趙 慶，錢萬惠，唐洪輝，楊 清

（廣東省林業(yè)科學研究院 廣東省森林培育與保護利用重點實驗室，廣東 廣州 510520）

城市森林保健功能是森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能的一個重要組成部分，它可通過影響一定區(qū)域范圍內的物理和生物環(huán)境，調節(jié)人體的身心健康[1-2]。大量研究發(fā)現，當人長時間處在森林的大環(huán)境中，自身部分生理和心理疾病有向好的趨勢[3-4]。然而，森林的保健功能在不同氣候下是不同的，導致不同季節(jié)同一林分的保健功能上存在差異[5]。因此，在多個維度時間條件下，開展林分保健功能水平研究，有利于明晰氣候、環(huán)境因素對森林保健功能的影響，摸清不同林分保健功能的季節(jié)變化規(guī)律，為城市居民提供一個更為優(yōu)質的森林環(huán)境。以往的學者已對森林保健的概念、功能方面開展了深入的分析，并通過單一功能的評價來反映森林的保健功能差異[6-11]，如樹木的揮發(fā)性成分、PM2.5濃度或空氣負離子分布等。上述研究雖為森林保健功能評價、機理分析以及變化規(guī)律提供了有價值的探索，但僅僅從單一保健功能進行研究，不符合森林保健是多種功能綜合的結果這一事實，即不同林分類型、多個保健因子、多個時間段以及不同季節(jié)均會影響森林保健功能，這恰是研究影響森林保健功能發(fā)揮內在機理的基礎。本研究在前期對云勇森林公園研究的基礎上，通過分析不同時間維度下森林保健功能差異，進一步探究森林保健功能的變化規(guī)律，為構建森林保健綜合評價方法提供新的思路。

1 研究區(qū)概況

云勇森林公園位于廣東省佛山市云勇生態(tài)林養(yǎng)護中心內，總面積為2 007.8 hm2，森林覆蓋率達95.7%，是廣東省第一家“中國森林體驗基地”。研究區(qū)為典型的南亞熱帶季風氣候，地形復雜多變，相對高差在50～100 m 之間，最高峰雞龍山的海拔為418.7 m，土壤中大多為赤紅壤，有機質含量高。研究區(qū)內主要樹種包括木荷Schima superba，陰香Cinnamomum burmannii，黧蒴錐Cɑstɑnopsis fissɑ，樟樹Cinnamomum camphora，灰木蓮Magnolia blumei，尾葉桉Eucalyptus urophylla，濕地松Pinus elliottii，杉木Cunninghamia lanceolata等。

2 研究方法

2.1 樣地設置

本研究選取了云勇森林公園6 種典型林分作為研究樣本，包括：陰香、灰木蓮、濕地松、黧蒴錐、桉樹、闊葉混交林。6 個樣地面積均為1.5～2.0 hm2，郁閉度為0.7～0.9，其中闊葉混交林的喬木層主要為細葉榕Ficus microcarpa、米老排Mytilaria laosensis、大葉紫薇Lagerstroemia speciosa、火焰木Spathodea campanulata、鳳凰木Delonix regia等，其他林分均為純林，其喬木層95%以上均為建群樹種。

2.2 取樣時間和方法

本研究旨在分析不同季節(jié)下6 種林分保健功能的變化趨勢，因此，結合珠三角地區(qū)氣候的實際情況，試驗根據不同氣溫梯度分為3 個時期：第1 次，2016年12月中旬，試驗期氣溫14.7～22.6 ℃；第2 次，2017年5月上旬，試驗期氣溫23.9～29.7 ℃；第3 次，2017年9月下旬，試驗期氣溫29.4～35.2 ℃。取樣的具體時間和方法參照前期研究[12]。

