李愛博 周本智 李春友 羊美娟 湯麗萍 王利仙

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所 錢江源森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站 杭州 311400； 2.南京林業(yè)大學(xué) 南京 210037； 3.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 保定 071000； 4.浙江省建德市新安江林場(chǎng) 建德 311600)

空氣負(fù)離子(negative air ion，NAI)被譽(yù)為“空氣維生素和生長(zhǎng)素”(王薇等， 2013)。近年來，國(guó)外在NAI醫(yī)療健康應(yīng)用等方面做了大量研究(Reiter， 1985； Nova， 1994)，俄、德、日等國(guó)研究得出NAI可使SOD活性明顯增強(qiáng)的結(jié)論(Goldsteinetal.， 1992； Kosenkoetal.， 1997； Iwamaetal.， 2002)； 美、英等國(guó)研究表明，NAI能加速人體氣管和支氣管纖毛的運(yùn)動(dòng)節(jié)律，從而預(yù)防治療多種呼吸道疾病(Karen， 1975)； Yamada(2006)的試驗(yàn)證實(shí)NAI對(duì)腫瘤細(xì)胞有抑制作用。我國(guó)關(guān)于NAI的研究曾歷經(jīng)20世紀(jì)80、90年代初2次高潮。當(dāng)前，隨著生態(tài)環(huán)境建設(shè)力度進(jìn)一步加大，作為大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)重要指標(biāo)的NAI濃度受到高度重視(Alexanderetal.， 2013； 熊麗君等， 2014)，目前其理論和技術(shù)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療和旅游等多個(gè)行業(yè)(李愛博等， 2019a)。

植物葉片是植物進(jìn)行光合和蒸騰作用的重要器官，葉片中碳、氮、磷、鉀、鎂、銅、錳、鐵等元素對(duì)植物光合作用、呼吸作用等生理生化過程中的電子傳遞具有一定促進(jìn)或抑制作用，直接影響植物生理生化反應(yīng)的各方面，也同樣影響植物葉片周邊的潛在電場(chǎng)(胡國(guó)長(zhǎng)， 2008； 李萌萌， 2014)。通常森林樹木生長(zhǎng)越旺盛，代謝活動(dòng)越劇烈，環(huán)境中的NAI濃度越高。研究表明影響森林NAI濃度的因素主要分為林分因子與環(huán)境因子(吳甫成等， 2006； 王薇等， 2013)。在相同森林環(huán)境中，植被類型、林分和群落結(jié)構(gòu)等條件均極大程度的影響環(huán)境中NAI濃度； 即便在同種林分類型中，NAI濃度也隨林冠層密度和樹齡不同而有顯著差異。

在亞熱帶地區(qū)，森林類型多樣，有關(guān)林分因子對(duì)NAI濃度的影響已有大量研究，但多在野外環(huán)境下開展，結(jié)果不盡相同。鄧成等(2015)對(duì)廣西7種林分的研究表明，NAI濃度為針闊混交林>闊葉混交林>闊葉純林>針葉混交林>針葉純林>灌木林>未成林，即混交林的NAI濃度一般高于純林，吳楚材等(2001)得到類似結(jié)果； 周德平等(2015)在閭山森林公園的NAI濃度測(cè)定結(jié)果為闊葉林>混交林>針葉林>草地>山石，鄭文俊等(2009)和劉凱昌等(2002)也有類似結(jié)論，可能是由于森林密度和氣體流通對(duì)NAI濃度造成了影響。

