福州大學(xué)城空氣負(fù)離子濃度水平特征研究

林明水，鐘耀宗

（福建師范大學(xué)旅游學(xué)院，福建福州350007）

空氣作為生活環(huán)境的重要組成部分，不僅影響著當(dāng)?shù)鼐用竦纳钯|(zhì)量，同時也是地方發(fā)展旅游休閑的重要基礎(chǔ)環(huán)境因素[1-3].特別是近些年來，隨著城市的不斷建設(shè)，城市空氣質(zhì)量不容樂觀，人們常樂于到一個空氣質(zhì)量優(yōu)越的地方去休閑游憩[4-6].所以空氣質(zhì)量的的測量評價，對地方旅游休閑的開發(fā)建設(shè)有重要的參考依據(jù)[7-11].福州大學(xué)城作為福建省人才培養(yǎng)、科研和學(xué)術(shù)交流中心，面積占地約2000 hm2，聚集著超過20萬的人口數(shù)量，其環(huán)境質(zhì)量建設(shè)和維護顯得極為重要.大學(xué)城空氣質(zhì)量影響著人們的工作效率和精神狀態(tài).本文以福州大學(xué)城為試點研究對象，以空氣負(fù)離子濃度作為控制質(zhì)量的主要評價指標(biāo)，嘗試對大學(xué)城空氣質(zhì)量進行描述.

1 空氣負(fù)離子概述

1.1 產(chǎn)生機理

空氣是由氮、氧、二氧化碳、水蒸汽等分子組成的混合物，這些氣體分子和原子在正常狀態(tài)下，內(nèi)部的正電荷與負(fù)電荷相等，表現(xiàn)出電中性.分子中原子的內(nèi)部，電子在原子核的吸引力作用下沿電子軌道層運動.越外圍的電子因為受到的原子核引力較小，其穩(wěn)定性越差，當(dāng)外層電子受到來自外來的能量，如光線、射線、電磁輻射、電擊、撞擊、生物代謝、氣象活動等的影響時，容易脫離運動軌道，成為自由電子.電子帶負(fù)電極性，自由電子重新與空氣中其他中性分子結(jié)合，形成帶負(fù)電極性的“空氣離子”，即我們所說的空氣負(fù)離子，它是一種空氣微粒.而大地是呈負(fù)電極性的，所以正離子受到吸引容易下沉，空氣中負(fù)離子濃度一般大于正離子濃度[12].

1.2 空氣負(fù)離子效用

空氣負(fù)離子因其具有強氧化性、弱堿性、高活性等積極性質(zhì)，經(jīng)理論研究和大量臨床試驗，人體吸入負(fù)離子后，能夠加強大腦的活動過程、擴張血管、減緩血凝時間、加強呼吸系統(tǒng)氧的吸收、殺滅細(xì)菌病毒等，從而使人精神振奮、睡眠質(zhì)量提高、改善心血管功能、增強肺功能、增強免疫力等[12].并且負(fù)離子在一定范圍內(nèi)對人體的作用是隨著濃度的增高而加強.表1 反應(yīng)了空氣中負(fù)離子濃度與人體健康的關(guān)系.本文對負(fù)離子濃度的評價標(biāo)準(zhǔn)采用表1的標(biāo)準(zhǔn)[12].

表1 負(fù)離子濃度與人體健康的關(guān)系Tab.1 Relationship of negative air ions concentration and human health

2 負(fù)離子濃度的測定

范海蘭等[13]和鄭曉虹等[14]的相關(guān)研究均有涉及探尋大學(xué)城相關(guān)區(qū)域空氣負(fù)離子濃度.前者以福州郊區(qū)為對象，描述了大學(xué)城的負(fù)離子濃度，研究區(qū)域較為宏觀；后者針對福建師范大學(xué)旗山校區(qū)室內(nèi)空氣有害物質(zhì)情況，研究區(qū)域較為微觀.兩者均未能較全面和有針對性地描述福州大學(xué)城區(qū)域空氣負(fù)離子濃度的分布情況.

