湖南省森林植物园空气负离子浓度变化

肖红燕，谭益民，汤炎

（中南林业科技大学 森林旅游研究中心，湖南 长沙410004）

湖南省森林植物园空气负离子浓度变化

肖红燕，谭益民，汤炎

（中南林业科技大学 森林旅游研究中心，湖南 长沙410004）

于2011年9月至2012年8月应用FTP-2空气负离子测量仪对湖南省森林植物园3个生态区及全园的空气正、负离子浓度进行测量，并采用日本的空气质量评价指数（IC）对其空气质量作了评价。结果表明：（1）湖南省森林植物园空气负离子浓度垂直变化明显，园中高于园内其他地方。空气离子评价系数（IC）均大于0.93，属于清洁，空气质量很好。（2）从空旷地向水区空气负离子浓度和空气质量（IC）逐渐增加,有林地区空气负离子浓度明显高于无林地区；有瀑布和水流等动态水地区空气负离子浓度明显增加；园中不同功能区空气负离子浓度和空气质量差异显著，其大小依次为水边＞林内＞空旷地；（3）空气负离子浓度和空气质量的日变化规律曲线为双峰形，总的规律为上午高，下午低，一天中存在2个峰值，分别为上午7:00点(563.75个/cm3)和8:00点(789.67个/cm3)，IC值为1.11和1.40，大于1，为清洁或最清洁。其它时间处于平稳趋势；（4）空气负离子浓度和空气质量的季节变化规律曲线为多峰形， 1月最低，为256.20个/cm3，IC值为0.36；7月最高，为542.86个/cm3，IC值为1.06。总趋势为夏、秋季高，春季适中，冬季最低。

空气负离子浓度；空气质量；湖南省森林植物园

J.Thomson第一个以公式方法来表达离子的特性，同时建立了正、负离子的模型，接着Eiseer和Geieel证明了离子的存在，即带有正、负电荷的粒子，其粒径略大于分子的直径。20世纪30年代德国Dessauer开创了大气正、负离子生物的研究。到1889年德国科学家Elster和Geital首先发现了空气负离子的存在,德国物理学家Philip Leonard博士第一个在学术上证明负离子对人体的功效，到1902年Aschkinass和Caspari等肯定了空气负离子存在的生物学意义[1-2]。半个世纪以来，空气负离子研究在欧、美、日各国已经历了很长的发展、应用阶段。我国自1978年由伊朗的沙啥瓦特博士引进一台电子仪器——生物滤器(biological filter)，即我国负离子发生器的前身，至今空气负离子的研究已经历了80年代初、90年代初两个发展高潮。目前我国的研究主要侧重于对自然和人为环境中的空气负离子浓度的测定，但由于测试的手段和测试的仪器还不够完善，缺少系统定量的研究，从而影响了研究者对负离子的深入研究。本研究主要是以湖南省森林公园为研究对象，系统定量研究森林中的空气负离子溶度状况，以期对今后森林旅游资源开发提供参考。

1 研究区概况

湖南省森林植物园位居湖南省会长沙南部，全园占地面积140hm2，内有水域6 hm2，主要以阔叶林为主，森林覆盖率90%以上，空气非常清新。园内逐步建成集科研生产、科普教育、生态旅游、体育休闲于一体，突出植物特色，强调参与个性，崇尚自然享受美的综合性植物园和森林公园。现园内共引种驯化、异地保存植物156科470属2 100余种，并在此基础上营建了亚热带较大的珍稀濒危植物异地保护区，区内护存珍稀濒危植物54科95属118种，其中包括有“植物界的大熊猫”之美誉的银杉及“鸽子树”之佳称的珙桐等国家一级保护植物6种。根据不同植物的特点，建有“木兰园”、“桂花园”、“茶花园”、“樱花园”、“竹园”、“杜鹃园”、“枫香带”、“荫生植物园”、“珍稀植物园”等不同的专类植物收集区，使园内一年四季的风景如画，季季有花赏、有香闻、有景看。在这里，人们可以尽享人工创造的大自然美景。丰富的植物资源既为园内的景色添彩，又为广大自然爱好者提供了亲近的对象和学习的素材。

