（自然地理学专业论文）岳麓山空气负离子分布规律及开发利用研究.pdf

摘要 岳麓山位于长沙市区湘江西岸，为南岳七十二峰之一，是湖南省著名 的风景区。本文通过对岳麓山空气负离子浓度一年的实地观测，发现岳麓 山空气负离子浓度存在以下变化规律：( 1 ) 岳麓山空气负离子浓度和空气 质量空间变化较为明显，其负离子浓度和空气质量在东北坡和东南坡均先 随高度的升高而升高，到海拔1 5 0 m 左右达到最大，然后又随海拔的升高 而降低，存在较为明显的垂直变化且核心景区和非核心景区的空气负离子 浓度和空气质量也存在差异，非核心景区要略好于核心景区。( 2 ) 岳麓山 空气负离子浓度和空气质量存在非常明显的时间变化规律：即空气负离子 浓度和空气质量一月份最低，9 月份最高，从1 0 月份到次年1 月份空气负 离子浓度和空气质量显著下降，然后开始逐渐升高，到9 月份达最高；以 季节而论，空气负离子浓度和空气质量夏、秋两季相当，空气负离子浓度 以秋季最高，夏季次之，冬季最低，空气质量则是夏季最好，秋季次之， 冬季最差。空气负离子浓度的日变化规律( 6 ：0 0 1 9 ：0 0 ) 为，清晨和 中午低，上午和傍晚最高，一天中存在两个峰值。( 3 ) 在不同的天气条件 f 空气负离子浓度的变化规律是：下雨后的空气负离子浓度和空气质量与 下雨前相比，有较为显著的差异：下雨后空气负离子浓度和空气质量有明 显的提高。阴天和晴天相比，晴天的空气负离子和空气质量要略好于阴天， 但两者差别很不明显。( 4 ) 在空气负离子浓度的日变化研究中，空气负离 子浓度和温度不相关或存在极弱的负相关，而与相对湿度则存在较为显 著的正相关；在年内变化的过程中，空气负离子浓度与温度、蒸发量、日 照时数呈极显著正相关，与相对湿度呈显著负相关，与降水量不相关。( 5 ) 岳麓山空气负离子浓度和空气质量要显著高于长沙市其他各功能区，其相 对较高空气负离子浓度和空气质量若加以改造，必将增加旅游的新亮点， 促进岳麓山旅游的进一步发展。 关键词：岳麓山：空气负离子；空气负离子浓度；空气质量；变化 a b s t r a c t m o u n t a i ny u e l u ，b e i n go n eo ft h es e v e n t y t w op e a k so fn a n y u e ， s t a n d si nt h ew e s to fx i a n g j i a n gr i v e ra n di ti saf a m o u ss e e n i c s p o ti nh u n a np r o v i n c e a c c o r d i n gt oo n ey e a r so b s e r v a t i o n o nt h e c h a n g eo fn e g a t i v ea i ri o n si nm o u n t a i ny u e l u ，t h el a w sd i s c o v e r e d a r et h e f o l l o w i n g ：( 1 ) t h e l a wt h a tt h e n e g a t i v e a i fi o n s c o n e e n t r a t i o na n da i rq u a l i t yi nm o u n t a i ny u e l uc h a n g ew i t hs p a c e i so h v i o n s a sh e i g h ti n c r e a s e s ，t h en e g a t i v ea i ri o n sc o n c e n t r a ti o n a n da i rq u a l i t ya l s o i n c r e a s ei nb o t ht h ee a s ta n dt h es o u t h e a s t s l o p e ，g e t t i n gi t sm a x i m u ma ta b o u t1 5 0m e t e r s ：t h e na s t h eh e i g h t 0 0 1 1 t i n u o u s l yi n c r e a s e s ，t h en e g a t i v ea i ri o n sc o n e e n t r a t i o n a n da i r q u a i i t yd e c r e a s e ，g e t t i n gi t sm i n i m u ma t t h ep e a ko ft h em o u n t a i n t h a t i s ， a no b v i o u sv e r t i c a l c h a n g e o f n e g a t i v e a i ri o n s c o n c e n t r a ti o na n da i r q u a li t y e x i s t si nm o u n t a i ny u e l u m o r e o v e r t h en e g a t i v ea