為了獲得大學(xué)城各個學(xué)校整體的空氣負(fù)離子水平分布，本研究以福建師范大學(xué)、協(xié)和學(xué)院、福建工程學(xué)院、福州大學(xué)、江夏學(xué)院、福建醫(yī)科大學(xué)、福建中醫(yī)學(xué)院、閩江大學(xué)8個院校為采樣范圍，采取較平均分布，考慮代表性的取點方案，共測量30處.空氣負(fù)離子測量儀器選用國產(chǎn)DLY-6A（232）空氣離子測量儀（檢測范圍10～40 萬個離子/cm3，分辨率10 個離子/cm3），溫濕度測量儀器選用博洋HTC-1型數(shù)字溫濕度計.因為測量范圍較大，無法在同一時間取得不同地方的數(shù)據(jù)，為了避免其他因素（如天氣、溫度、濕度等）對不同地點測量值的影響，筆者選擇2013年1月份天氣情況極為相似的14、15、16日連續(xù)3 d進行測量，時間控制于13：00～15：00.同時采用控制變量的方式，對另外一些對照組進行了測量.

因為空氣中的負(fù)離子分布并不均勻，所以測量結(jié)果并非一個穩(wěn)定的值，而是一個瞬間值，測量時數(shù)值在一定范圍內(nèi)波動.采用瞬間值記錄具有較大的隨機性，為了簡化數(shù)據(jù)，更好地表現(xiàn)不同地點水平的對比，本文的負(fù)離子濃度數(shù)據(jù)記錄波動范圍值后取范圍中間值處理.圖1 顯示30 個測量點的分布，表2顯示各測量點測量結(jié)果.

圖1 福州大學(xué)城各測量點分布示意圖Fig.1 Distribution of measuring points in Fuzhou University Town

表2 福州大學(xué)城各測量點測量結(jié)果Tab.2 Measurement results of negative air ions concentration in Fuzhou University Town

3 測量結(jié)果分析

3.1 總體評價

從表2 數(shù)據(jù)得到，福州大學(xué)城空氣負(fù)離子的濃度基本分布在200～900個/cm2之間，在福州大學(xué)小山上出現(xiàn)最大值1250 個/cm3.有9 個點分布于500～1000個/cm3之間，20個點在500個/cm3以下.對照表1的評價指標(biāo)，有三分之二的測量點的負(fù)離子濃度處于不清新，處于誘發(fā)疾病的邊緣.作為校園學(xué)習(xí)環(huán)境來說，總體空氣質(zhì)量偏差.

負(fù)離子濃度水平分布也不均勻，閩江學(xué)院因樹木綠化程度高，且緊鄰旗山山脈，整體水平相對較高.中醫(yī)學(xué)院、醫(yī)科大學(xué)、江夏學(xué)院以及福州大學(xué)教學(xué)區(qū)，因建筑較密集，同時緊鄰上街鎮(zhèn)中心商業(yè)活動中心，該區(qū)域的空氣負(fù)離子水平呈現(xiàn)較低水平.福建師范大學(xué)和福建工程學(xué)院綠化多以草坪為主，相對臨近烏龍江畔，但建筑較密集，樹木綠化面積較低，空氣負(fù)離子水平相對一般，處于中等水平.

3.2 空氣負(fù)離子濃度與各環(huán)境因素的關(guān)系

為了說明各環(huán)境因素與空氣負(fù)離子濃度的關(guān)系強度，本文取無綠化遠離建筑物的空地上（測量點7、19、21、26）的四個點的平均值作為基礎(chǔ)參照值，用字母m代替.則

m=423 個/cm3.

3.2.1 負(fù)離子濃度與人群密度的關(guān)系

1）與人群集聚度的關(guān)系.

