崔虎亮,李仲昊,曹如姬

(太原理工大學 建筑學院，山西 太原 030024)

森林康養(yǎng)是以促進大眾健康、預防疾病為目的，充分發(fā)揮森林生態(tài)系統(tǒng)的康體保健功能，開展有利于人們調節(jié)身體機能、促進身心健康的活動，最早興起于國外，近年來國內(nèi)引起廣泛重視[1-2]。空氣負離子(negative air ions,NAI)具有殺菌、降塵、提高免疫力等功能[3-4]，是森林環(huán)境空氣質量和生態(tài)健康性能的重要指標，因而也是評價森林康養(yǎng)效果的重要依據(jù)。

森林植被類型對空氣負離子濃度的影響比較顯著，Wang等[5]對黑龍江五大連池不同景觀類型進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)森林類型NAI濃度最高，達到2 871 ions/cm3，而空地類型最低，僅為843 ions/cm3；馬榮等[6]發(fā)現(xiàn)林分類型、海拔梯度和季節(jié)變化會改變森林溫濕度條件，進而影響NAI濃度水平；而李少寧等[7]認為不同季節(jié)條件下，NAI濃度與氣象因素相關關系并不一致，其中典型天氣下溫度和降雨量的影響較大，而太陽輻射在冬季和霧霾天對NAI也有一定的影響。當然，森林康養(yǎng)還包括植物芬多精、空氣含氧量、人體舒適度等多種指標，對森林康養(yǎng)基地的評價應當從這幾方面綜合考慮。如朱舒欣等[8]對廣州石門國家森林公園不同林分的綜合保健功能進行評價，發(fā)現(xiàn)常綠闊葉林保健功能最佳，其次為毛竹(Phyllostachysedulis)林。而潘洋劉等[9]對森林康養(yǎng)基地建設適應性進行評價，利用層次分析法構建評價指標體系，包含30項具體指標；再如晏琪等[10]通過因子分析法構建森林康養(yǎng)評價指標體系，包含3個一級指標、6個二級指標和22個三級指標。由此可見，森林康養(yǎng)依托森林資源提供的生態(tài)功能，實現(xiàn)康體保健的綜合效果。

山西省于2018年提出“康養(yǎng)山西、夏養(yǎng)山西”的戰(zhàn)略發(fā)展措施，立足山西省獨特的資源條件，如何有效發(fā)掘森林資源、人文資源、地理區(qū)位等優(yōu)勢，是拓寬山西森林康養(yǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點[11-12]。太岳山國家森林公園位于山西省腹地，森林覆蓋率位居全省第一，也是沁河的發(fā)源地，目前擁有1個國家級自然保護區(qū)、1個國家級濕地公園、8個林場等13個基地單位可發(fā)展森林康養(yǎng)旅游，其市場潛力巨大，但有關該地區(qū)森林康養(yǎng)生態(tài)效益的研究鮮有報道。因此，本研究在該地區(qū)選取亞高山草甸(花坡村)、沁河濕地(王家灣村)、低山森林林區(qū)(黑峪村)、低山草甸(五龍川村)等不同類型的森林康養(yǎng)村落作為研究對象，比較分析不同類型的村落NAI濃度分布差異，并揭示NAI分布特征與氣象因素的關系，為沁源太岳山地區(qū)森林康養(yǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供科學依據(jù)，同時為深入研究NAI濃度影響機制以及森林康養(yǎng)產(chǎn)業(yè)科學發(fā)展提供理論參考。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

沁源太岳山地區(qū)位于山西省中南部(111°58′30″～112°32′30″E、36°20′20″～37°00′42″N)，屬于暖溫帶大陸性季風氣候區(qū)，年均溫8.6 ℃，年均相對濕度65%，年均降水量656.7 mm，無霜期90～150 d，年均日照時數(shù)2 519 h。本研究在太岳山地區(qū)選取花坡村(亞高山草甸類型)、王家灣村(沁河濕地森林類型)、黑峪村(低山森林類型)和五龍川村(低山草甸類型)4個森林康養(yǎng)村落為研究對象，并在沁源縣城設定對照點，樣點空間分布如圖1所示。

