校園空氣負(fù)氧離子濃度分布與空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)

葉宏萌，鄭茂鐘，姜嘉祺，謝行冬

(1.武夷學(xué)院生態(tài)與資源工程學(xué)院，福建武夷山354300;2.福建省綠色化工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建武夷山354300)

校園空氣負(fù)氧離子濃度分布與空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)

葉宏萌1，2，鄭茂鐘1，2，姜嘉祺1，謝行冬1

(1.武夷學(xué)院生態(tài)與資源工程學(xué)院，福建武夷山354300;2.福建省綠色化工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建武夷山354300)

空氣負(fù)氧離子濃度水平不僅反映了空氣質(zhì)量，還直接影響人們的舒適程度和健康狀況。研究武夷學(xué)院空氣負(fù)氧離子濃度含量發(fā)現(xiàn)，其受人類活動(dòng)力度、海拔高度、空氣流通狀況、動(dòng)態(tài)水體和植被分布等綜合因素影響，并具有明顯的氣象變化和日變化特征。負(fù)氧離子濃度含量排序?yàn)?暴雨天＞小雨天＞雨后陰天＞晴天;一日中上午＞傍晚＞中午。測(cè)量結(jié)果表明該校園整體空氣質(zhì)量等級(jí)達(dá)到四級(jí)或者三級(jí)，空氣清新，有利于師生健康。

負(fù)氧離子;影響因素;日變化;空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)

隨著全球氣候不斷惡化、大氣污染日益嚴(yán)重、城鎮(zhèn)化進(jìn)度的加快和生態(tài)旅游的興起，空氣負(fù)(氧)離子的研究已成為熱點(diǎn)。［1］空氣負(fù)離子是帶有負(fù)電荷的氣體分子和輕離子團(tuán)的總稱。由于空氣中的負(fù)離子多為氧離子和水合輕基離子，電離產(chǎn)生的自由電子大部分被氧氣獲得，因此常常把空氣負(fù)離子統(tǒng)稱為“負(fù)氧離子”。［2］其產(chǎn)生方式一般可分自然產(chǎn)生和人工產(chǎn)生兩種:自然界空氣中的負(fù)離子主要是由于宇宙射線、陽光紫外線、雷電激發(fā)、風(fēng)暴、瀑布、海浪沖擊磨擦等作用產(chǎn)生自由電子，附著在某些氣體分子或原子上產(chǎn)生。另外，雨水的分解，森林、植物的光合作用所制造的新鮮空氣等也含有負(fù)離子。［3］人造負(fù)離子則主要采用高壓靜電場(chǎng)、高頻電場(chǎng)、紫外線、放射線和水的撞擊等方法使空氣電離，產(chǎn)生大氣等離子體，而后演化產(chǎn)生負(fù)離子。［4］大氣等離子體中成分復(fù)雜，負(fù)離子會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的演化過程，且其存在的時(shí)間較短。［4］但是負(fù)氧離子有“空氣維生素”之稱，其殺菌、降塵、清潔空氣等功效對(duì)人體健康有積極意義。一般來說，空氣中負(fù)氧離子濃度每立方厘米低于20個(gè)以下時(shí)，人會(huì)感覺到疲勞，頭昏腦漲;當(dāng)空氣負(fù)氧離子濃度高于700個(gè)·cm－3時(shí)，就會(huì)使人感覺空氣新鮮;超過1000－1500個(gè)·cm－3時(shí)，就有保健作用;超過8000個(gè)·cm－3時(shí)就可以治病。［5］

