朱怡諾 ，崔麗娟 *，李 偉

（1.中國林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所，北京 100091；2.濕地生態(tài)功能與恢復(fù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100091；3.北京漢石橋濕地生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，北京 101399）

近年來，人們愈加注重空氣質(zhì)量的健康防護(hù)，被譽(yù)為“空氣維生素”的負(fù)氧離子在空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)中被經(jīng)常提及，逐漸被大家所關(guān)注。同時(shí)，生態(tài)旅游行業(yè)的發(fā)達(dá)也使得健康的濕地環(huán)境越來越受到公眾的歡迎。空氣負(fù)（氧）離子作為濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要生態(tài)服務(wù)產(chǎn)品之一，也成為各級(jí)政府和公眾關(guān)注的熱點(diǎn)，開展?jié)竦丨h(huán)境中負(fù)（氧）離子的監(jiān)測研究，對(duì)增強(qiáng)人們對(duì)濕地生態(tài)質(zhì)量的認(rèn)識(shí)，完善我國當(dāng)前環(huán)境監(jiān)測的相關(guān)指標(biāo)及體系等具有十分重大的意義。

1 基本概念

大氣分子或原子通過化學(xué)反應(yīng)和物理變化的綜合作用產(chǎn)生空氣負(fù)離子。在正常情況下，氣體分子及原子內(nèi)的正負(fù)電荷相等，但在宇宙射線、電磁波、巖石和土壤的射線等外界電離源以及各類氣象活動(dòng)等外力作用下，大氣中的某些氣體分子和原子失去外層電子，成為自由電子，游離的自由電子又會(huì)與其他中性分子相結(jié)合，使這些氣體分子帶負(fù)電荷，被稱為“空氣負(fù)離子”（王薇和余莊，2013）。這些中性分子對(duì)于自由電子的吸附能力不同，氧氣分子更具親電性，空氣電離產(chǎn)生的自由電子大部分被氧氣分子獲得，形成小的負(fù)氧離子團(tuán)，這就是通常所說的“負(fù)氧離子”（邵海榮等，2000）。負(fù)氧離子屬于負(fù)離子的一種，但在目前負(fù)氧離子相關(guān)研究中，并沒有區(qū)分出負(fù)離子與負(fù)氧離子，相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（LYT 2586-2016）將帶有負(fù)電荷的單個(gè)的氣體分子及輕離子團(tuán)進(jìn)行定義，統(tǒng)稱為負(fù)（氧）離子。

2 濕地環(huán)境中負(fù)（氧）離子產(chǎn)生機(jī)理

關(guān)于自然界中負(fù)（氧）離子的產(chǎn)生有眾多研究，但在濕地環(huán)境中空氣負(fù)（氧）離子的產(chǎn)生主要有以下機(jī)理：

（1）植物效應(yīng)：濕地植物可進(jìn)行光合作用，形成光電效應(yīng)，從而使空氣電離而產(chǎn)生負(fù)離子；許多植物的莖、皮、葉等器官或組織分化成針狀結(jié)構(gòu)，發(fā)生“尖端放電”作用為誘導(dǎo)產(chǎn)生負(fù)（氧）離子（彭輝武等，2013）。此外，一些植物所分泌出的萜烯類和芳香類物質(zhì)能促使空氣電離產(chǎn)生豐富的負(fù)（氧）離子（王薇和余莊，2013）。

（2）Lenard效應(yīng)：濕地環(huán)境中暴雨、瀑布的沖擊等使水分子發(fā)生碰撞破裂失去電子，而周圍空氣中的氧分子捕獲這些電子而成為負(fù)（氧）離子（邵海榮等，2005）。一般來說，水流速越大，Lenard效應(yīng)越強(qiáng)（厲曙光等，2000；王薇，2014）。

