森林環(huán)境中空氣負(fù)離子濃度分級標(biāo)準(zhǔn)

森林環(huán)境中空氣負(fù)離子濃度分級標(biāo)準(zhǔn)

石強(qiáng)(深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院管理系

鐘林生(中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所)

吳楚材(中南林學(xué)院森林旅游研究中心,湖南株洲)

隨著人們對空氣負(fù)離子醫(yī)療保健及殺菌功能認(rèn)識的逐漸加深,空氣負(fù)離子作為一種新的生態(tài)保健資源在許多行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用.在林業(yè)及旅游行業(yè),人們利用多數(shù)森林環(huán)境中空氣負(fù)離子濃度高的特點(diǎn)競相開展“森林生態(tài)旅游”、“森林浴”等活動,并開發(fā)修建了眾多的“負(fù)離子呼吸區(qū)”、“森林醫(yī)院”等療養(yǎng)保健場所.在這些保健場所中,確實有一部分的空氣負(fù)離子濃度較高,具有較好的保健效果,但也有一部分的空氣負(fù)離子濃度并不高,根本就不具有保健效能。

森林公園里的負(fù)離子高密度區(qū)

目前,國內(nèi)外還沒有一個可以用來評價森林環(huán)境中空氣負(fù)離子濃度水平的標(biāo)準(zhǔn).作者在分析國內(nèi)10 個森林風(fēng)景區(qū)空氣負(fù)離子濃度實測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,建立了森林環(huán)境中空氣負(fù)離子濃度的分級標(biāo)準(zhǔn),為森林空氣負(fù)離子資源的開發(fā)評價提供了依據(jù).在此基礎(chǔ)上,對北京門頭溝小龍門森林公園和廣州流溪河國家森林公園進(jìn)行了實證研究.

一、       數(shù)據(jù)來源

研究所用數(shù)據(jù)來源于湖南省森林旅游研究中心近年來采用新型通用型空氣負(fù)離子測量儀（日本KEC-900）在湖南省的桃源洞、張家界、陽明山,江西省的三爪侖,廣東省的金坑,廣西的姑婆山等森林公園和湖南省衡山風(fēng)景名勝區(qū),廣東省鼎湖山自然保護(hù)區(qū),廣西大瑤山自然保護(hù)區(qū)以及北京青少年綠色度假中心等 10 個森林風(fēng)景區(qū)所測得的空氣負(fù)離子值.測點(diǎn)所覆蓋的地域范圍廣闊,森林植被類型多樣,具有較強(qiáng)的代表性.

專用空氣負(fù)離子檢測儀（日本KEC-900）

空氣負(fù)離子檢測儀現(xiàn)場測量

公園景區(qū)空氣負(fù)離子濃度實時發(fā)布

二、       數(shù)據(jù)處理

環(huán)境因子分級評價標(biāo)準(zhǔn)的制定常常基于對大量具有正態(tài)分布特性的實測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析.若實測數(shù)據(jù)不具有正態(tài)分布特性,則必須通過一定的數(shù)學(xué)方法將其變換成正態(tài)性數(shù)據(jù)后方可進(jìn)行分級.在使用標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)正態(tài)變換后,再進(jìn)行Box-Cox 變換來處理偏正態(tài)分布數(shù)據(jù),可取得較好的分級效果.作者采用此法來處理森林大氣負(fù)離子濃度數(shù)據(jù),結(jié)合空氣負(fù)離子的人體生物學(xué)效應(yīng),提出了森林環(huán)境中空氣負(fù)離子的分級評價標(biāo)準(zhǔn).

分別從上述 10 個森林風(fēng)景區(qū)空氣負(fù)離子濃度測值中篩選出610 個樣本值(為了不影響分析和計算,個別異常數(shù)據(jù)未納入計算;瀑布旁邊因負(fù)離子濃度太大,應(yīng)另立評價標(biāo)準(zhǔn),故所選數(shù)據(jù)不含瀑布生境的負(fù)離子數(shù)據(jù)).將這些樣本值記為Y_ij(i=1,2?,610,j=1,2 為指標(biāo)序號),然后采用儀器數(shù)據(jù)采集、分析軟件中檢驗精度較高的柯爾莫哥洛夫-斯米諾夫標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)正態(tài)檢驗程序進(jìn)行檢驗(K-S NormalTest),檢驗結(jié)果Z_0.05=0.061,表明樣本數(shù)據(jù)不服從

正態(tài)分布,因此必須對原數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)變換.

