植物群落對(duì)空氣負(fù)離子濃度影響的研究

植物群落對(duì)空氣負(fù)離子濃度影響的研究

(華東師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)系/上海植物園科研中心)

城市化的發(fā)展促進(jìn)了人們對(duì)綠化的重視，而合理的綠化樹種及群落的選擇離不開其功能的發(fā)揮^[1]?？諝庳?fù)離子濃度是指單位體積空氣中的負(fù)離子數(shù)目,空氣負(fù)離子被譽(yù)為空氣維生素和生長(zhǎng)素，其濃度水平已成為評(píng)價(jià)城市空氣質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)^[2]。空氣負(fù)離子濃度達(dá)到700個(gè)/cm³以上時(shí)有益于人體健康，當(dāng)濃度達(dá)到10000個(gè)/cm³以上時(shí)對(duì)疾病有治療效果，當(dāng)負(fù)離子濃度大于或等于正離子時(shí)，會(huì)使人感到舒適，并對(duì)多種疾病有輔助治療作用^[3/4]。

空氣負(fù)離子對(duì)人體健康有諸多有益的功能

城市綠地產(chǎn)生空氣負(fù)離子方式

綠地的一個(gè)重要的作用在于能夠大量產(chǎn)生空氣負(fù)離子。一方面綠色植物通過光合作用，釋放氧氣，氧氣和水分子比氮?dú)獾雀哂杏H電性，優(yōu)先形成空氣負(fù)離子，另一方面植物葉表面在短波紫外線的作用下，發(fā)生光電效應(yīng)，可以提高空氣負(fù)離子水平。有關(guān)研究結(jié)果表明，不同林分類型對(duì)空氣負(fù)離子濃度的影響差異顯著^[5/8]。為此，研究人員對(duì)上海地區(qū)21個(gè)常見植物群落對(duì)空氣負(fù)離子濃度的影響進(jìn)行了研究，旨在定量評(píng)估不同植物群落所具有增加空氣負(fù)離子濃度的效應(yīng)，探索植物群落的合理配置，為保障適宜的人居環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

1.      材料與方法

1.1   研究地區(qū)概況

為評(píng)價(jià)不同植物群落對(duì)改善微環(huán)境空氣質(zhì)量的能力，選擇在環(huán)境條件較為一致的上海植物園內(nèi)進(jìn)行。上海位于30^o40^’~ 31^o53^’N，120 ^o 51^’ ~ 122 ^o 12^’E，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，溫和濕潤(rùn)，降水豐沛。年平均氣溫16.5℃，夏季7月份最熱，月平均氣溫為27.8℃ ，日平均氣溫10℃ 以上共計(jì)233 d。

1.2   研究方法

以上海市綠地常見的21個(gè)群落(表1)為研究對(duì)象，群落的樣方面積為100 m²，在遠(yuǎn)離綠地的空曠鋪裝地另設(shè)1個(gè)無綠化對(duì)照觀測(cè)點(diǎn)。為排除氣象因素干擾，測(cè)定時(shí)間均安排在晴朗高溫、靜風(fēng)的天氣進(jìn)行，在2006年7~8月的9：00、12：00、15：00，測(cè)定距地面1.5 m的空氣負(fù)離子濃度，每個(gè)樣地測(cè)試5次，取均值?？諝庵胸?fù)離子濃度采用美國(guó)Alphalab公司生產(chǎn)的AIC-2M型空氣負(fù)離子測(cè)定儀及日本KEC公司生產(chǎn)的KEC-900型空氣負(fù)離子檢測(cè)儀進(jìn)行對(duì)比測(cè)量，兩款儀器的測(cè)量范圍均為10~200萬個(gè)/cm³，分辨率均為±10個(gè)/cm³，AIC-2M空氣負(fù)離子檢測(cè)儀的檢測(cè)精度為±30% ，KEC-900空氣負(fù)離子檢測(cè)儀的檢測(cè)精度為±25%。

專用空氣負(fù)離子檢測(cè)儀

（左為AIC-2M型空氣負(fù)離子測(cè)定儀；右為KEC-900型空氣負(fù)離子檢測(cè)儀）

KEC-900型空氣負(fù)離子檢測(cè)儀正對(duì)植物周圍負(fù)離子進(jìn)行檢測(cè)