不同研究結(jié)果不確定的原因復(fù)雜，如學(xué)科交叉知識(shí)的缺乏、野外觀測(cè)不確定因素多、已有監(jiān)測(cè)手段常使用較簡(jiǎn)便儀器等(張帥， 2010； 李冰， 2016； 馮建濤， 2017)。因此，在控制環(huán)境下開展NAI定位連續(xù)監(jiān)測(cè)十分必要。本研究依托人工氣候室的控制條件，從而減小人為因素及環(huán)境因子的干擾。選擇屬于常綠闊葉樹、落葉闊葉樹、常綠針葉樹的并在亞熱帶地區(qū)廣泛栽植、具有良好的經(jīng)濟(jì)和藥用及觀賞價(jià)值的不同科屬的6個(gè)典型樹種，定位監(jiān)測(cè)其NAI效應(yīng)，并探討樹種配置與NAI的關(guān)系。同時(shí)，測(cè)定植物葉片元素含量，從植物生理角度分析樹種配置的NAI效應(yīng)，旨在探究森林對(duì)NAI的作用機(jī)理，為未來康養(yǎng)森林的樹種配置提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)在浙江錢江源森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)站虎山實(shí)驗(yàn)基地(30°05′N，119°95′E)進(jìn)行。富陽(yáng)區(qū)地貌類型復(fù)雜，低山、丘陵面積廣大。地勢(shì)由東南、西北向中部?jī)A斜，平均海拔300.5 m。屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，全年平均氣溫18.1 ℃，平均相對(duì)濕度77 %，年均降水量1 415.7 mm，年均日照時(shí)數(shù)1 816 h。四季分明，夏熱冬冷。夏季平均氣溫28.2 ℃，平均相對(duì)濕度79.3 %，降水量723.8 mm，日照時(shí)數(shù)663.2 h。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)材料

選擇亞熱帶典型樹種6個(gè)，即常綠闊葉樹青岡(Cyclobalanopsisglauca)和閩楠(Phoebebournei)、落葉闊葉樹楓香(Liquidambarformosana)和櫸樹(Zelkovaschneideriana)、常綠針葉樹紅豆杉(Taxuschinensis)和杉木(Cunninghamialanceolata)。因人工氣候室高度限制，且3年生以上的櫸樹個(gè)體較高，為保證供試樹種年齡一致，各樹種均選擇2年生容器苗為試驗(yàn)材料。所用苗木選購(gòu)于浙江省開化縣林場(chǎng)，在實(shí)驗(yàn)基地內(nèi)培育適應(yīng)后進(jìn)行試驗(yàn)，供試苗木基本情況見表1(李愛博等， 2019b)。為盡量避免各植株差異對(duì)測(cè)定結(jié)果可能造成影響，保證供試苗木的生理狀態(tài)和形態(tài)特征基本一致。同時(shí)，因不同理化性質(zhì)的土壤對(duì)NAI具有不同程度的電離影響，本試驗(yàn)統(tǒng)一配置土壤和苗盆，栽培基質(zhì)為黃土∶ 泥炭土=3∶2。

表1 供試樹種基礎(chǔ)指標(biāo)Tab.1 Basic index of experimental tree species (n=300)

試驗(yàn)所用人工氣候室占地10 m2、高3 m，通過WS-SL1600環(huán)境控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)控室內(nèi)溫濕度變化。使用6盞額定功率為100 W的FL2C-2型號(hào)LED投光燈為植物提供光照。使用北京雨根科技有限公司研發(fā)的RR-9411A空氣負(fù)離子自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)NAI濃度、溫濕度、總輻射等參數(shù)進(jìn)行24 h同步監(jiān)測(cè)，通過GPRS模塊遠(yuǎn)程傳輸獲取數(shù)據(jù)。主要測(cè)定離子遷移率≥0.4 cm2·V-1s-1的小粒徑NAI濃度，測(cè)量范圍為0～1.2×107ion·cm-3，測(cè)量精度≤±10 %。為了避免監(jiān)測(cè)儀器之間存在的誤差，試驗(yàn)過程中所有數(shù)據(jù)均由同套儀器采集，采集頻率為1 s，存儲(chǔ)周期為5 min。為排除NAI濃度背景值的影響，各處理均在同一氣候室內(nèi)進(jìn)行，室內(nèi)環(huán)境條件完全一致，以保證初始NAI濃度相同。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 單一樹種NAI濃度及植物葉片元素含量測(cè)定 試驗(yàn)于2018年6—9月在虎山實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行，控制氣候室恒溫(30±0.5)℃、恒濕(70±5)%，每日6: 00—19: 00進(jìn)行光照。將NAI傳感器置于室內(nèi)中央，測(cè)定探頭高度設(shè)定為1.5 m。每次試驗(yàn)時(shí)，室內(nèi)均勻放入40株長(zhǎng)勢(shì)一致的同種植物，經(jīng)一天適應(yīng)后統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(李愛博等， 2019b)。

