河南老君山風景區(qū)空氣負離子濃度的時空特征

薛興燕　衛(wèi)淑蕓　沈連峰　吳明作　王耀銘　寧曉峰

(1. 河南農業(yè)大學林學院，河南 鄭州 450002；2. 河南洛陽工業(yè)園區(qū)管委會建設管理局，河南 洛陽 471000；3. 欒川縣老君山林場，河南 欒川 471500；4. 欒川縣林業(yè)局，河南 欒川 471500)

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河南老君山風景區(qū)空氣負離子濃度的時空特征

薛興燕1,2衛(wèi)淑蕓1沈連峰1吳明作1王耀銘3寧曉峰4

(1. 河南農業(yè)大學林學院，河南 鄭州 450002；2. 河南洛陽工業(yè)園區(qū)管委會建設管理局，河南 洛陽 471000；3. 欒川縣老君山林場，河南 欒川 471500；4. 欒川縣林業(yè)局，河南 欒川 471500)

2009—2010年選取河南欒川老君山風景區(qū)內不同地點進行空氣負離子濃度測定，分析其時空特征。結果表明：不同生境條件下空氣負離子濃度日進程具有不同變化規(guī)律；對比不同生境下空氣負離子濃度，其排序為流動水體及其附近 > 林分 > 靜止水體，且差異顯著，但不同植被類型間的差異并不顯著。瀑布落差大，其影響范圍也大；林緣附近濃度最大。不同海拔空氣負離子濃度差異顯著，在海拔1 500 m處達到最大，但相近海拔相同生境類型的差異不顯著。多種模型均可用于空氣負離子濃度及其與生境條件的相關性擬合，但只限于某些特殊條件。

空氣負離子；時空特征；風景區(qū)；老君山；河南

自從空氣負離子被發(fā)現(xiàn)并認為有益于人體健康以來[1-2]，國內外學者給予了廣泛關注并進行了諸多研究[3-5]，主要集中于不同植被結構[6-10]、植物種類[11-14]、土地利用方式[15-16]、城市功能區(qū)[17-18]以及室內環(huán)境[5]中空氣負離子的分布與變化規(guī)律[7-11,14-15,19-23]，一般表現(xiàn)為森林與水體附近的空氣負離子濃度高，城市綠地要比交通繁忙區(qū)、工業(yè)區(qū)或人口稠密區(qū)的濃度高[19-23]；空氣負離子可能受空氣溫度、相對濕度、風速、PM10、PM2.5等環(huán)境因素以及人為活動的影響，但不同研究者得出的相關性并不一致[4-6,12,15,19-20,24]；其中空氣負離子濃度與空氣溫度、相對濕度的相關性較顯著且較為明確，而與PM10、風速的相關性不顯著或較復雜[5-6,15,19,24]，受植物及水體的影響顯著[15,19]；水體能促進空氣負離子產生，因而影響其周邊一定范圍內的負離子濃度使其達到較高水平[1,19,22-24]。已有研究多集中于城市綠地、森林植被[6-14,18-23]，對風景區(qū)進行較全面研究的報道較少[13,19,21]；對于不同水體類型的影響距離報道亦較少[19,24]。

河南欒川老君山風景名勝區(qū)是伏牛山世界地質公園的核心園區(qū)、國家5A級景區(qū)、國家級自然保護區(qū)、省級文物保護單位，植被類型多樣，旅游資源豐富。對其不同生境類型、不同海拔、不同類型水體距離的空氣負離子進行分析，期望能為生態(tài)系統(tǒng)的服務功能價值進行評估、風景區(qū)的旅游資源評價及其開發(fā)利用提供依據，為水體的影響提供基礎資料。