2 研究方法

2.1 测定方法

此监测采用中南林业科技大学森林研究中心研制的FTP-2型大气离子测量仪[3]，其量程为10.00～1.99×106个/cm3，最小检测量为10个/cm3，检测精度±20%。研究组于2011年9月至2012年8月对湖南省森林植物园地的不同时间及不同地点的空气负离子浓度进行监测，每次为1 d，并记录各个方向的最大值和平均值。共设6监测点，取其均值作为相应月份的空气负离子含量，为了减少干扰，测量均选择在晴天进行，对每个地点测量3次，然后取其均值作为日变化。

2.2 评价方法

空气离子的浓度，就小离子而言，大陆上平均离子浓度为750个/cm3，负离子浓度为650个/cm3，但分布很不均匀，有的地方平均只有50个/cm3，有的地方平均可达1 000个/cm3，甚至更多，一般正离子浓度大于负离子浓度，其比值平均为1.15。瀑布附近空气负离子浓度最高，如中南林学院吴楚材测出桃源洞国家森林公园的珠帘瀑布北侧河边为6.46×104个/cm3[4]。空气负离子是重要的生态旅游资源，有杀菌、预防疾病的功效，被喻为“空气维生素和长生素”[5]。据医学家研究表明， 空气负离子浓度达到700个/cm3以上时才有益于人体健康，当浓∕度达到1万个/cm3以上时才能治病，当负离子浓度大于或等于正离子浓度时，才能使人感到舒适，并对多种疾病有辅助治疗作用[6]。因而空气中负离子浓度越来越受关注，它已成为评价空气清洁新鲜程度，建立森林浴场、森林小屋、别墅、度假村等旅游开发项目的重要依据之一[7]。在环境质量评价中以正、负离子之比的单极系数（q=n+/n-)和空气负离子评价系数（IC=n-/1000q)使用最多。一些学者经过研究认为单极系数等于或小于1时，才能给人以舒适感。单极系数小于1，表示空气中负离子浓度大于正离子浓度，单极系数越小，表示负离子浓度比正离子浓度高得越多，对人体越有利。日本学者研究表明，当n-大于1 000个/cm3，且q值小于1时，空气清洁舒适，对人体健康最为有益[8-9]。 而空气负离子评价系数IC综合考虑了正、负离子的构成比，其评价标准方法，目前我国还没统一的评价标准，国外一般采用安培等提出的空气质量分级标准，该评价方法的计算公式为：

IC=(负离子浓度 /1000)×(1/q)。

式中：IC为空气质量评价指数；q是单极系数，可表示为：

n+/n-表示正离子数与负离子数之比。

按空气质量评价指数可将空气质量分为5个等级[10]（见表1）。

表1 空气清洁评价标准Table 1The criteria for evaluating air clear degree

3 结果与分析

3.1 湖南省森林植物园空气负离子浓度变化规律

将湖南省森林植物园各个监测点在2011年9月～2012年8月一年内所监测的空气负离子浓度的数据予以相加得以平均，其结果见表2。从表2可以看出，湖南省森林植物园的水边空气负离子浓度平均为422个/cm3，最大值为520个/cm3，正离子浓度平均为193.33个/cm3，最大值为290个/cm3，IC值为1.02。如把空旷地（CK）和林内加上，则湖南省森林植物园空气负离子浓度平均为284.46个/cm3，正离子浓度平均为136.64个/cm3，IC值为0.94。可见按照安倍空气质量分级标准IC值在A～B两个等级之间，由此可以说明此地可以带给人们舒适的感觉，是市民休闲、健身的好地方。

表2 湖南省森林植物园各监测点空气负离子的变化Table 2 Change of air ions of different measuring spots in the Hunan Forest Botanical Garden

