李高陽，毛彥哲，趙 輝，田 麗

（1.河南省林業(yè)科學研究院，河南鄭州450008；2.河南投資集團有限公司，河南鄭州450008）

空氣負離子濃度是反映空氣質量的一個重要指標，它的生物學意義和對人體的保健作用早已成為人們的共識，森林的生態(tài)效益之一就是提高空氣負離子的濃度。林分因子是影響空氣負離子濃度的一個主要因子，許多學者對不同林分空氣負離子濃度的變化進行了系統(tǒng)科學的研究。

目前，我國學者主要采用的方法是在相關測點選取具有代表性的地段進行測量，每個測點取2～4 個方向，每個方向讀取3～5 個峰值，分析時取平均值[1-3]。這種方法每次取值間隔都在1 h以上，取值數(shù)量有限，對一段時間內(nèi)的平均值比較有代表性，但是對數(shù)值變化趨勢的分析有很大局限性，瞬間的測量值用來代表1 h 甚至更長時間的平均值，會引起整個日變化趨勢的較大誤差。

本研究通過對COM-3200PRO 空氣離子檢測儀數(shù)據(jù)接收方式的改造，使得數(shù)據(jù)監(jiān)測與接收空間分離，實現(xiàn)了野外數(shù)據(jù)24 h 連續(xù)不間斷的監(jiān)測，大大減少了平均數(shù)值分析時的誤差,旨在為河南省林業(yè)生態(tài)效益評估作參考，為林業(yè)生態(tài)效益的價值計算提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究地區(qū)概況

鄭州市位于河南省中部偏北，其地理位置為東經(jīng)112°42′～114°14′，北緯34°16′～34°58′，北臨黃河，西依嵩山，東南為廣闊的黃淮平原。該區(qū)屬暖溫帶大陸性氣候，四季分明，年平均氣溫14.4 ℃。7 月最熱，平均27.3 ℃；1 月最冷，平均0.2 ℃；年平均降雨量640.9 mm，無霜期220 d，全年日照時間約2 400 h。境內(nèi)大小河流35 條，分屬于黃河和淮河2 大水系，其中，流經(jīng)鄭州段的黃河150.4 km。

1.2 試驗儀器

日本產(chǎn)COM-3200PRO 空氣離子檢測儀，測量范圍為0～1 999 000 個/cm3，工作溫度范圍為5～35 ℃，工作相對濕度在85%以下，供電電源為12 V 鉛酸蓄電池。數(shù)據(jù)傳輸采用無線傳輸，數(shù)據(jù)記錄采用儀器配備軟件COM-3200PRO v1.0.0版本，數(shù)據(jù)記錄間隔為4 s。

1.3 觀測點選擇和試驗方法

在鄭州市范圍內(nèi)選取楊樹（Populus tomentosa）、白蠟（Fraxinus chinensis）、核桃（Juglans regia）和側柏（Platycladus orientalis（Linn.）Franco）共4 種單一樹種純林，郁閉度在80%以上，觀測時間在春季葉片完全展開后至秋季落葉之前。選在林內(nèi)深處10 m 以上、離地面2 m 內(nèi)，放置觀測儀器。觀測選擇晴天、無風或微風的天氣條件，連續(xù)觀測24 h，數(shù)據(jù)由1 000 m 以內(nèi)室內(nèi)電腦接收端記錄，接收數(shù)據(jù)每小時取1 次平均數(shù)。

2 結果與分析

2.1 4 種林分類型空氣負離子濃度日變化

楊樹、白蠟、核桃和側柏4 種林分類型24 h空氣負離子濃度日變化表現(xiàn)出相似的規(guī)律（表1），即數(shù)值在日出后，隨著時間逐步升高，12：00—15：00 之間達到最大值，隨后逐步下降，至夜間降為最低。從這一結果可以看出，針葉林（側柏）和闊葉林（楊樹、白蠟和核桃）空氣負離子濃度日變化規(guī)律相似。根據(jù)具體時間段的數(shù)值分析，林內(nèi)空氣負離子濃度與植物光合作用關系很大，日出后隨著光合作用的增強，空氣負離子濃度逐漸增加；日落后光合作用逐漸降低，空氣負離子濃度也隨之下降至最低，甚至為0。

