李海濤

（河北省塞罕壩機械林場總場森林調(diào)查隊，河北圍場 068466）

塞罕壩森林釋放負離子生態(tài)效益研究

李海濤

（河北省塞罕壩機械林場總場森林調(diào)查隊，河北圍場 068466）

空氣中的負離子具有降塵、清潔空氣、殺菌、醫(yī)療等功效，被譽為“空氣維生素與生長素”，負離子以其獨特的生態(tài)效益逐漸被理論界和公眾認識，森林環(huán)境中的負離子已經(jīng)成為當(dāng)前森林旅游產(chǎn)品開發(fā)的一個熱點，該文將對塞罕壩機械林場森林釋放負離子的生態(tài)效益進行評價，為林場科學(xué)經(jīng)營與可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

塞罕壩；森林；負離子

塞罕壩機械林場位于內(nèi)蒙古高原與冀北山地交匯處，總經(jīng)營面積9.3萬hm2，有林地面積7.5萬hm2。按地形分壩上、壩下兩部分，壩上是內(nèi)蒙古高原南緣，以丘陵、曼甸為主；壩下是陰山山脈與大興安嶺余脈交匯處，典型的山地地形。年均氣溫-1.4℃，極端最高氣溫30.9℃，極端最低氣溫-43.2℃，年均無霜期67d，冬季寒冷，夏季涼爽，屬寒溫性高原氣候。在植被上處于森林草原過渡地帶，野生動植物資源豐富。如此獨特的氣候，加上優(yōu)美壯觀的森林草原景觀，在整個華北地區(qū)均屬罕見，成為夏季避暑度假、旅游觀光，冬季滑雪、娛樂的理想場所。

1 森林空氣負離子的產(chǎn)生及功能

空氣負離子就是大氣中的中性分子或原子，負離子的產(chǎn)生與環(huán)境因素相關(guān)性較強，主要有自然界中放射性物質(zhì)的電離、水沖擊作用、宇宙射線、植物尖端放電和光電效應(yīng)、空氣與地面的摩擦作用及雷電現(xiàn)象等，雷電會產(chǎn)生幾十萬伏、上百萬伏的高壓，會電離氧、氮、二氧化碳分子，制造大量的負離子，使空氣得到凈化，這就是雷雨過后人們感覺空氣清新的原因。瀑布、森林、海邊都存在大量的負離子。

樹冠、枝葉的尖端放電以及光合作用過程的光電效應(yīng)均會促使空氣電解，產(chǎn)生大量的空氣負離子。植物釋放的揮發(fā)性物質(zhì)如植物精氣（又叫芬多精）等也能促進空氣電離，從而增加空氣負離子濃度。另外森林環(huán)境中造就的特殊氣候因子也是產(chǎn)生和維持負離子的重要因素，如由于森林具有涵養(yǎng)水源的作用，使森林空氣濕度增加，同時還可產(chǎn)生山泉、瀑布等負離子的發(fā)生源。從空間分布上看，森林環(huán)境中的空氣負離子濃度要比其它地方高，這是由于林下土壤疏松，巖石和土壤中的放射性元素容易逸出土壤而進入空氣，太陽光照射到森林植物枝葉上會發(fā)生光電效應(yīng)，樹木釋放出的芳香揮發(fā)性物質(zhì)等使林中空氣發(fā)生電離，加上樹木具有除塵作用，這些均使林區(qū)的負離子濃度升高，林內(nèi)植物越多，空氣負離子濃度越高。大城市的室內(nèi)每立方厘米中僅有負離子30～40個，室外有100～200個，郊外風(fēng)景區(qū)最高可達1萬個以上，森林和瀑布的局部區(qū)域可高達2萬個，森林的空氣負離子濃度比城市室內(nèi)可高出80～1600倍。從時間分布上看，一年當(dāng)中，森林空氣負離子濃度是夏秋高于冬春，夏季最高，冬季最低，夏季高是與該季節(jié)空氣相對清潔、濕度大、植物生長茂盛、代謝功能強、太陽紫外線照射強烈等因素有關(guān)，冬季較低主要由于冬季植物光合作用微弱、空氣污染相對嚴重、風(fēng)沙大、霧多等因素。

負離子對人體健康具有重要作用，被稱為“空氣中的維生素”。醫(yī)學(xué)實驗表明，負離子具有凈化空氣、殺滅病菌、促進新陳代謝、改善心肺功能、改善睡眠、增強記憶力、增加肌體抗病能力、治療疾病等功能。森林中的空氣負離子是使人長壽的一個重要因素，森林環(huán)境中高濃度的空氣負離子已成為一種寶貴的旅游資源。