i ri o n sc o n c e n t r a t i o na a da i rq u a l i t yo f t h e k e y s c e n i c s p o t i sa1 i t t l eb e t t e rt h a nt h en o n k e ys e e n i c s p o t ( 2 ) t h el a wt h a t t h en e g a t i v ea i ri o n sc o n c e n t r a t i o na n da i r q u a l i t yc h a n g ew i t ht i m e i s v e r yo h v i o u s t h en e g a t i r e a i ri o n s c o n c e n t r a t i o na n da i rq u a i i t ya r et h el o w e s ti nj a n u a r y ，w h i l et h e h i g h e s ti si ns e p t e m b e r ；f r o mo c t o b e rt oj a n u a r y ( t h ec o m i n gy e a r ) ， t h e n e g a t i v e a i ri o n sc o n c e n t r al i o na n da i r q u a l i t y d e c r e a s e d r a m a t i c a l l y ，t h e nt h e yg e tb e t t e ra n db e t t e rm o n t ha f t e rm o n t h ， a n dt h eb e s tc o m e si n s e p t e m b e r s of a ra ss e a s o n sa r ec o n c e r n e d ， t h en e g a t i v ea i ri o n sc o n c e n t r a t i o na n da i rq u a l i t ya r ea1 i t t l e b i te q u a li ns u m m e ra n da u t u m n a st on e g a t i r ea i ri o n sc o n c e n t r a t i o n a u t u m ni st h eh i g h e s t ，s u m m e rc o m e st h en e x ta n dw i n t e ri st h el o w e s t w h il et ot h ea i rq u a l i t y ，s u m m e ri s t h eb e s t ，a u t u m nc o m e st h en e x t a n dw i n t e ri st h ew o r s t t h el a wt h a tt h e n e g a ti r e a i ri o n s c o n c e n t r a t i o nc h a n g e sw i t h i nad a y ( f r o ms i x0 c l o c kt os e v e n t e e n 0 c l o c k ) i st h e f o l l o w i n g ：t h e c o n c e n t r a t i o ni sl o wi n e a r l y m o r n i n ga n dm i d - d a ya n dh i g hi nt h em o r n i n ga n dl a t ea f t e r n o o n ，t w o p e a k se x i s tw i t h ina d a y ( 3 ) t h e s l u d y i nd i f f e r e n t w e a l h c r t e n d l t i o n ss h o w s ：t h e n e g a t i v ea iri o n se o n c e n t r a t i o n a n da ir q u a l i t yd i f f e r e n t l a t eo b v i o u s l yb e f o r ea n da f t e rr a i n s ，b e t ho ft h e m g e tb e t t e ra f t e rr a i n s w h i l e i n c l o u d yd a ya n ds u n n yd a v ，t h e d 1 1 i 。r o r i c el s n o ts o s i g n i f i c a n t ，t h e n e g a t i v ea i ri o n s 。o “。