2.3 指標選取和計算

本研究選取體感舒適度等級，空氣離子指數，環(huán)境空氣顆粒物和植物精氣等4 個指標，通過方差分析，評價6 種林分的保健功能差異。其中體感舒適度等級指標計算方法參考陸鼎煌等[13]建立的體感舒適度模型，氣象數據采用小型氣象站Kestrel 4500 監(jiān)測；空氣離子指數評價參考石強等人建立的空氣離子系數模型[14]，空氣離子數據采用KEC-900+空氣離子測試器監(jiān)測；環(huán)境空氣顆粒物和植物精氣的評價參考趙慶等人的計算方法[12]，空氣顆粒物指標采用美國Met One Instruments-Aerocet 531 監(jiān)測。

3 結果與分析

3.1 體感舒適度分析

根據體感舒適度評價差異特征可知（圖1）：（1）陰香林3 次測試的綜合舒適指數分別為3.68～4.83，1.64～2.67，4.29～6.76，通過方差分析可得出體感舒適度表現出極顯著差異（P＜0.001），第2 次（2017年5月）的體感舒適度最優(yōu)，第3 次（2017年9月）的體感舒適度最差；（2）灰木蓮林3 次測試的綜合舒適指數分別為3.89～5.29，1.25～3.12，4.66～6.61，通過方差分析可得出體感舒適度表現出極顯著差異（P＜0.001），第2 次（2017年5月）的體感舒適度最優(yōu)，第3 次（2017年9月）的體感舒適度最差；（3）濕地松林3 次測試的綜合舒適指數分別為4.04～4.98，3.71～4.73，4.21～9.11，通過方差分析可得出體感舒適度表現出顯著差異（P＜0.01），第2 次（2017年5月）的體感舒適度最優(yōu)，第3 次（2017年9月）的體感舒適度最差；（4）黧蒴錐林3 次次測試的綜合舒適指數分別為4.17～5.54，3.62～4.30，4.20～6.96，通過方差分析可得出體感舒適度表現出顯著差異（P＜0.01），第2 次（2017年5月）的體感舒適度最優(yōu)，第3 次（2017年9月）的體感舒適度最差；（5）桉樹林3 次測試的綜合舒適指數分別為3.03～4.99，2.92～4.66，4.47～8.91，通過方差分析可得出體感舒適度表現出有統(tǒng)計學差異（P＜0.05），第2 次（2017年5月）的體感舒適度最優(yōu)，第3 次（2017年9月）的體感舒適度最差；（6）闊葉林3 次測試的綜合舒適指數分別為4.67～6.21，3.38～5.07，4.48～6.57，通過方差分析可得出體感舒適度表現出有統(tǒng)計學差異（P＜0.05），第1 次（2016年12月）的體感舒適度最優(yōu)，第3 次（2017年9月）的體感舒適度最差。

圖1 體感舒適度評價Fig.1 Evaluation of human comfort index

6 種林分的體感舒適度等級總體上處在“舒適”及以上水平，除了濕地松林第3 次測試的15:00 和16:00，以及桉樹林第3 次測試的12:00 和15:00，其體感舒適度處于“不舒適”。除闊葉林之外的其它5 種林分，第2 次（2017年5月）測試的體感舒適度均為最優(yōu)。

3.2 森林空氣離子評價指數分析

根據空氣離子指數差異特征可知（圖2）：（1）陰香林3 次測試的空氣離子評價指數分別為0.04～0.23，0.53～1.26，0.05～0.53，通過方差分析可得出空氣離子評價指數表現出顯著差異（P＜0.01），第2 次（2017年5月）測試的IFC均值為0.71，森林空氣具備一定的保健功能，各時段的IFC等級均為Ⅳ級或以上；（2）灰木蓮林3 次測試的空氣離子評價指數分別為0.10～0.35，0.16～0.95，0.11～0.77，通過方差分析可得出空氣離子評價指數表現有統(tǒng)計學差異（P＜0.05），第2 次（2017年5月）測試的IFC均值為0.64，第3 次（2017年9月）測試的IFC均值為0.52，森林空氣具備一定的保健功能；（3）濕地松林3 次測試的空氣離子評價指數分別為0.06～0.22，0.96～1.27，0.23～0.83，通過方差分析可得出空氣離子評價指數表現出極顯著差異（P＜0.001），第2次（2017年5月）測試的IFC均值為1.12，森林空氣具備一定的保健功能，各時段的IFC等級均為Ⅲ級或以上；（4）黧蒴錐林3 次測試的空氣離子評價指數分別為0.06～0.12，0.68～0.99，0.35～1.04，通過方差分析可得出空氣離子評價指數表現出極顯著差異（P＜0.001），第2 次（2017年5月）測試的IFC均值為0.79，森林空氣具備一定的保健功能，各時段的IFC等級均為Ⅳ級或以上；（5）桉樹林3 次測試的空氣離子評價指數分別為0.07～0.14，0.49～0.76，0.52～1.48，通過方差分析可得出空氣離子評價指數表現出顯著差異（P＜0.01），第2 次（2017年5月）測試的IFC均值為0.60，第3 次（2017年9月）測試的IFC均值為0.94，森林空氣具備一定的保健功能；（6）闊葉混交林3 次測試的空氣離子評價指數分別為0.10～0.18，0.40～1.49，0.35～0.52，通過方差分析可得出空氣離子評價指數表現出顯著差異（P＜0.01），第2 次（2017年5月）測試的IFC均值為0.93，森林空氣具備一定的保健功能。

