全 文 ：济南市南部山区不同模式庭院林空气负离子浓度*
王晓磊1 摇 李传荣2 摇 许景伟3**摇 胡丁猛3 摇 赵振磊2 摇 张刘东2
( 1中国林业科学研究院林业研究所 /国家林业局城市林业研究中心, 北京 100091; 2泰山森林生态站 /山东农业大学农业生态
与环境重点实验室, 山东泰安 271018; 3山东省林业科学研究院, 济南 250014)
摘摇 要摇 以济南市南部山区 5 种典型庭院林和 1 个无林庭院为对象,2010 年 3—12 月对其空
气负离子和相关气象因子进行同步观测.结果表明: 不同模式庭院林空气负离子浓度呈明显
的季节变化,夏季>秋季>春季>冬季;其中,日变化呈双峰曲线,峰值分别出现在 10:00—
11:00和 16:00—17:00,12:00 前后出现低谷.日空气质量均在 10:00 和 16:00 最清洁,下午的
空气质量优于上午;夏季空气质量最佳;园林小品型四季空气质量等级最高.不同模式庭院林
年均空气负离子浓度和离子评议系数(CI)大小排序为:园林小品型>经济林果型>自然绿化
型>花卉盆景型 > “农家乐冶 型 >对照. 负离子浓度分别为 813、 745、 695、 688、 649 和
570 个·cm-3;CI为 1. 22、1. 11、0. 85、0. 84、0. 83 和 0. 69.园林小品型庭院林为最理想的庭院
林模式.空气负离子浓度与空气温度和相对湿度呈显著正相关,与光照强度没有相关性.
关键词摇 庭院林摇 空气负离子摇 离子评议系数摇 空气质量摇 济南
文章编号摇 1001-9332(2013)02-0373-06摇 中图分类号摇 S731. 7摇 文献标识码摇 A
Air negative ion concentration in different modes of courtyard forests in southern mountain鄄
ous areas of Jinan, Shandong Province of East China. WANG Xiao鄄lei1, LI Chuan鄄rong2, XU
Jing鄄wei3, HU Ding鄄meng3, ZHAO Zhen鄄lei2, ZHANG Liu鄄dong2 ( 1Research Institute of Forestry,
Chinese Academy of Forestry, Researth Centre of Urban Forestry, State Forestry Administration, Bei鄄
jing 100091, China; 2Taishan Forest Ecosystem Research Station / Key Laboratory of Agricultural
Ecology and Environment, Shandong Agricultural University, Tai爷 an 271018, Shandong, China;
3Shandong Academy of Forestry, Ji爷 nan 250014, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2013,24 (2):
373-378.
Abstract: Taking five typical courtyard forests and a non鄄forest courtyard in southern mountains
areas of Jinan as test objects, a synchronous observation was conducted on the air negative ion con鄄
centration and related meteorological factors in March-December, 2010. The air negative ion con鄄
centration in the test courtyards showed an obvious seasonal variation, being in the order of summer
> autumn > spring > winter. The diurnal variation of the air negative ion concentration presented a
double peak curve, with the maximum in 10:00 -11:00 and 16:00 -17:00 and the minimum
around 12:00. The daily air quality was the best at 10:00 and 16:00, and better in afternoon than
in the morning. Summer time and garden sketch mode had the best air quality in a year. The mean
annual air negative ion and the coefficient of air ion (CI) of the test courtyards were in the order of
garden sketch > economic fruit forest > natural afforested forest > flowers and bonsai > farm tourist
> non鄄forest, with the air negative ion concentration being 813, 745, 695, 688, 649, and
570 ions·cm-3, and the CI being 1. 22, 1. 11, 0. 85, 0. 84, 0. 83, and 0. 69, respectively. It
could be concluded that garden sketch was the ideal courtyard forest mode. The air negative ion
concentration was significantly positively correlated with air temperature and relative humidity, but
irrelevant to light intensity.
Key words: courtyard forest; air negative ion; coefficient of air ion; air quality; Jinan of Shan鄄
dong.