（3）放射性物質(zhì)誘導(dǎo)：大氣中的氧分子受太陽紫外線、宇宙射線和土壤中放射性元素物質(zhì)等因素誘導(dǎo)發(fā)生電離，生成負(fù) （氧）離子 （王薇和余莊，2013）。一般來說，湖泊、沼澤等濕地類型受太陽輻射直接影響程度較大（單晟燁，2016）。

（4）其他：閃電、雷暴、雪暴、風(fēng)暴以及其他形式的放電現(xiàn)象以及雨水的分解等都能在空氣中誘發(fā)負(fù)離子，從而增加空氣負(fù)（氧）離子的濃度（胡國長，2008）。

3 負(fù)（氧）離子觀測技術(shù)

目前，國家林業(yè)局針對(duì)負(fù)（氧）離子的濃度監(jiān)測發(fā)布了《空氣負(fù)（氧）離子濃度觀測技術(shù)規(guī)范》、《空氣負(fù)（氧）離子濃度監(jiān)測站點(diǎn)技術(shù)規(guī)范》等林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；作為國家標(biāo)準(zhǔn)，《空氣離子測量儀通用規(guī)范》也對(duì)濕地環(huán)境中空氣負(fù)（氧）離子濃度監(jiān)測設(shè)備、方法等有了指導(dǎo)作用。

3.1 觀測設(shè)備

空氣負(fù)（氧）離子設(shè)備需執(zhí)行《大氣負(fù)離子自動(dòng)觀測儀功能規(guī)格需求書（第2版）》（氣測函[2016]19號(hào)）標(biāo)準(zhǔn)。濕地環(huán)境中負(fù)（氧）離子觀測設(shè)備可分為固定式和移動(dòng)式。固定式監(jiān)測設(shè)備可常年固定安裝在需要進(jìn)行監(jiān)測的場地，全天24h持續(xù)地自動(dòng)采集空氣負(fù)（氧）離子濃度數(shù)據(jù)；移動(dòng)式監(jiān)測設(shè)備在監(jiān)測場內(nèi)由人工操作，監(jiān)測完畢帶回室內(nèi)保管。國家林業(yè)局在2016年發(fā)布了以固定監(jiān)測為主要監(jiān)測設(shè)備的《空氣負(fù)（氧）離子濃度監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

空氣負(fù)離子的濃度表示為：1cm3空氣中所含有的負(fù)離子的數(shù)量，單位為“cm-3”。國內(nèi)景區(qū)內(nèi)空氣負(fù)氧離子監(jiān)測使用的儀器種類繁多，主要包括日本生產(chǎn)的KEC系列負(fù)（氧）離子測試儀，美國的AIC系列負(fù)離子檢測儀，目前國產(chǎn)負(fù)氧離子監(jiān)測儀器應(yīng)用逐漸增多，主要有DLY系列、EP系列大氣離子測量儀等（王薇等，2013）。測定原理是空氣通過吸氣機(jī)，均勻穿過離子收集器，此時(shí)對(duì)離子收集器的極化板施加一定的電壓，從而形成電場，使得空氣負(fù)離子在電場力的作用下偏向收集板并撞擊，從而產(chǎn)生放電效應(yīng)形成電流，再通過電流檢測電路檢測該電流，再換算出負(fù)（氧）離子濃度（周慧萍，2016）。

3.2 觀測方法

一般來說，負(fù)（氧）離子的監(jiān)測儀器應(yīng)該置于距離地面的垂直高度為1.4m的位置，大體與成年人在標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)下的呼吸高度相同。固定式負(fù)（氧）離子濃度監(jiān)測設(shè)備觀測采集頻率以1條數(shù)據(jù)組/min計(jì)，全天24h連續(xù)自動(dòng)采集。對(duì)于便攜式設(shè)備，目前大多數(shù)研究學(xué)者常規(guī)采用統(tǒng)一觀測點(diǎn)的不同方位，即每個(gè)測量點(diǎn)選取2-4的方向，每個(gè)方向讀取3-5個(gè)峰值并記錄，分析其平均值（邵海榮等，2005；關(guān)蓓蓓，2015；單晟燁，2016）。

