高瑤瑤 熊詠梅 潘勇軍

經(jīng)濟社會的不斷城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進程加快，嚴重影響了我國的空氣質(zhì)量。大氣污染造成人類的精神壓力大、身體健康指數(shù)下降等嚴重后果[1～2]，能夠使人精神放松、舒適度高、空氣清新的場所受到更多青睞。因而森林生態(tài)旅游、森林健康療養(yǎng)、森林負離子浴等逐漸進入人們的視野[3～4]。森林凈化大氣的生態(tài)功能主要為提供負氧離子，降低空氣中粉塵、懸浮顆粒物及氣體污染物，同時可消滅空氣中的有害細菌[4]。森林降解和凈化空氣主要通過對源頭污染物滯納、過濾、阻滯、分化，并且植物尖端效應(yīng)產(chǎn)生的負離子能夠吸收結(jié)合空氣污染物落入土壤中[5]。因此，空氣負氧離子是反映大氣質(zhì)量的主要指標。

國內(nèi)對空氣負離子濃度的監(jiān)測始于1980年[6～7]。李安伯等[8]認為海邊的空氣負氧離子濃度＞森林＞礦泉性質(zhì)療養(yǎng)院。陳錫林等[9]的研究結(jié)果表明，森林負離子濃度大于城鎮(zhèn)。吳楚材等[10～11]監(jiān)測結(jié)果表明，馬尾松純林中負氧離子濃度可達1200～2000個/cm3。蘇樹權(quán)[12]的研究則表明不同植物搭配結(jié)構(gòu)的負離子濃度由大到小排序為喬灌草混合林、喬灌混合林、單層喬木、喬草混合、灌草混合、單層灌木、單層草被。但至今對華南地區(qū)城市森林公園空氣質(zhì)量研究不足，尤其是負離子的探究。因此在廣州市石門國家森林公園開展負離子濃度時空變化規(guī)律及空氣質(zhì)量評估研究，可為城市森林公園凈化大氣機制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為促進森林生態(tài)旅游、森林浴、森林健康療養(yǎng)，實現(xiàn)生態(tài)與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)途徑[13～14]提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

石門國家森林公園位于廣州市從化區(qū)東北部（23°36′50″N ～23°39′20″N，113°46′16″E～113°49′17″E）， 東 面 與南昆山自然保護區(qū)相連，西是從化溫泉風景區(qū)，北與廣州陳禾洞省級自然保護區(qū)、流溪河國家森林公園相望，總面積2636 hm2，森林覆蓋率達98.9%。屬亞熱帶季風氣候區(qū)，雨量充沛，年平均降雨量約2000 mm，集中在4—9月，占全年降水的80% 以上，冬暖夏涼，具有明顯的山地氣候特征，年均氣溫為 21℃，夏季比廣州市區(qū)的溫度低6～8℃，年氣候舒適度達200天以上。森林公園土壤條件良好，溫濕疏松，隨海拔分布著山地紅壤、山地赤紅壤、山地黃壤、山地草甸土等。公園生物多樣性高，已知有維管植物1090種，蕨類植物106種，裸子植物976 種[15]。

2 研究方法

2.1 觀測點選擇

通過查閱石門國家森林公園相關(guān)資料并結(jié)合實地踏查篩選后，確定5種典型生境類型為監(jiān)測樣地，分別是花海（草本群落）、湖心島（靠近水體）、竹林、竹闊混交林、國際森林浴場（常綠闊葉林）。各樣地面積為20 m×20 m，且坡度較緩，適合開展森林游憩活動，每塊樣地采用對角線法設(shè)置3個觀測點，作為3個重復（表1）。

2.2 觀測方法

通過分析對比廣州市近年來的氣象資料，根據(jù)歷年來的降雨量與降雨頻率，劃分旱季和雨季作為廣州市的典型天氣，跟蹤記錄天氣預報并在監(jiān)測日記錄天氣實況，經(jīng)篩選后將天氣實況與要選擇的天氣類型相符的觀測數(shù)據(jù)作為典型天氣的代表數(shù)據(jù)。旱季和雨季的觀測時間分別為2018年11—12月和2019年6—7月，各選擇5天典型天氣，旱季選擇“連續(xù)晴天”，雨季選擇“雨后晴天”。