使用高通量組織研磨儀粉碎烘干后的植物葉片。其中，植物葉片有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法進(jìn)行測(cè)定，具體操作參照中國(guó)科學(xué)研究院南京土壤研究所(1978)編寫的《土壤理化分析》。氮、磷、鉀、鎂等含量測(cè)定采用硫酸-高氯酸消煮法置備待測(cè)液，具體操作參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《森林植物與森林枯枝落葉層全氮、磷、鉀、鈉、鈣、鎂的測(cè)定》(國(guó)家林業(yè)局，1999a)。銅、錳、鐵等含量測(cè)定采用硝酸-高氯酸消煮法置備待測(cè)液，具體操作參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《森林植物與森林枯枝落葉層全硅、鐵、鋁、鈣、鎂、鉀、鈉、磷、硫、錳、銅、鋅的測(cè)定》(國(guó)家林業(yè)局，1999b)。

2.2.2 樹種配置與NAI濃度的關(guān)系 本試驗(yàn)參考前期對(duì)單種植物NAI濃度的監(jiān)測(cè)結(jié)果，選擇NAI效應(yīng)差異較小的樹種進(jìn)行組合，并考慮亞熱帶地區(qū)野外實(shí)際存在的限制，設(shè)置6組處理(表2、3)。為了減少樹種數(shù)量、大小對(duì)NAI效應(yīng)的影響，在進(jìn)行樹種配置試驗(yàn)時(shí)，盡量選擇大小一致、數(shù)量相同的植株開展監(jiān)測(cè)。各處理均放入40株苗木，不同樹種數(shù)量均勻分配、間行擺放，行間距50 cm。移入氣候室適應(yīng)1天后，開始監(jiān)測(cè)并統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，最終計(jì)算NAI濃度日均值進(jìn)行對(duì)比。各處理監(jiān)測(cè)完成后，空室1天，以減小對(duì)下一次測(cè)定結(jié)果的影響。試驗(yàn)條件、樹木大小和背景NAI濃度均與單一樹種的NAI濃度試驗(yàn)保持一致。

表2 不同處理的樹種配置內(nèi)容Tab.2 Tree species collocation contents of different treatments

表3 6個(gè)樹種葉片元素含量及NAI濃度①Tab.3 Comparison of element content in leaves of six tree species (n=240)

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007和Origin 2018軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)加以運(yùn)算整理和圖表繪制，將各樹種的NAI濃度日均值算術(shù)平均值作為比較不同樹種NAI濃度的依據(jù)，運(yùn)用SPSS 17.0數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)不同處理之間的NAI濃度進(jìn)行單因素方差分析及相關(guān)性分析，顯著性水平為α=0.05。

3 結(jié)果與分析

3.1 植物葉片元素含量與NAI濃度的相關(guān)性分析

數(shù)據(jù)(表3)顯示，人工氣候室內(nèi)測(cè)得的6個(gè)樹種NAI濃度日均值(ion·cm-3)依次為： 紅豆杉(876±78)>楓香(828±49)>杉木(733±42)>櫸樹(685±58)>青岡(677±18)>閩楠(665±17)(李愛博等， 2019b)。

