黃界水，章林平

(寧德市公路事業(yè)發(fā)展中心，福建 寧德 352100)

寧德是福建東南沿海休閑度假和生態(tài)旅游勝地，素有“海都佛國”之稱。為完善海西地區(qū)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)沿線旅游資源開發(fā)和生態(tài)資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化，鞏固脫貧攻堅(jiān)成果，“十三五”期間寧德市實(shí)施了“四縱四橫三聯(lián)”國省干線公路網(wǎng)建設(shè)，形成縣縣通高速、鎮(zhèn)鎮(zhèn)有干線的公路交通網(wǎng)絡(luò)。國省干線公路的建設(shè)不可避免會(huì)給沿途植被造成一定程度的破壞，進(jìn)而影響途經(jīng)地的生態(tài)環(huán)境，而公路綠化林帶則具有改善環(huán)境、增加空氣濕度、保持水土、形成優(yōu)美景觀的作用[1]。為此，興建國省道公路，公路兩側(cè)綠化林帶的規(guī)劃與建設(shè)、樹種與植被的搭配等是不可或缺的環(huán)節(jié)?？諝庳?fù)離子具有凈化空氣、滯塵去埃、殺菌消毒的作用，較高濃度的空氣負(fù)離子還可以改善心肺功能、增強(qiáng)人體免疫力[2-5]。作為空氣維生素，空氣負(fù)離子濃度還是評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)，也廣泛應(yīng)用于森林康養(yǎng)基地選址、城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃、城市林業(yè)規(guī)劃和環(huán)境保護(hù)等方面[6-9]。為此，選擇寧德有代表性的國省道公路典型路段為研究對象，對其空氣負(fù)離子進(jìn)行測定分析，以期為國省道公路的規(guī)劃建設(shè)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于鷲峰山南麓，毗鄰東海，地處東經(jīng)119°27′46″—119°34′23″、北緯26°41′20″—26°50′35″，海拔58～156 m。受亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候影響，氣候溫暖濕潤，年均氣溫19 ℃，極端低溫-2.4 ℃，極端高溫為38.5 ℃，年有效積溫6111 ℃，年均降水量2013.8 mm，年無霜期超過310 d。在試驗(yàn)地范圍內(nèi)選擇經(jīng)過寧德市蕉城區(qū)的G104、G228、G237、S207、S306等國道、省道干線兩側(cè)的綠化林帶劃分試驗(yàn)區(qū)；并在蕉城區(qū)5條國省干線進(jìn)行全面踏查的基礎(chǔ)上，選擇5個(gè)具有代表性且位于城郊鄉(xiāng)村段的綠化林帶作為試驗(yàn)點(diǎn)，以寧德市公路局停車場上的空曠地作為對照點(diǎn)。各監(jiān)測點(diǎn)的具體情況見表1。

表1 寧德國省道公路環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)基本信息

1.2 試驗(yàn)方法

2021年8月中旬，選擇晴朗無風(fēng)的天氣，選擇每個(gè)林帶的中心點(diǎn)作為測量點(diǎn)，采用IMH-01型手持式空氣負(fù)離子檢測儀、TES-1330A型泰仕數(shù)字式照度計(jì)、AVM-07型泰仕電子工業(yè)風(fēng)速計(jì)、FLUKR 971 型溫度濕度測量儀測定正、負(fù)離子數(shù)，溫度，濕度，風(fēng)速等參數(shù)。從8∶00—18∶00，每隔1 h測定1次,3次重復(fù)，取3次重復(fù)的平均值作為觀測值。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007對空氣負(fù)離子與各氣候因子數(shù)據(jù)進(jìn)行深度統(tǒng)計(jì)和整理，并制作空氣負(fù)離子與各氣候因子的線性相關(guān)圖，計(jì)算出線性方程和相關(guān)系數(shù)R；同時(shí)對綠化林帶內(nèi)空氣負(fù)離子的時(shí)間及空間變化情況進(jìn)行比較并計(jì)算單極系數(shù)q和空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)系數(shù)CI。其中：q=n+/n-，式中：n+為空氣正離子濃度；n-為空氣負(fù)離子濃度；CI=n-/1000q，式中：n-為空氣負(fù)離子濃度；q為單極系數(shù)。CI>1.0時(shí)為A級(jí)，此時(shí)空氣最清潔；CI在1.0～0.7之間為B級(jí)，空氣為清潔；CI在0.69～0.50之間為C級(jí)，空氣中度清潔；CI在0.49～0.30之間為D級(jí)，屬允許范圍；CI≤0.29為臨界[10]。采用DPS 9.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對空氣負(fù)離子濃度和相關(guān)氣候因子進(jìn)行回歸分析[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 寧德市國省道公路綠化林帶空氣負(fù)離子日變化規(guī)律