設(shè)樣本值為y1,…yn

其中

對(1)式進(jìn)行正態(tài)變換處理

C 為正態(tài)變換常數(shù).用式(1),式(2)將樣本值{y_k}變換為數(shù)值.再對數(shù)組{X_k}進(jìn)行變換.

k =1,2,…,n,得數(shù)組{Z_k},對y_k作變換

得隨機(jī)變量 Z_k,式(4)為Box-Cox 變換.其中l為變換參數(shù),可用逐步逼近法求得.

經(jīng)(4)式變換后的數(shù)組,一律能通過柯爾莫洛夫-斯米諾夫正態(tài)性檢驗,因而是服從正態(tài)分布的.

過去人們常在“均值±3′標(biāo)準(zhǔn)差”的范圍內(nèi)采取均分的辦法來取代表點(diǎn).該法雖然簡單方便,但可能遺失較多信息.為了使取點(diǎn)更加科學(xué)合理,方開泰等人通過建立損失函數(shù),以信息損失量最小作為選取代表點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn),給出了不同分級水平代表點(diǎn)的取值.作者用此法選取五級代表點(diǎn)的值為: -1.7242,-0.7646,0,0.7646,1.7242

進(jìn)一步計算數(shù)組{Zk}的均值與標(biāo)準(zhǔn)差

方程式中l0、C、m、s是可測定的系數(shù).利用代表點(diǎn)的值和(6)式即可求得樣本值的

分級標(biāo)準(zhǔn).

三、       空氣負(fù)離子濃度分級標(biāo)準(zhǔn)的建立

通過(6)式計算得到森林環(huán)境中空氣負(fù)離子濃度分級標(biāo)準(zhǔn)為:

l  Ⅰ級>2862個/cm³

l  Ⅱ級2036~2862個/cm³

l  Ⅲ級1494~2035個/cm³

l  Ⅳ級954~1493 個/ cm³

l  Ⅴ級393~953 個/cm³

l  Ⅵ級<393個/cm³

在制定標(biāo)準(zhǔn)時,不同對象間的特性差異較大,因而對其標(biāo)準(zhǔn)精度的要求也常不相同.對于微觀領(lǐng)域及穩(wěn)定性強(qiáng)的對象,其精度可高一些;而對宏觀領(lǐng)域及變化較大的對象而言,其精度則要求低一些,便于在實踐中應(yīng)用.上述森林環(huán)境中空氣負(fù)離子濃度分級標(biāo)準(zhǔn)值是通過數(shù)學(xué)方法得出的,其精確度較高.但由于空氣負(fù)離子濃度本身變化較快、變化幅度也較大,且空氣負(fù)離子測定儀的精度亦為10 個/cm³.顯然,將分級標(biāo)準(zhǔn)的精度精確到個位是不切實際的.為此,將上述標(biāo)準(zhǔn)值修訂為:

l  Ⅰ級>3000 個/cm³

l  Ⅱ級2000~3000 個/cm³

l  Ⅲ級1500~2000 個/cm³

l  Ⅳ級1000~1500 個/cm³

l  Ⅴ級400~1000 個/cm³

l  Ⅵ級<400 個/cm³

一般情況下,森林環(huán)境中的空氣負(fù)離子濃度都要高于城市居民區(qū),人們開展森林生態(tài)旅游的一個重要目的就是到森林中去進(jìn)行以呼吸空氣負(fù)離子為主要內(nèi)容的“森林浴”.因此,將森林風(fēng)景區(qū)的最低負(fù)離子濃度(臨界濃度)定為400個/cm³,高于徐業(yè)林建議的我國城鎮(zhèn)居民區(qū)250個/cm³的最低濃度標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)是合理的.事實上,當(dāng)森林環(huán)境中空氣負(fù)離子濃度低于400個/cm³(Ⅵ級)時,空氣已受到一定程度的污染,對游客的健康不利.上述標(biāo)準(zhǔn)的第Ⅳ、Ⅴ級的分界濃度為1000個/cm³,與空氣負(fù)離子人體生物學(xué)效應(yīng)最低濃度標(biāo)準(zhǔn)一致.表明達(dá)到Ⅳ級以上負(fù)離子濃度水平的空氣對人體健康是有益的,屬于保健濃度范圍.而空氣負(fù)離子濃度介于400~1000個/cm³之間(Ⅴ級)的空氣對人體則既無多大危害,亦無多大益處,因而屬于允許濃度范圍.