分析顯示，紅豆杉與楓香的NAI濃度均極顯著高于其他樹種(P<0.01)，且兩者間無顯著差異。其中，紅豆杉NAI濃度最高，葉片的有機(jī)碳、氮、鉀和錳離子含量也最高； 楓香的NAI濃度其次，葉片中的氮、鉀、鐵和錳離子含量相對(duì)較高，所以可初步得出氮、錳、鐵和鉀離子含量可能與NAI濃度有關(guān)。

為進(jìn)一步驗(yàn)證上述結(jié)果，對(duì)6個(gè)樹種的NAI濃度與葉片元素含量進(jìn)行Pearson相關(guān)分析(表4)，表明葉片錳離子、鉀離子含量分別與NAI濃度呈極顯著(P<0.01，R=0.647)和顯著正相關(guān)(P<0.05，R=0.536)； 而葉片中除銅離子以外的其他離子含量均與NAI濃度呈正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)不顯著。

表4 不同樹種組的NAI濃度與葉片元素含量相關(guān)系數(shù)①Tab.4 Correlation coefficients between NAI concentration and leaf elemental content for different tree species groups (n=240)

對(duì)闊葉樹種，僅葉片錳、鐵離子含量與NAI濃度呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為0.718和0.728。對(duì)針葉樹種，葉片鉀、錳離子和氮含量與NAI濃度呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為0.991、0.974和0.981； 銅離子與NAI濃度呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)為0.855。

3.2 樹種配置對(duì)NAI濃度的影響

表5顯示，人工氣候室內(nèi)不同樹種配置的NAI濃度(ion·cm-3)由高至低依次為： 楓香+紅豆杉(1 264±75)>紅豆杉+杉木(1 168±37)>青岡+閩楠+紅豆杉+杉木(1 008±27)>閩楠+青岡(782±52)>青岡+閩楠+紅豆杉+杉木+楓香(625±22)>青岡+閩楠+紅豆杉+杉木+楓香+櫸樹(461±26)。

表5 不同處理的NAI濃度①Tab.5 NAI concentration of different treatments (n=106)

在室內(nèi)植株總數(shù)量相同而種數(shù)不同時(shí)，NAI濃度差異顯著。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)整體統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示不同植物種數(shù)配置的NAI濃度(ion·cm-3)排列為： 2個(gè)樹種(1 071±227)>4個(gè)樹種(1 007±27)>單個(gè)樹種(744±92)>5個(gè)樹種(625±22)>6個(gè)樹種(461±26)。當(dāng)氣候室內(nèi)等量放入2種和4種植物時(shí)NAI濃度無顯著差異(P>0.05)，且兩者均極顯著高于其他種類數(shù)的配置(P<0.01)，而單種植物配置極顯著高于6種植物配置(P<0.01)，5種和6種配置間的NAI濃度差異不顯著(P>0.05)(圖1A)。

在不同配置模式內(nèi)，NAI濃度同樣具有差異。當(dāng)同時(shí)放入2種植物時(shí)，混合針葉樹種與混合針闊樹種的NAI濃度均極顯著高于混合闊葉樹種配置(P<0.01)，以紅豆杉和楓香針闊配置的NAI濃度最高，為青岡和閩楠配置的1.62倍。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)整體統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示不同植物類型配置的NAI濃度(ion·cm-3)排列為： 混合針葉樹種(1168±37)>混合針闊樹種(840±331)>單一針葉樹種(805±97)>混合闊葉樹種(781±52)>單一闊葉樹種(714±77)。當(dāng)混合配置針葉樹種時(shí)室內(nèi)NAI濃度顯著高于其他配置(P<0.05)，而其他4種處理之間的NAI濃度并無顯著差異(P>0.05)(圖1B)。