由于空氣負(fù)氧離子對(duì)人體健康的重要作用及它與大氣污染密切的負(fù)相關(guān)性，［6－7］負(fù)氧離子濃度成為空氣清潔度的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)已越來越受到人們的重視，已成為“旅游生態(tài)環(huán)境”這門新興的邊緣科學(xué)的一項(xiàng)新技術(shù)。［2］目前，關(guān)于負(fù)氧離子的研究主要側(cè)重于負(fù)氧離子濃度分布［3］、產(chǎn)生與演化機(jī)理［4］、醫(yī)療保健中的作用及其機(jī)理［7］以及作為旅游環(huán)境評(píng)價(jià)和旅游資源的開發(fā)利用［8］等。但以上研究多集中于城市、森林、療養(yǎng)區(qū)和旅游度假區(qū)等方面，對(duì)校園環(huán)境空氣中負(fù)氧離子濃度的研究尚未見報(bào)道。校園作為人口密集的地方，其良好的生態(tài)環(huán)境是校園文明的重要體現(xiàn)，空氣中負(fù)氧離子濃度水平不僅反映了校園空氣質(zhì)量，還直接影響在校師生的舒適程度、健康狀況和學(xué)習(xí)效率。因此研究校園空氣中負(fù)氧離子濃度分布、評(píng)價(jià)校園空氣質(zhì)量具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況和采樣點(diǎn)布設(shè)。

本文選擇武夷學(xué)院校園的空氣負(fù)氧離子為研究對(duì)象。武夷學(xué)院位于海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)綠色腹地，坐落在“世界文化與自然遺產(chǎn)地”——武夷山市。校園依山傍水，湖光山色，鳥語花香，四季如畫，被授予“全國綠化模范單位”、多次獲得福建省省級(jí)“花園式單位”“園林單位”等榮譽(yù)稱號(hào)?，F(xiàn)校園占地面積2千余畝，在校師生萬余人。采樣點(diǎn)布設(shè)按校園不同功能區(qū)劃分，主要?jiǎng)澐譃樗膫€(gè):生活區(qū)、景觀區(qū)、活動(dòng)區(qū)和教學(xué)辦公區(qū)。具體分別為學(xué)校食堂門口(學(xué)生生活區(qū)內(nèi)，人流量大，空氣對(duì)流較差)、校內(nèi)茶園(茶山地勢(shì)較高、人流量最少，空氣流通好)、學(xué)校操場(chǎng)(周邊綠化好、人流量一般，空氣流通好)和聚賢樓(用于教學(xué)辦公樓，位于天心湖旁和校園主干道旁，人流量一般，空氣對(duì)流一般)。

1.2 測(cè)量儀器及方法。

測(cè)量采用日本原產(chǎn)(負(fù)離子協(xié)會(huì)推介產(chǎn)品)KEC－900型空氣正、負(fù)離子測(cè)試儀。儀器使用重要參數(shù)如下:空氣流速:200 cm/s;測(cè)定范圍:10 ions/cc－1999000 ions/cc;濕度

≤99%R.H(不凝結(jié)水);工作溫度:－20°C－60°C等。由于空氣負(fù)氧離子濃度瞬時(shí)變化較大，測(cè)量時(shí)將儀器置于支架上，離地面約30 cm，并在每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)按東、西、南、北四個(gè)方向瞬間分別讀數(shù)，取四個(gè)方向的平均值作為此觀測(cè)點(diǎn)的負(fù)氧離子值。所測(cè)數(shù)據(jù)用Excel軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同功能區(qū)負(fù)氧離子濃度水平。

選擇四個(gè)不同功能區(qū)(見上文)，于2014年5月5日至8日連續(xù)四個(gè)晴天進(jìn)行負(fù)氧離子濃度測(cè)定，時(shí)段為7:00至19: 00，每次測(cè)定持續(xù)20min，取平均值進(jìn)行研究。測(cè)定結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看出負(fù)氧離子濃度水平為:后山茶園＞學(xué)校操場(chǎng)＞聚賢樓＞學(xué)校食堂。結(jié)合具體采樣點(diǎn)自然和人類活動(dòng)環(huán)境進(jìn)行分析，學(xué)校食堂在人流量大，空氣對(duì)流較差等環(huán)境影響下負(fù)氧離子濃度水平為功能區(qū)最低;后山茶園地勢(shì)較高、人流量最少，空氣流通好，其負(fù)氧離子濃度水平為功能區(qū)最高;學(xué)校操場(chǎng)和聚賢樓人口密度和空氣對(duì)流情況介于上述二者中間，負(fù)氧離子濃度水平也介于中間。可見反映了不同功能區(qū)負(fù)氧離子濃度受人類活動(dòng)力度、海拔高度、空氣流通狀況、動(dòng)態(tài)水體和植被分布等綜合因素影響。這與負(fù)氧離子濃度空間分布不均勻，由市中心向郊區(qū)逐漸增大，隨海拔高度的增加而增加等研究結(jié)果一致。［9］