圖2 空氣離子指數評價Fig.2 Evaluation of air ion index

6種林分的空氣離子指數等級在不同的測試季節(jié)呈現出明顯的規(guī)律。其中第2 次（2017年5月）測試的均值達到Ⅳ級及以上，具有一定的保健作用。除桉樹林之外的其它5種林分，第2次（2017年5月）測試的空氣離子指數等級均為最優(yōu)。同時，第2 次（2017年5月）和第3 次（2017年9月）時的不同時段空氣負離子指數等級出現較大的波動。

3.3 空氣顆粒物質量濃度指標分析

根據空氣顆粒物PM2.5差異特征可知（圖3）：（1）陰香林3 次測試的PM2.5質量濃度分別為11.80～16.05 μg·m-3，10.25～17.75 μg·m-3，6.50～7.70 μg·m-3，通過方差分析可得出PM2.5質量濃度表現出極顯著差異（P＜0.001），第3 次（2017年9月）測試的PM2.5質量濃度均值為6.76 μg·m-3，空氣質量極顯著優(yōu)于第1 次測試和第2 次測試結果；（2）灰木蓮林3 次測試的PM2.5質量濃度分別為10.55～15.2 μg·m-3，11.75～14.60 μg·m-3，5.95～6.95 μg·m-3，通過方差分析可得出PM2.5質量濃度表現出極顯著差異（P＜0.001），第3 次（2017年9月）測試的PM2.5質量濃度均值為6.42 μg·m-3，空氣質量極顯著優(yōu)于第1 次測試和第2 次測試結果；（3）濕地松林3 次測試的PM2.5質量濃度分別為2.85～3.40 μg·m-3，20.1～56.45 μg·m-3，3.30～5.75 μg·m-3，通過方差分析可得出第1 次（2016年12月）測試和第3 次（2017年9月）測試的PM2.5質量濃度具有統(tǒng)計學差異（P＜0.05），第1 次（2016年12月）測試的空氣質量優(yōu)于第3 次測試結果，第2 次（2017年5月）測試在14:00～15:00 之間，其PM2.5質量濃度開始超過一級質量濃度限值；（4）黧蒴錐林3 次測試的PM2.5質量濃度分別為9.20～11.45 μg·m-3，20.85～43.05 μg·m-3，2.00～2.40 μg·m-3，通過方差分析可得出第1 次（2016年12月）測試和第3次（2017年9月）測試的PM2.5質量濃度具有統(tǒng)計學差異（P＜0.001），第3 次（2017年9月）測試的空氣質量優(yōu)于第1 次（2016年12月）測試結果，第2 次（2017年5月）測試在14:00～15:00之間，其PM2.5質量濃度開始超過一級質量濃度限值；（5）桉樹林3 次測試的PM2.5質量濃度分別為3.2～3.85 μg·m-3，18.80～34.15 μg·m-3，3.40～7.40 μg·m-3，通過方差分析可得出第1 次（2016年12月）測試和第3 次（2017年5月）測試結果不存在統(tǒng)計學差異，但其空氣質量極顯著優(yōu)于第2 次（2017年9月）測試結果（P＜0.001）；（6）闊葉混交林3 次測試的PM2.5質量濃度分別為8.05～12.1 μg·m-3，12.1～29.75 μg·m-3，1.95～2.35 μg·m-3，通過方差分析可得出PM2.5質量濃度表現出極顯著差異（P＜0.001），第3 次（2017年9月）測試的PM2.5質量濃度均值為2.17 μg·m-3，空氣質量極顯著優(yōu)于第1 次測試和第2 次測試結果。