n t r a t l 0 1 2a n da i rq u a l i t yi n s u n n yd a yi so n l yal i t c l eh i g h e r t h a ni n c l o u d yd a y ( 4 ) i nt h e s t u d yo ft h e1 a wt h a tt h en e g a t i v e a i rl e n sc o n c e n t r a t i o n c h a n g e sw i t b i nad a y ，t h er e s u ts h o w s ：t h e r e 1 sn o r e l a t i o no r v e r y w e a kr e l a t i o nb e t w e e n n e g a t i v ea i ri o n s o o “。n t r a t i o na n d t e m p e r a t u r e ：w h i l et ot h eh u m i d i t y ，a n o b v i o u s p o s i t l v er e l a t i o ne x i s t s i nt h es t u d yw i t h i nt h ey e a r ，t h en e g a t i v e a i ri o n s e o n c e n t r a t i o nh a sa v e r yo b v i o u sp o s i t i v e r e l a t i o nw i t h t 。m p e r a t u r e ，e v a p o r a t i o na n ds u n s h i n e h o u r s ：t ot h eh u m i d i t v ，a n o b v i o u sn e g a t i v e r e a t i o n e x i s t s ，w h i i et ot h ep r e c i p i t a t i o n n o r e l a t i o ne x i s t s ( 5 ) t h e n e g a t i r ea i ri o n sc o n c e n t r a t i o na n da i r q u a lit yi nm o u n t a i ny u e l ua r em u c hh i g h e rt h a n it ss u r r o u n d i n g si n l n 8 n g s h a ，1 fs o m a m e a s u r e sc a nb et a k e n t of u r t h e r i m p r o v e jt 8 “。g a t l v ea l ri o n se o n c e n t r a t i o na n da i rq u a l i t y ，t h e nt h e t o u r is m o fm o u n t a i ny u e l ue a nh e f u r t h e rd e v e l a p e d k e yw o r d s ：m o u n t a i n y u e l u ，n e g a t i v ? a i ri o n s ，n e g a t i v ea i ri o n s c o n c e n t r a t i o n ，a i rq u a l i t y ，c h a n g e m 1 绪论 1 1 1 空气负离子的来源 正常大气中的分子大部分是相互分离的，每个分子从整体上来看是电中性 的。当外界某种因素作用于气体分子，其外层电子摆脱原子核的束缚从轨道中跃 出，此时气体分子呈正电性，成为正离子；所跃出的电子，自由程极短( 1 0 c m ) ， 它很快附着在某些气体分子或原子上，成为空气负离子。由于氧分子比氮、二氧 化碳等分子更具亲电性，氧分子优先获得电子而形成负离子，故空气负离子主要 由负氧离子组成，因而常被称为负氧离子。根据大地测量学和地理物理学国际联 盟大气联合委员会采用的理论，空气负离子是0 。一( 啦0 ) 。，或o h ( h ) 。，或c o 。一 ( h 2 0 ) ：“。空气负离子自然来源主要有三个部分，是大气分子受紫外线、宇 宙射线、放射性物质、雷电、风暴等因素的影响发生电离，产生空气负离子：二 是森林的树冠、树叶的尖端放电以及绿色植物的光合作用形成的光电效应，促使 空气电离产生空气负离子：三是水的勒纳德效应( l e n a r dw a t e rf a l le f f e c t ) ， 瀑布的冲击、溪流的跌水、海浪的推卷及暴雨的跌失等自然过程中，水自上而下， 在重力的作用下高速运动，使水分子裂解，产生大量空气负离子n ，。此外，中子 流、火焰、多种化学反应、金属与金属盐类的灼烧，沙漠地区的风暴使风沙碎粒 以一定的速度飞扬( 又称r u d g e 效应) ，雪中的冰粒摩擦等作用都可以使空气发 生电离，产生空气负离子“1 。空气负离子时刻不停地产生，但其数量并不会无限 增加。受环境等多种因素的影响，负离子或者与空气中的异性电荷结合而中和， 或者被空气中的固体、液体微粒吸附而沉降消失，因而某一特定环境中的空气负 离子含量总是保持着动态平衡。 