A．郁閉度 Coverage;

B.優(yōu)勢(shì)種平均高度 Average height of dominance；

C.優(yōu)勢(shì)種平均胸徑Average DBH of dominance；

LAL.葉面積指數(shù)Leaf area index

對(duì)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)，國(guó)際上常用空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)值（CI），計(jì)算公式如下^[2]：

CI=(n^-/1000)×（1/q）

q=n⁺/n^-

以上公式中：

1)        CI表示：空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)；

2)        n⁺、n^-分別表示：空氣正離子濃度、負(fù)離子濃度，

3)        q表示：?jiǎn)螛O系數(shù)；

4)        1000表示：滿足人體生物學(xué)效應(yīng)最低需求的空氣負(fù)離子濃度(個(gè)/cm³)

1.3   統(tǒng)計(jì)分析方法

采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、多重比較及聚類分析^[9]。

2.      結(jié)果與分析

2.1   植物群落對(duì)夏季日均空氣負(fù)離子濃度的影響

1)        不同群落日均空氣負(fù)離子濃度的變化。植物葉表面在短波紫外線的作用下，發(fā)生光電效應(yīng)，提高空氣負(fù)離子濃度，不同群落的微環(huán)境空氣中負(fù)離子濃度見圖1。不同群落和草坪增加空氣負(fù)離子濃度顯著高于對(duì)照，尤以前者的能力最強(qiáng)。就提高空氣負(fù)離子濃度的能力而言，群落數(shù)呈正態(tài)分布，能力較高與較低的群落較少。

圖1 植物群落夏季日均空氣負(fù)離子濃度

Fig.1  Plant community of negative air ions concentration

為了討論方便，論文中提到的△C為各群落空氣負(fù)離子濃度與水泥地對(duì)照的差值。與水泥地對(duì)照相比，只有草坪的△C增加不到100個(gè)/cm³；而△C高于300個(gè)個(gè)/cm³的群落只有2個(gè)竹林群落，占總數(shù)的9.3%，這個(gè)結(jié)果與安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)園林學(xué)院徐昭輝教授的結(jié)果一致^[10]，100個(gè)/cm³<△C <200個(gè)/cm³的群落數(shù)有5個(gè)，占總數(shù)的23.8%；其它13個(gè)群落的△C分布在200個(gè)/cm³~300個(gè)/cm³，占總數(shù)的61.9%。

對(duì)群落間和群落內(nèi)進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明(表2)群落間空氣負(fù)離子濃度的差異達(dá)0.01顯著水平，而群落內(nèi)差異不顯著。為選擇能較好提高微環(huán)境空氣負(fù)離子濃度的群落，對(duì)各群落增加空氣負(fù)離子濃度的能力進(jìn)行了多重比較(表3)。結(jié)果表明：植物群落種類不同，夏季微環(huán)境中空氣負(fù)離子濃度變化也不同。與水泥地對(duì)照相比，所有群落提高空氣負(fù)離子濃度的顯著水平達(dá)0.01。與草坪群落相比，除群落12差異不顯著、群落7差異達(dá)0.05顯著水平外，其它所有群落提高空氣負(fù)離子濃度的水平達(dá)0.01顯著差異。在除草坪外的其它20個(gè)植物群落中，群落12、群落7和群落9提高空氣負(fù)離子濃度的能力最差，群落16、群落8、群落15、群落17的能力最強(qiáng)。

2)        不同群落空氣負(fù)離子濃度的日變化。植物群落類型不同，夏季微環(huán)境中空氣負(fù)離子濃度日變化也不同(圖2)。一天中，水泥地(對(duì)照)的空氣負(fù)離子濃度基本一致；草坪的空氣負(fù)離子濃度日變化曲線為“V”字型，15：00時(shí)最高，12：00時(shí)最低；針葉群落在9：00最高，12：00、15：00變化很小，都在430個(gè)/cm³左右；竹類群落的空氣負(fù)離子濃度在上午9：00最低，為486個(gè)/cm³，中午和下午最高，日變幅<38個(gè)/cm³；闊葉植物群落的空氣負(fù)離子濃度，在中午12：00最高，上午和下午基本一致，日變幅<41個(gè)/cm³；針闊混交植物群落的空氣負(fù)離子濃度日變化趨勢(shì)與水泥地對(duì)照變化相似。