6 種林分的PM2.5質量濃度總體上處在一級質量濃度限值范圍內，除了濕地松林和桉樹林在14:00 時間段后出現了超過了一級質量濃度限值的情況。同時，不同林分的空氣質量呈現出不同趨勢，陰香林、灰木蓮林、黧蒴錐林和闊葉混交林在第3次（2017年9月）測試時的空氣質量表現為最優(yōu)，而濕地松林和桉樹林則在第1 次（2016年12月）測試時的空氣質量表現為最優(yōu)。

3.4 植物精氣GC-MS 分析

通過分離鑒定第1 次測試（2016年12月）的林分內部空氣，從6 種林分的揮發(fā)物樣品中檢測植物精氣類物質共有7 種，種類和相對含量如表1所示。6 種林分所釋放植物精氣相對含量均較低，其中陰香林和灰木蓮未檢測出有植物精氣類物質；濕地松釋放2 種（0.58%），主要為萜烯類物質（0.41%）；桉樹釋放3 種（0.23%），主要為醛類物質（0.23%）；黧蒴錐釋放4 種物質（2.55%），主要為醛類物質（2.02%）；闊葉林釋放3 種（4.90%），主要為醛類物質（3.16%）。

通過分離鑒定第2 次測試（2017年5月）林分內部的空氣，從6 種林分的揮發(fā)物樣品中檢測植物精氣類物質共有11 種，種類和相對含量如表2所示。6 種林分所釋放植物精氣相對含量均較低，其中陰香林釋放5 種（8.15%），主要為醛類物質（6.74%）；灰木蓮釋放3 種（3.01%），主要為醛類物質（2.03%）；濕地松釋放4 種（3.92%），主要為醛類（3.64%）物質；桉樹釋放3 種（2.91%），主要為醛類物質（2.14%）；黧蒴錐釋放4 種物質（7.99%），主要為醇類物質（7.45%）；闊葉林釋放3 種（1.91%），主要為醛類物質（1.25%）。

圖3 空氣顆粒物評價Fig.3 Evaluation ofatmosphericparticulate matter

表1 植物精氣相對含量（第一次）Table 1 Relative content of phytoncide (The first test)

通過分離鑒定第3 次測試（2017年9月）林分內部的空氣，從6 種林分的揮發(fā)物樣品中檢測植物精氣類物質共有7 種，種類和相對含量如表3所示。6 種林分所釋放植物精氣相對含量均較低，其中陰香林釋放2 種(2.57%)，主要為醛類物質(2.35%)；灰木蓮釋放2 種(2.06%)，均為為萜烯類物質(2.06%)；濕地松釋放4 種(9.44%)，主要為萜烯類物質(7.95%)；桉樹釋放2 種(6.68%)，均為萜烯類物質；黧蒴錐釋放3 種物質(4.47%)，均為萜烯類物質；闊葉林釋放2 種(5.87%)，均為萜烯類物質。

表2 植物精氣相對含量（第二次）Table 2 Relative content of phytoncide (The second test)

對6 種林分在不同季節(jié)下釋放植物精氣情況進行對比可知（圖4）：除了濕地松林和桉樹林之外，3 次測試中6 種林分空氣植物精氣相對總含量均在10%以下；通過方差分析可得出3 次測試的林分內植物精氣相對含量存在顯著差異（P＜0.05）；第2 次和第3 次測試的植物精氣相對含量顯著高于第1 次測試，表明第2 次（2017年5月）和第3 次（2017年9月）測試的6 種林分植物精氣整體含量高于第1 次測試（2016年12月）。

