丁文慈,趙由之

(海南熱帶海洋學(xué)院 海洋科學(xué)技術(shù)學(xué)院,海南 三亞 572022)

七仙嶺國(guó)家森林公園冬季空氣負(fù)離子分布與評(píng)價(jià)

丁文慈,趙由之

(海南熱帶海洋學(xué)院 海洋科學(xué)技術(shù)學(xué)院,海南 三亞 572022)

為研究熱帶雨林的空氣負(fù)離子水平及空氣質(zhì)量,對(duì)海南七仙嶺國(guó)家森林公園冬季的空氣負(fù)離子濃度和空氣溫度、相對(duì)濕度進(jìn)行了同步監(jiān)測(cè),并作相關(guān)性分析.結(jié)果表明:海南七仙嶺國(guó)家森林公園冬季空氣負(fù)離子含量在國(guó)內(nèi)森林公園中處于較高水平,濃度范圍在1100～15000個(gè)·cm-3,達(dá)到保健水平以上.通過(guò)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)七仙嶺空氣負(fù)離子濃度隨海拔高度先增加后降低;隨相對(duì)濕度增加而顯著增大;隨氣溫升高而減小,但相關(guān)性不顯著.利用森林空氣離子評(píng)價(jià)指數(shù)對(duì)七仙嶺空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià),其中水體環(huán)境的空氣質(zhì)量達(dá)到Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí),雨林環(huán)境的空氣質(zhì)量為Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí),入口廣場(chǎng)為Ⅴ級(jí).

空氣負(fù)離子;熱帶雨林;空氣負(fù)離子系數(shù);森林空氣離子評(píng)價(jià)指數(shù)

0 引言

森林是空氣負(fù)離子的重要“源”,森林中土壤的放射性物質(zhì)、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(fù)離子的產(chǎn)生提供了良好的條件.有研究表明,森林中負(fù)離子含量一般為城市平均含量的5～15倍[1].空氣負(fù)離子作為反映空氣清新度的重要指標(biāo),在森林風(fēng)景資源質(zhì)量評(píng)價(jià)中是必須考慮的因子.森林環(huán)境中空氣負(fù)離子的臨界濃度為400個(gè)·cm-3,低于400個(gè)·cm-3時(shí),表明空氣已受到一定程度的污染,對(duì)游客的健康不利;400～1000個(gè)·cm-3屬允許濃度范圍;1000個(gè)·cm-3以上屬于保健濃度范圍,對(duì)人體健康有益[2].20世紀(jì)末,基于空氣負(fù)離子的醫(yī)療保健和殺菌功能的森林生態(tài)游逐漸興起,有關(guān)森林空氣負(fù)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(qū),而對(duì)熱帶雨林中空氣負(fù)離子的研究較少.海南島擁有豐富的熱帶雨林資源,雨林內(nèi)植被茂盛,生態(tài)良好,太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈,濕度高,降水量大,對(duì)空氣負(fù)離子的形成極為有利.本文以海南省七仙嶺國(guó)家森林公園為研究對(duì)象,對(duì)熱帶雨林的空氣負(fù)離子及其與相關(guān)氣象參數(shù)的相關(guān)性進(jìn)行了初步研究,利用空氣負(fù)離子系數(shù)(p)和森林空氣離子評(píng)價(jià)指數(shù)(FCI)對(duì)七仙嶺森林公園的空氣清新度進(jìn)行初步評(píng)價(jià),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(fù)離子水平進(jìn)行對(duì)比,為七仙嶺國(guó)家森林公園的空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)及旅游開發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù).

1 研究區(qū)域概況及研究方法

1.1研究區(qū)域概況

七仙嶺國(guó)家森林公園是海南省著名的熱帶雨林風(fēng)景區(qū),地處保亭黎族苗族自治縣東北部,地理坐標(biāo)為18°14′～18°44′N,109°35′～109°45′E,面積約22 km2,屬熱帶季風(fēng)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(shì)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(tài)、氣候、人文旅游資源為一體的生態(tài)旅游勝地.

1.2觀測(cè)地點(diǎn)及時(shí)間

觀測(cè)地點(diǎn):沿游覽路線根據(jù)地標(biāo)對(duì)公園內(nèi)不同地點(diǎn)的空氣負(fù)離子濃度進(jìn)行測(cè)量,包括景區(qū)入口廣場(chǎng),景區(qū)起點(diǎn),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?shù)裙?1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),海拔高度依次遞增,樣點(diǎn)設(shè)置見圖1.

測(cè)量時(shí)間:為避開降水對(duì)儀器的影響,在2013年1月選取晴朗靜風(fēng)天氣2天進(jìn)行重復(fù)觀測(cè).

圖1 七仙嶺國(guó)家森林公園游覽路線及樣點(diǎn)位置

1.3觀測(cè)項(xiàng)目及方法

空氣離子濃度:美國(guó)Alphalab公司的AIR ION COUNTER 1000型空氣離子測(cè)量?jī)x.其測(cè)量范圍為10～20×106個(gè)·cm-3,檢測(cè)精度為±25%.因空氣離子濃度瞬時(shí)變化大,每次測(cè)量時(shí)待儀器讀數(shù)穩(wěn)定后,于東南西北四個(gè)方位各讀取5個(gè)數(shù)據(jù),取平均值作為觀測(cè)點(diǎn)的正、負(fù)離子濃度.