*“十二五冶国家科技支撑计划项目(2011BAD38B03鄄2)、山东省生态省创新工程项目 (2005GG鄄1106001)和山东省科技发展计划项目
(2010GSF10630)资助.
**通讯作者. E鄄mail: xujingweisd@ 163. com
2012鄄05鄄24 收稿,2012鄄12鄄07 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 2 月摇 第 24 卷摇 第 2 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Feb. 2013,24(2): 373-378
摇 摇 空气负离子被誉为“空气维生素和生长素冶,在
净化空气[1]、人体保健、防病治病[2-3]等方面效果显
著,其浓度水平已成为评价区域空气清洁程度的重
要指标之一.目前,国外关于空气负离子的研究多集
中于对生物机体的生物学效应[4-6]、临床医学应
用[7-8]等方面,国内则偏重于环境监测方面,主要针
对森林游憩区[9-11]、城市不同功能区[12-14]、城区森
林或特定植被[15-18]的测定和描述研究,而对与人体
健康密切相关的乡村庭院林空气负离子的研究却未
见报道.
庭院作为人类活动最频繁的区域,其空气质量
的优劣直接关系到人体的健康与否. 但由于庭院林
的研究尚处于起步阶段,究竟哪种模式空气负离子
浓度高、改善空气质量的效果好还不清楚. 因此,在
新农村建设快速推进和人们环保意识日益增强的前
提下,探讨庭院林空气负离子变化规律并选出空气
质量较优的模式对指导庭院林建设具有重要意义.
济南市南部山区素有“城市后花园冶之称,因其
丰富的自然和人文景观,颇受济南市民和外地游客
青睐.该区域庭院林建设在山东省山区具有代表性,
开展不同模式空气负离子效益的研究,建立高质量
的试验示范区,对山区乡村庭院林模式选择具有重
要的借鉴和推广意义. 故本文以济南市南部山区庭
院林为对象,对其典型模式的空气负离子长期定点、
同步观测,探寻不同模式庭院林空气负离子和空气
质量的变化规律,旨在为合理选择庭院林模式及充
分利用庭院空间提供依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究地点位于济南市南部山区(116毅41忆15义—
117毅18忆45义 E,36毅12忆30义—36毅42忆15义 N),系泰山余
脉北部与济南市区交界处. 该区域属暖温带大陆性
季风气候,春季干旱少雨,多西南风;夏季炎热多雨;
秋季气爽宜人;冬季寒冷,多东北风. 年均气温
14. 0 益,平均风速 2. 7 m·s-1;降水年际变化大,年
均降水量 710 mm.区域内森林覆盖率高达 51% ,庭
院林绿化以经济树种、用材树种、防护树种、观赏树
种及藤本植物为主,主要有毛白杨(Populus tomento鄄
sa)、国槐 ( Sophora japonica)、刺槐 (Robinia pseud鄄
oacacia)、板栗(Castanea mollissima)、核桃( Juglans
regia)、柿(Diospyros kaki)、香椿(Toona sinensis)、石
榴(Punica granatum)、樱桃(Cerasus pseudocerasus)、
桃( Amygdalus persica)、杏 ( Prunus armeniaca)、李
(Prunus salicina)、樱花 ( Cerasus serrulata )、山楂
(Crataegus pinnatifida)、玉兰(Magnolia denudata)、
牡丹 ( Paeonia suffruticosa)、芍药 ( Paeonia lactiflo鄄
ra)、月季(Rosa chinensis)、葡萄(Vitis vinifera)和凌
霄(Campsis grandiflora)等.
1郾 2摇 研究方法
1郾 2郾 1 样地选择 摇 按王晓磊等[19]对乡村庭院林的
划分标准,在济南市南部山区的西营镇和柳埠镇选
取具有代表性的典型庭院 5 座(表 1),另设一个非
林地(水泥下垫面)庭院作为对照(CK). 每种模式
采取三角形布设观测点.