1 1 2 空气负离子韵种类 大气中带电微粒包括自由电子，小、中、大离子四种。自由电子在大气中存 在的时间极短，故一般不包括在平时所指的空气负离子范围内。小离子的直径在 i o3 p m 以内，一般为0 0 0 1 0 0 0 3 p m ；其寿命一般为数秒到数分，平均为1 分 钟左右。小离子具有最大的生物活性，平时所谓的空气负离子就是指小离子。小 离子极易附着在尘埃颗粒上形成大离子( 亦称阿氏核a i t k e nn u c l e i ) ，其直径 在0 1 l o pm 之间，大离子一般没有生物效应。当一个离子周围聚集着几个中 性分子时，就形成了中等大小的离子，称为中离子，其直径在1 0 1 0 1 ui t l 之间， 一般为o 0 0 3 0 0 3um 。 1 1 3 空气负离子的测量与评价方法 空气负离子的浓度以l c m 3 窄气中所含有的数量来表示，单位为个c m ：3 。由于 窄气负离子属于微观形态的物质，因此只有采用精密的测量仪器才能对空气负离 子进行测量。目前，测量空气负离子的仪器主要有美国a l a p h a l a p 有限公司生产 的a i ri o nc o u n t e r ，日本生产的k e g - - 8 0 0 2 型空气离子测定仪；国内生产的空 气负离子测定仪主要有上海申发检测仪器厂生产的s d - - 8 0 0 3 型大气离子浓度测 量仪，漳州连腾电子有限公司生产的d l y 系列大气离子测量仪以及石家庄无线电 四厂生产的c n f i 型空气离子测量仪等。 空气负离子号称“环境警察”，它对环境有良好的指示作用。在污染的空气 中空气负离予含量很低；相反，在清洁大气中，空气负离子很容易积累，因而其 含量也较高。因此，许多学者已开始采用空气负离子的评价方法来衡量空气清洁 程度，检测环境质量。采用空气负离子评价法来评价大气环境质量的指数主要有： 重离子与轻离子比，一般认为该比值小于5 0 时，空气为清洁空气。 k o c hw a t e r ( 英国) 的空气离子舒适带。指在2 5 5 。c ，风速小于0 1 4 m s ，负离 子浓度大于2 5 0 个c m 。，正离子小于5 0 0 个c m 3 。 d e l e a n u m c ( 德国) 的空气离子相对密度。指某一地区( 一般是工业污染区) 与对照地区( 一般为相对清洁地区) 空气离子浓度之比，用该比值可以对城市不 同地区空气污染状况进行评价。 单极系数( q ) 。指空气正、负离子的比值，即q = n + n 一，绝大多数学者认为q 1 时，才能给人以舒适感觉。 安培( 日本) 空气离子评价系数( c i ) 。c i = n 一1 0 0 0 q ，n - 为空气负离子，q 为 单极系数，1 0 0 0 为一个昼夜当中应有一个空气离子的生物学单位1 0 0 0 个c m 。 其中最常用的是单极系数和空气离子评价系数，而空气离子评价系数综合考 虑了正、负离子的构成比，比较全面，在国外城市空气环境评价中已成功应，其 评价标准见表1 4 7 “。 表1 ：空气清洁度的评价标准 1 2 空气负离子的研究进展 对空气负离子的研究大致可以分成三个方面：空气负离子的医学生物学效应 研究、环境中的空气负离子研究和空气负离子应用方面的研究。 1 2 1 空气负离子医学生物学效应研究 1 8 9 2 年德国学者s e h a p 发现了空 气带电现象；几年后英国学者w i l s o n 法国学者e l s t e r ( 1 8 9 8 ) 、g e i t e l ( 1 8 9 9 ) 证实了空气正、负离子的存在；1 9 0 2 年a s c h k i n a s s 和c a s p a n 肯定了空气 负离子的生物学意义。此后，许多学 者便对空气负离子进行了大量的研 究。1 9 5 7 1 9 5 9 年w i l s o n 和k u e g e r 分别对空气负离子的医学生物学效应 进行了全面系统的观察，发现空气负 离子对人体7 个系统的3 0 多种疾病具 表2 ：空气负离子对人体生理的影响 观察项目负离子效应观察项目负离子效麻 有抑制、缓解、和辅助治疗作用。它经呼吸系统进入人体，通过舒张气管从而加 快纤毛运动、中枢神经系统的刺激反射、血液循环等途径，对人体起镇静、催眠、 镇痛、镇咳、止痒、止汗、利尿、增进食欲、降低血压等作用“”1 ，他们对 空气负离子的医学效应的研究结果见表2 。此后，许多学者对空气负离子对人体 各个系统的医学生物学效应进行了更加深入的研究。k a r e n 和k r u e g e r 等人研究 发现，空气负离子进入人体后能加速呼吸道上皮纤毛运动，增强支气管平滑肌的 张力，改善肺部通气和换气功能，提高呼吸系数，因而对支气管炎、哮喘、肺气 肿等呼吸道疾病有显著疗效“。s t a u r a s k a i a 、k o s e n k o 、l i v a n o v a 等人研究表 明，空气负离子能改善线粒体的呼吸率，摧毁c a “在线粒体内积累，提高a d p o 比值；可增强红细胞中s o d 活性，催化h ：0 。转化成h z o ，清除 l ：0 。