1　研究區(qū)概況

河南欒川老君山風景區(qū)位于河南省洛陽市欒川縣境內，為秦嶺余脈伏牛山主峰之一，相傳為道教太上老君李耳的修煉地；地貌以中低山夾河谷為主，地形起伏大，屬華北地層區(qū)豫西分區(qū)，海拔最高達2 200 m。土壤類型主要為棕壤。屬暖溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫12.4 ℃，年均無霜期198 d；年平均日照時數(shù)2 103 h；年平均降雨量872.6 mm，年降雨量大于蒸發(fā)量，相對濕度較大。風景區(qū)內森林覆蓋率達97%，有1 661種植物；主要植被類型有栓皮櫟 (Quercusvariabilis) 林、麻櫟 (Quercusaccutissima) 林、油松 (Pinustabulaeformis) 林及其混交林，以及其他闊葉雜木林、針闊葉混交林等。主要測定點的基本情況見表1。

表1　主要測定點基本情況

2　研究方法

2.1測定方法

在風景區(qū)內選取當?shù)卮硇匀郝?、水域、景點等測定空氣負離子濃度。測定時選取風速較小的晴天進行。選取植物生理活動旺盛時期的2010年5月28日至2010年6月6日測定，另外于2009

年8月和2009年10月進行了部分測定。

用日本產Inti ITC-201A 型空氣負離子濃度儀測定空氣負離子濃度，該儀器動力范圍為10～1 236 000個/cm3，最小檢測量為10/cm3，反應時間約2 s。由于空氣離子濃度瞬間變化很快，每次測定4個方位，每個方位至少讀取10個峰值，計算時取平均值；按儀器操作說明依次測定空氣負離子、正離子，同時讀取相應的空氣溫度和相對濕度。測點高度為人體平均呼吸高度1.5 m處。

2.2數(shù)據處理

利用Excel 2003軟件進行簡單的數(shù)據分析與圖形繪制，采用SPSS 19.0軟件完成多重比較、相關與回歸分析。

3　結果與分析

3.1不同生境空氣負離子濃度日進程

2010-05-31于農家賓館對面櫟林、2010-06-02于老龍窩瀑布測定空氣負離子濃度日進程，見圖1。

圖1不同生境空氣負離子濃度日進程

Fig.1Daily process of negative air ion concentration in different biotope

由圖1可看出，不同生境條件空氣負離子濃度日進程具有明顯的波動性，一般地，最大值出現(xiàn)在7: 00—8: 00，之后下降較快，最小值出現(xiàn)在13: 00—14: 00，這與已有的多數(shù)研究結果一致[12,15-16,18]。但生境不同，其他時段的波動性差異較大，林地在黃昏出現(xiàn)另一個峰值，在11: 00與15: 00—16: 00也出現(xiàn)較大濃度值；瀑布生境中，峰值只出現(xiàn)在早晨，其后下降，至18: 00又略有上升，并且上午的數(shù)值一直高于下午。因此，若要進行不同條件下空氣負離子濃度比較，應選擇相同時間段。除7: 00與9: 00外，空氣負離子濃度較大時段，其數(shù)值波動也較大(方差較大)。瀑布的空氣負離子濃度出現(xiàn)最小值的時間比林地早 (分別為13: 00與14: 00)，但下午出現(xiàn)最大值的時間較晚 (分別為18: 00與17: 00)；表明瀑布可以在較長時間內維持較高的空氣負離子濃度。

3.2不同生境空氣負離子濃度比較

選擇相同時間段相同海拔條件下具代表性的不同生境空氣負離子濃度的測定結果進行比較，結果見表2 (測定時間段為2010-05-31至2010-06-05，13: 00—14: 00)。

由表2可知，不同生境間空氣負離子濃度具有較大差異。老龍窩瀑布、追夢谷野趣苑中任一地點的數(shù)值與其他地點均具有極顯著差異，處于較高水平；松樹林、櫟林、追夢谷水潭3個地點之間的差異不顯著，其數(shù)值處于較低水平。