觀測期間，每天同步監(jiān)測5種生境空氣負氧離子。采用日本KEC-900便攜式負離子檢測儀進行監(jiān)測，測定 范圍 10～1999000 個 /cm3，共3檔可調(diào)，S檔 0～2×104個 / cm3、M 檔 2×104～2×105 萬個 /cm3、L 檔2×105～199×104 個 /cm3。每個監(jiān)測點取東南西北4個方向的平均值，測定時將儀器平放在高度1.3～1.5 m的三腳架上，從8:00—18:00連續(xù)監(jiān)測，每個監(jiān)測點每小時監(jiān)測1次，全天監(jiān)測11次，每次在整點前后10 min內(nèi)完成，在東西南北4個方向進行4次重復，每次重復記錄30個數(shù)據(jù)。

表1 監(jiān)測樣地分布概況

2.3 評價方法

根據(jù)空氣負離子濃度與負離子保健濃度等級[16]（表2）進行健康保健評價。

3 分析與評價

3.1 不同監(jiān)測點空氣負離子時空動態(tài)變化

經(jīng)監(jiān)測，石門國家森林公園康養(yǎng)基地平均負離子濃度為3667個/cm3，雨季（3930個/cm3）大于旱季（3404個/cm3），且存在差異（P＜0.05）。負離子旱雨季變化主要原因有：1）植物在茂盛期與生長期光電效應(yīng)強烈，尖端放電以及產(chǎn)生芬多精類物質(zhì)與促進負離子形成有關(guān)；2）雨季（6—7月）溫度高、降雨量大，多雷電天氣，分子運動速度加快，相互之間碰撞幾率增大，氧氣被電離的能力加強，負氧離子增多，負離子濃度升高；3）在旱季，森林公園內(nèi)靜風頻率相對較高，大氣層穩(wěn)定，容易出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象，這樣有礙于污染物的擴散，使得負離子濃度降低。

石門森林公園各監(jiān)測點負離子濃度較高（圖1），數(shù)據(jù)均在1000個/cm3以上。在旱季，石門國家森林公園負離子濃度排序為森林浴場＞湖心島＞竹闊混交林＞花海＞竹林，且監(jiān)測點之間存在顯著差異（P＜0.01）。其中森林浴場負離子濃度是竹林的4.91倍、花海的3.46倍、竹闊混交林的1.85倍、湖心島的1.71倍。在雨季，負離子濃度排序為森林浴場＞竹闊混交林＞竹林＞湖心島＞花海，且監(jiān)測點之間存在顯著差異（P＜0.01）。其中森林浴場負離子濃度是花海的10.90倍、湖心島的8.30倍、竹林的6.31倍、竹闊混交林的2.58倍。森林浴場在旱季和雨季負離子濃度均最大，尤其在雨季濃度超過10000個/cm3，主要是因為森林浴場植被多樣性較高，喬灌草自然搭配，較少出現(xiàn)生態(tài)位空缺，植物蒸騰作用和光合作用強烈，森林浴場中氧分子較多，易于結(jié)合電子形成負離子；并且浴場隨山體分布存在數(shù)量較多的山澗溪流和地下河流，水分子在跌落、沖擊和噴濺時，因高速運動而發(fā)生斷裂，水分子被截斷后帶正電荷，周圍空氣分子帶負電荷，形成空氣負離子?；ê?、湖心島負離子濃度低于森林浴場是由于兩地游客量大，產(chǎn)生較多的較大顆粒物和CO2，負離子會對其進行吸附并在重力作用下滯塵。此外，湖心島水面平靜，雖然負離子有所增加，但難以達到動態(tài)水流的效果，而花海植被豐富度較低，都是一二年生草本花卉，植物光合作用與呼吸作用弱于喬灌木，且為“破碎狀”分布，不利于負離子產(chǎn)生和存活。