圖1 不同樹種配置的NAI濃度Fig. 1 NAI concentration of different tree species collocations圖A中的2個(gè)樹種NAI濃度為處理1～3的平均值，單個(gè)樹種的NAI濃度為表2中6個(gè)樹種單獨(dú)監(jiān)測(cè)的平均值。圖B中混合針闊的NAI濃度為處理3～6的平均值，單一針葉的NAI濃度為表2中杉木和紅豆杉的平均值，單一闊葉的NAI濃度為楓香、閩楠、櫸樹和青岡的平均值。不同小寫字母表示不同樹種配置的NAI濃度在0.05水平上差異顯著。The NAI concentration of two tree species in figure A is the mean value of treatment 1-3, and the NAI concentration of single tree species is the mean value of six tree species separately monitored in table 2. In figure B, the NAI concentration of mixed coniferous and broadleaf is the mean value of treatment 3-6. The NAI concentration of single needle leaf is the mean value of T. chinensis and C. lanceolata in table 2, and the NAI concentration of single broad leaf is the mean value of C. glauca, P. Bournei, C. lanceolata and Z. schneideriana. The different lowercase letters indicated that NAI concentration of different tree species were significant difference at 0.05 level.

表5顯示，當(dāng)混合樹種為2種和4種時(shí)，無論是闊葉間、針葉間或針葉與闊葉間混合，NAI的交互作用均為正效應(yīng)。交互效應(yīng)隨NAI加權(quán)平均濃度和葉面積增加而增大，最優(yōu)擬合方程分別為y= -0.005 8x2+ 10.451x- 4 296.8和y= -2E-07x2+ 0.047 8x- 1 920.9(圖2A、B)。當(dāng)混合樹種為5種和6種時(shí)，NAI的交互作用為負(fù)效應(yīng)。當(dāng)混合樹種為2～6種時(shí)，交互作用效應(yīng)與各樹種混合處理的葉量呈緊密的非線性遞增關(guān)系，擬合方程y= -0.063 1x2+ 78.322x- 23 783，R2= 0.767 3(圖2C)。

圖2 NAI實(shí)測(cè)濃度、交互作用效應(yīng)與葉面積、加權(quán)平均濃度和葉量的關(guān)系Fig. 2 Relationship between measured NAI concentration, interaction effect and leaf area, weighted average concentration, and leaf biomass圖中紅色標(biāo)記表示交互作用效應(yīng)數(shù)據(jù)，藍(lán)色標(biāo)記表示NAI實(shí)測(cè)濃度數(shù)據(jù)。The red markers in the figure indicate the interaction effect data and the blue markers indicate the measured NAI concentration data.