4 濕地環(huán)境中負(fù)（氧）離子濃度影響因素

濕地的類型較多，植被與水體的面積十分廣泛。通過歸納濕地環(huán)境中負(fù)（氧）離子的產(chǎn)生機(jī)理，分析濕地環(huán)境中負(fù)（氧）離子的濃度受植被、水體特征、氣象要素、環(huán)境因子等因素影響。

4.1 植被

有研究表明，生物多樣性與空氣負(fù)離子濃度呈正相關(guān)。組成結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的植物群落比單層結(jié)構(gòu)植物群落能產(chǎn)生更多的負(fù)（氧）離子（吳志萍等，2007）。此外，光照強(qiáng)度的不同，植物光合作用強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生改變，從而對(duì)周邊空氣負(fù)離子濃度產(chǎn)生影響（Wang et al，2009）。在濕地環(huán)境中，植物是產(chǎn)生負(fù)（氧）離子的重要因素之一。但若濕地植物生長密度過高，導(dǎo)致區(qū)域環(huán)境內(nèi)與周邊區(qū)域間的空氣流通性較差，空氣負(fù)離子遷移率較低，也造成濕地環(huán)境產(chǎn)生和積累空氣負(fù)離子的作用較弱（單晟燁等，2015）。

4.2 水體特征

環(huán)境中有無水體對(duì)空氣負(fù)（氧）離子濃度影響顯著（季玉凱，2007）。由于水體的蒸發(fā)效應(yīng)，容易形成相對(duì)濕度比較高的微環(huán)境，于是水分子容易將懸浮的顆粒物進(jìn)行包裹，并使其下墜，因此，空氣中的負(fù)離子得以存活更長的時(shí)間，并積累更多的數(shù)量。在濕地環(huán)境中，水體狀態(tài)、水域面積、水域距離等因素對(duì)負(fù)（氧）離子濃度有一定影響。

不同水體形態(tài)的空氣負(fù)（氧）離子濃度不同，單晟燁等（2016）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在河流、湖泊濕地等水域環(huán)境中，Lenard效應(yīng)比較強(qiáng)的水岸地帶是空氣負(fù)氧離子分布的主要區(qū)域；對(duì)于湖泊、沼澤等靜態(tài)水體區(qū)域中的空氣負(fù)離子，其分布差異不甚顯著，而瀑布、河流等動(dòng)態(tài)水體區(qū)域中，空氣負(fù)離子的分布呈現(xiàn)著十分顯著的差異性。瀑布、跌水等動(dòng)態(tài)水體環(huán)境的產(chǎn)生的負(fù)離子明顯多于湖泊等靜態(tài)環(huán)境，流水速度對(duì)江河、溪流產(chǎn)生負(fù)離子的效率也有一定的影響（張兵等，2016；季玉凱，2007）。

距離水體的遠(yuǎn)近也會(huì)對(duì)濕地負(fù)離子濃度產(chǎn)生較大的影響，濕地對(duì)城市局部環(huán)境具有明顯的增加負(fù)（氧）離子濃度的作用，且距離濕地越近，負(fù)（氧）離子濃度增加越明顯（崔麗娟等，2015）。也有研究表明，水域面積的大小與空氣負(fù)離子濃度呈正相關(guān)（吳楚材等，2001；季玉凱，2007；關(guān)蓓蓓，2015）。

4.3 氣象因子

氣象要素表示為某空間位置在特定的時(shí)間氣候情況下的大氣變量或現(xiàn)象，如溫、壓、濕、風(fēng)、降水、雷電，目前對(duì)于氣象因子與空氣負(fù)（氧）離子濃度相關(guān)性的研究比較多，但結(jié)論并不統(tǒng)一。