1郾 2郾 2 观测方法摇 2010 年 3—12 月,选择晴朗、无风
或微风的天气,从 8:00—18:00 逐时、定点、同步测
定各监测点距地面 1. 5 m 处的空气正负离子浓度、
空气温度、相对湿度和光照强度,每季度测定5 d.空
气离子使用经过统一校正过的日本 KEC 公司生产
的 KEC鄄900 空气离子测试仪 (测量范围 10 ~ 2 伊
106 ind·cm-3)测定,每个观测点待仪器稳定以后按
东、南、西、北 4 个方向读数,每个方向读取 3 次,取
平均值为此观测点的观测值;同时,使用美国 NK公
司产的 Kestrel 3500 测定空气温度和相对湿度,用台
湾泰仕公司产的 TES鄄1332A 光照仪测定光照强度.
每个观测点重复 3 次;3 个观测点的平均值为该模
式最终观测值.
1郾 2郾 3 空气负离子的评价摇 以空气离子浓度为基本
观测指数,以空气离子评价系数(CI)对空气质量评
表 1摇 调查样地概况
Table 1摇 Background of sample sites
代码
Code
模式
Mode
庭院面积
Courtyard area
(m2)
配置结构
Configuration
主要树种
Dominant plant
覆盖度
Coverage
(% )
玉 经济林果型 Economic fruit 50 乔或灌单层 毛白杨、核桃、板栗、柿树、杏、石榴等 60 ~ 70
域 花卉盆景型 Flowers and bonsai 50 灌草 各类花卉及树桩、山石盆景等 40 ~ 50
芋 自然绿化型 Natural afforestation 50 乔灌复层 柿树、石榴、月季、牡丹、葡萄、凌霄等 35 ~ 50
郁 园林小品型 Garden sketch 50 乔灌藤复层 国槐、玉兰、樱花、芍药、牡丹、月季、葡萄等 >80
吁 “农家乐冶型 Farm tourist 180 乔灌藤复层 核桃、板栗、樱桃、桃、杏、枣、瓜果藤本、蔬菜 60 ~ 70
473 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
价.计算公式为[20]:
q=n+ / n-
CI=(n- / 1000)(1 / q)
式中:q 为单极系数;n+、n-分别为空气正、负离子浓
度(ind·cm-3);1000 为满足人体生物学效应最低
需求的空气负离子浓度( ind·cm-3).定义:CI>1 时
为 A级,最清洁空气;1. 0臆CI臆0. 7 为 B 级清洁;
0郾 69臆CI臆0. 50 为 C级清洁;0. 49臆CI臆0. 30 为 D
级允许;CI臆0. 29 为 E级临界值.
1郾 3摇 数据处理
所有数据均采用 Microsoft Excel 和 SPSS 18. 0
软件进行分析,采用单因素方差分析(one鄄way ANO鄄
VA)和最小显著差异法(LSD)比较不同模式间的差
异;用 Pearson 相关系数评价不同因子间的相关关
系;显著性水平设定为 琢=0. 05.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 庭院林空气负离子浓度的季节变化
由图 1 可见,庭院林的空气负离子浓度年变化
介于 454 ~ 937 个·cm-3,各模式季节变化规律基本
一致(图 1),夏季最高,秋季次之,冬季最低. 其中,
夏秋季与春冬季差异显著,夏、秋季之间差异不显著
(花卉盆景型除外),春、冬季之间差异不显著(自然
绿化型除外) .这是因为一方面夏季植物枝叶的尖
图 1摇 庭院林空气负离子浓度的季节变化
Fig. 1 摇 Seasonal variation of air negative ion concentration in
courtyard forests (mean依SE).
玉:经济林果型 Economic fruit;域:花卉盆景型 Flowers and bonsai;芋:
自然绿化型 Natural afforestation;郁:园林小品型 Garden sketch;吁:
“农家乐冶型 Farm tourist; CK:对照(无林)Control(Non鄄forest) . 图中
不同大写字母表示同种模式不同季节间的差异显著,不同小写字母
表示同一季节不同模式间差异显著 Different capital letters indicated
significant difference between different seasons of the same mode, while
the lowercase letters indicated significant difference between different
modes of the same season. 下同 The same below.