表3 植物精氣相對含量（第三次）Table 3 Relative content of phytoncide (The third test)

3.5 森林保健功能綜合分析

在云勇森林公園內，針對人體舒適度、空氣負離子指數和PM2.5質量濃度這3 項指標，首先將每個時間點下舒適度等級在“舒適”及以上、空氣負離子指數在Ⅳ級以上、PM2.5在一級質量濃度限值內的林分初步作為具有一定綜合保健功能的林分。研究結果表明：不同時間維度下，林分的綜合保健功能表現出一定差異（表4），具體表現為：第1 次測試（2016年12月）時，6 種林分的5 個時間段均未表現出較好的綜合保健功能，其原因主要是6 種林分的5 個時間段其空氣負離子指數均為Ⅴ，不具備保健功能；第2 次測試（2017年5月）時，陰香林5 個時間段均表現出較好的保健功能，灰木蓮林、桉樹林和闊葉混交林分別有4 個時間段表現出較好的保健功能，濕地松林和黧蒴錐林分別有3 個時間段表現出較好的保健功能；第3 次測試（2017年9月）時，黧蒴錐林4 個時間段表現出較好的保健功能，灰木蓮林和桉樹林3 個時間段表現出較好的保健功能，陰香林、濕地松林和闊葉林僅有1 個時間段表現出較好的保健功能。

表4 不同林分保健功能綜合評價?Table 4 Comprehensive evaluation of forest health

根據以上3 個指標的評價結果表明：第1 次測試（2016年12月）6 種林分均不具備保健功能；除了黧蒴錐林之外，其他5 種林分在第2 次測試時（2017年5月）的保健功能均優(yōu)于第3 次測試。

結合GC-MS 結果進一步分析：第2 次測試（2017年5月）陰香林（8.15%）和灰木蓮林（3.01%）的植物精氣含量高于第3 次測試（2017年9月）時陰香林（2.57%）和灰木蓮林（2.06%）的植物精氣含量，因此，可以判定第2 次測試（2017年5月）時陰香林和灰木蓮林的保健功能優(yōu)于第3 次測試（2017年9月）。

4 討 論

森林保健功能是林分多種保健因子綜合作用的結果，不同的時間、季節(jié)、溫度、濕度等多方面的因素制約森林保健功能的發(fā)揮。不同試驗選用的研究對象和分析方法不同，其結果也會存在一定的差異。

晏海等[15]通過不舒適指數(DI)對樹種群落的體感舒適度進行評價，其結果為在試驗樣地中所有樹種群落的舒適度均呈現先上升后下降的趨勢，并不存在顯著差異。然而，該結論具有一定的局限性，它沒有考慮林分體感舒適度受季節(jié)變化的影響，因此，與本研究所得出了不同季節(jié)同一林分的體感舒適度具有顯著差異這一結論有所不同。

本研究得出不同季節(jié)下林分空氣負離子呈現出一定規(guī)律性變化的結論，這與肖紅燕等[16]的研究結果一致。然而，本研究第2 次（2017年5月）測試空氣負離子指數均值達到Ⅳ級及以上，具有一定的保健作用，而第1 次（2016年12月）測試的均值均為Ⅴ級，不具備保健功能，第3 次（2017年9月）測試的均值為第1 次和第2 次測試之間，從總體上整體林分的空氣負離子指數從5月開始呈現下降的趨勢，這與肖紅燕等的研究結果有一定的差異：9月空氣質量最優(yōu)、12月空氣質量最差，5月適中。這可能是研究地點的氣候不同造成的，湖南省森林植物園所處的中亞熱帶與佛山市云勇森林公園所處的南亞熱帶，其氣候條件有所差異，特別是兩地同一時間不同濕度對空氣負離子產生的影響，導致林分的空氣離子指數出現的峰值季節(jié)不同。