4.3.1 溫濕度

多數(shù)學(xué)者認(rèn)為空氣負(fù)（氧）離子濃度與空氣溫度呈顯著負(fù)相關(guān)，與空氣濕度呈顯著正相關(guān)（吳楚材等，2001；張雙全等，2011；吳作明等，2011）。 也有人截然不同的意見，認(rèn)為空氣負(fù)離子濃度與土壤、空氣溫度呈正相關(guān)，與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)（邵海榮等，2000；葉彩華等，2000）。季玉凱（2007）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在一定的范圍內(nèi)，空氣的溫濕度越大，空氣負(fù)（氧）離子的濃度也會(huì)隨之越來越大，在溫濕兩方面同時(shí)產(chǎn)生變化的情況下，空氣中負(fù)（氧）離子的變化率也會(huì)增加。也有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不同季節(jié)負(fù)（氧）離子濃度與溫濕度相關(guān)性也會(huì)發(fā)生改變（Laakso L，2003），但變化并不明確（韋朝領(lǐng)等，2006；王薇等，2013；單晟燁，2016）。 這可能是受到研究樣地的差異，樣地所在地的氣象條件不同等原因所導(dǎo)致的，也有待于進(jìn)一步的研究。

4.3.2 風(fēng)速

對(duì)于風(fēng)的流速與空氣負(fù)（氧）離子濃度的關(guān)聯(lián)性同樣存在不同觀點(diǎn)。相關(guān)研究表明，不同濕地類型中，風(fēng)速和空氣負(fù)（氧）離子的濃度的相關(guān)性也存在不同。單晟燁（2016）對(duì)湖泊、沼澤、河流、瀑布等環(huán)境中的負(fù)（氧）離子進(jìn)行相關(guān)性研究分析，沼澤和河流環(huán)境中，風(fēng)的流速與負(fù)（氧）離子的濃度變化呈現(xiàn)為極其明顯的正向相關(guān)性，而湖泊環(huán)境中，負(fù)（氧）離子濃度則與風(fēng)的流速形成負(fù)向關(guān)聯(lián)，瀑布中風(fēng)速與空氣負(fù)（氧）離子沒有明顯的關(guān)聯(lián)性。厲曙光等（2000）對(duì)噴泉附近的負(fù)（氧）離子同局部氣象之間進(jìn)行分析結(jié)果表明，風(fēng)速同負(fù)離子濃度有弱相關(guān)性。也有學(xué)者認(rèn)為負(fù)（氧）離子濃度和風(fēng)速?zèng)]有相關(guān)性（夏玲搖等，2017；黃世成等，2012）。 大部分學(xué)者認(rèn)為風(fēng)速對(duì)空氣離子的影響機(jī)制比較復(fù)雜（張志永等，2014；金琪等，2015）。

4.3.3 降水

之前學(xué)者的研究大多表示，降水情況與空氣負(fù)離子的濃度變化有著明顯的關(guān)聯(lián)。不同天氣情況下空氣負(fù)離子濃度水平依次為雨天高于晴天高于陰天 （徐猛等，2008；張寶貴等，2009；李吉玫等，2013）。駱世娟等（2011）對(duì)艾溪湖濕地公園進(jìn)行負(fù)（氧）離子濃度檢測，結(jié)果顯示降水量跟負(fù)離子含量成正比態(tài)勢。趙艷佩（2014）認(rèn)為在剛剛降雨結(jié)束之后的一段時(shí)間里，空氣負(fù)離子濃度比晴空萬里和陰云密布的天氣都明顯要高。

4.3.4 雷電

有研究學(xué)者監(jiān)測到雷雨過后空氣負(fù)離子濃度的增幅明顯，負(fù)（氧）離子濃度與雷電活動(dòng)正相關(guān)（黃文鑫，2009；曹建新等，2017）。 這是因?yàn)槔纂娪兄婋x作用，而空氣負(fù)離子可以由電離作用進(jìn)行大量的產(chǎn)生，在相對(duì)較短的時(shí)間里，其產(chǎn)生的空氣負(fù)（氧）離子量要遠(yuǎn)大于降雨過程中所產(chǎn)生的量。