脂质过氧化毒 害作用；能完全防止由于急性应激反应所产生的琥珀脱氢酶和n a 明脱氢酶活性 降低、脑心细胞变化、肾上腺素增多等病理生理变化“5 “。 国内最早对空气负离子进行研究的主要有夏廉博、汪荫堂、康智遥、李安伯 等人。夏廉博最早在大众医学上发表了“有益于人体健康的负离子”一文， 阐明了空气负离子对人体的生物学效应”。之后，大量研究工作者对空气负离子 的人体效应进行了研究，主要涉及空气负离子对呼吸系统、消化系统、内分泌系 统、血液循环系统、免疫系统、神经系统等。例如，俞尧荣、吴士明、赵德恒等 人研究发现，空气负离子能增加气管、支气管纤毛活动，增强肺通气换气功能， 使吸氧量增加2 0 ，二氧化碳排出量增加1 4 8 “1 i “1 。陈庭仁、俞尧荣等人 发现，吸入空气负离子可提高巨噬细胞率，使血液中r 一球蛋白升高，提高淋巴 细胞增殖能力和对淋巴细胞存活有益，对移植肿瘤有抑制和衰减作用”“驯。李安 伯等人研究表明空气负离子能影响血液胶体，使血沉降减慢，血液电位降低，心 率减慢，心肌收缩力增强，从而改善心脏功能；同时负离子还能刺激机体造血机 能，促进红细胞、血红蛋白的合成，对冠心病、高血压、贫血、自细胞减少症等 疾病有疗效。张振军研究发现，空气负离子能显著改善晚期恶性肿瘤气喘、咳嗽、 咯痰和多梦等症状”“。喻发生等人研究表明，空气负离子能消除运动性疲劳，促 进体力恢复。“。 除了对空气负离子的医学生物学效应研究外，许多学者还对空气负离子的作 用机理进行了探讨，并且提出了相关的假说。k r u e g e r 、李安伯等人首先提出了 5 一羟色胺说，认为空气负离子能降低血及组织的5 一羟色胺浓度，进而表现出 良好的情绪、行为，缓解对不良气候的反应等“。k e l l o g g 等人则提出了空气负 离子作用的电理论假说，他认为人体内有一个内源直流电控制系统，空气负离子 是通过影响这个系统而产生较大的效应的”“。此外，k o n d r o s h o v a 、夏廉博等人 提出了空气负离子作用的生物氧化说、0 。一自由基说等”。 1 2 2 空气负离子的时空差异及影响因素研究表3 ：不同条件f 的空气负离子数量 1 2 2 1 空气负离子时空差异 环境状况笔窦手! ! 2 2 蠢 空气负离子的时空差异研究所见报 道远少于空气负离子的医学生物学效应 的研究，其研究主要始于一些工作者对环 境中空气负离子本底值的调查。较早对环 境中的空气负离子进行研究的有英国的 k o c hw a t e r ，德国的d e l e a n u 、r e i t e r ， 日本的安培等人。他们对城市居室、街道 绿化带、城市公园、郊区、海滨、森林、瀑：布等地区的空气负离子含量较早地进 行了测量。国内有关空气负离子的调查工作始于1 9 8 0 年夏，一些院校、疗养院、 卫生防疫站和科研单位对一些城市、公园、疗养区、森林、以及风景名胜地进行 了观测，主要研究者有李安伯、农钢、徐业林、石春生、张福金、陈锡林等人。 综合国内外的研究报道，一般环境条件下的空气负离子含量如表3 所示。 对研究工作者的工作进行综合分析，可以得出空气负离子具有以下的空间分 布规律： 旷野郊区、农村等地空气负离子含量相对较高，城市人口密集区、工业污染严 重区空气负离子含量低。徐业林等在对北京、上海、武汉、西安、大连、福州、 厦门、合肥等1 5 个城市的测量数据统计分析表明，其空气负离子含量均在 2 0 0 4 0 0 个c n 3 1 。 自然生态条件好的疗养地区、旅游风景名胜地、海滨、森林地区，负离子含量 普遍较高。例如吴楚材测定桃源洞国家森林公园空气负离子含量为1 0 0 0 0 个c m ：3 以上，李飞等测定峨眉山疗养地区空气负离子浓度为1 8 2 7 3 个c m 3 ，王层林测定 黄山风景区的空气负离子含量为1 8 0 0 0 个c m ： 左右，陈锡林等测定大连小付家庄 海滨浴场的空气负离子含量为1 1 3 7 2 个a m 3 “。7 2 8 o 作者与导师于2 0 0 4 年8 月在 湖南浏阳周洛景区测得空气负离子平均浓度达1 7 0 0 0 个c m 3 。 瀑布地区空气负离子含量最高，喷泉周围空气负离子含量也较高。如吴楚材测 定桃源洞国家森林公园珠帘瀑布北侧河边，其空气负离子含量最高为6 4 6 0 0 个c m “；王层林测出黄山白龙潭瀑布空左自负离子含量最高为1 9 8 0 0 0 个c m 3 ；作 者与导师在湖南浏阳周洛景区天龙瀑布下，测得其空气负离子浓度最高为8 7 6 0 0 个c m 3 。喷泉周围空气负离子含量也较高，历曙光研究表明，小喷泉产生的空气 负离子含量最高为9 3 6 2 个c m 3 ，大喷泉可达6 7 9 4 0 个c m 3 ，瞬间最高值可达7 0 0 0 0 个c m 3 ：日本空气净化协会测定超大型喷泉产生的空气负离子含量瞬间最高值可 达3 0 万个c m “3 “。 高原地区空气负离子含量随海拔的升高而增加，但高山上的空气负离子含量随 海拔高度的变化规律所见报导极少。据王层林对黄山的空气负离子含量随海拔高 度的变化研究表明，空气负离子含量随海拔高度的变化没有明显规律( 表4 ) 。 表4 ：黄山空气负离子含量随海拔高度的变化+ 空气负离子除与空间条件密切相关外，同时也存在明显的时间差异性，主要 表现在日变化和季节变化上。