端放电、光合作用过程的光电效应及挥发性物质的
释放均会促使空气电解[21-22],另一方面,温度升高
会加速分子或原子热运动速度,导致相互间碰撞几
率增加,氧被电离的能力升高[23] .而在冬季,上述作
用减弱,加之农村日常生活消耗化石、生物燃料加重
了空气污染,导致空气负离子损耗增加.
摇 摇 5 种庭院林四季空气负离子浓度均显著高于对
照(夏季“农家乐冶型除外). 总体来看,园林小品型
四季均最高,经济林果型次之,其余 3 种模式虽然在
季节之间有所不同,但差异不显著.园林小品型增加
空气负离子的能力最强,增幅 34. 2% ~ 51. 9% ,经
济林果型增加 25. 1% ~ 41% ,其他模式增幅介于
7郾 9% ~32. 8% .这主要受植物群落结构、人为因素
等因子共同影响.园林小品型为乔鄄灌鄄藤复层结构,
单位面积绿量高,枝叶增加空气负离子能力强. 同
时,合理的植物配置使土壤热容增大,通气性和渗透
性好,存在更多的以氧离子或负氧离子为主的空气
负离子,在根系和土壤微生物利用氧时被释放并交
换到空气中[24] .而“农家乐冶型虽为复层结构,但受
游客及车流的影响,气溶胶粒子密度大,空气负离子
损耗增大.其余模式受植物配置状况、绿量等影响,
负离子浓度低于园林小品型.
2郾 2摇 庭院林空气负离子浓度的日动态
由图 2 可以看出,四季空气负离子浓度日变化
均为双峰型曲线,10:00 左右出现第 1 个峰值,
16:00出现第 2 个高峰期.这种变化趋势是植物光合
作用、小气候以及农户燃煤等综合作用的结果. 清
晨,植物光合作用较弱,尤其冬季 8:00,由于农户燃
煤,空气负离子损耗多;随着太阳辐射增强,植物光
电效应逐渐增强,10:00—11:00 达到第 1 个峰值.
中午前后,由于气温升高、相对湿度降低,植物出现
光合“午休冶现象,导致 12:00 左右空气负离子浓度
处于低谷. 14:00 过后,随着太阳辐射的减弱,空气
相对湿度逐渐变大,16:00 左右空气负离子浓度会
达到第 2 个峰值.不同模式庭院林出现峰值的时刻
差异较明显主要受植物群落结构的影响. 在植物生
理活动较强时,越是复层群落,产生空气负离子的能
力越强.
2郾 3摇 庭院林空气质量等级评议系数
空气离子评议系数日变化与空气负离子日变化
规律一致,10:00 和 16:00 出现两个高峰(图 3).
10:00和 16: 00, A 级空气质量分别占 66. 7% 、
83郾 3% .上午和下午 A级空气分别占全部 A级空气
的39郾 8% 、60. 2% .下午空气质量明显优于上午.计
5732 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 王晓磊等: 济南市南部山区不同模式庭院林空气负离子浓度摇 摇 摇 摇 摇
图 2摇 不同模式庭院林四季空气负离子浓度
Fig. 2摇 Air negative ion concentration under different courtyard forest modes in different seasons (mean依SE).
A: 春季 Spring; B: 夏季 Summer; C: 秋季 Autumn; D: 冬季 Winter. 下同 The same below.
图 3摇 不同模式庭院林四季离子评议系数
Fig. 3摇 Coefficient of air ion under different courtyard forest modes in different seasons (mean依SE).
算各个时刻年均离子评议系数可得,8:00 仅为
0郾 63,为 C级空气;10:00、11:00、16:00 和 17:00 均
超过 1,达到 A级.空气离子评议系数变化也呈现一
定的规律性,夏季最高,A 级最清洁空气达 50% ,B
级占 33郾 3% ;春、秋、冬季 A 级空气所占比例相当,
主要以 B 级清洁空气为主,分别占 53% 、43. 9%和
45郾 5% ;而冬季由于燃煤等作用,空气质量稍差,D
级空气占10郾 6% .四季平均离子评议系数为:夏季
673 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
图 4摇 庭院林年均空气负离子浓度(NAI)和离子评议系数
(CI)
Fig. 4摇 Average concentration of air negative ion (NAI) and co鄄
efficient of air ion (CI) in courtyard forests (mean依SE).