在每個村落的村口開闊地和村外林地設定采樣點。其中，花坡村口廣場(H1)(36°49′16″N、112°4′50″E，海拔1 983 m)，花坡景區(qū)亞高山草甸(H2)(36°49′40″N、112°4′60″E，海拔2 057 m)，植被類型為高山草甸；王家灣村口廣場(W1)(36°44′15″N、112°5′46″E，海拔1 695 m)，王家灣林下(W2)(36°44′14″N、36°44′14″E，海拔1 698 m)，植被類型為油松(Pinustabuliformis)+遼東櫟(Quercusliaotungensis)；黑峪村口廣場(Y1)(36°38′39″N、112°4′7″E，海拔1 681 m)，黑峪村落葉松林緣帶(Y2)(36°38′22″N、112°4′27″E，海拔1 714 m)，植被類型為落葉松(Larixgmelinii)；五龍川村褐馬雞廣場(L1)(36°37′25″N、112°5′15″E，海拔1 579 m)，五龍川村低山草甸(L2)(36°37′27″N、112°5′5″E，海拔1 605 m)，植被類型為低山草甸；沁源縣城選取2個對照點，其中沁河河岸(C1)(36°30′5″N、112°20′42″E，海拔980 m)，日晷廣場綠地(C2)(36°29′59″N、112°20′35″E，海拔996 m)，植被類型為國槐(Sophorajaponica)+圓柏(Sabinachinensis)混交林綠地。

1.2 數(shù)據(jù)測定方法

在2021年7月，選擇晴朗無風的天氣，利用便攜式空氣負離子儀(ONETEST-502-XP-A，深圳，中國)測定不同樣點NAI濃度，測量范圍0～1.2×107ions/cm3，從7:00—18:00每隔10 min測量1次，將每小時的測定數(shù)據(jù)取均值作為該時段的NAI值，儀器架測高度距地面約1.5 m；同步測量空氣溫度(T)、相對濕度(W)、PM2.5和PM10等氣象參數(shù)，其中溫度測量范圍-60～65℃，濕度測量范圍0～100%，同樣從7:00—18:00每隔10 min測量1次，將每小時的測定數(shù)據(jù)取均值。相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計的分析如Pearson相關分析、多元線性回歸分析利用R(x64 4.1.0)語言進行。

2 結果與分析

2.1 不同類型森林康養(yǎng)村落空氣負離子(NAI)濃度差異分析

2.1.1 空氣負離子(NAI)的分布特征

NAI濃度在不同類型的森林康養(yǎng)村落之間的分布差異比較大(圖2)。王家灣村(W1和W2)的NAI濃度最高，其油松+遼東櫟混交林下樣點(W2)濃度值區(qū)間為250.0～1 262 ions/cm3，均值達到829.1 ions/cm3；其次是黒峪村，其落葉松林緣帶樣點(Y2)NAI濃度區(qū)間為189～1 100 ions/cm3，均值為601.3 ions/cm3；再次是五龍川村，其中褐馬雞廣場樣點(L1)NAI濃度區(qū)間為300～865.4 ions/cm3，均值446.2 ions/cm3，低山草甸樣點(L2)NAI濃度區(qū)間為210～799 ions/cm3，均值490.2 ions/cm3。沁源縣城的對照樣點(C1和 C2)最低，其中日晷廣場綠地樣點(C2)NAI濃度值區(qū)間181.5～570.2 ions/cm3，均值為438.6 ions/cm3。本研究中，王家灣村位于沁河源頭，采樣點位于山泉附近，這可能是提升NAI濃度的原因之一，但是，在縣城沁河河岸(C1)設定的采樣點NAI濃度并不明顯，NAI濃度值區(qū)間為307.8～664.6 ions/cm3，均值422.6 ions/cm3，僅略高于日晷廣場綠地?？梢姡琋AI濃度受森林植被密度、空氣相對濕度等多種因素的影響。

2.1.2 不同森林康養(yǎng)村落空氣負離子濃度的日變化

本研究監(jiān)測7:00—18:00時段的NAI濃度變化，發(fā)現(xiàn)日間變化規(guī)律有一定的差異，且不同村落的NAI變化趨勢并不一致，如圖3所示。其中，王家灣(W1和W2)和黑峪村(Y1和Y2)的NAI濃度日間變化趨勢較為相似，即早晨7:00—8:00時段內(nèi)濃度最高，然后逐漸下降，在12:00—15:00時段達到最低，但是在17:00—18:00時段又開始上升，日間變化趨勢大致呈“U”型?；ㄆ麓?H1和H2)和縣城(C1和C2)的NAI濃度峰值出現(xiàn)在10:00—11:00時段，同樣在12:00—15:00時段達到最低，但是17:00—18:00時段并未出現(xiàn)上升趨勢，日間變化趨勢總體上呈單峰型。五龍川村(L1和L2)則存在兩個峰值，分別是9:00—10:00時段和15:00—16:00時段。