本研究進一步證實了林內相對濕度對空氣顆粒物的影響[12]。濕地松林和桉樹林的空氣顆粒物指標季向變化不同于其他4 種林分，這與吳志萍[17]、傅偉聰等[11]研究結果存在差異。但根據李燦等人的研究[18]：“相對濕度加大導致顆粒物粒徑分布向大的方向偏移，即相對濕度增加可以導致空氣顆粒物吸濕變大且可以促進直徑≤1 μm 的細顆粒物聚成較大顆粒物”，因此，在一定范圍內，針對同一林分內部，其相對濕度與PM2.5濃度變化具有一定關聯。然而，這種關聯在不同林分中表現不同，如第1 次測試時黧蒴錐林和濕地松林平均相對濕度分別為60.22%和57.24%，其PM2.5平均濃度分別為3.17 μg·m-3和10.17 μg·m-3，而第2 次測試時黧蒴錐林和濕地松林平均相對濕度分別為93.12%和89.76%，其PM2.5平均濃度分別為35.88 μg·m-3和29.91 μg·m-3，第3 次測試時黧蒴錐林和濕地松林平均相對濕度分別為63.68%和68.44%，其PM2.5平均濃度分別為6.33 μg·m-3和2.2 μg·m-3。從以上結果可以得出PM2.5濃度與相對濕度存在一定正關聯，但由于不同樹種PM2.5濃度與相對濕度關聯系數存在差異，導致不同樹種PM2.5濃度出現了不同的變化趨勢。

植物精氣含量方面，第2 次和第3 次測試的植物精氣相對含量顯著高于第1 次測試。第1 次測試的時間為2016年12月，平均氣溫18.4 ℃，均低于第2 次測試（27.0 ℃）和第3 次測試（31.6 ℃），這很可能是因為氣溫的升高，合成植物精氣的相關生物酶活性提高，揮發(fā)量增大，這與徐潔華等[19]的研究結果一致:即氣溫是影響植物精氣揮發(fā)的一個重要作用因子。同時，研究發(fā)現：3 次測試林分釋放的物質有較大差異，第1 次和第2 次釋放的醛類物質較多，第3 次釋放的萜烯類物質較多，這同樣印證了徐潔華等[20]的觀點，不同溫度條件下林分揮發(fā)的植物精氣成分組成不盡相同。

5 結 論

研究表明，同一林分不同季節(jié)的體感舒適度具有顯著差異。體感舒適度是氣溫、相對濕度和風速3 個因子加權的結果。根據公式分析，氣溫（0.6）和風速（0.5）這2 個因子的權重遠遠高于相對濕度（0.07）。盡管第1 次測試和第3 次測試的相對濕度更接近70%的最佳相對濕度[12]，第2次測試的氣溫和風速條件更優(yōu)，最終導致第2 次測試的體感舒適度最優(yōu)。因此，森林保健功能的發(fā)揮與林分內氣溫和風速條件聯系更為緊密。

不同林分內PM2.5含量受季節(jié)變化影響程度存在一定差異。陰香林和灰木蓮林的PM2.5受季節(jié)變化較小，而其他4 種林分在不同的季節(jié)中PM2.5出現了較大的波動，這表明陰香林和灰木蓮林對PM2.5的滯塵效果較為穩(wěn)定，外界因素影響較小。

植物精氣的揮發(fā)量和成分組成與氣溫有一定的關聯。3 次測試林分釋放的物質有較大差異，第1 次和第2 次測試釋放的醛類物質較多，而第3 次測試釋放的萜烯類物質較多，這是由于不同季節(jié)氣溫存在差異造成的。因此，還需進一步研究不同林分植物精氣揮發(fā)閾值，以利于更好發(fā)揮森林的保健功能。

林分保健功能的發(fā)揮受到季節(jié)變化影響，建群樹種以及監(jiān)測季節(jié)的不同，森林所表現的保健功能具有一定差異。云勇森林公園內，5月份陰香林和灰木蓮林的綜合保健功能最優(yōu)，因此，建議可在每年的5月份在以陰香和灰木蓮為建群種的林分內開展以森林保健為主題的游憩活動。

綜上所述，不同林分間4 個保健功能指標存在優(yōu)勢上的差異，可進一步研究由不同林分進行結構布局和組合優(yōu)化，最終構建由多樹種組合、功能互補的保健森林。