(1郾 06)>秋季(0. 93)>春季(0. 88)>冬季(0. 83).
摇 摇 5 种庭院林年均负离子浓度均显著高于对照
(图 4).园林小品型最高,经济林果型次之,均显著
高于其他 3 种模式;后三者间差异不显著.空气负离
子浓度依次为:园林小品型(813 个·cm-3)>经济林
果型(745 个·cm-3)>自然绿化型(695 个·cm-3)>
花卉盆景型 ( 688 个 · cm-3 ) > “农家乐 冶 型
(649 个·cm-3)>对照(570 个·cm-3);年均 CI 与
空气负离子子排序相同,园林小品型(1. 22) >经济
林果型(1郾 11) >自然绿化型(0. 85) >花卉盆景型
(0. 84)>“农家乐冶型(0. 83) >对照(0. 69). 在空气
质量等级上,园林小品型和经济林果型属 A 级,对
照为 C级,其余模式为 B级.
2郾 4摇 空气负离子浓度与小气候因子的相关性
通过整理 2010 年 3—12 月采集的空气负离子
及其对应的环境因子数据,分析了负离子浓度与温
度、湿度、光照强度的相关性.结果发现,空气负离子
浓度与空气温度、相对湿度呈极显著正相关,相关系
数分别为 0. 509 和 0. 216;与光照强度没有相关性
( r= -0. 05,P= 0. 467).
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 空气负离子浓度的时间变化规律
通常认为,夏季空气负离子浓度最高,冬季最
低[12,25] .本研究中,夏季空气负离子浓度最高,秋季
次之,冬季最低,这与文献[11,26-29]的研究结果
一致.空气负离子浓度日变化目前整体上呈双峰型,
但峰值出现的具体时间尚无定论.倪军等[27]研究表
明,空气负离子浓度日变化的峰值出现在 3:00—
4:00和 15:00—16:00;高铭聪等[30]发现,峰值通常
出现在 9:00—10:00 和 13:00—14:00.本研究发现,
四季日变化峰值均出现在 10:00—11:00 和16:00—
17:00,这可能与山区居民的作息时间及生活方式有
很大关系.另外,研究地区的不同也可能是结论不同
的一个重要因素[25] .
3郾 2摇 空气负离子的相关影响因子
气象因子是影响空气负离子的重要因素.但由
于研究环境的特殊性和复杂性及监测仪器的不统
一,目前空气负离子与气象因子的相关性很难得出
统一定论[31] .本研究发现,空气负离子与空气温度、
相对湿度呈正相关,与太阳辐射没有相关性.这与文
献[15,32-34]的结论相同,只是本次试验监测时间
长,采集数据量大,且对空气负离子与小气候因子进
行了同步观测,更能准确地反映其相关性.需要指出
的是,本研究仅对温度、相对湿度和光照强度与空气
负离子的相关性进行了分析,而空气负离子还受其
他多种因素的影响,今后有待于深入研究.
3郾 3摇 乡村庭院林建设
园林小品型庭院林的空气负离子浓度最高、空
气质量最好,是最理想的庭院林模式. 因此,今后在
营建庭院林时宜优先考虑. 另外,营建庭院林时,不
仅要注重实用、美观,还应考虑到单位面积绿量,在
满足庭院基本应用的前提下,从整体上考虑其生态
效益,选择乔鄄灌鄄藤鄄草复层结构,充分发挥庭院林的
生态服务功能,改善空气质量,创造宜居环境.
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作者简介摇 王晓磊,女,1985 年生,博士研究生.主要从事城
市林业研究,发表论文 8 篇. E鄄mail: wangxl. 1010@ 163. com
责任编辑摇 李凤琴
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