防护林空气负离子监测

四、防护林空气负离子监测

目前，国内外对于城市空气质量的关注度已越来越高。森林是陆地生态系统的主体，具有净化空气的功能，是人类赖以生存与发展的重要自然资源。森林生态系统净化环境指生态系统中生物类群通过代谢作用使环境中污染物数量减少，浓度下降，毒性减轻，直至消灭的过程。森林净化环境污染、改善空气质量的功能主要包括吸收污染物（如SO₂、HF、氟化物、氮化物以及卤素等有害物质）、阻滞粉尘、杀灭病菌和降低噪音。防护林生态系统通过森林植被、土壤动物和微生物发挥固定碳素、释放氧气的功能；同时增加空气中的负离子含量。因而防护林对于改善城市空气质量方面的效果明显。

空气负离子就是大气中的中性分子或原子，在自然界电离源的作用下，其外层电子脱离原子核的束缚而成为自由电子，自由电子很快会附着在气体分子或原子上，特别容易附着在氧分子和水分子上，而成为空气负离子。空气负离子被称誉为空气中的“维生素”和“生长素”，对人类身体健康有诸多益处，比如可以提高脑部锌含量从而提高学习记忆能力、提高酶活性从而增强体质等。空气负离子主要来源于地面放射性岩石，太阳紫外线，瀑布、溪水、喷泉等溅起的水花、雨水分解以及植物光合作用所制造的新鲜空气等。

森林的树冠、枝叶的尖端放电以及光合作用过程的光电效应均会促使空气电解，产生大量的空气负离子。植物释放的挥发性物质如植物精气(又叫芬多精)等也能促进空气电离，从而增加空气负离子浓度。

2010年，我们以十塘外滩涂和杭州湾新区工业园为对照点，采用ITC-201A空气负离子测定仪（日本产）测定了慈溪市沿海防护林海滨木槿、木麻黄和栾树三种树种林内空气负离子含量日变化。

防护林内、滩涂和杭州湾新区空气负离子日变化动态规律基本相同，均表现出先增加后降低，然后又增加的过程（图8）。上午负离子逐渐增加，可能与上午周围植物的光合作用增强有关，植物叶片光合作用、尖端放电产生大量负离子有关；此后，由于温度升高，湿度降低（图9），负离子含量又逐渐降低，到了下午，温度下降，空气相对湿度又逐渐增加，负离子含量再次增加。相关性分析发现，空气负离子含量与大气温度呈显著负相关，与相对湿度呈显著正相关（p﹤0.05）。这是因为空气负离子就是大气中的中性分子或原子，在自然界电离源的作用下，其外层电子脱离原子核的束缚而成为自由电子，自由电子很快会附着在气体分子或原子上，特别容易附在氧分子和水分子上，而成为空气负离子，所以高氧、高湿度能使负离子存活时间变长，空气相对湿度有利于空气负离子产生和存活已经被许多学者所认同。

图8　防护林与对照点负离子含量日变化

防护林内空气负离子含量最大，平均为1358±187个·cm^-3，其次是十塘外滩涂对照点，为414±79个·cm^-3，杭州湾新区工业园区内空气含量最小，仅为256±52个·cm^-3。经方差分析发现，防护林内负离子含量显著大于两个对照点（p﹤0.01），但两对照点间差异不显著，说明防护林内植物可以显著改善空气质量，提高空气中负离子含量。

图9　防护林与对照点大气温度和相对湿度日变化

防护林内由于植物叶片的尖端放电和光合作用，可以显著提高空气湿度，改善大气质量，因此产生较多的负离子，且可以延长负离子的维持时间，因此负离子含量最高；十塘外滩涂空气相对湿度高，且空气质量好，因此其负离子含量比杭州湾新区工业园区要大；而工业园区内由于建筑物和人口密集，空气温度相对较高，湿度较小，同时由于工厂和车辆排放大量污染物质，导致空气质量下降，其负离子含量最低。

不同树种间由于其光合作用等生理活动存在较大差异，因此其林内小环境各不相同，空气中负离子的含量和维持时间也有差异（图10）。在防护林带3种不同林分中，木麻黄林内空气负离子含量最高（1515±173个·cm^-3），其次是栾树林，含量为1234±104个·cm^-3，海滨木槿林内最小，为909±86个·cm^-3。经方差分析发现木麻黄林内空气含量显著大于栾树和海滨木槿（p﹤0.01），栾树林内含量虽然大于海滨木槿林内，但差异不显著。木麻黄树叶呈针状，等曲率半径较小的树种具有更强的尖端放电功能，产生更多的电荷，使空气发生电离，因而比阔叶树种产生更多的负离子。

图10　三树种林内负离子含量

经过对慈溪沿海防护林带、防护林林内负离子含量的测定发现，林内负离子含量明显高于无林对照点的含量。一方面林内树木花草的叶片尖端放电和绿色植物光合作用形成的光电效应，使空气电离而产生负离子；另一方面植物叶片释放出一些芳香挥发性物质都能使空气发生电离。同时森林具有很强的降尘功能，使得空气负离子浓度增加，而且其维持时间加长。根据研究的几个树种看来，木麻黄林内负离子的含量最高，可为以后树种配置、规划等提供基本的参考依据。