空氣溫度和相對(duì)濕度:臺(tái)灣衡欣AZ8910型五合一氣象儀,與空氣離子進(jìn)行同步測(cè)定.

測(cè)量高度:距地面1.5 m處即成人的呼吸高度.

1.4森林環(huán)境中空氣負(fù)離子評(píng)價(jià)模型

森林環(huán)境中空氣負(fù)離子評(píng)價(jià)方法常采用空氣負(fù)離子系數(shù)(p)和森林空氣離子評(píng)價(jià)指數(shù)(FCI),二者是石強(qiáng)等針對(duì)森林環(huán)境中正、負(fù)離子濃度高且差異大的特點(diǎn)在單極系數(shù)和安培空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)的基礎(chǔ)上提出來(lái)的[12].

1.4.1空氣負(fù)離子系數(shù)

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

(1)

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

1.4.2森林空氣離子評(píng)價(jià)指數(shù)

FCI=(n-/1000)·p,

(2)

其中:FCI為森林空氣離子評(píng)價(jià)指數(shù),1000為滿足人體生物學(xué)效應(yīng)最低需求的負(fù)離子濃度(個(gè)·cm-3),p和n-同上.FCI值越大,表明空氣質(zhì)量越好,根據(jù)FCI值可將森林空氣質(zhì)量分成5個(gè)等級(jí),其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1.

表1 森林空氣離子分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[12]

注：表中n-、n+、p三者間并不存在式(1)所確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系,主要是由于大氣中的n-、n+之間并無(wú)明顯的比例關(guān)系.

2 結(jié)果與分析

2.1七仙嶺國(guó)家森林公園空氣負(fù)離子的空間分布特征

從表2可以看出七仙嶺國(guó)家森林公園負(fù)離子濃度整體較高,11個(gè)樣點(diǎn)的平均濃度均大于1000個(gè)·cm-3,均達(dá)到保健濃度范圍.空氣負(fù)離子系數(shù)P值大于0.5的為6個(gè)點(diǎn),除入口廣場(chǎng)外,其余4個(gè)點(diǎn)的P值也均接近0.5.按照森林空氣離子評(píng)價(jià)指數(shù)FCI評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià),11個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中Ⅰ級(jí)的有1個(gè),Ⅱ級(jí)有1個(gè),二者均為水體環(huán)境;Ⅲ級(jí)有4個(gè),Ⅳ級(jí)有4個(gè),均為雨林環(huán)境;Ⅴ級(jí)有1個(gè),為入口廣場(chǎng).

七仙嶺入口廣場(chǎng)作為對(duì)照點(diǎn),其負(fù)離子含量最低,為1100個(gè)·cm-3,正離子量遠(yuǎn)大于負(fù)離子量,p值僅為0.32,空氣質(zhì)量為V級(jí).此處為停車場(chǎng)和游客服務(wù)中心,測(cè)點(diǎn)處無(wú)植被,下面為水泥地,受人為活動(dòng)和汽車尾氣影響,空氣中氣溶膠濃度較大,致使負(fù)離子壽命較短,容易沉降消失,但此濃度仍遠(yuǎn)超過(guò)城市環(huán)境中的空氣負(fù)離子水平.

表2 七仙嶺國(guó)家森林公園各監(jiān)測(cè)點(diǎn)空氣離子水平及空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)

雨林環(huán)境中負(fù)離子平均濃度為1890個(gè)·cm-3,其中達(dá)到2000個(gè)·cm-3以上的樣點(diǎn)有4個(gè),占雨林觀測(cè)點(diǎn)的50%,隨著海拔高度的增加雨林環(huán)境中負(fù)離子濃度總體呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)(圖2).進(jìn)入景區(qū),植被覆蓋度高,植物分布密集,景區(qū)起點(diǎn)處及距第二峰1500 m、900 m和300 m處負(fù)離子含量在2200～2800個(gè)·cm-3,空氣質(zhì)量均為Ⅲ級(jí),密集植被的光合作用及距離水體較近的環(huán)境(見圖1)有助于促進(jìn)負(fù)離子的形成.因監(jiān)測(cè)點(diǎn)均設(shè)在雨林棧道處,雨林棧道附近植被較少或游客較多處負(fù)離子濃度偏低,如距第二峰峰頂1200 m及600 m處,負(fù)離子量分別為1220個(gè)·cm-3和1480個(gè)·cm-3,空氣質(zhì)量均為Ⅳ級(jí),這兩地距離水體環(huán)境也較遠(yuǎn)(見圖1).高海拔處的天梯和第二峰峰頂兩處測(cè)點(diǎn)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(fù)離子含量也較低,分別為1270個(gè)·cm-3和1240個(gè)·cm-3,空氣質(zhì)量均為Ⅳ級(jí).對(duì)空氣負(fù)離子系數(shù)p值而言,低海拔的景區(qū)起點(diǎn)處和高海拔的天梯及第二峰峰頂處的負(fù)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(jiān)測(cè)點(diǎn)的正離子量均稍大于負(fù)離子量,p值均接近0.5,稍低于清新空氣的p值標(biāo)準(zhǔn),這可能與監(jiān)測(cè)位置在雨林棧道上受到人類活動(dòng)的影響有關(guān).