這里的人群集聚度用建筑的密集程度來衡量，采取的是不同地點的變量對比.為了說明人群集聚度與負(fù)離子濃度的關(guān)系，這里將不同地點類型的人群集聚度進行歸類，并劃分為三個等級，并計算各個梯度集聚度地點的負(fù)離子濃度平均值，見表3.

表3 人群集聚度與負(fù)離子濃度的關(guān)系Tab.3 Relationship of negative air ions concentration and crowd degree

從表3不同集聚度的空氣負(fù)離子濃度的平均值得出，集聚度與空氣負(fù)離子的濃度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，即人群越集聚，空氣負(fù)離子的濃度相對越低.

2）與人群活動頻率的關(guān)系.

人群活動頻率采用的是同一地點不同活動頻率的對比.這里選擇地點4（福建師范大學(xué)理工樓前），進行不同活動頻率的測量對比.分別測量在上午11點上課期間室外活動人群較少及中午12 點下課后活動頻率高時間點，共測量3d（見表4）.

表4 人群活動頻率與負(fù)離子濃度的關(guān)系Tab.4 Relationship of negative air ions concentration and crowd event frequency

由表4得出在人群活動頻率低的上課時段的負(fù)離子濃度平均值為416.7 個/cm3，下課后人群活動頻率大大增加，負(fù)離子濃度的平均值下降到376.7 個/cm3.可見，人群活動對空氣負(fù)離子的影響呈負(fù)相關(guān).即人群活動越頻繁，空氣負(fù)離子濃度也越低.這也符合我們?nèi)粘５闹庇^感受，在人多的地方空氣質(zhì)量一般比較差.

3.2.2 負(fù)離子濃度與綠化程度的關(guān)系

植物不僅可以光合作用釋放氧氣、吸附噪音、營造美麗的景觀，同時它還能吸附粉塵、中和正離子、產(chǎn)生負(fù)離子，所以植物對空氣質(zhì)量的提高有著明顯的作用.從表2 數(shù)據(jù)的再分析我們可以發(fā)現(xiàn)植物的確對空氣負(fù)離子的貢獻不容忽視.我們從表2 中提取以樹木綠化為主的高綠化地點、以草坪綠化為主的中綠化地點以及以廣場空地為代表的低綠化地點進行對比，結(jié)果見表5.

表5 綠化程度與負(fù)離子濃度的關(guān)系Tab.5 Relationship of negative air ions concentration and greening degree

福州大學(xué)城的綠化樹大多為闊葉樹種，且樹種相對一致，所以不區(qū)分對比.由表5很清晰地看出樹木能夠顯著地提高空氣負(fù)離子的濃度，使空氣保持清新，而且影響程度較草地的作用大出許多.

以低綠化的空地為基準(zhǔn)參考值，用不同影響變量的值與基準(zhǔn)值的比值作為影響程度的表現(xiàn)值：

則高綠化對負(fù)離子的作用程度

m1=925/m=2.19，

中綠化對負(fù)離子的作用程度

m2=445/m=1.05.

可見樹木對負(fù)離子的作用明顯強于草地的作用.

3.2.3 空氣負(fù)離子與水的關(guān)系

1）靜態(tài)湖水.

在所測量的八個院校中，大大小小均有建造靜態(tài)水的小湖泊.湖水可以增加濕度，調(diào)節(jié)氣溫，營造氛圍，同時有很好的觀賞性.提取在湖邊的測量值（見表6），對比在空地上的負(fù)離子水平，求出這個影響程度值m3.

表6 水與空氣負(fù)離子濃度的關(guān)系Tab.6 Relationship of negative air ions concentration and static water

那么

m3=460/m=1.09.

說明湖水對空氣負(fù)離子是有積極作用的，且作用比草地的作用稍大.

2）動態(tài)溪水.

為了研究動態(tài)水對負(fù)離子的影響程度，筆者在溪源江福建師范大學(xué)到工程學(xué)院段岸邊測量了A1、A2、A3、A4四個點，結(jié)果見表6.