4 討論

4.1 植物葉片元素含量對(duì)NAI濃度的影響

植物從土壤中吸收的礦質(zhì)元素，作為植物體的組成成分，參與調(diào)節(jié)生命活動(dòng)，影響著植物光合、蒸騰與呼吸等生理特征(王忠， 2008)。本研究發(fā)現(xiàn)，NAI濃度與植物葉片的鉀離子和錳離子含量呈顯著正相關(guān)。在植物光合作用過程中，錳離子作為氧化劑直接參與氧氣釋放過程，水在光解反應(yīng)中被分解釋放出氧氣和電子，并將產(chǎn)生的電子傳遞給光系統(tǒng)II(PSII)，增強(qiáng)PSII反應(yīng)中心活性，從而促進(jìn)植物的光合作用(張其德， 1989)。鉀離子既是葉綠體結(jié)構(gòu)的重要組成元素，也是促進(jìn)光化學(xué)活力的重要因子。葉綠體中的類囊體垛疊成基粒，成為捕獲光能的高密度機(jī)構(gòu)，更加有效地收集光能。鉀離子能夠提高光合電子傳遞鏈活性及光合磷酸化活力，使量子需要量降低，直接提高植物凈光合速率(鄭炳松等， 2002)。此外，鉀離子還擁有其他離子所不可替代的功能，其能提高葉肉細(xì)胞滲透勢(shì)，控制細(xì)胞吸水和氣孔運(yùn)動(dòng)等過程(Kaiser， 1982)。在光環(huán)境下，鉀離子的進(jìn)出直接影響植物葉片中保衛(wèi)細(xì)胞的膨脹收縮，調(diào)節(jié)氣孔的開閉，鉀離子含量過低導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，增加了CO2進(jìn)入葉肉細(xì)胞間隙的氣孔阻力，間接影響著植物的光合作用速率(張其德， 1989； 徐濟(jì)春等， 2007)。對(duì)4個(gè)闊葉樹種進(jìn)一步分析后發(fā)現(xiàn)，鐵離子對(duì)提升NAI濃度具有積極作用，可能原因是鐵離子參與光合作用光反應(yīng)階段及呼吸作用，其作為光合電子傳遞鏈的重要組成部分之一，通過變價(jià)作用(Fe3++e-=Fe2+)來實(shí)現(xiàn)電子的傳遞，從而使光合作用過程中電子傳遞得以正常進(jìn)行(張其德， 1989)。對(duì)針葉樹種的分析發(fā)現(xiàn)，氮和銅離子對(duì)提高NAI濃度同樣具有積極作用，因?yàn)榈菢?gòu)成葉綠素不可缺少的成分，與光合作用密切相關(guān)，并在多方面影響著植物的代謝過程和生長(zhǎng)發(fā)育，在肥料三要素中以氮對(duì)光合影響最為顯著，在一定范圍內(nèi)葉片含氮量與光合速率呈正相關(guān)(王忠， 2008)。銅是質(zhì)藍(lán)素的成分，通過化合價(jià)變化參與光合電子傳遞和光合磷酸化(祝沛平， 2000)。植物葉中的銅幾乎全部存在于葉綠體內(nèi)，銅供給充足能提高植物光合作用強(qiáng)度，減輕晴天中午期間光合作用受到的抑制。

聶磊等(1999)對(duì)葉片中礦質(zhì)元素含量與葉綠素?zé)晒馓匦躁P(guān)系的研究指出，葉片中的氮、鉀、錳、鎂、銅離子含量與PSII反應(yīng)中心最大光能轉(zhuǎn)化效率(Fv/Fm)均呈正相關(guān)。李愛博等(2019b)的試驗(yàn)結(jié)果顯示，落葉闊葉樹種的光合能力、對(duì)弱光的利用能力、體內(nèi)電子傳遞及光能轉(zhuǎn)換效率均優(yōu)于常綠闊葉樹種，且葉綠素?zé)晒馓匦耘cNAI濃度呈正相關(guān)，得出植物葉片光合能力、葉綠素?zé)晒馓匦允窃斐蓸浞N間NAI效應(yīng)差異的重要原因。大量研究表明綠色植物光合作用中的光電效應(yīng)是NAI生成的重要途徑(Bai， 2008； Liangetal.， 2014； 施光耀等， 2021)。

此外，鉀離子含量升高致使葉片氣孔張開，為植物葉片光合和蒸騰作用釋放O2和H2O分子提供更多的通道。同時(shí)，李愛博等(2019b)認(rèn)為楓香和櫸樹的葉片質(zhì)地較薄，保水能力較差，植株蒸騰過程中散失到空氣中的H2O分子增加。Smirnov(1992)的研究指出水合離子增多是造成NAI濃度升高的重要原因，空氣中水分子增加，NAI更加穩(wěn)定。

由此，本研究認(rèn)為植物葉片中氮、錳、鉀、鐵和銅離子對(duì)提升植物周圍的NAI濃度具有積極作用。但現(xiàn)有研究對(duì)此方面探討極少，且試驗(yàn)結(jié)果存在一定差異。胡國(guó)長(zhǎng)(2008)的研究表明葉中的磷、銅離子對(duì)提升植物周圍NAI濃度有積極作用； 而李萌萌(2014)的研究表明葉中的鎂、鐵、銅離子均可以促進(jìn)NAI濃度升高，鉀離子則對(duì)NAI濃度具有顯著抑制作用。究其原因，可能與研究區(qū)域位置、試驗(yàn)環(huán)境條件以及植物生長(zhǎng)狀態(tài)差異有關(guān)。

