森林環(huán)境中空氣負(fù)離子水平監(jiān)測尺度的研究

李江榮 王瑞紅 任毅華

摘要：監(jiān)測尺度的分類為更好地開展森林空氣負(fù)離子監(jiān)測提供幫助。本文作者通過文獻(xiàn)整理和分析發(fā)現(xiàn)：基于個體尺度的監(jiān)測，是開展空氣負(fù)離子濃度監(jiān)測的源頭；種群尺度的監(jiān)測，明確了確定優(yōu)勢樹種的重要性；群落尺度的監(jiān)測，為生態(tài)公益林、城市綠地建設(shè)提供現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)；生態(tài)系統(tǒng)尺度的監(jiān)測，要求長期而系統(tǒng)的監(jiān)測。因此，建立不同尺度的空氣負(fù)離子監(jiān)測體系對開展森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估、城市森林、綠地建設(shè)等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：負(fù)離子；監(jiān)測尺度；森林生態(tài)系統(tǒng)

資助項(xiàng)目：西藏自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2015ZR-14-28）：色季拉森林生態(tài)系統(tǒng)空氣負(fù)離子水平動態(tài)研究

中圖分類號： X831 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.16.058

森林以其特有的森林小氣候，擁有產(chǎn)生空氣負(fù)離子的良好環(huán)境。多項(xiàng)研究已證實(shí)，森林中具有較高的空氣負(fù)離子，究其產(chǎn)生機(jī)理主要在于森林植物的“尖端放電”和“光電效應(yīng)”。不同森林環(huán)境，空氣負(fù)離子濃度差異很大。究其緣由主要包括：水環(huán)境（降水、水體、瀑布等），土壤環(huán)境（土壤類型、溫濕度、放射性元素等），大氣環(huán)境（太陽輻射、空氣溫濕度、下墊面狀況等），生物要素（物種、群落類型、群落結(jié)構(gòu)等）。本文從生物學(xué)、生態(tài)學(xué)角度入手，對森林空氣負(fù)離子監(jiān)測尺度進(jìn)行討論，以期為不同監(jiān)測尺度下空氣負(fù)離子水平對比分析和科學(xué)研究提供參考，進(jìn)而為森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估合理性、科學(xué)性、準(zhǔn)確性提供理論支持。

1 研究尺度分類

本文從生物學(xué)、生態(tài)學(xué)角度入手，將森林空氣負(fù)離子水平監(jiān)測尺度初步分為：個體（樹種）、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)四個尺度。

個體。即某一樹種，重點(diǎn)探討不同森林類型建群種生理特性對負(fù)離子水平的影響。

種群。重點(diǎn)探討種群特征、種群動態(tài)等對負(fù)離子水平的影響，包括樹齡、郁閉度、數(shù)量、生活史等。

群落。重點(diǎn)研究群落類型、群落結(jié)構(gòu)及群落演替等對負(fù)離子水平的影響。

生態(tài)系統(tǒng)。重點(diǎn)探討生物要素與環(huán)境要素之間的關(guān)系，查明不同區(qū)域森林空氣負(fù)離子水平分布的時空規(guī)律。

2 不同尺度與空氣負(fù)離子的研究

2.1 個體對空氣負(fù)離子的影響

由于不同樹種的生理特性不同，例如葉片的蒸騰作用，光合作用等特征的強(qiáng)弱差異，決定了不同的樹種產(chǎn)生負(fù)離子的能力不同。李繼育等[1]，通過高壓刺激盆栽植物測定其產(chǎn)生空氣負(fù)離子的影響，結(jié)果表明：受高壓刺激后會成百上千倍的產(chǎn)生負(fù)離子，產(chǎn)生負(fù)離子能力植物之間差異明顯，產(chǎn)生負(fù)離子的能力較強(qiáng)的是銀星秋海棠和橡皮樹。吳際友等[2]，研究了8種園林樹種周圍空氣中的負(fù)離子水平，結(jié)果表明：不同樹種周圍空氣負(fù)離子水平存在顯著差異，其負(fù)離子水平從高到底的排列順序?yàn)椋撼了痢_漢松—樂東擬單性木蘭—木蓮—南方木蓮—金葉含笑—樂昌含笑—中國鵝掌揪。通常情況下，單株植物或少量植物所產(chǎn)生的負(fù)離子濃度很低，有時甚至低于目前負(fù)離子監(jiān)測儀器的最低檢測數(shù)量級（101個），故對個體負(fù)離子濃度的監(jiān)測應(yīng)從生理生態(tài)的角度入手，收集不同物種葉面積指數(shù)、葉片蒸騰、光合作用、植物揮發(fā)性有機(jī)物等監(jiān)測數(shù)據(jù)，是解釋不同樹種種群空氣負(fù)離子濃度高低的理論基礎(chǔ)。此外，樹種的選擇對城鄉(xiāng)生態(tài)公益林建設(shè)、城市綠地建設(shè)具有指導(dǎo)意義。