2.1.3 不同森林康養(yǎng)村落氣象因素的差異

本研究同步監(jiān)測不同村落的空氣溫度(T)、相對濕度(W)、PM2.5和PM10的日變化，見表1。可以看出，縣城空氣溫度最高，沁河岸(C1)和日晷廣場(C2)空氣溫度均值分別達到26.74 ℃和25.4 ℃；花坡村空氣溫度略低于縣城，其中，花坡村口(H1)空氣溫度均值為25.46 ℃，花坡景區(qū)亞高山草甸(H2)空氣溫度均值為24.03 ℃；黑峪村空氣溫度最低，兩個樣點Y1和Y2的空氣溫度均值分別為22.97 ℃和22.34 ℃；王家灣村空氣溫度略高于黑峪村，兩個樣點W1和W2空氣溫度均值分別為25.21 ℃和24.5 ℃。本研究選取的不同村落雖然海拔差異在980～2 057 m之間，但空氣溫度并未隨著海拔升高而降低，相反，海拔1 681～1 714 m的黑峪村氣溫均值最低，低于海拔2 057 m的花坡村，這可能是由于黒峪村山地森林覆蓋度較高，導致局部氣溫相對較低，而花坡村雖然海拔高于其他村落，但本研究采樣點為開闊草甸，并無林蔭形成局部降溫效應，可見，太岳山地區(qū)存在顯著的小氣候差異。

相對濕度方面，黑峪村空氣相對濕度最高，樣點Y1和Y2相對濕度均值分別達到61.77%和83.08%，這也可能與該村落森林覆蓋度較高有關；其次為王家灣村，樣點W1和W2相對濕度均值分別為68.14%和69.78%；五龍川村空氣相對濕度最低，樣點L1和L2的相對濕度均值分別為60.69%和66.92%，可能是由于該村落森林覆蓋度低于其他村落，因此蒸發(fā)量亦高于其他村落所致；同樣的，花坡村空氣相對濕度也較低，樣點H1和H2的相對濕度分別為61.57%和64.83%，該數(shù)值略高于縣城。

空氣顆粒物方面，沁源縣城PM2.5濃度最高，樣點C1和C2的PM2.5均值分別為51.31 μg/m3和52.41 μg/m3；PM2.5濃度最低的是王家灣村，樣點W1和W2均值分別為19.79 μg/m3和17.64 μg/m3，且測定的濃度值區(qū)間為1.6～42.5 μg/m3，表明PM2.5絕對含量較低；其他村落的PM2.5濃度同樣均低于95；不同村落PM10的濃度同樣較低(表1)。參照我國《環(huán)境空氣質量標準(GB3095—2012)》規(guī)定的PM2.5<15和PM10<40的一級標準，本研究調查的4個村落空氣質量都達到一級，可見，沁源太岳山地區(qū)總體上空氣質量較優(yōu)。

表1 不同村落空氣溫度、相對濕度、PM2.5和PM10值

2.2 氣象因素對空氣負離子濃度(NAI)的影響

2.2.1 氣象因素與空氣負離子濃度的相關性分析

不同森林康養(yǎng)村落NAI濃度值與空氣溫度(T)、相對濕度(W)、PM2.5和PM10等氣象因素的Pearson相關分析結果如表2所示?？梢钥闯觯煌迓銷AI濃度與氣象因素的相關性規(guī)律并不一致。

表2 不同村落空氣負離子濃度與氣象因子的相關性分析

沁源縣城樣點的溫度與NAI存在正相關，相關系數(shù)分別達到0.66(C1)和0.42(C2)，且C1樣點存在顯著性(P<0.05)；黑峪村的溫度與NAI存在顯著的負相關，其中Y1相關系數(shù)-0.78(P<0.01)，Y2相關系數(shù)-0.65(P<0.05)；其他村落的溫度與NAI也存在負相關，但并不顯著。