吴楚材等人对南岳衡山空气负离子的日变化研究发 + 王层林，黄山风景区负离子旅游资源分布、成因及开发利用研究( 硕士论文) 5 现，空气负离子浓度午夜至清晨最高，随后开始下降，至中午或下午最低，一天 中存在两个波峰，一个是7 ：o o 9 ：0 0 ，另一个是2 2 ：0 0 2 4 ：0 0 ”。而王晓 云等人对北京南郊旧宫东的日变化研究表明，空气负离子浓度一天有两个波峰， 一个是上午1 0 ：o o 左右，另个是下午1 5 ：o o 1 6 ：0 0 ，夜间和清晨空气负离 子浓度则处于低值状态。吴楚材研究报道空气负离子的季节变化规律是：夏季最 高，秋季高于春季，冬季最低。但李飞等人研究发现，峨眉山地区空气负离子浓 度秋季最高，夏季最低。“。 1 2 22 自然因素对空气负离子浓度的影响 影响空气负离子的自然因素主要有植物、水体、气象因素等。植物对空气负 离子的影响主要表现在植物的密度、种类及其组合方式。植物密度对空气负离子 的影响尚不很清楚，一般的认为是，疏林内的空气负离子含量要大于密林。植被 种类对空气负离子的影响较为显著，一般来讲，针叶林的空气负离子含量要大于 阔叶林，阔叶林大于灌木林，灌木林大于草地。吴际友等对8 种园林树种纯林林 分中空气负离子含量研究表明，不同树种纯林中空气负离子含量差别显著，其大 小顺序依次为：沉水樟( 1 4 9 1 个c m 3 ) 罗汉松( 1 4 5 3 个c m 3 ) 乐东拟单性木 兰( 1 4 2 0 个c m 3 ) 木莲( 1 3 9 7 个c m 3 ) 南方木莲( 1 3 4 2 个c m 3 ) 金叶含笑 ( 1 3 1 8 个c m 3 ) 乐昌含笑( 1 2 1 9 个c m 3 ) 中国鹅掌秋( 1 1 0 6 个c m 3 ) ”。植 物的组合方式对空气负离子也有显著影响，一般来讲空气负离子含量由大到小的 顺序依次为：乔灌草混合林 乔灌混合林 单层乔木 乔草混合 灌草混合 单 层灌木 单层草被。 水体对负离子浓度的影响很大，因为水分子的运动容易分裂产生空气负离 子。水体大小、类型不同以及距离水体远近的不同，其负离子含量也明显不同。 一般来讲，瀑布、喷泉附近负离子浓度最高，江、河等动态水体次之，湖泊、水 塘等静态水体空气负离子含量最低，距离水体越远其空气负离子浓度也越低 3 “。 此外，下雨后( 尤其是雷阵雨过后) 空气负离子浓度会明显升高；在海滨地区， 海浪越大，空气负离子含量越高，而雾越大则负离子浓度就越低0 5 。 气象因素( 温度、湿度、风速等) 与空气负离子浓度的关系尚不清楚，所见 资料的报导也各不相同。邵海荣报道空气离子浓度与土壤和空气温度呈正相关， 与空气相对湿度、风速呈负相关”“。吴楚材研究表明，负离子浓度与温度呈极显 著负相关，与相对湿度呈显著正相关。“。陈锡林报道，在大连四季全天空气负离 子低值时段，其浓度与温度呈显著正相关，与相对湿度、气压呈极显著负相关， 与风速关系不明显；而高值时段负离子浓度与相对湿度呈显著正相关，与气压呈 显著负相关，与温度、风速相关不显著”。北京气象局叶彩华等人报道，北京地 区负离子浓度与气象条件的关系是，负离子浓度和太阳直接辐射呈正相关，与相 对湿度呈负相关”“。此外，以色列s u l m a n 对中东恶劣气候焚风进行了研究，发 现焚风到来前4 小时，空气离子浓度突然猛增，尤以正离子明显呻3 。德国r e i t e r 研究发现，当天气良好，能见度高、湿度低或干热焚风时，负离子浓度较高；当 有大雾、能见度差、湿度高时，负离子浓度明显降低啪1 。 1 2 2 3 人为因素对空气负离子浓度的影响 影响空气负离子浓度的人为因素很多，在室外主要有人流、车流、污染物质 的排放；室内主要有房间大小、人数多少、吸烟、通风状况、有无空调等。大量 研究表明空气负离子含量与人流、车流、二氧化碳、氮氧化物、悬浮颗粒物等污 染物质的浓度呈极显著负相关，这也是城市空气负离子浓度较低的主要原因。在 室内如关闭门窗、室内人数增加、吸烟则室内空气负离子浓度急剧下降，有时可 完全消失；而通风、施用空气清洁剂、安装空气负离子发生器则空气负离子浓度 显著升高”。研究表明，在有空调的房间其空气负离子含量都明显低于自然通风 的房间，其原因是，由于气流通过空调设备的滤过系统时，与金属表面的摩擦作 用和滤料的静电吸附作用，使空气中负离子显著减少，经过滤后的空气负离子数 一般可降至3 0 个c m “”。 1 2 3 空气负离子应用研究 空气负离子对小至o o lum 的微粒和工业污染治理上难以除去的飘尘，有显 著的沉降效果，且能有效地吸收和清除工业生产排放出来的苯、甲醛、氨等刺激 性气体，加速有机物质的氧化，清除日常生活中各类垃圾所释放出来的酸、臭等 异味物质，从而起到清洁空气，改善环境的作用。因此，空气负离子已被广泛用 于工业生产车间去除飘尘、可吸入粒子，以改善车间的环境质量。d a n i e l l 等人 报道，在毛皮作业车间，当空气负离子浓度达1 5 x 1 0 5 个c 3 时，尘埃浓度可由 0 4 2 m g m 3 降至0 0 5m g m 缸”3 。此外，空气负离子还广泛用于改善地下商场、宾 馆、饭店及各种空调房间的环境质量，增进人体健康。 