區(qū)之間差異顯著(p<0.05)，14:00時(shí)停車場的空氣負(fù)離子濃度顯著高于水體、林區(qū)和聚集區(qū)(p<0.05)。20:00時(shí)水體和聚集區(qū)空氣負(fù)離子濃度差異顯著(p<0.05)。哈密空氣負(fù)離子濃度變化為：林區(qū)(650 ind/cm3)>水體(403 ind/cm3)>聚集區(qū)(393 ind/cm3)>停車場(387 ind/cm3)。同一功能區(qū)不同時(shí)間，林區(qū)在14:00的空氣負(fù)離子濃度顯著低于10:00和20:00時(shí)的濃度(p<0.05)。水體在14:00的空氣負(fù)離子濃度顯著高于10:00和20:00的空氣負(fù)離子濃度(p<0.05),停車場和聚集區(qū)也存在相同的規(guī)律。同一時(shí)間不同功能區(qū)：10:00和20:00時(shí)林區(qū)的空氣負(fù)離子濃度高于其他3個(gè)功能區(qū)且差異顯著(p<0.05)，其他功能區(qū)之間差異不顯著(p>0.05)，14:00時(shí)停車場的空氣負(fù)離子濃度分別與水體和林區(qū)存在顯著差異(p<0.05)，聚集區(qū)也分別與水體和林區(qū)存在顯著差異(p<0.05)?？傮w分析得出不同生態(tài)功能區(qū)中水體和林區(qū)空氣負(fù)離子濃度含量較高，其他次之?？諝庳?fù)離子濃度隨時(shí)間的變化出現(xiàn)早、晚較高中午較低的動態(tài)變化趨勢。

2.2　不同生態(tài)功能區(qū)空氣質(zhì)量等級評議系數(shù)

從表4可以得出，與空氣負(fù)離子濃度變化規(guī)律基本一致，在區(qū)域生態(tài)功能區(qū)CI值較高的是精河和天池，較低的是哈密和巴爾魯克，對其CI值均值化排序?yàn)椋禾斐?1.28±0.42)>精河(1.16±0.08)>哈密(0.33±0.14)>巴爾魯克(0.32±0.03)。天池的水體、林區(qū)、停車場CI值處于最清潔范疇，屬于A級，聚集區(qū)CI值處于清潔范疇，屬于B級；精河的水體、停車場、聚集區(qū)、林區(qū)CI值都處于最清潔范疇，屬于A級；哈密的林區(qū)CI值處于允許范疇，屬于D級，而水體、停車場、聚集區(qū)CI值都處于臨界值以下，屬于E級；巴爾魯克的林區(qū)和聚集區(qū)CI值處于允許范疇，屬于D級，而水體CI值在臨界值以下，屬于E級。

表3　不同生態(tài)功能區(qū)相互之間差異分析p值

表4　不同生態(tài)功能區(qū)空氣質(zhì)量評價(jià)

由表5可以得出，哈密空氣質(zhì)量達(dá)到B級的天數(shù)占總天數(shù)的6%，達(dá)到D級和E級天數(shù)分別占總天數(shù)的31%和63%，空氣質(zhì)量沒有達(dá)到A級和C級的天數(shù)；天池空氣質(zhì)量達(dá)到A級的天數(shù)占總天數(shù)的63%，達(dá)到B級和C級天數(shù)分別占總天數(shù)的31%和6%，空氣質(zhì)量沒有達(dá)到D級和E級的天數(shù)；精河空氣質(zhì)量達(dá)到A級的天數(shù)占總天數(shù)的69%，達(dá)到B級和C級天數(shù)分別占總天數(shù)的25%和6%，空氣質(zhì)量沒有達(dá)到D級和E級的天數(shù)；巴爾魯克空氣質(zhì)量達(dá)到D級和E級的天數(shù)分別占總天數(shù)的81%和19%，空氣質(zhì)量沒有達(dá)到A級、B級和C級的天數(shù)?？偟捏w現(xiàn)出沿準(zhǔn)格爾盆地南緣天山山脈由東到西A級空氣質(zhì)量先增加后減少的趨勢。