各地點空氣負離子濃度由大到小依次為老龍窩瀑布 > 追夢谷野趣苑 > 松樹林 > 櫟林 > 追夢谷水潭。瀑布附近的空氣負離子濃度較其他生境條件的要高 (對比圖1與表2)。追夢谷野趣苑處的負離子濃度也較高，這主要是因為該地點雖為林中小空地，但附近5 m內有山澗小溪經過。追夢谷水潭為集山澗溪流形成的靜止水體，且水面很小，其對空氣負離子的影響相對較小。針葉林分 (松樹林) 的空氣負離子濃度雖然比闊葉林分 (櫟林) 的要稍高，但其差異不顯著，說明植被的影響可能處于較相似水平。

表2　不同生境空氣負離子濃度比較

注：LSD比較數(shù)據為顯著性水平；以后各表同此。

3.3瀑布落差對空氣負離子濃度的影響

測定不同落差高度瀑布不同距離處的空氣負離子濃度，結果見圖2。

(測定時間段8: 00—9: 00, 17: 00—18: 00)

圖2不同落差瀑布不同距離處空氣負離子濃度

Fig.2Effect of waterfall with different fall height on negative air ion concentration

有研究表明，不同季節(jié)空氣負離子濃度的日進程較為相似，主要差異在于峰值及其出現(xiàn)時間段的不同，因此，不同季節(jié)相同時間段的空氣負離子濃度可以進行比較[15-16,19]。由圖2可看出，雖然瀑布落差不同 (老龍窩瀑布約25 m，老君瀑布約200 m)，但空氣負離子濃度在下午的變化趨勢基本一致，兩個瀑布均在0 m處最大，2 m處下降，3 m處上升；但隨后變化略有不同，老龍窩瀑布一直下降，而老君瀑布至8 m處才開始下降。表明瀑布落差大小影響了其維持較高空氣負離子濃度的距離。而在上午，老君瀑布在1 m處出現(xiàn)最大值后一直下降，5 m是一個急劇下降點，至10 m后下降較為平緩；老龍窩瀑布在5 m內一直上升，至5～10 m處下降，這可能與秋季的氣候因素有關。

由圖1～2、表2綜合分析可知，流動水體附近的空氣負離子濃度均達到很高的水平，即使日進程出現(xiàn)低值時 (圖2)，可見瀑布對其周圍空氣負離子濃度具有較大影響。瀑布落差不同，對維持其周圍較高空氣負離子濃度距離的影響不同，老龍窩瀑布落差較小，在上午高峰值時段影響距離可達5～8 m，下午的次高峰值時間段也可達到5 m左右；老君瀑布落差較大，在上午與下午的影響距離均可達到8 m以上，一般可影響到12～14 m (圖2)。

對空氣負離子濃度隨距水體距離的變化運用SPSS工具進行了顯著性檢驗 (Duncan、LSD)，其結果分別見表3～4。

表3　老龍窩瀑布不同距離空氣負離子濃度顯著性檢驗

注：第2行與第2列數(shù)值為相應距離的濃度平均值，上標表示Duncan比較結果 (0.05水平，大小寫只用于區(qū)別上午與下午的結果，不代表顯著性水平)；矩陣中上、下部分分別代表上午、下午的LSD比較結果。表4的表示方法同此表。

表4　老君瀑布不同距離空氣負離子濃度的顯著性檢驗

由表3～4可以看出，兩個瀑布不同距離處的空氣負離子濃度均有顯著性差異，但在老龍窩瀑布，上午時段的0 m與1 m、2 m與3 m之間的差異不顯著，下午時段的1 m與3 m、2 m與8 m的差異不顯著；老君瀑布上午時段內，2 m與3 m、5 m與8 m和10 m、10 m之后各距離間差異不顯著，下午時段內，2 m與10 m、3～8 m各距離間差異不顯著。10 m之內差異顯著的較多，10 m之外通常差異較??；而且空氣負離子濃度隨距離增加，基本上均表現(xiàn)出下降趨勢。瀑布這種流動水體，下落水流擊濺產生的水分子占據主要成分，因此，對遠距離的影響較小。

