永泰縣藤山省級(jí)自然保護(hù)區(qū)負(fù)氧離子濃度變化特征*

譚芳林 歐陽(yáng)亞群 游惠明 朱煒 黎維英 樂(lè)通潮 林 捷

（1，2.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建省森林培育與林產(chǎn)品加工利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建福州350012；3.永泰縣林業(yè)局，福建福州350700）

關(guān)鍵字：藤山自然保護(hù)區(qū)，負(fù)（氧）離子，濃度變化

空氣負(fù)離子，也稱負(fù)氧離子，是指獲得多余電子而帶負(fù)電荷的氧氣離子，負(fù)氧離子被稱為是“空氣微生素”，具有凈化空氣、療養(yǎng)保健等功能，其濃度是當(dāng)前衡量空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)[1-5]。近年來(lái)，伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，森林旅游逐漸成為人們療養(yǎng)保健的一種健康生活方式。本研究在永泰藤山省級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，選擇具有代表性和典型性的林分類型，在適合的地點(diǎn)對(duì)環(huán)境中空氣負(fù)（氧）離子進(jìn)行長(zhǎng)期定位定時(shí)監(jiān)測(cè)，取得連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)藤山省級(jí)自然保護(hù)區(qū)的空氣負(fù)離子濃度的變化規(guī)律及其與影響因素關(guān)系的探討，為藤山自然保護(hù)區(qū)的森林療養(yǎng)旅游提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

永泰藤山自然保護(hù)區(qū)位于閩中永泰縣東南部，東至鼎面梁、西至嶺路鄉(xiāng)與赤錫鄉(xiāng)交界、南至福清市與莆田縣交界、北至大樟溪。地貌屬于山地丘陵類型，地勢(shì)陡峭，峭崖連綿，海拔20～1095 m，多數(shù)在600 m 上。土壤有山地黃紅壤、山地紅壤和沙壤土。保護(hù)區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，高差懸殊，構(gòu)成了多種多樣的小氣候環(huán)境，具有山地氣候特征，年平均降雨量1400～2000 mm，主要集中在4－9月，常年日照時(shí)數(shù)達(dá)1600h，相對(duì)濕度隨海拔高度的升高而有所增大，年平均蒸發(fā)量為1573.2mm，風(fēng)向以東南風(fēng)最多，北風(fēng)和西北風(fēng)較少，年平均風(fēng)速僅為1.6m·s-1。區(qū)內(nèi)主要植被類型分為針闊葉混交林、暖性針葉林、落葉闊葉林、常綠闊葉林、竹林5個(gè)植被型，有維管束植物247科841屬1922種，其中蕨類植物共有41科84屬180種，裸子植物共有10科15屬22種，被子植物196科742屬1720種。本研究監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍植被為保護(hù)區(qū)內(nèi)典型的中亞熱帶常綠闊葉林。

2 材料與方法

2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置及監(jiān)測(cè)設(shè)備

藤山自然保護(hù)區(qū)負(fù)（氧）離子監(jiān)測(cè)站位于北緯25.813°，東經(jīng)118.979°，海拔621m。儀器采用美國(guó)EPEX-EP120型負(fù)離子濃度自動(dòng)測(cè)量?jī)x，監(jiān)測(cè)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為《空氣負(fù)（氧）離子濃度觀測(cè)技術(shù)規(guī)范》（LY/T 2586-2016）。

2.2 監(jiān)測(cè)方法

在選擇的監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝空氣負(fù)（氧）離子測(cè)量?jī)x器設(shè)備，開(kāi)展長(zhǎng)期定位定時(shí)監(jiān)測(cè)，全天24h 不間斷自動(dòng)采集空氣負(fù)（氧）離子濃度數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)地往服務(wù)器無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)，儀器設(shè)定每5min 采集一次數(shù)據(jù)組，包括負(fù)（氧）離子濃度、空氣相對(duì)濕地，環(huán)境溫度。

2.3 監(jiān)測(cè)時(shí)段

本次監(jiān)測(cè)從2017年5月5日開(kāi)始，到2018年5月10日結(jié)束，共采集到81932 組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)包括空氣負(fù)（氧）離子、空氣相對(duì)濕度和空氣溫度3個(gè)指標(biāo)。

2.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2007 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果分析

3.1 負(fù)（氧）離子濃度的等級(jí)分布特征

按照《空氣負(fù)（氧）離子濃度觀測(cè)技術(shù)規(guī)范》（LY/T 2586-2016）[6]，將空氣負(fù)（氧）離子的濃度由優(yōu)到劣依次劃分為7個(gè)等級(jí)。本次監(jiān)測(cè)共采集到有效數(shù)據(jù)共計(jì)81931 條，其中Ⅲ級(jí)的數(shù)據(jù)有12175 條，占比14.86%；Ⅱ級(jí)的數(shù)據(jù)有57560 條，占比70.25%；Ⅰ級(jí)的數(shù)據(jù)有12196 條，占比14.89%；Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ的數(shù)據(jù)均為0 條，占比0.00%。