表1 4 種林分類型空氣負離子濃度日變化

2.2 空氣負離子濃度與溫濕度的關系

將空氣負離子濃度和溫度、濕度進行相關性分析，結果（表2）表明，空氣負離子濃度與溫度呈極顯著正相關（P＜0.01），與濕度呈極顯著負相關（P＜0.01）。Reiter 等[4-6]對不同地區(qū)空氣負離子濃度進行研究，結果表明，其與溫度呈正相關，與相對濕度呈負相關，這與本研究結論一致。

表2 空氣負離子濃度與溫濕度相關性分析

2.3 空氣負離子濃度與林分類型的關系

由圖1 可知，4 種林分類型空氣負離子濃度日變化規(guī)律類似，但峰值出現(xiàn)時間略有差異，楊樹林出現(xiàn)在15：00，白蠟林出現(xiàn)在13：00，核桃林出現(xiàn)在14：00，側柏林出現(xiàn)在12：00。這與葉片大小、數(shù)量和葉片的光合作用有很大的關系[7]。通過差異性分析比較（表3），4 種林分類型空氣負離子濃度差異顯著，日均值表現(xiàn)為楊樹林＞白蠟林＞側柏林＞核桃林，說明林分類型是影響空氣負離子濃度的主要因子之一。

表3 4 種林分類型空氣負離子濃度方差分析

3 結論與討論

4 種林分類型空氣負離子濃度日變化均表現(xiàn)為相似的規(guī)律，即夜間最低，下午出現(xiàn)峰值，這與許多文獻報道的峰值出現(xiàn)時間不同，樹種與觀測環(huán)境不同[8]可能是一個原因，但本研究認為，測量方法的差異是誤差產(chǎn)生的最重要原因。大多數(shù)文獻采用的測量方法是每隔1 h 或2 h 觀測1 次，短時間內(nèi)取多個測量值的平均數(shù)來代表這個時間段的值[1-3]，這樣測量誤差較大。本研究采用的是每隔4 s 取1 次數(shù)據(jù)，24 h 連續(xù)不間斷觀測，每小時觀測900 個數(shù)據(jù)，取其平均值，系統(tǒng)誤差相對較小。

4 種林分類型空氣負離子濃度日均值表現(xiàn)為楊樹林＞白蠟林＞側柏林＞核桃林，其差異顯著。4 種林分類型在觀測點的選擇和觀測時間內(nèi)的氣候條件都是相似的，其濃度表現(xiàn)出的差異說明林分類型是影響空氣負離子濃度的主要因子之一，這與空氣負離子產(chǎn)生的機理有關。植物光合作用產(chǎn)生的氧氣是空氣負離子的重要來源之一[7]，不同林分樹種的光合特性差異很大，導致不同林分內(nèi)空氣負離子濃度出現(xiàn)明顯的差異。楊樹光合日變化規(guī)律為單峰[9]，核桃為雙峰[10]，即有明顯的“午休”現(xiàn)象，這可能是楊樹林空氣負離子濃度最大、核桃林空氣負離子濃度最小的原因之一。

空氣負離子濃度與溫度呈顯著正相關，與濕度呈顯著負相關，這與很多文獻報道一致[4-6]。這一結果與空氣負離子主要以負氧離子形式存在有密切關聯(lián)，植物光合作用與溫、濕度有著相似的相關性，再次證明了植物的光合作用是影響空氣負離子濃度的主要因素之一。

本研究旨在為河南省林業(yè)生態(tài)效益評估作參考，林分類型影響空氣負離子濃度的本質是植物的光合作用，負離子產(chǎn)生與植物光合作用的關系有待進一步研究。

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