在农业上，负离子能促使大麦、燕麦和莴苣生长，使叶培植物生长率增加 5 0 “。用负氧离子处理黄瓜，能促使黄瓜植物体内激素合成增效，增强某些酶 的活力，提高植物保花、结实、座果率，因此生产上被用于处理植物和果实，同 时它可以用于果实保鲜“删。畜牧业上，负离子可以提高家禽肉、蛋产量，并提 高孵化率。1 “1 。 窄气负离子的医学生物学效应研究表明，当窄气负离子达到7 0 0 个c m 5 时就 能使人感到空气新鲜，达到1 0 0 0 个c m 时就有保健作用，达到8 0 0 0 个c m5 以上 时就有医疗作用“9 。因此，在生态旅游方面人们开始通过监测，在空气负离子含 量高的森林区、旅游区和疗养区等地方建立森林浴场、负离子呼吸区以及疗养医 院等设施，来充分利用自然环境中的空气负离子，从而促进经济的发展。例如： 张健中报道在德国、日本、和俄罗斯等国家的林区，近年来就出现了许多把“森 林空气负离子浴”同医疗科学结合起来的森林医院5 。1 9 9 3 年中南林学院吴楚 材教授根据负离子含量指标，在湖南桃源洞国家森林公园珠帘瀑布旁设立了森林 疗养院，疗养效果显著。在广东肇庆的鼎湖山自然保护区内，空气负离子浓度达 到1 0 0 0 0 个c 甜以上，被称为天然氧吧；从香界桥到飞龙潭这一负离子富集区的 沟谷段被命名为“品氧谷”，根据负离子浓度高低变化规律，依次设计开发了慢 步健足区、净一t l , 调神区和祛病疗养区。“品氧谷”开发后，鼎湖山名声大震，在 广东乃至全国迅速掀起了负离子旅游热。在湖南张家界金鞭溪推出了一条集健 身、旅游观光于一体的天然氧吧健身游道，游道上设有1 2 个标志牌，均标明了 天然氧吧空气负离子含量指标”1 。孙钢报道，位于法国中部以疗养保健旅游为特 色的“地乐飞”旅游度假村，开展人工负离子沐浴活动，效益可观”“。我国太白 山国家森林公园采用加压喷头喷水，产生勒纳德效应( l a n a r dw a t e rf a l l e f f e c t ) 使游泳池空气离子化，结果游泳池中，t l , 呼吸带空气负离子平均浓度由喷 水前的3 8 0 个c m 3 提高到1 2 3 3 个c m 3 ，从而达到了保健强身的作用。 2 1 研究意义 2 研究区概况、研究方法及研究意义 空气负离子具有良好的医学生物学效应和环境指示作用，它在临床医学、农 业、畜牧业、工业除尘、城市环境质量评价等方面已得到广泛应用。在森林旅游 环境质量评价中，空气负离子含量已成为一个必不可少的评价因子，并且占有重 要地位。森林区域环境质量在森林公园的评价定级中占1 0 分，而空气负离子含 量则占了3 分( 另外大气质量占2 分，地表；托质量占1 5 分，土壤质量占1 5 分， 空气细菌含量占2 分) “1 。空气负离子的研究主要集中在医学生物学效应方面， 环境中的空气负离子研究相对薄弱，并且都是短期的零星非系统的研究。本文通 过对岳麓山空气负离子的长期监测，以揭示空气负离子的时空变化规律，并对岳 麓山的空气环境质量进行评价；通过岳麓山和长沙市其他各功能区的对比研究， 阐明各功能区空气负离子浓度和空气质量的差异，对如何提高岳麓山空气负离子 含量和空气质量，促进岳麓山的旅游发展提出相关的建议。通过对岳麓山及长沙 市空气负离子的长期监测研究，加深人们对空气负离子的认识，从而使空气负离 子在环境评价中得到更广泛的应用。 2 2 岳麓山概况 岳麓山位于湖南省长沙市的湘江西岸，东经1 1 2 。4 4 1 1 2 。4 87 ，北纬 2 8 。2 07 2 8 。2 77 ，南北长约4 k m ，东西宽约1 5 2l ( i i l ，主体面积6k m 2 ，加 上外围保护地带约2 3k 岔。岳麓山中部高峻，南北渐低；东坡平缓，东南坡陡峻， 山脊线以云麓峰为转折，南段呈东南走向，止于左家垅的靳江口：北段向东北延 伸，止于渫湾镇，成一半月弧型，凹面朝向长沙古城，主峰碧虚山海拔3 0 0 8 m ， 岳麓山气候温和，年平均温度1 7 ；7 月平均气温2 8 6 。c ，极端高温4 0 6 ， 一月平均气温4 6 c ，极端低温一1 13 。c 。与长沙市中心地区相比，山中平均气 温低4 6 。c ，季节往往推迟1 0d 左右，年平均降雨1 2 0 0 1 4 0 0 m m o 。 岳麓山生物资源丰富，森林总面积达5 3 3 h m 2 ，森林覆盖率为9 6 。据岳 麓山公园管理处的资料显示，全区有植物9 7 7 种，隶属1 7 4 科，5 9 7 属；其中野 生植物有5 5 5 种，隶属于1 1 7 科，4 0 3 属。岳麓山的植物以典型的亚热带常绿阔 叶和噩热带暖性针叶林为主，组成1 4 个不同的植物群落啤3 ，在云麓宫白鹤 泉清风峡一带保存着大片原始次生林，岳麓山古树众多，百年以上的有3 8 4 株，最古老的树龄达1 7 0 0 年以上，其中以观音阁前的晋朝罗汉松和云麓宫外的 唐代银杏，宋元香樟，明清枫香最引人瞩目。岳麓山地区有鸟类1 2 9 种，隶属 1 6 目3 7 科，其中鹤形目、鹦形目、雨燕目各目各1 种，雁形目、鸡形目、鸥形 目、鸽形目各2 种，裂形目3 种，鹃形目、佛法僧目各4 种，隼形目6 种，鹳形 目8 种，雀形目8 1 种。