4.2 樹種配置對(duì)NAI濃度的影響

許多學(xué)者從林分組成角度對(duì)NAI濃度差異進(jìn)行了探究，王順利等(2010)在甘肅省7個(gè)代表性林區(qū)測(cè)定得出，NAI濃度為針葉混交林>針闊混交林>針葉樹種>闊葉混交林>闊葉樹種； 王軼浩等(2014)同樣認(rèn)為針葉混交林的NAI濃度最高。而周德平等(2015)的研究結(jié)果明顯不同，認(rèn)為是闊葉林>混交林>針葉林。本研究得出，混合針葉樹種>混合針闊樹種>單一針葉樹種>混合闊葉樹種>單一闊葉樹種。在植株數(shù)量相同而種類組成不同時(shí)，人工氣候室內(nèi)的NAI濃度具有差異，一般來說，針葉樹的NAI效應(yīng)高于闊葉樹，但并非絕對(duì)，有針葉樹種時(shí)更有利于提升NAI濃度。有學(xué)者模擬研究了室內(nèi)條件下不同植物種類數(shù)與NAI濃度的關(guān)系，張帥(2010)對(duì)香樟(Cinnamonumcamphora)、紅葉石楠(Photinia×fraseri)、桃葉珊瑚(Aucubachinensis)、吊蘭(Chlorophytumcomosum) 和蜀檜(Juniperuskomarovii)的研究表明不同植物種類數(shù)的NAI濃度由高到低依次為，2種>單種>3種>5種>空白。本研究表明不同植物種類數(shù)的NAI濃度總體表現(xiàn)為2種>4種>單種>5種>6種，2～4種植物混合配置的效果最好，單種以及多于4種配置時(shí)的效果較差?？傮w來說，適當(dāng)數(shù)量的樹種組合下的NAI濃度高于單一樹種。原因之一可能是不同種類植物間的化感作用可能對(duì)環(huán)境中NAI濃度產(chǎn)生了一定影響。研究表明，植物本身會(huì)通過根、莖、葉向空氣中分泌代謝過程中的化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)會(huì)對(duì)其周邊植物的生理活動(dòng)產(chǎn)生一定的促進(jìn)或抑制作用(黃依南等， 2015)。

本研究結(jié)果顯示當(dāng)混合樹種為2種和4種時(shí)，無論是闊葉間、針葉間、針葉與闊葉間混合配置，NAI的交互作用均為正效應(yīng)，且隨單種平均NAI濃度和葉面積增加而增大。李愛博等(2019b)的研究表明NAI濃度與葉片面積呈極顯著正相關(guān)。植物葉片是NAI生成的重要場(chǎng)所，通過尖端放電、光合作用形成的光電效應(yīng)等途徑生成大量NAI。葉面積越大植物光合效率可能越明顯，釋放的氧氣越多(趙怡寧等， 2018)。在本研究中，氣候室內(nèi)同時(shí)放入紅豆杉和楓香各20株處理組的NAI濃度和交互作用效應(yīng)均最高，可能是楓香葉片釋放的芳香類化合物對(duì)紅豆杉的NAI效應(yīng)起到了一定促進(jìn)作用，且2種樹木自身的NAI效應(yīng)和總?cè)~面積相對(duì)較大，從而使得它們混合配置的NAI濃度最高?；貧w分析顯示當(dāng)葉面積上升到臨界水平后樹種間的NAI實(shí)測(cè)濃度和交互作用效應(yīng)出現(xiàn)降低趨勢(shì)，可能是葉面積過大降低了光線的穿透、減弱了空氣流通，而植物進(jìn)行生命活動(dòng)需要消耗氧氣，從而降低了NAI濃度。這與李愛博等(2019a)對(duì)不同植株數(shù)量與NAI濃度關(guān)系的試驗(yàn)結(jié)果相吻合。當(dāng)氣候室內(nèi)同時(shí)放入紅豆杉和杉木各20株時(shí)NAI實(shí)測(cè)濃度亦較高，可能是室內(nèi)放入單種植物時(shí)群落的空間結(jié)構(gòu)較為單一，小空間內(nèi)某一垂直高度的NAI濃度達(dá)到飽和水平，從而不再繼續(xù)升高。本研究中的紅豆杉和杉木植株個(gè)體高度差異明顯，它們的混合配置增加了垂直空間豐富度，在不同空間高度均可以生成大量的負(fù)氧離子，進(jìn)而增大了NAI濃度。