2.3　空氣負(fù)離子濃度在不同天氣狀況下的響應(yīng)

通過整理2013年8月10日至9月10日哈密地區(qū)同步監(jiān)測的天氣狀況(雨天、沙塵、晴天、陰天)數(shù)據(jù)，對哈密地區(qū)不同天氣狀況下空氣離子濃度在不同生態(tài)功能區(qū)進(jìn)行比較(圖2)。

由圖2可以看出，雨天共4 d占總天數(shù)的13%，沙塵天氣共4 d占總天數(shù)的13%，晴天共17 d占總天數(shù)的53%，陰天共7天占總天數(shù)的22%。對表3中出現(xiàn)相應(yīng)天氣狀況的天數(shù)的CI值進(jìn)行均值化得出：雨天(0.87)>沙塵(0.86)>晴天(0.79)>陰天(0.76)，同時(shí)不同生態(tài)功能區(qū)空氣負(fù)離子濃度也基本服從這樣的規(guī)律，尤其水體的空氣負(fù)離子濃度在不同天氣狀況下出現(xiàn)較為明顯的遞減變化。

表5　2013年研究區(qū)各區(qū)域CI值及評價(jià)等級

圖2　不同天氣狀況下空氣負(fù)離子濃度變化

3討 論

本研究空氣負(fù)離子濃度日動態(tài)變化在早10:00和晚20:00出現(xiàn)峰值，且與中午14:00的空氣負(fù)離子濃度差異顯著，而國內(nèi)相關(guān)研究分別得出在3:00—4:00，15:00—16:00和9:00—10:00，13:00—14:00處空氣負(fù)離子濃度最大[16-17]。但本研究結(jié)論與吳楚材等[18]的研究結(jié)果相符。由于空氣負(fù)離子濃度在時(shí)間上的變化規(guī)律及其峰值出現(xiàn)的具體時(shí)間直至今日尚無定論[19]，所以出現(xiàn)以上結(jié)論差異的主要原因可能與研究區(qū)域不同和不同的立地類型有關(guān)。在空氣負(fù)離子濃度的空間變化方面，基本上沿準(zhǔn)格爾盆地南緣天山山脈一帶由東到西呈現(xiàn)先增后減的一個(gè)正態(tài)分布特征，由于所選的研究區(qū)空氣離子濃度空間變化的相關(guān)研究及結(jié)論較為少見，所以此結(jié)論可為后續(xù)新疆天山地區(qū)空氣離子濃度研究提供參考。

不同區(qū)域空氣負(fù)離子濃度變化由高到低依次為：精河>天池>哈密>巴爾魯克，且精河、天池與哈密、巴爾魯克兩兩之間差異顯著(p<0.05)，造成這一規(guī)律的主要原因可能是與地理位置有關(guān)，精河位于新疆西部較位于東部的哈密風(fēng)沙較少；而巴爾魯克位于天山和阿爾泰山交匯處，地形復(fù)雜，植被郁閉度較低，這可能是造成其空氣負(fù)離子濃度較低的原因。

天氣狀況對空氣負(fù)離子濃度具有重要的影響作用，本研究結(jié)果表明不同生態(tài)功能區(qū)空氣負(fù)離子濃度變化依次為：雨天>沙塵>晴天>陰天，且雨天空氣負(fù)離子濃度比陰天高近77%，這一結(jié)論與張毓?jié)萚12]在新疆地區(qū)的研究結(jié)論(雨天>晴天>陰天>沙塵、浮塵)基本一致，而在沙塵天氣出現(xiàn)差異可能與研究區(qū)及下墊面類型的不同有關(guān)。

在空氣負(fù)離子濃度的相關(guān)影響因子方面，如雨量、風(fēng)速、溫度、相對濕度、植被類型等都會對空氣負(fù)離子濃度產(chǎn)生影響，在熱帶雨林空氣負(fù)離子濃度變化量與降雨強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)的雨量變化量呈顯著正相關(guān)[20]。但由于研究區(qū)環(huán)境的復(fù)雜性及一些監(jiān)測儀器的不規(guī)范，目前空氣負(fù)離子與氣象因子的相關(guān)性很難得出統(tǒng)一定論[18]。空氣負(fù)離子與影響因子之間的相關(guān)關(guān)系及作用機(jī)理有待今后進(jìn)一步深入研究。