根據(jù)寧德國省道公路各路段監(jiān)測點(diǎn)各個(gè)時(shí)刻測得的平均空氣負(fù)離子濃度，制作空氣負(fù)離子日動(dòng)態(tài)曲線見圖1。由圖1可知，云氣村、流米寺、嶼頭村、金涵鄉(xiāng)、虎頭岡這5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)以及對照點(diǎn)測得的空氣負(fù)離子濃度日動(dòng)態(tài)具有相同的規(guī)律性，6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)空氣負(fù)離子濃度日變化的高峰值均出現(xiàn)在8∶30，除對照點(diǎn)的低峰值出現(xiàn)在13∶30，綠化林帶中的5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的低峰值均出現(xiàn)在15∶30，且15∶30之后，各監(jiān)測點(diǎn)的空氣負(fù)離子濃度開始逐漸升高。6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的空氣負(fù)離子濃度總體排序?yàn)椋涸茪獯?虎頭岡>流米寺>嶼頭村>金涵鄉(xiāng)>對照點(diǎn)(公路局停車場)，其中空氣負(fù)離子濃度最高的云氣村路段，全天所有時(shí)段的空氣負(fù)離子濃度均在1100 lons·cm-3以上，平均值達(dá)到了1536.18 lons·cm-3，最高值為2132.27 lons·cm-3，出現(xiàn)在上午8∶30。除金涵鄉(xiāng)路段外，虎頭岡、流米寺、嶼頭村的日均空氣負(fù)離子濃度都超過1000 lons·cm-3，而對照點(diǎn)的空氣負(fù)離子濃度僅611.63 lons·cm-3。說明綠化林帶建設(shè)可以顯著提升空氣負(fù)離子濃度。此外，由表1各監(jiān)測點(diǎn)的基本信息還可發(fā)現(xiàn)，靠近河流和綠化林帶較寬、林帶樹種結(jié)構(gòu)復(fù)雜且喬木樹體高大的路段，空氣負(fù)離子濃度相對較高。說明在國省道公路建設(shè)中，應(yīng)因地制宜，依山傍水構(gòu)建國省道景觀路段，以增加空氣負(fù)離子濃度，提升空氣質(zhì)量。

圖1 寧德國省道公路綠化林帶空氣負(fù)離子濃度日動(dòng)態(tài)

2.2 氣象因子觀測及空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)

為了進(jìn)一步明確空氣負(fù)離子變化的規(guī)律，選擇空氣負(fù)離子濃度接近各監(jiān)測點(diǎn)中間值的流米寺路段，對空氣負(fù)離子、正離子、溫度、相對濕度、風(fēng)速等氣象因子進(jìn)行觀測，并根據(jù)觀測結(jié)果對空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。由表2可知，流米寺路段的國省道公路在8∶30—12∶30和16∶30之后都有著較好的空氣質(zhì)量，清潔度均達(dá)到A級(jí)。尤其是9∶30之前和16∶30之后，單極系數(shù)q值均在0.8以下，空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)均超過1.0，說明在這2個(gè)時(shí)間段，空氣負(fù)離子濃度均比正離子濃度高出25%以上，空氣質(zhì)量達(dá)到最清潔(A級(jí))水平，非常適合人們外出呼吸吐納，鍛煉身體。而一天中空氣質(zhì)量相對較差的時(shí)間段為13∶30—15∶30，這也是一天中空氣負(fù)離子濃度較低、氣溫較高、相對濕度較低和風(fēng)速較小的時(shí)間段。

2.3 空氣負(fù)離子濃度與相關(guān)氣象因子關(guān)系

為進(jìn)一步厘清空氣負(fù)離子濃度與光照度、溫度、相對濕度、風(fēng)速等氣象因子以及空氣質(zhì)量的關(guān)系，將空氣負(fù)離子濃度與相關(guān)氣象因子的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表3。由表3可知，空氣負(fù)離子濃度與光照度、空氣正離子濃度均未表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性，且相關(guān)系數(shù)分別為0.02、0.50；而與溫度、相對濕度、風(fēng)速和單極系數(shù)、空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)系數(shù)呈極顯著的相關(guān)性，其中與溫度、單極系數(shù)q呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.94、-0.76，與相對濕度、風(fēng)速、空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)系數(shù)CI呈極顯著正相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)分別為0.84、0.91。

