植物群落對空氣負(fù)離子濃度影響的研究

植物群落對空氣負(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)展促進了人們對綠化的重視，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)離子被譽為空氣維生素和生長素，其濃度水平已成為評價城市空氣質(zhì)量的一個重要指標(biāo)^[2]。空氣負(fù)離子濃度達到700個/cm³以上時有益于人體健康，當(dāng)濃度達到10000個/cm³以上時對疾病有治療效果，當(dāng)負(fù)離子濃度大于或等于正離子時，會使人感到舒適，并對多種疾病有輔助治療作用^[3/4]。

空氣負(fù)離子對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，氧氣和水分子比氮氣等更具有親電性，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，不同林分類型對空氣負(fù)離子濃度的影響差異顯著^[5/8]。為此，研究人員對上海地區(qū)21個常見植物群落對空氣負(fù)離子濃度的影響進行了研究，旨在定量評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

為評價不同植物群落對改善微環(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，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233 d。

1.2  研究方法

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

專用空氣負(fù)離子檢測儀

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

KEC-900型空氣負(fù)離子檢測儀正對植物周圍負(fù)離子進行檢測

A．郁閉度 Coverage;

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

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

LAL.葉面積指數(shù)Leaf area index

對空氣質(zhì)量評價，國際上常用空氣質(zhì)量評價指數(shù)值（CI），計算公式如下^[2]：

CI=(n^-/1000)×（1/q）

q=n⁺/n^-

以上公式中：

1)CI表示：空氣質(zhì)量評價指數(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：單極系數(shù)；

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

1.3  統(tǒng)計分析方法

采用SPSS統(tǒng)計軟件對各項數(shù)據(jù)進行方差分析、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照，尤以前者的能力。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照的差值。與水泥地對照相比，只有草坪的△C增加不到100個/cm³；而△C高于300個個/cm³的群落只有2個竹林群落，占總數(shù)的9.3%，這個結(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/cm³<△C <200個/cm³的群落數(shù)有5個，占總數(shù)的23.8%；其它13個群落的△C分布在200個/cm³~300個/cm³，占總數(shù)的61.9%。

對群落間和群落內(nèi)進行方差分析，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，對各群落增加空氣負(fù)離子濃度的能力進行了多重比較(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。與水泥地對照相比，所有群落提高空氣負(fù)離子濃度的顯著水平達0.01。與草坪群落相比，除群落12差異不顯著、群落7差異達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0.01顯著差異。在除草坪外的其它20個植物群落中，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。

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，12：00時；針葉群落在9：00，12：00、15：00變化很小，都在430個/cm³左右；竹類群落的空氣負(fù)離子濃度在上午9：00，為486個/cm³，中午和下午，日變幅<38個/cm³；闊葉植物群落的空氣負(fù)離子濃度，在中午12：00，上午和下午基本一致，日變幅<41個/cm³；針闊混交植物群落的空氣負(fù)離子濃度日變化趨勢與水泥地對照變化相似。

2.2  植物群落對CI的影響

1)不同群落CI值。圖3是21個植物群落CI值散點圖，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。21個群落CI值分布呈正態(tài)分布。

2)不同群落優(yōu)勢種對微環(huán)境空氣質(zhì)量評價指數(shù)值的影響。群落優(yōu)勢種的種類和高度對微環(huán)境空氣質(zhì)量評價指數(shù)值CI影響，結(jié)果見圖4。竹類群落的CI，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)不同群落特征對微環(huán)境空氣質(zhì)量評價指數(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軟件對所研究群落進行聚類分析(圖5)。當(dāng)距離系數(shù)為0.9時，依據(jù)距離的遠近，21個植物群落為1類，水泥地對照為1類。當(dāng)距離系數(shù)為0.95時，依據(jù)距離的遠近，分為3大類，水泥地對照為1類，植物群落被分為兩大類：1類含4個群落，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個群落為另1類，改善空氣質(zhì)量能力較強的群落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，同時進行的蒸騰作用還可使周圍環(huán)境空氣相對濕度增加，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，晴天地面上大氣電場的電勢差約為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。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1000~3000個/cm^3[6]。

不同的植物群落，由于優(yōu)勢種的組成、郁閉度、群落結(jié)構(gòu)類型都不同，其對改善空氣負(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/cm³。，闊葉樹種林分為1161個/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象較為簡單所造成的。吳際友等對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，這可能是由于竹類的葉尖呈針狀，曲率半徑較小，具有較強的放電的功能所致，具體的原因需要作進一步研究。

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，促進群落產(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改善空氣負(fù)離子有顯著作用。

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

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