3.2 湖南省森林植物园空气负离子时间变化规律

3.2 1湖南省森林植物园空气负离子日变化分析

为了研究空气负离子日变化规律，于2011年10月对湖南省森林植物园空气负离子浓度日变化进行测定。测量的时间均为6：00～20：00，每隔1 h测量1次，取其平均值，结果见图1。

图1 湖南省森林植物园空气负离子浓度日变化情况Fig.1change of air ions in a day in Hunan Forest Botanical Garden

空气离子浓度的日变化与大气气溶胶含量的日变化密切相关。由图1可以看出，一天中空气负离子浓度均为上午大于下午，最大值出现在6：00～9：00，为789.67个/cm3；次大值出现在19：00～20：00，为491.27个/cm3；最小值出现在15：00前后，为289.00个/cm3；次小值出现在10：00～12：00，为412.75个/cm3。正离子浓度和IC值的日变化规律与负离子浓度的日变化规律相类似。

空气离子浓度会随时间、人流量、车流量等有关活动发生变化。在人流量和车流量高峰时段，空气离子浓度通常会出现很大变化。如图1可得知，13：00～15：00人流和车流明显增加，空气离子浓度和IC值明显降低。11：00空气负离子浓度为407.58个/cm3，正离子浓度为284.17个/cm3，IC值为0.61；到了15：00，空气负离子浓度为289.00个/cm3，正离子浓度为212.17 个/cm3，IC值为0.42。

3.2.2 湖南省森林植物园空气负离子季节变化分析将湖南省森林植物园2011年9月～2012年8月的空气离子监测资料按月份进行统计，把每月测量的空气正、负离子数量的平均值进行相加，得出平均值作为湖南省森林植物园相应月份的空气正、负离子数量，得到了12个月的空气离子数和空气质量变化情况见图2。

空气离子浓度不仅具有日变化特征外，而且

图2 湖南省森林植物园空气离子的季节变化（2011年9月～2012年8月）Fig.2seasonal change of air ions in Hunan Forest Botanical Garden (from 20119 to 20128)

还有明显的季节变化特征。由图2可得，湖南省森林植物园一年中负离子浓度以秋季最高，平均为521.48 个/cm3；其次是夏季、春季，平均为496.51 个 /cm3、361.11 个 /cm3；冬季最低，平均为302.40个/cm3。夏、秋两季空气质量相差不大，都接近或达到最清洁程度；而冬季空气质量最差，为允许；春季空气质量为适中，为清洁，靠近中等程度。冬季空气质量最差的究其原因是：冬季能源消耗大，污染物排放量多，植物光合作用降低，故空气负离子浓度降低，空气质量下降。夏、秋季空气质量好的原因是：夏、秋季污染相对减轻，植物光合作用最强，空气负离子浓度和空气质量都提高。总体来说，湖南省森林植物园空气质量良好，适合旅游资源的开发，同时给人们带来了舒适的感觉，是市民休闲、健身的好地方。

4 结论与讨论

（1）湖南省森林植物园空气离子浓度总趋势均为空旷地向林内、水边逐渐变好。安倍空气离子评价指数的水平分布指数由空旷地向林内、水边逐渐增加， 空旷地平均为0.81， 属清洁；林内平均为1.00，属清洁；水边平均大于1.00，属清洁或最清洁。空气负离子浓度和空气质量依次为水边＞林内＞空旷地。说明有林地区空气负离子浓度明显高于无林地区，因此对结构不好的地区可以进行适当的改造，以更大地发挥森林增加空气负离子的作用。

（2）湖南省森林植物园空气负离子浓度和空气质量有明显的日变化差异。一天中上午空气负离子浓度平均大于下午，日变化曲线为双峰形，两个峰值分别出现在上午 7：00和8：00左右。由于7：00和8：00污染较少，植物光合作用较强，因此人们锻炼应选在上午日出以后为最好。11：00～18：00人、车流能源消耗大，污染物排放多，故空气负离子浓度降低，空气质量下降。溪流和瀑布在增加空气清洁度上有极为明显的作用，因此可适当增加喷泉和活动水面等，以弥补过多的水泥路面和过多的人流、车流对空气质量的负面影响。