圖1 不同監(jiān)測點空氣負離子分布

圖2 旱季不同監(jiān)測點空氣負離子日變化

表2 空氣負離子保健濃度分級標準

3.2 不同監(jiān)測點空氣負離子日變化規(guī)律

在旱季，各監(jiān)測點整體上表現(xiàn)出的規(guī)律是早上負離子濃度均有增加，中午濃度下降，下午再次增加（圖2）。森林浴場負離子濃度日變化呈“M”型曲線，在9:00達到最大值11292個/cm3，11:00出現(xiàn)最小值為4797個/cm3，日較差為6495個/cm3；湖心島負離子濃度日變化呈“U”型曲線，在12:00出現(xiàn)最小值為1622個/cm3，最大值出現(xiàn)在17:00，為6108個/cm3，日較差為4486個/cm3；竹闊混交林負離子濃度日變化呈正弦曲線變化，最大值在16:00，為5078個/cm3，最小值在11:00，為2414個/cm3，日較差為2664個/cm3；花海負離子濃度日變化呈波動多峰曲線，最大值在17:00，為2610個/cm3，最小值在9:00，為1057個/cm3，日較差為1553個/cm3；竹林負離子濃度日變化呈波動增長曲線，增長趨勢平緩，最大值在18:00，為2560個/cm3，最小值在8:00，為481個/cm3，日較差為2079個/cm3。旱季不同監(jiān)測點之間日較差排序為森林浴場＞湖心島＞竹闊混交林＞竹林＞花海?；ê５娜蛰^差最小主要是因為植被以草本為主，產(chǎn)生負離子濃度低，游客活動頻繁降低負離子存活率。

在雨季，各監(jiān)測點之間日變化規(guī)律差異較大（圖3），主要由植被種類、植被結(jié)構(gòu)、地形、游客活動頻率等因素導致。森林浴場負離子濃度日變化呈“U”型曲線，在9:00達到最大值24083個/cm3，12:00出現(xiàn)最小值為5245個/cm3，日較差為18838個/cm3；竹闊混交林負離子濃度日變化呈波動增長曲線，最大值在18:00，為9955個/cm3，最小值在9:00，為887個/cm3，日較差為9068個/cm3；竹林負離子濃度日變化呈“M”型曲線，8:00—9:00出現(xiàn)最小值為609個/cm3，最大值在11:00和13:00同時出現(xiàn)，均為2906個/cm3，日較差為2297個/cm3；湖心島負離子濃度日變化呈波動下降曲線，在9:00出現(xiàn)最大值為2626個/cm3，最小值在14:00，為756個/cm3，日較差為1870個/cm3；花海負離子濃度日變化呈倒“U”型曲線，最大值在14:00，為1751個/cm3，16:00出現(xiàn)最小值為482個/cm3，日較差為1269個/cm3。雨季不同監(jiān)測點之間日較差排序為森林浴場＞竹闊混交林＞竹林＞湖心島＞花海。

表3 石門國家森林公園空氣負離子等級評價

3.3 石門國家森林公園空氣負離子保健功能評價

石門國家森林公園監(jiān)測點負離子保健濃度等級均不低于Ⅴ級（表3）。無論在旱季還是雨季，森林浴場在時段8:00—18:00的負離子等級均達到Ⅰ級，空氣清新，對健康很有利；竹闊混交林在雨季11:00—18:00負離子等級達到Ⅰ級，在旱季12:00開始也達到Ⅰ級；湖心島在旱季達到Ⅰ級的時間段有64%，在雨季的負離子指標相對較低；竹林達到Ⅲ級及以上的雨季時間段有64%，旱季時間段有55%；花海在旱季8:00—18:00的負離子等級基本達到Ⅲ級及以上，雨季達到Ⅳ級及以上的時間段占55%。

4 結(jié)果與討論

石門國家森林公園康養(yǎng)基地旱季和雨季負離子平均濃度為3667個/cm3，雨季＞旱季，各監(jiān)測點負離子濃度較高，均在1000個/cm3以上，說明該區(qū)域負離子濃度適合康養(yǎng)保健。

旱季石門國家森林公園負離子濃度排序為森林浴場＞湖心島＞竹闊混交林＞花海＞竹林，雨季為森林浴場＞竹闊混交林＞竹林＞湖心島＞花海。森林浴場負離子濃度遠高于其他監(jiān)測點主要是植被結(jié)構(gòu)的多樣性，石門森林公園溫度和濕度都適合大部分植物雨季和旱季生長，植物與太陽輻射發(fā)生光合作用（光化學過程），為空氣電離水分（光電效應(yīng)）產(chǎn)生負離子提供途徑。

森林浴場在景區(qū)正常開放時間負離子等級均達到最高級別，空氣清新、有利健康，可以改善神經(jīng)衰弱、失眠，通暢心腦血管，降低血液粘稠度，提高人體免疫力[17]。旱季和雨季，石門國家森林公園休閑旅游路線推薦為森林浴場-竹闊混交林-竹林-花海-湖心島，均可達到享受負離子的目的。