計算動態(tài)水對空氣負(fù)離子的影響程度

m4=510/m=1.2

可見動態(tài)水優(yōu)于靜態(tài)水.

3）噴泉.

在大學(xué)城研究的8個院校中，福建師范大學(xué)、福州大學(xué)、醫(yī)科大學(xué)、中醫(yī)學(xué)院均有噴泉景觀，表5 中點21、26的測量值剛好是在噴泉未開放時同樣地點的測量值，所以只需測量點21、26 噴泉開放時的負(fù)離子值B21、B26，另外測量了B1（福建師范大學(xué)圖書館前噴泉）、B2（福州大學(xué)圖書館前噴泉）.B2剛好是點16的值.測量結(jié)果見表6.

計算噴泉對空氣負(fù)離子的影響程度值

m5=902.5/m=2.13.

噴泉因為霧化分解了水，容易產(chǎn)生較多的負(fù)離子，作用明顯強于靜態(tài)水和動態(tài)水.

3.2.4 室內(nèi)外的空氣負(fù)離子水平對比

大學(xué)城校園主要有五類室內(nèi)環(huán)境，教室、辦公室、圖書館、宿舍以及餐廳.為了便于測量和比較，從福建師范大學(xué)選取了與五個類型室內(nèi)環(huán)境對應(yīng)的五個測量點，并測量就近的室外空曠處負(fù)離子值作為參照.表7描述了五個點的具體位置和測量值.

表7 室內(nèi)外空氣負(fù)離子濃度值Tab.7 Negative air ions concentration of indoor and outdoor

室內(nèi)的負(fù)離子濃度均呈現(xiàn)低水平，沒有達到保證健康所需要的負(fù)離子濃度，而且遠低于室外的負(fù)離子濃度.空間越狹小，空氣越缺乏流通，則負(fù)離子的濃度就越低.所以在條件允許的情況下，要讓室內(nèi)保持與室外空氣的流通，同時在工作學(xué)習(xí)時間較長時，應(yīng)經(jīng)常到室外呼吸空氣，防止因空氣質(zhì)量差誘發(fā)一些疾病.

3.2.5 空氣負(fù)離子的日變化

空氣負(fù)離子的濃度不僅在空間上分布不均勻，同一地點在不同時刻空氣負(fù)離子的濃度也出現(xiàn)不同的值.一方面因為負(fù)離子空間分布不均勻，而空氣的流動會使同一地點的空氣產(chǎn)生變化；另一方面，一些生物也會因為太陽高度以及溫度濕度等的變化而變化.為了避免人為的日?；顒訉θ兆兓a(chǎn)生的明顯影響，把研究日變化的測量點選在點29、點1、點22，分別位于閩江學(xué)院樹木綠化地、福建師范大學(xué)南區(qū)操場、福建醫(yī)科大學(xué)湖邊.測量時間分別點29 為2012 年12 月31 日，點1 為2013 年1 月6 日，點22 為2013 年1 月14 日.時間從9：00—21：00，每2h 測量1次.測量環(huán)境均為晴天，微風(fēng).結(jié)果見圖2.

圖2 空氣負(fù)離子的日變化Fig.2 Diurnal variation of Negative air ions concentration

從折現(xiàn)圖（圖2）可以清楚地發(fā)現(xiàn)，在三個測量點，均在下午15 時出現(xiàn)一個高點，因為測量點選擇已避免人為活動的影響，所以我們可以推測午后植物的光合作用較強烈，使得空氣負(fù)離子的濃度上升.因此可見光合作用的確能夠使植物的代謝產(chǎn)生負(fù)離子.同時我們發(fā)現(xiàn)空氣負(fù)離子濃度從17：00到21：00均表現(xiàn)為下降趨勢，也反面證明光合作用對負(fù)離子的貢獻作用.反映了白天的空氣負(fù)離子濃度一般高于夜晚的空氣負(fù)離子濃度.