3.4海拔對空氣負離子濃度的影響

為闡明海拔高度對空氣負離子濃度的影響，從山麓至最高海拔選擇不同地點進行空氣負離子濃度測定，結果見圖3。

圖3不同海拔空氣負離子濃度變化

Fig.3Negative air ion concentrations at different elevation

由圖3可知，空氣負離子濃度隨海拔上升出現(xiàn)先升后降的趨勢，大致在海拔1 500 m時最高；在海拔低于1 500 m時，隨著海拔升高，空氣負離子濃度增加；在海拔高于1 500 m時，空氣負離子濃度降低。這與王順利等得出的海拔在1 260～3 370 m空氣負離子濃度與其呈現(xiàn)一定的負相關結論基本一致[8]，而與九華山風景區(qū)空氣負離子濃度在海拔790 m時出現(xiàn)峰值略有出入[21]。

通過Excel進行簡單的分段擬合發(fā)現(xiàn)，在低海拔段的擬合效果較好，而在高海拔段的擬合效果較差。低海拔段的測點多數(shù)為有植被覆蓋的生境類型，而高海拔段的測點多為無植被覆蓋的生境類型 (表1)。因此，將不同海拔的測點數(shù)據按照有無植被分為2種類型，進行顯著性檢驗，結果見表5～6。由表5、6可知，在相近海拔范圍內，相同生境類型的空氣負離子濃度差異不顯著，否則均表現(xiàn)出顯著性差異。這可能與植被發(fā)育及其覆蓋程度、風速與溫度等小氣候改變等因素有關。

表5　不同海拔空氣負離子濃度顯著性檢驗 (有植被類型)

表6　不同海拔空氣負離子濃度值顯著性檢驗 (無植被類型)

為描述空氣負離子濃度與海拔之間的相關性，將不同海拔的全部數(shù)據進行相關與回歸分析 (即不區(qū)分植被有無)，結果表明，二者之間的相關性并不理想，只有二次與三次多項式模型可以通過檢驗，但相關系數(shù)只有0.7左右。

3.5栓皮櫟純林內外空氣負離子濃度變化

2009-08-01選取栓皮櫟林分近中午時段進行林分內外不同距離處的空氣負離子濃度測定，其結果見圖4、表7。

由圖4、表7可知，在林分內部從中心至林緣內2 m處，空氣負離子濃度表現(xiàn)為上升，林緣內2 m處達到最大，此處空氣負離子濃度與其他各點均有顯著差異 (P< 0.01)；隨后出現(xiàn)下降，至林緣處降至與林分中心較一致的水平；在林分外部，空氣負離子濃度又表現(xiàn)出上升趨勢，在距離林緣外8 m處仍有較大影響；林緣外各點的空氣負離子濃度與林分中心15 m處均無顯著差異。出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能與林緣附近的小氣候等環(huán)境條件變化有關，因只進行了一種林分的觀測，其原因仍需要進一步深入研究。

圖4栓皮櫟林內外不同距離空氣負離子濃度

Fig.4　Negative air ion concentration at different distance from Quercus viriabilis stand center

4　結論與討論

4.1結論

1) 不同生境條件下空氣負離子濃度的日進程變化型式不完全相同，1天中峰值一般出現(xiàn)在早晨，最低值出現(xiàn)在中午，次高值出現(xiàn)在10: 00—11: 00；但在黃昏時段，植被類型生境出現(xiàn)另一個峰值，而水體生境類型則未出現(xiàn)。

2) 空氣負離子濃度在不同生境差異較大，一般情況下，流動水體及其附近的空氣負離子濃度大，其影響范圍隨其流動性大小而不同，落差較大的瀑布其影響范圍也較大；靜止水體的空氣負離子濃度小，其影響范圍也較??；有植被存在時，空氣負離子濃度較大，但不同植被類型間的差異并不顯著。

3) 隨海拔升高，空氣負離子濃度總體上表現(xiàn)出先升高后下降的趨勢，到山體中部 (海拔大約為1 500 m) 達到最大；不同海拔處的空氣負離子濃度均有顯著性差異，但相近海拔相同生境類型的空氣負離子濃度差異不顯著。