當(dāng)混合樹種為5種和6種時(shí)，NAI的交互作用為負(fù)效應(yīng)。雖然樹種混合極大增加了垂直空間層次，但高NAI效應(yīng)的樹種在下層空間處于被壓狀態(tài)，可能是交互作用為負(fù)效應(yīng)的原因。特別是比較幾組交互作用為正效應(yīng)的處理后發(fā)現(xiàn)，具有高NAI效應(yīng)的樹種均處于配置的最上層空間。因此，樹種混合配置增大了空間層次、高NAI效應(yīng)的樹種處于配置的上層空間，可能也是交互作用為正效應(yīng)的重要原因?；谏鲜龇治?，可以認(rèn)為NAI效應(yīng)存在樹種混合的交互作用，即樹種混合配置后的NAI濃度不等于單種NAI濃度的加權(quán)平均值。高NAI效應(yīng)的樹種在配置中的空間位置可能是影響交互作用效應(yīng)為正或負(fù)的重要原因，但還需要嚴(yán)格試驗(yàn)來驗(yàn)證。

關(guān)于植物自身特性和相互作用的NAI濃度效應(yīng)，需要將來進(jìn)一步開展專題研究，如選擇更多樹木種類，并設(shè)置交叉試驗(yàn)，深入分析諸如植物化感作用、BVOCs釋放特性、光合放電效果等對(duì)種間NAI效應(yīng)的影響。由于本次試驗(yàn)中供試植物種類有限，關(guān)于樹木種類數(shù)量結(jié)論的普適性有待進(jìn)一步探究。同時(shí)，因室內(nèi)與野外環(huán)境差異較大，同步開展野外監(jiān)測(cè)研究極為必要，可用于驗(yàn)證室內(nèi)控制試驗(yàn)結(jié)果。本研究在室內(nèi)控制環(huán)境下探究了不同樹種組合的NAI濃度效應(yīng)，并猜測(cè)了可能的影響因子和作用機(jī)制，但還需進(jìn)行更加嚴(yán)格的控制試驗(yàn)和多學(xué)科研究，確定有關(guān)影響機(jī)制和數(shù)量關(guān)系，并與野外研究進(jìn)行配合和驗(yàn)證，從而能為高效康養(yǎng)森林的樹種選擇和結(jié)構(gòu)配置提供科學(xué)依據(jù)。

5 結(jié)論

在室內(nèi)控制環(huán)境下開展的6種樹木幼苗試驗(yàn)表明，對(duì)提升植物周圍的NAI濃度而言，樹木葉中錳離子和鉀離子含量具有積極作用，闊葉樹葉中鐵離子含量和針葉樹葉中氮和銅離子含量的作用更顯著。不同樹種的數(shù)量組成會(huì)導(dǎo)致NAI濃度的很大差異，交互作用效應(yīng)受到葉生物量、葉面積、樹高配置和單個(gè)樹種NAI效應(yīng)的影響。總體來說，樹種配置的NAI濃度效應(yīng)取決于他們之間的交互作用，有針葉樹種的配置模式利于提升NAI濃度，具有高NAI效應(yīng)的樹種處于配置最上層空間時(shí)更利于NAI濃度提升。