2.2   植物群落對(duì)CI的影響

1)        不同群落CI值。圖3是21個(gè)植物群落CI值散點(diǎn)圖，CI值在0.5~0.7的群落數(shù)最多，占總數(shù)的61.9%；CI值<0.3和CI值>0.9的群落極少，各有1個(gè)。21個(gè)群落CI值分布呈正態(tài)分布。

2)        不同群落優(yōu)勢(shì)種對(duì)微環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)值的影響。群落優(yōu)勢(shì)種的種類和高度對(duì)微環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)值CI影響，結(jié)果見圖4。竹類群落的CI最高，均值為0.83，比草坪CI值高117%；針葉群落與闊葉群落的CI相近，為0.65左右，比草坪CI值高70.7%，與空氣負(fù)離子濃度的變化相似。

3)        不同群落特征對(duì)微環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)值的影響。不同群落特征及空氣負(fù)離子濃度與CI的相關(guān)性分析(表4)結(jié)果表明，空氣質(zhì)量指數(shù)CI與空氣負(fù)離子濃度呈極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R達(dá)0.955；與群落葉面積指數(shù)呈顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R為0.474；與群落的郁閉度呈一定相關(guān)，而與群落的優(yōu)勢(shì)種高度和胸徑無關(guān)，所得結(jié)果與吳楚材等結(jié)果一致^[11]。

NAIC表示空氣負(fù)離子濃度Negative air ions concentration

2.3   基于空氣負(fù)離子濃度和CI的不同群落聚類分析

鑒于群落空氣負(fù)離子濃度和CI的極顯著相關(guān)性，本文采用SPSS軟件對(duì)所研究群落進(jìn)行聚類分析(圖5)。當(dāng)距離系數(shù)為0.9時(shí)，依據(jù)距離的遠(yuǎn)近，21個(gè)植物群落為1類，水泥地對(duì)照為1類。當(dāng)距離系數(shù)為0.95時(shí)，依據(jù)距離的遠(yuǎn)近，分為3大類，水泥地對(duì)照為1類，植物群落被分為兩大類：1類含4個(gè)群落，分別為群落21、群落12、群落9、群落7，其中高羊茅群落和群落12對(duì)改善空氣質(zhì)量的能力較差，尤以高羊茅草坪的能力最差；其余17個(gè)群落為另1類，改善空氣質(zhì)量能力較強(qiáng)的群落8、群落6、群落16、群落17等均屬于該類。

3.      研究結(jié)論

組成群落的綠色植物可通過光合作用釋放氧氣，同時(shí)進(jìn)行的蒸騰作用還可使周圍環(huán)境空氣相對(duì)濕度增加，氧氣和水分子比空氣中其它分子親電性更好，優(yōu)先形成空氣負(fù)離子，利于空氣負(fù)離子濃度的提高；植物葉表面在短波紫外線的作用下，發(fā)生光電效應(yīng)^[11]；大氣中存在電場(chǎng)，晴天地面上大氣電場(chǎng)的電勢(shì)差約為100 V／m，由于某些植物的葉呈針狀等曲率半徑較小，具有尖端放電的功能，使空氣發(fā)生電離，增加空氣負(fù)離子的濃度^[12/13]；植物釋放出的芳香揮發(fā)性物質(zhì)都能使空氣發(fā)生電離現(xiàn)象，并且所具有的降塵功能，使得空氣負(fù)離子濃度增加，而且空氣負(fù)離子的壽命得到延長(zhǎng)。有研究表明，森林環(huán)境中的空氣負(fù)離子濃度比城市室內(nèi)可高出80~1600倍，平均濃度達(dá)1000~3000個(gè)/cm^3[6]。