3.2.6 天氣情況與空氣負(fù)離子濃度的關(guān)系

在晴空萬里的時候，我們總感覺心情舒暢，而陰雨天氣不僅讓人心情煩悶，甚至壓抑難受.當(dāng)然這其中有多方面因素的結(jié)果，不過經(jīng)過對不同天氣空氣負(fù)離子濃度的觀測，發(fā)現(xiàn)這些情況發(fā)生的一部分原因還是因為空氣中負(fù)離子濃度的變化.因為氣象狀況復(fù)雜多變，難以對每一種氣象情況都記錄.這里選擇較典型的晴天、陰天、小雨天為研究對象，選擇師大校園內(nèi)點1（南區(qū)操場）、點3（圖書館前湖邊）、點4（理工樓前）.晴天選擇的時間為2013 年1 月14 日，陰天選擇的時間為2013年1月17日，雨天選擇2013年1月11日.測量時間均為下午14：00左右.

圖3是三個測量點在不同天氣測量結(jié)果繪制的柱狀圖，根據(jù)柱狀高度的變化，我們可以直觀地發(fā)現(xiàn)空氣負(fù)離子濃度的變化規(guī)律是“晴天＞陰天＞雨天”.

圖3 天氣情況與空氣負(fù)離子濃度的關(guān)系Fig.3 Relationship of Negative air ions concentration and weather

天氣變化會引起溫度、濕度、光照強度等的變化，如果不考慮溫度變化對負(fù)離子濃度的影響，同時上面在日變化的研究中已經(jīng)驗證光照對負(fù)離子的促進作用，可以推測空氣中相對濕度越大，負(fù)離子濃度越低，二者呈負(fù)相關(guān).為了證明該推測的真實性，在測量三個地點不同天氣負(fù)離子值的時候，也記錄了當(dāng)時的相對濕度值.因為三個地點距離較近，濕度值接近，這里只研究一個點的相關(guān)情況.另為了防止光照強度差異較大影響結(jié)果，只分析陰天與雨天，并將兩種天氣狀況的光照強度等同看待.結(jié)果見圖4.

圖4 相對濕度與空氣負(fù)離子濃度的關(guān)系Fig.4 Relationship of Negative air ions concentration and relative humidity

圖4反映了了相對濕度與空氣中負(fù)離子濃度的負(fù)相關(guān)性.這主要是因為當(dāng)空氣濕度增大時，空氣中的水汽含量高，其半徑大，導(dǎo)致負(fù)離子附著在水汽離子上發(fā)生沉降，使得空氣中的負(fù)離子濃度降低.但是該氣象變化產(chǎn)生的變化多樣且復(fù)雜，無法做到完全控制變量，該結(jié)果是在不考慮其他影響因素的前提下得出的.

4 主要結(jié)論與建議

1）福州大學(xué)城空氣質(zhì)量水平一般.福州大學(xué)城位于福州遠郊地帶，處于旗山腳下，與市區(qū)有烏龍江隔斷，故空氣質(zhì)量應(yīng)該處于較高水平.但是城市建設(shè)腳步的加快，大學(xué)城及周邊的商業(yè)區(qū)、工業(yè)地等的開發(fā)建設(shè)力度不斷加大，植被不斷減少，施工帶來的粉塵、廢氣等使空氣質(zhì)量下降.因此，福州大學(xué)城空氣的整體質(zhì)量水平處于維持健康基本需要水平，并未能達到清新的狀態(tài)，而且在大學(xué)城中心區(qū)，緊鄰上街鎮(zhèn)中心商業(yè)中心，空氣負(fù)離子濃度更是偏低，空氣不清新.