PM2.5和PM10與NAI的相關性規(guī)律較為一致，即存在明顯的負相關，其中縣城日晷廣場綠地樣點(C2)PM2.5和PM10與NAI的相關系數(shù)分別達到了-0.88(P<0.01)和-0.86(P<0.01)；花坡村口樣點H1的PM2.5與NAI的相關系數(shù)高達-0.90(P<0.01)，PM10與NAI的相關系數(shù)也達到-0.73(P<0.05)，樣點H2的PM2.5和PM10同樣與NAI濃度存在顯著的負相關關系(P<0.05)；黑峪村樣點Y1和Y2的PM2.5與NAI濃度相關系數(shù)分別為-0.81和-0.79，且均達到極顯著水平(P<0.01)。因此，當PM2.5和PM10含量較高時，NAI濃度會下降。

2.2.2 空氣負離子濃度影響因素的多元線性回歸分析

以NAI濃度為因變量，其他氣象因素為自變量進行多元線性回歸，結果如表3所示。本研究建立的回歸方程中，R2值大于0.7 且達到顯著性水平(P<0.05)的僅有5個樣點，表明本研究不同樣點NAI濃度與各個氣象因素的相互影響規(guī)律并不一致?？h城兩個樣點C1和C2的回歸方程準確性較高，R2值分別為0.846和0.954，且均達到顯著性差異水平(P<0.05)，但是，C1回歸結果中，NAI濃度的主要影響因素是空氣溫度，回歸系數(shù)達到24.69，而C2的主要影響因素是PM2.5，回歸系數(shù)達到-22.26；王家灣兩個樣點W1和W2的NAI濃度主要受到溫度和濕度影響，其中，W1和W2的溫度的回歸系數(shù)分別為44.33和29.43，W1和W2的濕度回歸系數(shù)分別達到22.93和24.94；花坡村的回歸結果與之類似，即空氣溫度和相對濕度是主要影響因素。但是，五龍川村的回歸結果存在差異，其中褐馬雞廣場樣點(L1)的主要影響因素是空氣溫度和相對濕度，回歸系數(shù)分別為-25.10和-9.40，兩者均與空氣負離子濃度存在負向關系，而低山草甸樣點(L2)的主要影響因素是相對濕度和PM10，回歸系數(shù)分別為9.51和-7.18。

3 討論與結論

3.1 討論

(1)空氣負離子濃度的主要影響因素 研究表明，空氣負離子濃度受綠地空間類型影響較為顯著。Yan等[13]認為天然林空氣負離子濃度普遍高于人工林，城市綠地和農(nóng)田空氣負離子濃度相對較低；朱春陽等[14]發(fā)現(xiàn)空氣負離子濃度與植物群落生物特征如平均樹高、冠層高度等因素呈顯著的正相關；馬榮等[6]揭示常綠闊葉林和落葉闊葉林秋季空氣負離子濃度較高，且不同林分秋季空氣負離子濃度日間變化呈現(xiàn)單峰型；王薇等[15]認為豐富的植物層次結構有利于提高微環(huán)境的空氣質量；劉雙芳等[16]同樣發(fā)現(xiàn)，油松+桃葉衛(wèi)矛(Euonymusbungeanus)+玉簪(Hostaplantaginea)的喬灌草植物群落的空氣負離子濃度顯著高于稠李(Padusavium)+萱草(Hemerocallisfulva)的喬木地被植物群落；王一荃等[17]發(fā)現(xiàn)熱帶山地雨林原始林>次生林>雞毛松(Podocarpusimbricatus)人工林>加勒比松(Pinuscaribaea)人工林>空闊地。

本研究選取的4種森林康養(yǎng)村落基本能夠代表太岳山地區(qū)不同的森林康養(yǎng)類型。王家灣村屬于濕地森林類型，且采樣點附近有山泉流過，NAI濃度明顯高于其他村落，黑峪村屬于低山森林類型，NAI濃度次之。而花坡村、五龍川村等并無森林或濕地分布，因而空氣負離子濃度相對較低。本研究在縣城沁河河岸設定采樣點，該樣點屬于開闊水體空間，NAI濃度亦無明顯增加。這一結論與Wang等[5]的研究結論較為相似，即NAI濃度分布大致為森林空間>水體空間>開闊空間。