4.4 空氣污染物

空氣負(fù)離子濃度與環(huán)境污染程度相關(guān)性研究較多?？諝庵袘腋∥镱w粒、溫室氣體濃度以及其他大氣污染物濃度均與負(fù)離子濃度呈顯著的負(fù)相關(guān)（V.S.Sawant et al，2010； 金琪，2015）。 張寶貴等（2009）對(duì)北戴河濕地負(fù)（氧）離子分布規(guī)律進(jìn)行研究，認(rèn)為負(fù)（氧）離子的濃度與該區(qū)域里PM10的濃度有著負(fù)相的關(guān)聯(lián)性，同一空間內(nèi)，PM10的濃度若比較高，則負(fù)（氧）離子的濃度就會(huì)比較低；施巍峰（2014）對(duì)崇明島濕地公園進(jìn)行負(fù)（氧）離子的檢測，其結(jié)果表明負(fù)（氧）離子的濃度和大氣的污染程度呈反比，超量的人類生活生產(chǎn)活動(dòng)及汽車尾氣使得大氣環(huán)境中顆粒懸浮物及CO2的增加，這些污染物的吸附負(fù)作用會(huì)導(dǎo)致負(fù)氧離子濃度的下降。

5 問題與展望

5.1 存在問題

空氣負(fù)（氧）離子所具有的醫(yī)療保健作用被廣泛關(guān)注，不同環(huán)境中空氣負(fù)（氧）離子的相關(guān)研究逐漸增多，大部分研究主要側(cè)重于不同地點(diǎn) （水體、森林、城市等）的時(shí)空分布規(guī)律及其影響因素。人們認(rèn)識(shí)到空氣負(fù)（氧）離子影響著森林環(huán)境，并且對(duì)城市化過程導(dǎo)致的城市氣體條件及生態(tài)環(huán)境等的消極影響進(jìn)行著有效改善，但是針對(duì)于濕地環(huán)境中的空氣負(fù)（氧）離子的相關(guān)研究還處于比較不足的狀態(tài)。

目前，濕地環(huán)境中空氣負(fù)（氧）離子測試方法沒有統(tǒng)一的規(guī)范，濕地環(huán)境較為復(fù)雜，影響空氣中負(fù)（氧）離子濃度的因素眾多，目前的檢測技術(shù)和設(shè)備尚無法定量區(qū)分不同來源或途徑的空氣負(fù)（氧）離子比例。植物作為產(chǎn)生空氣負(fù)（氧）離子的重要要素，目前并沒有相關(guān)研究從機(jī)理上定量揭示濕地植被對(duì)濕地環(huán)境中空氣負(fù)（氧）離子的貢獻(xiàn)。

5.2 展望

空氣負(fù)（氧）離子測量儀器較靈敏，數(shù)值變化較大不穩(wěn)定，要進(jìn)一步改進(jìn)現(xiàn)有空氣負(fù)（氧）離子測量儀器，使其可以在各類的旅游條件之下進(jìn)行監(jiān)測。隨著生態(tài)旅游業(yè)的發(fā)展，濕地環(huán)境愈加受到人們的喜愛和歡迎。在濕地環(huán)境中利用空氣負(fù)（氧）離子的分布特點(diǎn)和影響因素等方面開展觀測研究，重點(diǎn)在于從光合生理過程方面，定量研究濕地中植物的光合作用的強(qiáng)度對(duì)空氣負(fù)（氧）離子濃度所產(chǎn)生的貢獻(xiàn)；研究濕地環(huán)境中空氣（負(fù)）氧離子的運(yùn)動(dòng)特征、發(fā)生機(jī)制以及與空氣質(zhì)量的關(guān)系，從而為綜合評(píng)價(jià)濕地生態(tài)環(huán)境狀況提供客觀依據(jù)，并為今后的濕地規(guī)劃和環(huán)境的治理與保護(hù)提供科學(xué)理性的依據(jù)和規(guī)劃思路。

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