單極系數(shù)q、空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)系數(shù)CI是基于空氣正負(fù)離子濃度計(jì)算而得。而空氣正負(fù)離子濃度則需要專用設(shè)備方可測定，溫度、相對濕度、風(fēng)速數(shù)據(jù)雖也是采用儀器測得，但溫度、相對濕度、風(fēng)速是日常生活中較易測得的氣象指標(biāo)，從日常天氣預(yù)報(bào)信息中心就可獲得數(shù)據(jù)。鑒于此，可通過建立相關(guān)方程對空氣負(fù)離子濃度進(jìn)行預(yù)測或估算。根據(jù)表2中各時(shí)段的空氣負(fù)離子濃度、溫度、相對濕度、風(fēng)速數(shù)據(jù)獲得線性回歸方程為：y負(fù)離子=1232.69-70.80x溫度+30.06x濕度-115.73x風(fēng)速(y負(fù)離子、x溫度、x濕度、x風(fēng)速分別為負(fù)離子濃度、溫度、相對濕度、風(fēng)速)，該回歸方程的相關(guān)系數(shù)R=0.9925，說明該方程擬合性好，能較為準(zhǔn)確的通過溫度、相對濕度、風(fēng)速預(yù)測空氣負(fù)離子濃度。

表2 S207流米寺監(jiān)測點(diǎn)各時(shí)段氣象因子觀測值及空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)

表3 空氣負(fù)離子與氣象因子、空氣質(zhì)量指標(biāo)的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，綠化林帶能有效提升周邊環(huán)境中的空氣負(fù)離子濃度，空氣負(fù)離子與光照度、空氣正離子濃度不存在顯著的相關(guān)性，與溫度、單極系數(shù)q呈極顯著負(fù)相關(guān)，與相對濕度、風(fēng)速、空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)系數(shù)CI呈極顯著正相關(guān)。寧德國省道公路綠化林帶6個(gè)試驗(yàn)的空氣負(fù)離子濃度排序?yàn)椋涸茪獯?虎頭岡>流米寺>嶼頭村>金涵鄉(xiāng)>公路局停車場。云氣村路段的綠化林帶，全天所有時(shí)段的空氣負(fù)離子濃度均在1100 lons·cm-3以上，平均值達(dá)到1536.18 lons·cm-3，最高值為2132.27 lons·cm-3。根據(jù)寧德國省道公路的空氣負(fù)離子日變化規(guī)律，除13∶30—15∶30這一時(shí)間段空氣質(zhì)量為B、C級(jí)別，其余時(shí)間段的的空氣質(zhì)量均達(dá)到最清潔(A級(jí))，尤其是9∶30之前和16∶30之后空氣負(fù)離子濃度均在1000 lons·cm-3以上，且比正離子濃度高出25%，可依此建議寧德國省道公路沿線的居民可以選擇9∶30之前和16∶30之后這2個(gè)時(shí)間段進(jìn)行休閑娛樂，此時(shí)的空氣清潔，溫度、濕度適宜，有助于人體的身心放松。依據(jù)空氣負(fù)離子濃度與溫度、相對濕度、風(fēng)速的極顯著相關(guān)性，構(gòu)建空氣負(fù)離子估算方程y負(fù)離子=1232.69-70.80x溫度+30.06x濕度-115.73x風(fēng)速(R=0.9925)，利用該方程，可以通過聽取天氣預(yù)報(bào)中的溫度、相對濕度、風(fēng)速數(shù)據(jù)推算出當(dāng)天的空氣負(fù)離子濃度。

自德國科學(xué)家在19世紀(jì)首次發(fā)現(xiàn)空氣負(fù)離子，國內(nèi)外學(xué)者對其的產(chǎn)生機(jī)理、醫(yī)療保健效果進(jìn)行了大量研究，并認(rèn)為紫外線照射、飛濺的水花、植物的光合作用可以顯著增加空氣負(fù)離子濃度[12-13]，因此建議在今后的公路綠化林帶建設(shè)中，應(yīng)該考慮增加噴水設(shè)施，在解決綠化林帶用水和降塵的同時(shí)增加空氣濕度，進(jìn)而提高負(fù)離子濃度。公路綠化林帶建設(shè)在打造沿路風(fēng)景帶的同時(shí)，還應(yīng)認(rèn)真考慮到喬、灌、草的搭配和構(gòu)造，進(jìn)而增強(qiáng)綠化林帶降溫增濕、減噪滯塵、析氧固碳、釋放空氣負(fù)離子的生態(tài)功能。

由于本研究只在夏季進(jìn)行了空氣負(fù)離子的測定工作，而空氣負(fù)離子的日變化特征隨季節(jié)、地區(qū)和天氣條件不同而異，沒有一致的規(guī)律性[14-15]，寧德公路綠化林帶一年四季的變化規(guī)律及不同植物種類以及不同植物配置對負(fù)離子濃度的影響機(jī)理等問題也有待進(jìn)一步研究。