4.2討論

1) 雖然對不同海拔空氣負離子濃度變化的研究較少，但不同研究者的結論并不相同，空氣負離子濃度在某一海拔處可能存在一個最大值。對九華山的研究表明：山體中部較高，最高值出現(xiàn)在790 m處[21]，天目山在海拔300～1 556 m范圍內總是山頂 > 山中 > 山麓[13]，其最大值為1 500～1 600 m，甘肅省7個林區(qū)的負離子濃度在海拔1 260～3 370 m間呈現(xiàn)負相關關系[8]，其最大值為1 200～1 300 m。

由于同時測定不同海拔處空氣負離子濃度較為困難，本研究選取相近日期中的相同時間段進行了測定，結果表明：在海拔約為1 500 m處出現(xiàn)最大值，空氣負離子濃度在此海拔以下隨海拔升高而上升，在此海拔以上則表現(xiàn)為下降趨勢；研究結果與天目山、甘肅省的較為接近，與九華山略有出入，這可能與植被覆蓋狀況、小氣候變化等多種因素有關。因此，未來研究可以考慮選取較大海拔范圍內，不同海拔不同生境類型的比較分析，更進一步揭示空氣負離子濃度隨海拔及其生境的變化規(guī)律。

2) 空氣負離子濃度通常同時受多種因素協(xié)同影響，其變化很難用某一生境變量來表達，本研究分析了空氣負離子濃度與距瀑布不同距離和不同海拔高度之間的相關性與回歸模型。不同方法計算相關關系，能通過的檢驗水平不同，即使通過了相關性檢驗，部分模型仍不能使用，需要進行常數(shù)項檢驗，而且當所有檢驗均通過時，某些情況下仍有多個模型可以使用。因此，只以R2進行判斷并不完全可靠，未經綜合判別就單獨使用一種模型進行擬合，可能使問題簡單化了。在野外自然狀況下測定時，很難真正做到控制單一變量，因此，在進行回歸模型擬合時，應注意不同條件下的多種模型判別。

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984.

(責任編輯趙粉俠)

Spatial-temporal Variation of Negative Air Ion Concentration in the Laojunshan Tourist Attraction in Henan Province

Xue Xingyan1,2, Wei Shuyun1, Shen Lianfeng1, Wu Mingzuo1, Wang Yaoming3, Ning Xiaofeng4

(1. College of Forestry, Henan Agriculture University, Zhengzhou Henan 450002, China; 2. Construction Department of Luoyang Industrial District Management Bureau of Henan, Luoyang Henan 471000, China; 3. Laojunshan State Forest Farm of Luanchuan County, Luanchuan Henan 471500, China; 4. Forestry Bureau of Luanchuan County, Luanchuan Henan 471500, China)

Several sites were selected in 2009-2010 to measure the negative air ion concentration in Laojun Mountain. The results showed that the daily process of negative air ion concentration shows different curve at different biotopes, showing that moving water and its surroundings > forest stand > stationary pond, but there was no significance among forest stands. The higher of waterfall dropped the larger distance affected by waterfall, the concentration reached maximum around the stand edge. There was significant difference at different elevation, and reached maximum at about 1 500 m, but there was no significance among similar biotopes at similar elevation. Many regression models could be used to simulate the relationship between negative air ion concentration and biotope, but only restricted to certain site and time.

negative air ion, spatial-temporal variation, tourist attraction, Laojunshan Mountain, Henan

10. 11929/j. issn. 2095-1914. 2016. 05. 024

2016-01-17

河南省科技廳項目 (072102150004) 資助。

吳明作 (1965—)，男，博士，教授。研究方向：生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)過程監(jiān)測與功能評價。Email: wumingzuo@163.com。

S718.56

A

2095-1914(2016)05-0144-08

第1作者：薛興燕 (1989—)，女，碩士生。研究方向：城市林業(yè)。Email: xuexingyan@sina.cn。