这些鸟类中有国家二级保护鸟类1 0 种，中日候鸟保护种 类4 3 种呻“1 “1 ，此外还有小型哺乳动物、两栖动物、爬行动物几十种之多。 2 3 研究方法 23 1 试验仪器 本试验采用的空气离子测量仪为美国a l p h a l a b 公司生产的a i c l 0 0 0 型空气 离子测量仪进行测量，其测量范围为1 0 1 9 9 9 1 0 6 个c m 3 ，最小检测量1 0 个 c m ，检测精度+ - - 2 0 。气温和湿度观测采用天津市气象海洋仪器厂生产的d h m 2 型通风干湿度计，其测量范围为- 2 5 5 0 。c ，湿度测量范围为l 1 0 0 。 2 3 2 测点分布及试验方法 为探讨人类活动对空气负离子含量的影响，将岳麓山东北坡按海拔高度分成 六个测量点，每个测量点高差为5 0 m ，东南坡选取主要的旅游景点爱晚亭、隋舍 利塔、古麓山寺、蔡锷墓、黄兴墓为测量点，整个岳麓山共设1 1 个测量点( 见 文后附岳麓山空气负离子测点分布图) 。试验于2 0 0 3 年1 0 月2 0 0 4 年9 月在岳 麓山预定地点进行测量。采用的基本方法是每月分上、中、下旬各测一次，共测 三次，取其平均值作为相应月份的空气负离子含量。在每次测量时，测量时间大 约从8 ：0 0 1 6 ：0 0 ，尽量选择气象条件稳定的晴天或阴天，对每个测量点测量 三次，取其均值作为每个测量点的空气负离子浓度。测量时将测量仪器置于手中， 离地面约1 2 m 的地方，水平拿稳，尽量避免大的阵性风对读数的影响。在读取 空气负离子浓度的数据时，为保证数据的准确性，一般要持续2 3 分钟。为与 岳麓山空气负离子含量和空气质量进行对比，我们对烈士公园、天心公园、芙蓉 路、五一路、蔡锷路、高叶塘汽车站等地方的空气负离子浓度也进行了同步的监 测，其空气负离子的测量方法与岳麓山的空气负离子测量方法一致。 2 3 3 数据分析 对于大量的空气负离子的测量资料，采用分区归类，各测量点取其均值，再 综合列表、作图对比，分析岳麓山及长沙市各地点的空气负离子含量及空气质量 变化规律。空气负离子的评价方法采用的是比较常用的单极系数和空气离子评价 系数。对于温度、湿度等气象因素与空气负离子浓度相关关系的函数分析时，采 用s p s s 数据分析软件进行相关的统计分析，相关性检验当f f 。时，相关性极 显著；f f 。，时，相关性显著。 3 岳麓山空气负离子的分布规律 3 1 岳麓山空气负离子的空间变化规律 3 1 1 岳麓山的q 值和c i 值分析 把2 0 0 3 年1 0 月2 0 0 4 年9 月一年内各测量点所监测的空气负离子数据加 和平均，其结果见表5 。 表5 ：岳麓山空气负离子的变化情况 单位：个c m 。 地点簇挲羔烈十纂薯皱喜鋈姥券鬻科普园黄兴墓蔡锷墓盅孳票喜爱晚亭 从表5 可以看出岳麓山的q 值在0 6 1 4 o 6 8 之间，远小于l ，说明岳麓山 能给人以舒适的感觉。从c i 值来看，山上1 1 个测量点c i 值均大于0 7 0 ，属于 清洁空气的范畴，充分说明岳麓山空气质量良好。因此，对于长期生活在城市污 染空气和空调环境中的城市居民来说，在适当的时间( 如周末) 到岳麓山上呼吸 新鲜空气，进行体育活动，于他们的身心健康是十分有益的。 3 1 2 岳麓山空气离子的垂直变化分析 将表5 的资料绘制成图，如图l ( 东北坡、东南坡) 。 晤麓山的空气负离子垂直变化( 东北坡)岳麓山空气负离子垂直变化( 东南坡) 7 6 0 0 5 0 0 童枷 籁3 0 0 h 鬣2 0 0 1 0 缝 = i 二： i - - n i | - _ p c l 海拔高度( m ) 12 1 0 8 0 6 型 u 04 0 2 0 图1 ：岳麓山空气负离子随海拔高度的变化 从表5 和图1 ( 东北坡、东南坡) 可看出：首先，随着海拔高度升高，东北坡 和东南坡空气正、负离子含量都逐渐升高，到海拔1 5 0m 左右空气正、负离子含 量达到最大。其中东北坡空气正、负离子含量在海拔1 5 0m 的砂岩褶皱点达到最 大，其正离子为4 2 4 个c m l ，负离子含量为6 8 1 个c m l ，c i 值为1 0 9 ，达到最清 洁的程度；东南坡则在海拔1 4 5m 的古麓山寺达到最大，其正离子为4 1 2 个c m ”， 负离子为6 4 1 个c m ，c i 值为1 o o 也达到最清洁的程度。然后随着海拔高度的 继续升高，东北坡和东南坡的窄气正、负离子含量又都逐渐降低，到l ij 顶的科普 园处达到最低，其止离子含量3 3 1 个cm ；，负离子含量为5 0 4 个c m 3 ，c i 值为0 7 7 ， 为中等清洁。因而可以较为肯定，岳麓山的空气离子存在较明显的垂直变化规律， 既空气离子先随海拔高度的升高而升高，到山体中段达到最大，然后又随海拔高 度的继续升高而逐渐降低，到山顶处达到最低。从东北坡和东南坡对比情况来看， 两坡的空气正、负离子均呈山峰型变化，负离子曲线坡度较陡，峰值明显，而正 离子曲线坡度较缓，峰值不太明显。东北坡和东南坡的峰值均位于山体中段约海 拔1 5 0m 左右，且东北坡空气正、负离子的峰值均高于东南坡。对于东北坡和东 南坡空气质量的c i 值也呈山峰型变