2.2 種群對空氣負(fù)離子的影響

種群對空氣負(fù)離子水平的影響一方面體現(xiàn)在樹種特性的數(shù)量級變現(xiàn)上，除此之外種群的空間特征、系統(tǒng)特征則進(jìn)一步提高了空氣負(fù)離子濃度水平。吳楚材等[3-4]，研究發(fā)現(xiàn)：影響空氣負(fù)離子濃度的主要因素為樹齡、郁閉度、樹高，且關(guān)系密切。純林林分的空氣負(fù)離子水平在900～2000個/立方厘米之間，其中針葉樹種林分的負(fù)離子平均為1507個/立方厘米，闊葉樹林分負(fù)離子平均為1161個/立方厘米，可以看出，針葉樹種林分明顯高于闊葉樹種林分。李印穎等[5]，研究表明：植物產(chǎn)生負(fù)離子多少與植物的生命力息息相關(guān)，側(cè)柏林純林負(fù)離子濃度以及空氣清新度都比油松純林和刺槐林純林高。開展區(qū)域級別乃至全國范圍的空氣負(fù)離子監(jiān)測，弄清區(qū)域森林主要優(yōu)勢對空氣負(fù)離子水平濃度顯得尤為重要，建議整理優(yōu)先監(jiān)測樹種，弄清其種群尺度負(fù)離子濃度水平，對開展生態(tài)公益林生態(tài)效益評估具有十分重要的基礎(chǔ)價值。

2.3 群落對空氣負(fù)離子的影響

群落尺度的研究相對較多，主要體現(xiàn)在群落類型和群落結(jié)構(gòu)等方面，研究表明：復(fù)雜群落結(jié)構(gòu)的森林類型空氣負(fù)離子濃度相對較高，復(fù)層結(jié)構(gòu)（喬灌草）>簡單結(jié)構(gòu)（喬灌、喬草、灌草）>單一結(jié)構(gòu)。楊建松等[6]，研究了貴州花溪公園不同植物群落空氣負(fù)離子濃度水平，其研究結(jié)果表明：闊葉林>針闊葉混交林>灌叢>草地。秦俊等[7]，對上海地區(qū)常見的21個群落中的空氣正、負(fù)離子濃度進(jìn)行了測試分析，其研究結(jié)果表明：竹類群落提高空氣負(fù)離子濃度的能力最強(qiáng)，草坪提高空氣負(fù)離子濃度的能力最弱，且植物群落增加空氣負(fù)離子濃度的能力明顯高于水泥地。以生態(tài)站為基礎(chǔ)的群落空氣負(fù)離子水平監(jiān)測，不僅是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估數(shù)據(jù)的來源，對生態(tài)公益林建設(shè)、城市綠地結(jié)構(gòu)優(yōu)化也具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

2.4 生態(tài)系統(tǒng)對空氣負(fù)離子的影響

生態(tài)系統(tǒng)尺度，特別是環(huán)境要素與生物要素的關(guān)系相對更為復(fù)雜、系統(tǒng)性更強(qiáng)。水環(huán)境對空氣負(fù)離子的影響，基本達(dá)成共識，動態(tài)水能明顯增加周圍空氣負(fù)離子濃度[8，9]。旅游景區(qū)和城市公園建設(shè)中可適當(dāng)增加動態(tài)水體、噴泉、瀑布等設(shè)施。土壤環(huán)境對空氣負(fù)離子的影響，相對較少。海拔高度、土壤性質(zhì)、母巖類型、巖石放射性元素等都會影響空氣負(fù)離子濃度。

大氣環(huán)境中太陽輻射、空氣溫濕度、降水、風(fēng)速、大氣壓等要素直接影響著空氣負(fù)離子的生成、擴(kuò)散和消亡。研究表明：陰天的空氣負(fù)離子含量明顯低于晴天。雨過天晴，空氣負(fù)氧離子濃度明顯高于干燥晴天?？諝鉁貪穸扔绊懡Y(jié)果爭議較大?？赡艿木売稍谟诓煌瑲庀髼l件以及觀測時間、季節(jié)甚至群落組成的不同都會影響最終監(jiān)測結(jié)果，故開展長期而系統(tǒng)的監(jiān)測與研究顯得尤為重要。

3 結(jié)論與建議

基于個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)等尺度的森林空氣負(fù)離子監(jiān)測能更好的理清監(jiān)測和研究的重點(diǎn)。從個體尺度監(jiān)測而言，弄清植物生理特性，例如葉面積指數(shù)、葉片蒸騰、光合作用等是開展空氣負(fù)離子濃度監(jiān)測的源頭；種群尺度的監(jiān)測，要求確定各區(qū)域優(yōu)先監(jiān)測的樹種種群；群落尺度的監(jiān)測，從群落結(jié)構(gòu)和群落類型角度，為生態(tài)公益林、城市綠地建設(shè)提供現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)；生態(tài)系統(tǒng)尺度的監(jiān)測，要求長期而系統(tǒng)的監(jiān)測，弄清不同區(qū)域、不同生態(tài)系統(tǒng)類型，水、土、氣等環(huán)境要素與生物要素的綜合影響。因此，建立不同尺度的空氣負(fù)離子監(jiān)測體系對開展森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估、城市森林、綠地建設(shè)等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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作者簡介：李江榮，西藏農(nóng)牧學(xué)院高原生態(tài)研究所/西藏林芝高山森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站，副教授，研究方向：森林生態(tài)學(xué)、生態(tài)監(jiān)測教學(xué)與研究。