圖1 不同功能區(qū)負(fù)氧離子平均濃度分布

2.2 天氣變化和日變化對(duì)后山茶園負(fù)氧離子濃度影響。

為了進(jìn)一步研究空氣中負(fù)氧離子濃度受天氣變化和日變化的影響，選擇了校園人類活動(dòng)強(qiáng)度最弱的后山茶園為研究對(duì)象，進(jìn)行晴天、陰天、小雨和暴雨四個(gè)不同天氣條件，以及7:00－8:00、13:00－14:00和18:00－19:00三個(gè)日不同時(shí)刻的負(fù)氧離子濃度測(cè)量。測(cè)量結(jié)果如圖2所示。具體分析如下:(1)從不同天氣條件來看，負(fù)氧離子濃度水平為:暴雨天＞小雨天＞雨后陰天＞晴天。雨天條件下負(fù)氧離子濃度更高的主要作用機(jī)理是:水的Lenard效應(yīng)使水分子裂解，暴雨的跌撞等自然過程中的水自上而下，在重力的作用下高速運(yùn)動(dòng)，使水分子裂解，產(chǎn)生大量空氣負(fù)離子，［3］并且空氣濕度高時(shí)，負(fù)氧離子O2－易與水分子結(jié)合，形成負(fù)氧離子團(tuán)簇O2－·H2O，這種團(tuán)簇對(duì)負(fù)氧離子的壽命具有較大的影響。［4］但文中陰天條件下負(fù)氧離子濃度高于晴天的這一結(jié)果與曾曙才等的研究［10］不一致，主要原因可能與選擇測(cè)定的陰天出現(xiàn)在雨天后還是緊繼晴天后有關(guān)。本項(xiàng)目選擇雨天后的陰天天氣進(jìn)行測(cè)定，在雨后的濕度影響下，陰天的負(fù)氧離子濃度會(huì)有所增加。表明了空氣負(fù)離子濃度與相對(duì)濕度之間存在正相關(guān)，與已有研究結(jié)果一致。［11］(2)從日不同時(shí)刻觀察，負(fù)氧離子濃度水平在晴天、陰雨天基本上為:上午＞傍晚＞中午，可見負(fù)氧離子濃度水平有明顯的日變化特征。主要因?yàn)橹形鐨鉁馗?，?fù)離子濃度與氣溫存在指數(shù)負(fù)相關(guān)，［12］這與已有研究結(jié)果相同。［13－14］但是暴雨天氣下，由于不同時(shí)間段雨量的不穩(wěn)定變化，當(dāng)中午雨量占日雨量明顯優(yōu)勢(shì)時(shí)，其負(fù)氧離子也呈現(xiàn)日時(shí)段的最大值，關(guān)于該方面尚未見報(bào)道。該變化體現(xiàn)了空氣負(fù)離子濃度的最主要?dú)庀笠蜃邮强諝庀鄬?duì)濕度，其次是光照強(qiáng)度，最小為氣溫。這與已有研究結(jié)果一致。［15］

圖2 不同氣象條件不同時(shí)間段后山茶園負(fù)氧離子平均濃度

2.3 校園空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)。

世界衛(wèi)生組織(WMO)規(guī)定清新空氣的負(fù)氧離子標(biāo)準(zhǔn)濃度為1000－1500個(gè)·cm－3，并以400個(gè)·cm－3作為旅游區(qū)空氣負(fù)氧離子的臨界濃度。目前國內(nèi)尚未形成負(fù)氧離子濃度與空氣質(zhì)量和人體健康的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，本文參考文獻(xiàn)［16，3］中常用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校園空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)，具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1和表2。