(2)空氣負離子濃度與氣象因素的關系 空氣負離子濃度是森林康養(yǎng)效果評價的重要指標[18]，其與氣象因素的關系受到廣泛關注。Yan等[13]認為城市綠地植被區(qū)域空氣負離子濃度與溫度呈負相關關系，Luo等[19]針對上海森林公園進行研究，認為影響NAI濃度的主要是空氣濕度、空氣溫度和PM2.5等3個因素；Li等[20]測定福建武夷山森林公園NAI濃度，發(fā)現(xiàn)不同季節(jié)的NAI濃度均與空氣相對濕度存在一定的相關關系；Miao等[21]針對上海中山公園的研究卻發(fā)現(xiàn)，城市綠地NAI濃度主要受到空氣濕度、太陽輻射和空氣溫度的影響。可見，空氣濕度對NAI濃度的影響較為明顯。

但是，也有研究者提出了不同的看法。如Wang等[5]認為森林內(nèi)部空氣含氧量、PM10對NAI濃度的影響較大，而森林林緣帶空氣濕度對NAI濃度的影響最大；王薇等[15]認為住宅區(qū)晴天無塵時NAI濃度明顯增大，室外綠地NAI濃度與溫度呈正相關，與空氣濕度相關關系不明確；胡夢玲等[22]發(fā)現(xiàn)不同季節(jié)與NAI濃度的相關關系不一致，且不同天氣條件下NAI濃度變化較為顯著；余海等[23]發(fā)現(xiàn)空氣濕度最低值是影響NAI濃度的最大間接因素，NAI濃度隨時間表現(xiàn)為“單峰型”或“雙峰型”，隨海拔表現(xiàn)為“單峰型”，且受海拔和時間的共同影響[24]。

本研究中，王家灣(W1和W2)和黑峪村(Y1和Y2)的NAI濃度日間變化趨勢大致呈“U”型?；ㄆ麓?H1和H2)和縣城(C1和C2)的NAI濃度日間變化趨勢總體上呈單峰型。五龍川村(L1和L2)則存在兩個峰值。本研究發(fā)現(xiàn)在人員活動密集區(qū)域設定的采樣點，如縣城廣場(C1)、花坡村口(H1)、王家灣村口(W1)、黑峪村口(Y1)和五龍川褐馬雞廣場(L1)，因周邊來往人員、車輛的干擾，不利于空氣負離子的形成。從監(jiān)測結果來看，溫度對NAI濃度的正相關關系較為明確，這與王薇等[15]提出的晴天無塵時NAI濃度明顯增大的結論相似。而空氣相對濕度影響較大的兩個樣點，王家灣油松-遼東櫟林下(W2)和五龍川村低山草甸(L2)的空氣相對濕度對NAI的正向影響較大，是主要影響因素。多元線性回歸分析表明，PM2.5和PM10與NAI濃度存在負相關，即較高的PM2.5和PM10不利于NAI的形成。

3.2 結論

(1)不同森林康養(yǎng)村落的空氣負離子濃度存在顯著差異，濕地森林類型的空氣負離子濃度普遍高于其他類型的森林康養(yǎng)村落。其中，王家灣村油松-遼東櫟混交林下樣點(W2)空氣負離子濃度值最高，其次是黑峪村落葉松林緣帶樣點(Y2)，再次是五龍川村低山草甸樣點(L2)，沁源縣城的對照樣點(C1和 C2)NAI濃度最低。空氣負離子濃度分布特征大致為森林空間>水體空間>開闊空間。

(2)不同森林康養(yǎng)村落的空氣負離子濃度日間變化并不一致，其中王家灣和黒峪村的空氣負離子濃度日間變化趨勢大致呈“U”型，早晨7:00—8:00濃度最高，然后逐漸下降，在12:00—15:00達到最低，但是在17:00—18:00又開始上升；花坡村和縣城的NAI濃度日間變化趨勢總體上呈單峰型，峰值出現(xiàn)在10:00—11:00時段；五龍川村則存在兩個峰值，分別是9:00—10:00時段和15:00—16:00時段。因此，森林類型的村落NAI濃度早晨和傍晚較高，草甸類型的村落NAI濃度在上午10:00點左右較高。

(3)空氣溫度、相對濕度、空氣顆粒物等氣象因素均會影響到空氣負離子濃度。其中，空氣溫度和相對濕度是影響空氣負離子濃度的主要因素，且存在一定的正相關關系；PM2.5和PM10與空氣負離子濃度存在明顯的負相關，即空氣顆粒物含量不利于空氣負離子濃度的提升。