2）福州大學(xué)城急需維護和改善空氣質(zhì)量.空氣負(fù)離子被有些學(xué)者稱為“空氣維生素”，它對人類健康有著多方面的積極作用，呼吸負(fù)離子濃度高的空氣可以使人興奮、穩(wěn)定情緒、集中精力、防止疾病發(fā)生等；但是如果濃度很低，對人類又產(chǎn)生諸多不良的影響，如引起頭痛、失眠、疲倦、呼吸道疾病、過敏、煩躁等.特別在大學(xué)城這樣一個科研、學(xué)習(xí)、教學(xué)、學(xué)術(shù)交流的文化集中地，良好的空氣質(zhì)量更是人們所需要的.因此，建設(shè)部門在規(guī)劃建設(shè)上要注重綠化，特別強調(diào)植樹型的綠化.同時在校園內(nèi)引入活水，讓校園的水系統(tǒng)活動起來，并適當(dāng)增加噴泉的開放時間，提升小環(huán)境負(fù)離子濃度，提升空氣質(zhì)量.

3）師生要科學(xué)選擇學(xué)習(xí)工作的時間和地點.室內(nèi)的空氣負(fù)離子值明顯低于室外的空氣負(fù)離子值，并且室內(nèi)空間越狹小，越缺乏通風(fēng)，負(fù)離子濃度可能越低.學(xué)生在學(xué)習(xí)的時候應(yīng)該避免在宿舍、人多的教室等長時間學(xué)習(xí)，應(yīng)該盡量選擇通風(fēng)良好、空間較大的地方，同時中間應(yīng)該經(jīng)常到室外進行活動呼吸.在好天氣的時候多到室外活動，選擇草坪、樹蔭學(xué)習(xí)和休閑也不失為一個好的選擇.

[1]李青山,劉軍,狄有波,等.北戴河空氣負(fù)離子濃度測定與負(fù)離子評價標(biāo)準(zhǔn)[J].中國環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報,2008,18（4）:1-3.

[2]劉澤勇,支恩波,李新利,等.嵩禮縣主要旅游景區(qū)空氣負(fù)離子濃度及變化規(guī)律研究[J].河北林業(yè)科技,2010,174(5):10-12.

[3]郭建平,吳甫成,謝玉華,等.桂東縣各旅游景區(qū)空氣負(fù)離子變化研究[J].湖南師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)學(xué)報,2007,30（1）:110-114.

[4]黃建武,陶家元.空氣負(fù)離子資源開發(fā)與生態(tài)旅游[J].華中師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2002,36（2）:257-260.

[5]張榮健.龍巖國家森林公園云頂茶園空氣負(fù)離子濃度的測定與評價[J].福建林業(yè)科技,2005,32（4）:86-89.

[6]黃蕓茵,吳章文.臨安周邊旅游景區(qū)空氣負(fù)離子濃度研究[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2006,25（1）:82-83.

[7]郭盛暉.空氣負(fù)離子及其在旅游業(yè)中的應(yīng)用[J].番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2002,1（1）:32-34.

[8]章志攀,俞益武,孟明浩,等.旅游環(huán)境中空氣負(fù)離子的研究進展[J].浙江林學(xué)院學(xué)報,2006,23（1）:103-108.

[9]張清杉,賀延梅,趙建民,等.森林公園小氣候空氣負(fù)離子保健濃度分級評價[J].西北林學(xué)院學(xué)報,2006,21（3）:48-49.

[10]季玉凱,周永斌,米淑紅,等.棋盤山風(fēng)景區(qū)空氣負(fù)離子濃度的研究[J].遼寧林業(yè)科技,2007(3):16-21.

[11]林冬青,金荷仙.杭州西湖景區(qū)療養(yǎng)院空氣負(fù)離子濃度觀察[J].浙江林業(yè)科技,2010,30（2）:65-69.

[12]林金明,宋冠群.環(huán)境、健康與負(fù)氧離子[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006:2-20.

[13]范海蘭,胡喜生,陳燦,等.福州市空氣負(fù)離子空間變化特征[J].福建林學(xué)院學(xué)報,2008,28（1）:27-30.

[14]鄭曉虹,杜克武,盧婷婷,等.福建師范大學(xué)旗山校區(qū)室內(nèi)空氣質(zhì)量狀況監(jiān)測與分析[J].福建師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2009,25（1）:73-79.