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)北京市重點實驗室，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)量評價中被經(jīng)常提及，逐漸被大家所關(guān)注。同時，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?？諝庳?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，也成為各級政府和公眾關(guān)注的熱點，開展?jié)竦丨h(huán)境中負(fù)（氧）離子的監(jiān)測研究，對增強(qiáng)人們對濕地生態(tài)質(zhì)量的認(rèn)識，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)離子自動觀測儀功能規(guī)格需求書（第2版）》（氣測函[2016]19號）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)地自動采集空氣負(fù)（氧）離子濃度數(shù)據(jù)；移動式監(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，此時對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，全天24h連續(xù)自動采集。對于便攜式設(shè)備，目前大多數(shù)研究學(xué)者常規(guī)采用統(tǒng)一觀測點的不同方位，即每個測量點選取2-4的方向，每個方向讀取3-5個峰值并記錄，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)度也會發(fā)生改變，從而對周邊空氣負(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）的實驗結(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)近也會對濕地負(fù)離子濃度產(chǎn)生較大的影響，濕地對城市局部環(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)，與相對濕度呈負(fù)相關(guān)（邵海榮等，2000；葉彩華等，2000）。季玉凱（2007）的實驗結(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）離子的濃度也會隨之越來越大，在溫濕兩方面同時產(chǎn)生變化的情況下，空氣中負(fù)（氧）離子的變化率也會增加。也有實驗結(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。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)速沒有相關(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正相關(guān)（黃文鑫，2009；曹建新等，2017）。 這是因為雷電有著電離作用，而空氣負(fù)離子可以由電離作用進(jìn)行大量的產(chǎn)生，在相對較短的時間里，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）離子的濃度就會比較低；施巍峰（2014）對崇明島濕地公園進(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 （水體、森林、城市等）的時空分布規(guī)律及其影響因素。人們認(rèn)識到空氣負(fù)（氧）離子影響著森林環(huán)境，并且對城市化過程導(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）離子的分布特點和影響因素等方面開展觀測研究，重點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)）氧離子的運動特征、發(fā)生機(jī)制以及與空氣質(zhì)量的關(guān)系，從而為綜合評價濕地生態(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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