2 研究方法

2.1 森林釋放負離子的物理量測定

根據(jù)塞罕壩機械林場森林資源情況，將測定的森林類型分為三大類，分別是針葉幼齡林、針葉中近成過熟林、闊葉林，標(biāo)準(zhǔn)地分別設(shè)在對以上3個森林類型具有代表性的落葉松幼齡林、落葉松近熟林、白樺成熟林中。根據(jù)小班調(diào)查數(shù)據(jù)，參照郁閉度、胸徑、樹高、與水面距離等指標(biāo)，在每個森林類型中選擇20m×30m標(biāo)準(zhǔn)地3塊，共9塊標(biāo)準(zhǔn)地，在每塊標(biāo)準(zhǔn)地中根據(jù)胸徑、樹高、冠幅確定3株標(biāo)準(zhǔn)木，在標(biāo)準(zhǔn)木樹冠下測空氣負離子數(shù)據(jù)。選取離林區(qū)約1000m的空地一塊為對照樣地進行測定。

運用日本ITC-201A負離子測定儀，對標(biāo)準(zhǔn)地中的標(biāo)準(zhǔn)點測定溫度、濕度、正負離子濃度，以每天的平均數(shù)量作為全月的每天平均數(shù)量。測定正負離子的方法采用4個方向各讀數(shù)3次穩(wěn)定值的方法，在每天的 6：00～8：00、8：00～10：00、10：00～12：00、12：00～14：00、14：00～16：00、16：00～18：00各測定1次，連續(xù)測定3d。

不同林分的日變化根據(jù)所測的平均值求算，年釋放總量根據(jù)如下公式計算：

式中：Nh—各個月份各個林分的平均負離子濃度；T—負離子存活的時間，這里假設(shè)為5min；H—林分平均樹高；S—林分面積。

2.2 基于負離子濃度的空氣質(zhì)量評價方法

運用安培空氣質(zhì)量（清潔度）評價指數(shù)法，計算公式為：Ci=n/1000×q，式中：Ci—空氣質(zhì)量評價指數(shù)；n—空氣負離子濃度；q—單極系數(shù)，是空氣正離子量與負離子量的比值。等級評價見表1。

表1 空氣清潔度等級評價

2.3 森林年負離子釋放的經(jīng)濟價值核算

森林改善和凈化空氣質(zhì)量的生態(tài)效益已經(jīng)為人們所認識，負離子濃度是評價空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)，對森林產(chǎn)生負離子的經(jīng)濟價值進行評價具有非常重要的作用，評價方法采用替代工程法和旅游費用法。

3 結(jié)果與分析

3.1 空氣正負離子濃度的日變化

各林分的空氣負離子濃度在清晨和上午10～12時較高，而下午和晚間較低（圖1），負離子濃度的最低點均出現(xiàn)在12～14時，這與溫度和空氣清潔度有一定關(guān)系。配對樣本的林外空地的負離子濃度為0～20，在此忽略不計。故確認森林具有釋放負離子的功能。

塞罕壩機械林場森林負離子的最高濃度達到84600個/cm3，出現(xiàn)在早上6～8時的落葉松幼齡林內(nèi)，平均負離子濃度達到2521.4個/cm3，經(jīng)過與北京市區(qū)和郊區(qū)的對比，塞罕壩機械林場的負離子濃度遠高于北京地區(qū)（表2）。

表2 塞罕壩機械林場森林空氣負離子濃度與北京地區(qū)對比

各林分正離子濃度分布不均，如圖2所示，闊葉林的正離子較高，比較高的時間分別是6～8、10～12、16～18時，呈現(xiàn)出W形的分布；針葉中齡以上林的正離子濃度高點出現(xiàn)在早上6～8時，最低點出現(xiàn)在中午12～14時；針葉幼齡林的正離子濃度高點出現(xiàn)在10～12時，最低點為早上6～8時。

3.2 空氣質(zhì)量評級

根據(jù)安培評級法對各林分的空氣質(zhì)量進行評級，如表3所示，各林分的空氣質(zhì)量在8月份均為A，空氣質(zhì)量良好。其中各個林分類型在6～8、10～12時的空氣質(zhì)量均為A，這兩時段的空氣較為清潔。