不同的植物群落，由于優(yōu)勢(shì)種的組成、郁閉度、群落結(jié)構(gòu)類型都不同，其對(duì)改善空氣負(fù)離子濃度與CI值的作用也不同。吳楚材等的研究表明，空氣負(fù)離子濃度的提高與群落的郁閉度呈一定相關(guān)，而與群落的優(yōu)勢(shì)種高度和胸徑無關(guān)^[14]。針葉樹種林分的空氣負(fù)離子平均濃度為1057個(gè)/cm³。，闊葉樹種林分為1161個(gè)/cm^3[7]，與本文研究結(jié)果存在一定差異，這可能是由于研究人員研究的群落結(jié)構(gòu)、組成較為復(fù)雜，而吳楚材等研究的對(duì)象較為簡(jiǎn)單所造成的。吳際友等對(duì)8種園林樹種周圍空氣負(fù)離子水平的研究結(jié)果表明，不同園林樹種周圍空氣負(fù)離子水平差異顯著^[8]。在本文研究的所有群落中，草坪的葉面積指數(shù)最小，其改善空氣負(fù)離子濃度的能力最弱；竹類群落的能力最強(qiáng)，這可能是由于竹類的葉尖呈針狀，曲率半徑較小，具有較強(qiáng)的尖端放電的功能所致，具體的原因需要作進(jìn)一步研究。

本研究中，CI與空氣負(fù)離子濃度呈極顯著正相關(guān)，與群落葉面積指數(shù)呈顯著正相關(guān)，與群落優(yōu)勢(shì)種的胸徑、樹高無關(guān)。這是由于葉面積指數(shù)高的植物群落，其光合作用能力強(qiáng)，促進(jìn)群落產(chǎn)生高濃度的氧分子，從而導(dǎo)致微環(huán)境的空氣負(fù)離子濃度與CJ值的增加。聚類分析結(jié)果表明，雖然所研究的群落特征不同，但所有植物群落都對(duì)改善空氣負(fù)離子有顯著作用。

參考文獻(xiàn)

[1]     王麗勉，胡永紅，秦?。虾５貐^(qū)151種綠化植物固碳釋氧能力的研究[J]．華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，26(3)：399—401．

[2]     石強(qiáng)．森林環(huán)境中空氣負(fù)離子濃度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[J]．中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2002，22(4)：320—323．

[3]     劉云國(guó)，呂健，張合平，等．大型人造園林中的空氣負(fù)離子分布規(guī)律[J]．中南林學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，23(1)：89—92．

[4]     王洪俊，王力，孟慶繁．城市不同功能區(qū)對(duì)空氣負(fù)離子水平的影響[J]．中國(guó)城市林業(yè)，2004，2(2)：49—52．

[5]     王洪?。鞘猩纸Y(jié)構(gòu)對(duì)空氣負(fù)離子水平的影響[J]．南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，28(5)：96—98．

[6]     邵海榮，賀慶棠．森林與空氣負(fù)離子[J]．世界林業(yè)研究，2000，13(5)：19—23．

[7]     吳楚材，鄭群明，鐘林生．森林游憩區(qū)空氣負(fù)離子水平的研究[J]．林業(yè)科學(xué)，2001，37(5)：75—81．

[8]     吳際友，程政紅，龍應(yīng)忠．園林樹種林分中空氣負(fù)離子水平的變化[J]．南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2003，27(4)：78—80．

[9]     薛薇．SPSS統(tǒng)計(jì)分析方法與應(yīng)用[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2004：326—348．

[10]  徐昭輝．安徽省主要森林旅游區(qū)空氣負(fù)離子資源研究[D]．合肥：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，2004．

[11]  吳楚材，黃繩紀(jì)．桃源洞國(guó)家森林公園的空氣負(fù)離子含量及評(píng)價(jià)[J]．中南林學(xué)院學(xué)報(bào)，1995，15(1)：9-12．

[12]  STEPHEN M K．A public healthy approach to evaluating the significance of air ion[D]．Texas：University of Texas Healthy Science Center，1997．

[13]  蒙晉佳，張燕．廣西部分景點(diǎn)地面上空氣負(fù)離子濃度的分布規(guī)律[J]．環(huán)境科學(xué)研究，2004，17(3)：25—27．

[14]  吳楚材，鐘林生，鄭群明．馬尾松純林林分因子對(duì)空氣負(fù)離子濃度影響的研究[J]．中南林學(xué)院學(xué)報(bào)，1998，18(1)：70—73．

來源：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（部分內(nèi)容經(jīng)過增減處理）

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