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

2.2七仙嶺國(guó)家森林公園空氣負(fù)離子與空氣溫濕度的關(guān)系

用SPSS對(duì)七仙嶺空氣負(fù)離子濃度與相對(duì)濕度、溫度分別進(jìn)行相關(guān)性分析可知(表3):空氣負(fù)離子濃度與相對(duì)濕度之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.639,說(shuō)明負(fù)離子濃度與相對(duì)濕度間表現(xiàn)出正相關(guān)性,且相關(guān)性顯著,即相對(duì)濕度越大,負(fù)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(fù)離子與水分子結(jié)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(shí)地面輻射大量電解水分子,使空氣負(fù)離子濃度增加[15].負(fù)離子濃度與溫度之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)為-0.233,二者表現(xiàn)為弱負(fù)相關(guān),說(shuō)明負(fù)離子會(huì)隨著氣溫升高而減小,但相關(guān)性不顯著.可能由于測(cè)量時(shí)段的溫度在22.5～27.5℃之間,變化范圍不大,導(dǎo)致負(fù)離子濃度與溫度的相關(guān)性不明顯;這也與測(cè)量位置的具體環(huán)境有關(guān).該結(jié)果與五指山市榮最嶺的研究結(jié)果一致,但顯著性有所差別[16],有待深入研究.

表3 七仙嶺國(guó)家森林公園空氣負(fù)離子與空氣溫濕度的相關(guān)性

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

2.3七仙嶺國(guó)家森林公園與其他森林公園空氣負(fù)離子水平的比較

通過(guò)對(duì)七仙嶺空氣負(fù)離子與國(guó)內(nèi)其他氣候類型森林公園空氣負(fù)離子的比較發(fā)現(xiàn)(表4):一、在所有森林公園中瀑布水體的負(fù)離子水平都是最高的,森林景區(qū)內(nèi)次之,景區(qū)售票點(diǎn)、停車場(chǎng)等游客聚集區(qū)含量最低.二、不同氣候類型森林公園的空氣負(fù)離子水平存在一定差異.一般情況下夏季是負(fù)離子含量最高的季節(jié),冬季最低.海南吊羅山熱帶雨林、昆明金殿國(guó)家森林公園以及河南雞公山的測(cè)量季節(jié)與海南七仙嶺國(guó)家森林公園相同,均為冬季,三地的負(fù)離子含量均低于七仙嶺;測(cè)量季節(jié)為夏季的新疆森林游憩區(qū)、青海北山國(guó)家森林公園和內(nèi)蒙古大興安嶺與測(cè)量季節(jié)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(guó)家森林公園空氣負(fù)離子含量超過(guò)了海南七仙嶺冬季空氣負(fù)離子水平,位于寒溫帶大陸性氣候的內(nèi)蒙古大興安嶺空氣負(fù)離子水平和海南七仙嶺相當(dāng),而處于溫帶大陸性氣候的新疆森林游憩區(qū)的負(fù)離子水平低于七仙嶺的負(fù)離子水平,可見海南七仙嶺的空氣負(fù)離子在國(guó)內(nèi)森林公園中處于較高水平.因此,海南七仙嶺國(guó)家森林公園在基于空氣負(fù)離子的森林生態(tài)游、醫(yī)療保健游等方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)和資源.

表4 不同氣候類型森林公園空氣負(fù)離子水平比較

注：“—”為無(wú)測(cè)量數(shù)據(jù).

3 結(jié)論

海南七仙嶺國(guó)家森林公園冬季空氣負(fù)離子濃度范圍在1100～15000個(gè)·cm-3,達(dá)到保健水平以上,且在國(guó)內(nèi)森林公園中處于較高水平.雨林內(nèi)負(fù)離子濃度有隨海拔高度先增加后降低的趨勢(shì),其中水體環(huán)境的空氣質(zhì)量達(dá)到Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí),雨林環(huán)境的空氣質(zhì)量為Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí),入口廣場(chǎng)為Ⅴ級(jí).另外,通過(guò)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)七仙嶺空氣負(fù)離子濃度隨相對(duì)濕度增加而增大,且二者相關(guān)性顯著;隨氣溫升高而減小,但相關(guān)性不顯著.

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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(guó)家森林公園冬季空氣負(fù)離子分布與評(píng)價(jià)[J].海南熱帶海洋學(xué)院學(xué)報(bào),2017,24(5):36-41.

2017-07-09

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

丁文慈(1980-),女,河北辛集人,海南熱帶海洋學(xué)院海洋科學(xué)技術(shù)學(xué)院講師,碩士,研究方向?yàn)榇髿猸h(huán)境化學(xué).

X823

A

2096-3122(2017) 05-0036-06

10.13307/j.issn.2096-3122.2017.05.07

(編校李由明)