據(jù)此,可以在實踐中將森林環(huán)境中空氣負(fù)離子濃度值劃分為臨界濃度(400個/cm³)、允許濃度(400~1000個/cm³)及保健濃度(>1000個/cm³)3 個區(qū)域,此種劃分有利于增強(qiáng)旅游規(guī)劃與管理的科學(xué)性及可操作性.同時“, 空氣負(fù)離子呼吸區(qū)”及“森林醫(yī)院”等療養(yǎng)保健場所應(yīng)建在具有保健濃度以上的景區(qū)(景點(diǎn)),才會取得較好的療養(yǎng)保健效果.

四、       分級標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用

為了檢驗上述評價標(biāo)準(zhǔn)的可靠性及應(yīng)用性能,分別在北方(北京門頭溝小龍門森林公園)和南方(廣州流溪河國家森林公園)各選擇一個森林公園,測量了園內(nèi)部分功能區(qū)的空氣負(fù)離子濃度,然后應(yīng)用上述評價標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行評價,評價結(jié)果見表1.

由表 1 可知,應(yīng)用建立的空氣負(fù)離子分級標(biāo)準(zhǔn),很容易對以上兩個森林旅游區(qū)空氣負(fù)離子的濃度等級做出判別.同為森林環(huán)境,南、北方的空氣負(fù)離子濃度差異很大,流溪河國家森公園境內(nèi)空氣負(fù)離子濃度基本上為Ⅰ、Ⅱ級,而小龍門森林公園境內(nèi)空氣負(fù)離子濃度則為Ⅳ級、Ⅴ級.從表1 還可以看出,接待區(qū)的負(fù)離子濃度要大大低于游覽區(qū),這主要是由于接待區(qū)因生活排污及汽車尾氣等因素導(dǎo)致空氣中的粉塵含量高,這些粉塵的存在使得空氣中的負(fù)離子更容易相互碰撞,發(fā)生電荷中和形成中性分子,從而降低了空氣中負(fù)離子的濃度,而游覽區(qū)由于只有游客的活動,沒有煙塵排放,對空氣的干擾較小,空氣污染程度較弱,對負(fù)離子濃度影響較小.通過對上述兩個森林公園多個景區(qū)及接待區(qū)空氣負(fù)離子濃度的比較評價可知,選擇在流溪河國家森林公園的三椏塘、植物園、跌死龜建空氣負(fù)離子保健場所是比較適合的,而小龍門門森林公園境內(nèi)除了野豬林、杜鵑山勉強(qiáng)可以建空氣負(fù)離子保健區(qū)外,其余場所則都不適合.

五、       結(jié)語

對于偏正態(tài)分布的負(fù)離子濃度樣本數(shù)據(jù),在運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)正態(tài)變換及Box-Cox 變換使其正態(tài)化的基礎(chǔ)上,采用正態(tài)總體五級代表點(diǎn)選取法,制定出了森林環(huán)境中空氣負(fù)離子的分級標(biāo)準(zhǔn).該標(biāo)準(zhǔn)將森林環(huán)境中空氣負(fù)離子濃度水平分為6 個等級,即:

l  大于3000個/cm³為Ⅰ級

l  2000~3000個/cm³為Ⅱ級

l  1500~2000個/cm³為Ⅲ級

l  1000~1500 個/cm³為Ⅳ級

l  400~1000 個/cm³ 為Ⅴ級

l  400 個/cm³ 以下為Ⅵ級

根據(jù)不同負(fù)離子濃度對人體的生物學(xué)效應(yīng),將上述標(biāo)準(zhǔn)分為臨界濃度(400個/cm³)、允許濃度(400~1000個/cm³)及保健濃度(>1000個/cm³)3個區(qū)域.利用上述分級標(biāo)準(zhǔn),對北京門頭溝小龍門森林公園及廣州流溪河國家森林公園主要景區(qū)空氣負(fù)離子狀況進(jìn)行了評價.結(jié)果顯示,流溪河國家森林公園境內(nèi)的空氣負(fù)離子濃度等級大大高于小龍門森林公園境內(nèi)的空氣負(fù)離子濃度等級.

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作者簡介：

石強(qiáng)(1970-),男,四川安岳人,博士,深圳職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院講師,主要從事旅游資源開發(fā)、環(huán)境影響評價方面的研究.發(fā)表論文10 篇.

來源：《中國環(huán)境科學(xué)》雜志(部分內(nèi)家有所調(diào)整和刪減)

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