表1 空氣負(fù)（氧）離子濃度等級(jí)劃分表（LY/T2586-2016）

根據(jù)世界衛(wèi)生組織規(guī)定，清新空氣的負(fù)（氧）離子標(biāo)準(zhǔn)濃度標(biāo)準(zhǔn)為1000～1500個(gè)·cm3，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)負(fù)（氧）離子濃度與人體健康的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，趙蕾等參照日本和國(guó)內(nèi)外其他地區(qū)常見(jiàn)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[7]，歸納出負(fù)（氧）離子濃度的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表2）。按照這一分組標(biāo)準(zhǔn)，永泰藤山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)空氣負(fù)（氧）離子濃度3 級(jí)占比12.07%，4 級(jí)占比8.81%，5 級(jí)占比21.82%，6 級(jí)占比16.01%，7 級(jí)占比41.29%。從指數(shù)預(yù)報(bào)等級(jí)看，3 級(jí)占比20.88%，2 級(jí)占比37.83%，1 級(jí)占比41.29%。近90%的數(shù)據(jù)處于或超過(guò)世界衛(wèi)生組織規(guī)定的清新空氣的標(biāo)準(zhǔn)范圍。從與人類健康的關(guān)系看，較有利占比12.07%，有利以上合計(jì)占比87.93%（表2）?？傊?，從1年的監(jiān)測(cè)周期中所采集的數(shù)據(jù)看出，永泰藤山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)空氣清新，負(fù)（氧）離子濃度高，對(duì)人體健康十分有利。

表2 負(fù)（氧）離子的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3.2 空氣負(fù)（氧）離子日平均濃度變化

監(jiān)測(cè)期內(nèi)，永泰藤山省級(jí)自然保護(hù)區(qū)空氣負(fù)（氧）離子的日平均濃度變化情況見(jiàn)圖1?？梢钥闯觯簭?月下旬開(kāi)始到12 底，除了5月中下旬、10月中旬和11月中旬的少數(shù)天數(shù)，其日平均濃度超過(guò)2000個(gè)·cm-3外，絕大多數(shù)天數(shù)的日平均濃度介于1000～2000個(gè)·cm-3，空氣負(fù)（氧）離子日平均濃度在全年處于相對(duì)較低水平，但對(duì)人體健康仍為有利及以上；從1月到3月中旬，空氣負(fù)（氧）離子日平均濃度的變化幅度加大，最大時(shí)超過(guò)5000個(gè)·cm-3，最小時(shí)接近1000個(gè)·cm-3；從3月下旬到5月初，其變化相對(duì)較小，絕大多數(shù)天數(shù)的日平均濃度介于2500～3500個(gè)·cm-3，最大時(shí)超過(guò)4000個(gè)·cm-3，該時(shí)段空氣負(fù)（氧）離子日平均濃度在全年處于相對(duì)較高水平，對(duì)人體健康極為有利。

圖1 空氣負(fù)（氧）離子日平均濃度變化

3.3 空氣負(fù)（氧）離子月平均濃度變化

空氣負(fù)（氧）離子月平均濃度（圖2、表3）顯示，6月份平均值最小，為1268個(gè)·cm-3，4月平均值最大，為3076個(gè)·cm-3；從變化趨勢(shì)看，從6月到翌年1月份，空氣負(fù)（氧）離子月平均濃度呈逐漸增大趨勢(shì)，從6月的1268個(gè)·cm-3，增加到 1月的 2730個(gè)·cm-3；1-3月份，其平均值變化幅度小，平均值介于 2653～2774個(gè)·cm-3；4月的平均值最大，達(dá)3076個(gè)·cm-3，5月后又開(kāi)始下降。從與人體健康的關(guān)系講，全年空氣負(fù)（氧）離子濃度對(duì)人體健康為有利及以上等級(jí)，其中5-11月，為有利到很有利，12-4（或5）月，為極有利。

3.4 空氣負(fù)（氧）離子平均濃度的季節(jié)變化特征

空氣負(fù)（氧）離子濃度的季節(jié)變化特征（圖3）顯示：藤山自然保護(hù)區(qū)負(fù)氧離子的季節(jié)分布服從：春季（2643）>冬季（2498）>秋季（1871）>夏季（1408）。四季平均負(fù)（氧）離子等級(jí)處為Ⅱ級(jí)，對(duì)人體健康相當(dāng)有利，尤其春冬季負(fù)氧離子對(duì)人體健康極有利。