（3）湖南省森林植物园空气负离子浓度和空气质量也有明显的季节变化差异，不同的季节条件下空气负离子浓度和空气质量出现差异，总趋势表现为夏、秋季高，春季适中，冬季低的季节变化规律。

（4）运用新方法、新思维，多角度深化空气负离子研究[11]。主要方向有：①改进空气负离子观测仪，使其进一步适应各种环境条件下观测的要求；②森林旅游资源中空气负离子的研究涉及面广，需要多学科的协作和交叉；③加强横向研究，分析森林中空气负离子与空气质量、空气负离子和污染状况的相关关系，为编制新的旅游资源分类指标体系提供理论依据。

同时，他山之石，可以攻玉，应当加强国内外合作，有选择地引进国外成果。

（5）空气离子浓度和空气质量随地点和时间的不同发生变化，上述结论是在2011～2012年大量观测基础上得出来的，不代表任何具体时间、具体地点的情况。

[1]邵海荣,贺庆棠,阎海平,等.北京地区空气负离子浓度时空变化特征的研究[J].北京林业大学学报,2005,27(3):35-39.

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[3]赵 坤.“FTP-2型大气离子测量仪”通过鉴定[J].林业科技开发,2004,18(3):79.

[4]吴楚材, 黄绳纪.桃源洞国家森林公园负离子含量及评价[J].中南林学院学报,1995,15(1):9-12.

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[11]保继刚,楚义芳.旅游地理学[M].北京:高等教育出版社,1993.

Analysis on variation of negative air ion in Hunan Forest Botanical Garden

XIAO Hong-yan, TAN Yi-min, TANG Yan
(Forest Recreation Research Center, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

From September 2008 to August 2009, the positive and negative ions concentrations of air in Hunan Forest Botanical Garden(whole forest park and its three ecological regions) were measured by using FTP-2 aero anion measuring instrument, and by adopting Japanese Evaluating Indicator(CI), the air quality of the park was evaluated. The results are as follows. (1) The air ion concentration of the forest botanical garden of Hunan province changed obviously in the vertical direction, and that in the garden was higher than that at other places inside the park. (2)The negative air ion concentrations and CI increased gradually from the clearing to water zone, the negative air ion concentrations in forested areas were obviously higher than those in non-forested areas; the negative air ion concentrations obviously increased in the areas where the moving waters, such as waterfall and rivulet; the air ion concentration and air quality in different functional areas were different each other in the park, and the descending sequence is: that at the waterside that in the forest that in the hollowness. (3) the diurnal variation curves of air-anion concentration and the air quality showed a double peak type,the general rules were high in the morning low in the afternoon; there were two peak values, at 7:00and 8:00am (563.75 and 789.67 air ion/cm3), their corresponding CI values were 1.11 and 1.40(when the CI value greater than 1,showed the air quality level was clear or clearest),and the curves showed two peaks .the curves were remained stable at other time. (4) The seasonal variation curves of air ion concentration and air quality showed double waveform; the whole trend that the digital of 256.20the air ion per cubic centimeter in January was the lowest, and the CI was 0.36,on the contrary the digital of 542.86 the air ion per cubic centimeter was the highest and the CI was 1.06. In terms of the season, the descending sequence of air ion concentration and air quality was: that of summer and autumn that of spring that of winter.

negative air ion concentration; air quality; Hunan Forest Botanical Garden

2014-01-10

国家林业公益性行业科研专项（201004014）

肖红燕 （1989-），女，湖南株洲人，硕士研究生，研究方向：森林游憩；E-mail：514380024@qq.com

谭益民（1962-），男，湖南湘潭人，博士，教授，博士生导师，主要从事森林旅游、生态旅游、旅游规划等相关研究；

E-mail：csfutanyimin@126.com

S718.56；F590.31

A

1673-923X(2014)05-0092-04