3.3 空氣負離子的年釋放量及價值評價

在森林產(chǎn)生負離子的總量計算中，因為8月份植物正處于生長季節(jié)中，這里認定8月份實測的負離子濃度為年平均濃度。經(jīng)計算，3個林分類型空氣負離子年釋放總量分別達到1.23204×1023、6.21059×1023、4.06352×1023個，塞罕壩機械林場森林釋放負離子總量為1.15061×1024個（見表 4）。

森林空氣負離子的生態(tài)效益主要體現(xiàn)在對人的生理功能和心理健康的影響方面。由于當(dāng)前對指標(biāo)量化的困難，所以采用替代工程法進行評價。據(jù)查，輸入功率為50W的負離子發(fā)生器發(fā)生的離子數(shù)約為5×1010～5×1011個/s，年釋放量為2.16×1016個，若達到全場森林釋放1.15061×1024個負離子的目的，需用4378.3萬個負離子發(fā)生器同時工作，按照負離子發(fā)生裝置成本價值5元計，需要投入資金2.19億元建設(shè)這個替代工程。

表3 不同時間的空氣質(zhì)量評價

表4 各林分類型的負離子釋放量

替代工程年運營成本=固定成本×年折舊率+流動成本。其中，年折舊率＝（1＋預(yù)計凈利產(chǎn)值率）/預(yù)計使用年限×100%，凈利產(chǎn)值率為5%，預(yù)計使用年限為50a，經(jīng)計算年折舊率為2.1%。

流動成本主要計算電費，以0.5元/KW·h計，一臺50W的負離子發(fā)生器年消耗費用為218.4元，4378.3萬臺負離子發(fā)生器年費用達到95.62億元。

則塞罕壩機械林場森林釋放負離子的替代工程運營價值=2.19×2.1%+95.6=95.66億元。此數(shù)字未包括負離子發(fā)生器運營所需的安裝、維護和管理費用，故用人為方法達到森林釋放負離子作用相同的效果需要投入的資金是極大的。

4 結(jié)論及建議

經(jīng)過對塞罕壩機械林場森林負離子的研究，結(jié)果表明，全場林分年釋放負離子1.15061×1024個，各林分年平均負離子濃度為2000～3100個/cm3，最高值達到每立方厘米84600個，從日變化上看，早上6～8時是負離子濃度較高的時段，從林分類型上看，落葉松幼齡林的負離子濃度較高，年釋放總量也最多。根據(jù)替代工程法對塞罕壩森林釋放負離子的生態(tài)效益進行評價，至少需投資95.66億元購置負離子發(fā)生裝置進行工作，才能達到與森林釋放負離子效果相同的效益。

空氣負離子對人的身心健康具有重要的作用，其濃度已經(jīng)成為檢驗空氣質(zhì)量的一項重要指標(biāo)，應(yīng)充分認識森林釋放負離子的功效，在森林經(jīng)營時科學(xué)合理調(diào)整林齡結(jié)構(gòu)、林分結(jié)構(gòu)，充分利用森林空氣負離子的生態(tài)效益，積極開發(fā)以負離子為主要利用對象的森林旅游項目、休閑療養(yǎng)場所等。

4.1 森林浴

森林浴是指人們在林下散步、娛樂、休息，浸浴于森林新鮮空氣中進行養(yǎng)生的一種活動，是利用森林的“自然健康療法”，森林密布，自然環(huán)境優(yōu)美，空氣清新，適合療養(yǎng)和康復(fù)，結(jié)合運動，增進身體健康。

4.2 森林醫(yī)院

森林醫(yī)院就是把森林空氣負離子同醫(yī)療科學(xué)結(jié)合起來的醫(yī)院，此類醫(yī)院建在富含空氣負離子的區(qū)段，輔以必要的服務(wù)和設(shè)施，患者在其中呼吸新鮮空氣，達到強身治病的功效。

4.3 負離子吸收區(qū)

負離子吸收區(qū)是專門開辟的用于人們吸收森林空氣負離子的區(qū)域，針對病人具有輔助治療的作用，針對健康人可以保健，獲得舒服的人體感受。

4.4 森林旅游景點

負離子作為森林旅游的一個重要產(chǎn)品，是森林旅游環(huán)境質(zhì)量評價的一項重要指標(biāo)，將負離子濃度高的地區(qū)作為重要的森林旅游景點，建設(shè)生態(tài)景區(qū)，提出“健康游、生態(tài)游”的旅游產(chǎn)品定位理念。

S718.56

A

1002-3356（2011）06-0010-03

2011-10-18