圖2 空氣負(fù)（氧）離子月平均濃度變化

3.5 空氣負(fù)（氧）離子濃度與溫度、濕度的關(guān)系分析

研究表明，空氣濕度、環(huán)境溫度、日照時(shí)數(shù)、降水量、極端最高氣溫等氣象因子對(duì)空氣負(fù)（氧）離子濃度有很大影響[8]。根據(jù)負(fù)氧離子每小時(shí)觀測(cè)資料（小時(shí)平均值）與同步觀測(cè)的空氣相對(duì)濕度和氣溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析和相關(guān)性檢驗(yàn)（表4-6），回歸系數(shù)為0.217，經(jīng)方差分析，達(dá)極顯著水平，回歸方程為y（負(fù)氧離子濃度）=3667.502-9.316t（氣溫）-16.594w（相對(duì)濕度）。對(duì)回歸方程進(jìn)行t 檢驗(yàn)，其標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)均達(dá)極顯著水平，回歸方程中，氣溫的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)為-0.06，相對(duì)濕度的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)為-0.201，其相對(duì)濕度的絕對(duì)值大于氣溫，表明濕度對(duì)負(fù)氧離子的貢獻(xiàn)大于氣溫。

4 小結(jié)與討論

空氣負(fù)（氧）離子具有極佳的凈化除塵，減少二手煙危害，改善預(yù)防呼吸道疾病、改善睡眠、抗氧化、防衰老、清除體內(nèi)自由基、降低血液粘稠度的效果，在醫(yī)學(xué)界享有“空氣維生素”、“維他氧”、“空氣維他命”、“長(zhǎng)壽素”等美稱[1-3]。通過(guò)對(duì)永泰藤山省級(jí)自然保護(hù)區(qū)空氣負(fù)（氧）離子濃度的長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)和對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，表明：

1.永泰藤山省級(jí)自然保護(hù)區(qū)空氣負(fù)（氧）離子濃度高。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，處于Ⅲ級(jí)的數(shù)據(jù)占14.86%，Ⅱ級(jí)的占70.25%，Ⅰ級(jí)的占14.89%；近90%的數(shù)據(jù)處于或超過(guò)世界衛(wèi)生組織規(guī)定的清新空氣的標(biāo)準(zhǔn)范圍；對(duì)人類健康較有利占比12.07%，有利以上合計(jì)占比87.93%，說(shuō)明永泰藤山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)空氣清新，負(fù)（氧）離子濃度高，對(duì)人體健康十分有利。

2.空氣負(fù)（氧）離子日平均濃度從5月下旬到12月底，絕大多數(shù)天數(shù)介于1000～2000個(gè)·cm-3，在全年中處于相對(duì)較低水平，但對(duì)人體健康為有利及以上；從1月到3月中旬，日平均濃度的變幅較大，介于 1000～ 5000個(gè)·cm-3；從 3月開(kāi)始到5月初，其變化相對(duì)較小，絕大多數(shù)天數(shù)介于 2500～3500個(gè)·cm-3，最大時(shí)超過(guò) 4000個(gè)·cm-3，該時(shí)段空氣負(fù)（氧）離子日平均濃度在全年處于相對(duì)較高水平，對(duì)人體健康極為有利。

3.空氣負(fù)（氧）離子月平均濃度以6月最小，4月最大。從變化趨勢(shì)看，6月到翌年1月，空氣負(fù)（氧）離子月平均濃度呈逐漸增大趨勢(shì)，1～3月，其平均值變化幅度小，4月的平均值最大，5月后開(kāi)始下降。從與人體健康的關(guān)系講，全年空氣負(fù)（氧）離子濃度對(duì)人體健康為有利及以上等級(jí)，其中5—11月，為有利到很有利，12—4（或5）月，為極有利。

表3 永泰藤山省級(jí)自然保護(hù)區(qū)負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)結(jié)果月統(tǒng)計(jì)表 單位：個(gè)·cm-3

圖3 空氣負(fù)（氧）離子不同季節(jié)平均濃度變化

表4 模型的回歸系數(shù)

表5 方差分析表

表6 模型系數(shù)及回歸顯著性檢驗(yàn)

4.各季節(jié)空氣負(fù)（氧）離子濃度平均值大小順序?yàn)榇杭?冬季>秋季>夏季。

5.回歸分析表明，空氣負(fù)（氧）離子濃度與空氣相對(duì)濕度和氣溫高度相關(guān)，其關(guān)系式為：y（負(fù)氧離子濃度）=3667.502-9.316t（氣溫）-16.594w（相對(duì)濕度），對(duì)該方程進(jìn)行t 檢驗(yàn)，其標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)均達(dá)極顯著水平，且空氣相對(duì)濕度對(duì)負(fù)氧離子的貢獻(xiàn)大于氣溫。