表1 負(fù)氧離子濃度與空氣質(zhì)量的對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合以上標(biāo)準(zhǔn)對(duì)武夷學(xué)院校園晴天條件下(文中2.1節(jié)已論述)空氣清新程度和與健康的關(guān)系進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果見表3。可見該校園整體空氣質(zhì)量等級(jí)可以穩(wěn)定達(dá)到四級(jí)或者三級(jí)，空氣較清新或清新，有利于增強(qiáng)人體免疫力、抗菌力或殺滅、減少疾病傳染。同時(shí)該結(jié)果是在晴天條件下測(cè)定的相對(duì)保守評(píng)價(jià)。如果是雨天或者暴雨天隨著負(fù)氧離

子濃度增加，空氣更加清新(可達(dá)到一級(jí)空氣質(zhì)量)，對(duì)人體有利度增加，甚至具有治療和康復(fù)功效。可見，武夷學(xué)院校園整體空氣質(zhì)量可以與國內(nèi)大多公園、湖泊、森林、鄉(xiāng)村、田野、旅游區(qū)等［3］相媲美。這樣的空氣質(zhì)量與武夷學(xué)院校園位于旅游城市、校內(nèi)人均占地大(2千余畝，約1萬5千名在校師生)、建筑物間距大、樓層低(最高為五層)、空氣流通好、綠化面積高以及依山傍水等整體生態(tài)環(huán)境有關(guān)。

表2 常見的負(fù)離子等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及與健康的關(guān)系表

表3 2014年5月晴天條件下武夷學(xué)院校園空氣離子測(cè)量評(píng)價(jià)

3 結(jié)論與討論

(1)校園不同功能區(qū)負(fù)氧離子濃度水平排序?yàn)?后山茶園＞學(xué)校操場(chǎng)＞教學(xué)區(qū)＞學(xué)校食堂。反映了不同功能區(qū)負(fù)氧離子濃度受人類活動(dòng)力度、海拔高度、空氣流通狀況、動(dòng)態(tài)水體和植被分布等綜合因素影響。

(2)研究空氣中負(fù)氧離子濃度受天氣變化和日變化的影響:負(fù)氧離子濃度水平為:暴雨天＞小雨天＞雨后陰天＞晴天;上午＞傍晚＞中午。表明了空氣與相對(duì)濕度之間存在正相關(guān)，與氣溫存在指數(shù)負(fù)相關(guān)。

(3)武夷學(xué)院校園整體空氣質(zhì)量等級(jí)可以穩(wěn)定達(dá)到四級(jí)或者三級(jí)，空氣較清新或清新，有利于師生健康。這樣的空氣質(zhì)量與武夷學(xué)院校園整體良好生態(tài)環(huán)境有關(guān)。

(4)影響空氣負(fù)氧離子濃度的因素很多，本文是在自然和人為綜合影響下測(cè)定的，建議今后做室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)分析氣象單因子(氣溫、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、光照等)影響，明確其影響機(jī)理，為提高空氣中的負(fù)氧離子濃度，改善環(huán)境質(zhì)量提供依據(jù)和方法。

(5)鑒于負(fù)氧離子對(duì)空氣質(zhì)量和人體健康的影響，建議在需要提高負(fù)氧離子濃度區(qū)域適當(dāng)增加綠化、噴泉、活動(dòng)水面和空氣對(duì)流等。

［1］王琨，孫麗欣，李超，等.不同環(huán)境下空氣離子密度的比較與變化機(jī)理［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，37(1):39－41.

［2］馬志福.空氣負(fù)氧離子濃度參數(shù)在旅游度假區(qū)規(guī)劃中的重要作用［J］.科學(xué)中國人，2003(3):48－49.

［3］彭貴康.雅安市近地面空氣負(fù)(氧)離子狀況初探［J］.高原山地氣象研究.2012，32(1):67－72.