4結(jié) 論

(1) 不同區(qū)域生態(tài)功能區(qū)空氣負(fù)離子濃度變化依次為：精河>天池>哈密>巴爾魯克，且精河、天池與哈密、巴爾魯克兩兩之間差異顯著(p<0.05)。

(2) 不同生態(tài)功能區(qū)中水體和林區(qū)空氣負(fù)離子濃度含量較高，而停車場和聚集區(qū)含量較低，且空氣負(fù)離子濃度隨時(shí)間的變化出現(xiàn)早、晚較高中午較低的動態(tài)變化趨勢。

(3) 空氣質(zhì)量等級：天池(A級，1.28±0.42 ind/cm3)>精河(A級，1.16±0.08 ind/cm3)>哈密(D級，0.33±0.14 ind/cm3)>巴爾魯克(D級，0.32±0.03 ind/cm3)；

(4) 不同生態(tài)功能區(qū)空氣質(zhì)量變化與空氣負(fù)離子濃度變化基本一致，空氣質(zhì)量沿準(zhǔn)格爾盆地南緣由東到西呈現(xiàn)劣—優(yōu)—劣的分布規(guī)律；

(5) 不同天氣狀況對空氣負(fù)離子濃度影響較大，依次表現(xiàn)為：雨天(699 ind/cm3)>沙塵(507 ind/cm3)>晴天(428 ind/cm3)>陰天(395 ind/cm3)。

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Charactoristics of Summer Air Anion Concentration in Different Ecological Functional Areas of Southern Edge of Junggar Basin

LI Xiang1, HE Ping2, ZHANG Yutao1, CHANG Shunli2

(1.InstituteofForestEcology,XinjiangAcademyofForestry,Urumqi,Xingjiang830063,China; 2.KeyLaboratoryofOasisEcology,CollegeofResourceandEnvironmentScience,XinjiangUniversity,Urumqi,Xingjiang830046,China)

Abstract：[Objective] Air anion concentration in different ecological functional zones in southern margin of Junggar Basin was monitored in summer in order to provide a reference for rating regional air quality. [Methods] The concentrations of negative air ion in different ecological function areas (water body, forest area, parking lot, populated districts)by AIC-1000 type instrument. SPSS 17.0 was used for statistical analysis. [Results] (1) The concentrations in different regional areas ranked as: Jinghe>Hami>Tianchi>Baerluke. And the difference between the concentrations of Jinghe and Tianchi and values of Hami and Baerluke was significant (p<0.05)； (2) In local ecological function areas, water body and forest area had higher concentration of negative air ions; and the daily concentration showed that it was higher in the morning and evening, and lower in the noon； (3) The rank of air quality levels(CI): Tianchi (level A, 1.28±0.42 ind/cm3)>Jinghe (level A, 1.16±0.08 ind/cm3)>Hami (level D, 0.33±0.14 ind/cm3) > Baerluke (level D, 0.32±0.03 ind/cm3)； (4) Weather conditions could also influence the concentration of negative air ions, a rank was measured as : rainy(699 ind/cm3)>dust(507 ind/cm3)>sunny(428 ind/cm3)> cloudy(395 ind/cm3). [Conclusion] Changes in air quality and the concentration of negative air ions were basically synchronized in different ecological function areas. Air quality along the southern Junggar Basin showed an inferior-superior-inferior trend graphically form east to west.

Keywords:Junggar Basin; ecological function areas; negative air ion; air quality

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)04-0229-06

中圖分類號：S716.13

收稿日期：2014-05-28修回日期：2014-06-29

第一作者：李翔(1983—)，男(壯族)，新疆自治區(qū)烏魯木齊市人，學(xué)士，助理研究員，主要從事新疆城市及山地森林生態(tài)研究。E-mail：95447006@qq.com；786648396@qq.com。