［4］歐陽建明，邵福球，鄒德濱.大氣等離子體中負(fù)氧離子產(chǎn)生和演化過程數(shù)值模擬［J］.物理學(xué)報(bào)，2011，60(11):1－4.

［5］黃建武，陶字元.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(bào):自然科學(xué)版［J］，2002，36(2):257－260.

［6］Livanova LM，Levshina IP.The prophy lacticeffec to fne gative change dairions in acute stress in rats with differentty pological behavioral characteristics［J］.Zh V ys sh Nerv Die at Im Pav lova，1991，146:564－570.

［7］林忠寧.空氣負(fù)離子在衛(wèi)生保健中的應(yīng)用［J］.生態(tài)科學(xué)，1999，18(2):11－14.

［8］曾曙才，蘇志堯，陳北光.我國森林空氣負(fù)氧離子的研究進(jìn)展［J］.南京林業(yè)學(xué)報(bào)，2006，30(5):107－111.

［9］蒙晉佳，張燕.廣西部分景點(diǎn)地面上空氣負(fù)離子濃度的分布規(guī)律［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2004，17(3):25－27.

［10］曾曙才，蘇志堯，陳北光.廣州綠地空氣負(fù)離子水平及其影響因子［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2007，26(7):1049－1053.

［11］唐春燕，蔡哲，肖安，等.井岡山空氣負(fù)離子濃度特征及其與氣象條件關(guān)系［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39(1): 495－496.

［12］陳佳瀛，宋永昌，陶康華，等.上海城市綠地空氣負(fù)離子研究［J］.生態(tài)環(huán)境，2006，15(5):1024－1028.

［13］王繼梅，冀志江，隋同波，等.空氣負(fù)離子與溫濕度的關(guān)系［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2004，17(2):68－70.

［14］周曉香，洪輝.資溪縣城空氣負(fù)離子特征及與氣象因子相關(guān)性分析［J］.氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2007，23(6):32－34.

［15］韋朝領(lǐng)，王敬濤，蔣躍林，等.合肥市不同生態(tài)功能區(qū)空氣負(fù)離子濃度分布特征及其與氣象因子的關(guān)系［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，17(11):2158－2162.

［16］熊麗君，王敏，趙艷佩，等.上海崇明島風(fēng)景旅游區(qū)空氣負(fù)離子濃度分布研究［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2013，36 (8):71－76.

Distribution of Negative Oxygen Ions Concentration and Assessment of Air Quality in Campus

Ye Hongmeng1，2，Zheng Maozhong1，2，Jiang Jiaqi1，Xie Xingdong1
(1.School of Ecology and Resource Engineering，Wuyi University，Wuyishan，F(xiàn)ujian 354300，China; 2.Provincial Key Laboratory of Green Chemical Industry Technology，Wuyishan，F(xiàn)ujian 354300，China)

Level of negative oxygen ions concentration reflects not only the air quality，but also directly affect the comfort and health.This paper studied distribution and evaluation of negative oxygen ions concentration in campus of Wuyi university.The results showed that negative oxygen ions concentration was affected by human activity，altitude，the air flow，dynamic water and vegetation distribution and other comprehensive factors in the different functional areas of the campus.Meanwhile，negative oxygen ions changes according to weather and diurnal variations.Ranges of negative oxygen ion concentration are as follows:heavy rain days＞rain days＞rain cloudy＞clear;diurnal variation order:AM＞evening＞noon.In summary，the measurement results showed that the air quality levels achieved stability three or four，air was fresh and conducive to human health.

negative oxygen ions;influencing factors;diurnal variation;air quality assessment

X8

A

1672－6758(2015)04－0153－4

(責(zé)任編輯:宋瑞斌)

葉宏萌，碩士，講師，武夷學(xué)院生態(tài)與資源工程學(xué)院，福建省綠色化工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。研究方向:水資源保護(hù)與環(huán)境地球化學(xué)。

福建省教育廳科技項(xiàng)目“武夷山茶園生產(chǎn)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境的影響”(編號(hào):JK2013056);2014年福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目(編號(hào):JA14311)。

Class No.:X8 Document Mark:A