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森林环境中空气负离子水平监测尺度
李江荣1,2 ,王瑞红1,2,任毅华1,2
（1.西藏农牧学院高原生态研究所；2.西藏林芝高山森林生态系统国家野外科学观测研究站,西藏林芝86000）
摘 要：监测尺度的分类为更好地开展森林空气负离子监测提供帮助.本文作者通过文献整理和分析发现：基于个体尺度的监测,是开展空气负离子浓度监测的源头；种群尺度的监测,明确了确定优势树种的重要性；群落尺度的监测,为生态公益林、城市绿地建设提供现实指导；生态系统尺度的监测,要求长期而系统的监测.因此,建立不同尺度的空气负离子监测体系对开展森林生态系统服务功能评估、城市森林、绿地建设等方面具有重要的现实意义.
关键词：负离子；监测尺度；森林生态系统
资助项目：西藏自治区自然科学基金项目（2015ZR-14-28）：色季拉森林生态系统空气负离子水平动态研究
中图分类号：X831 文献标识码：A DOI 编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.16.058
森林以其特有的森林小气候,拥有产生空气负离子的良好环境.多项研究已证实,森林中具有较高的空气负离子,究其产生机理主要在于森林植物的“尖端放电”和“光电效应”.不同森林环境,空气负离子浓度差异很大.究其缘由主要包括：水环境（降水、水体、瀑布等）,土壤环境（土壤类型、温湿度、放射性元素等）,大气环境（太阳辐射、空气温湿度、下垫面状况等）,生物要素（物种、群落类型、群落结构等）.本文从生物学、生态学角度入手,对森林空气负离子监测尺度进行讨论,以期为不同监测尺度下空气负离子水平对比分析和科学研究提供参考,进而为森林生态系统服务功能评估合理性、科学性、准确性提供理论支持.
1 研究尺度分类
本文从生物学、生态学角度入手,将森林空气负离子水平监测尺度初步分为：个体（树种）、种群、群落、生态系统四个尺度.
个体.即某一树种,重点探讨不同森林类型建群种生理特性对负离子水平的影响.
种群.重点探讨种群特征、种群动态等对负离子水平的影响,包括树龄、郁闭度、数量、生活史等.
群落.重点研究群落类型、群落结构及群落演替等对负离子水平的影响.
生态系统.重点探讨生物要素与环境要素之间的关系,查明不同区域森林空气负离子水平分布的时空规律.
2 不同尺度与空气负离子的研究
2.1 个体对空气负离子的影响
由于不同树种的生理特性不同,例如叶片的蒸腾作用,光合作用等特征的强弱差异,决定了不同的树种产生负离子的能力不同.李继育等[1],通过高压刺激盆栽植物测定其产生空气负离子的影响,结果表明：受高压刺激后会成百上千倍的产生负离子,产生负离子能力植物之间差异明显,产生负离子的能力较强的是银星秋海棠和橡皮树.吴际友等[2],研究了8 种园林树种周围空气中的负离子水平,结果表明：不同树种周围空气负离子水平存在显著差异,其负离子水平从高到底的排列顺序为：沉水樟—罗汉松—乐东拟单性木兰—木莲—南方木莲—金叶含笑—乐昌含笑—中国鹅掌揪.通常情况下,单株植物或少量植物所产生的负离子浓度很低,有时甚至低于目前负离子监测仪器的最低检测数量级（101 个）,故对个体负离子浓度的监测应从生理生态的角度入手,收集不同物种叶面积指数、叶片蒸腾、光合作用、植物挥发性有机物等监测数据,是解释不同树种种群空气负离子浓度高低的理论基础.此外,树种的选择对城乡生态公益林建设、城市绿地建设具有指导意义.
2.2 种群对空气负离子的影响
种群对空气负离子水平的影响一方面体现在树种特性的数量级变现上,除此之外种群的空间特征、系统特征则进一步提高了空气负离子浓度水平.吴楚材等[3-4],研究发现：影响空气负离子浓度的主要因素为树龄、郁闭度、树高,且关系密切.
纯林林分的空气负离子水平在900~2000 个/ 立方厘米之间,其中针叶树种林分的负离子平均为1507 个/ 立方厘米,阔叶树林分负离子平均为1161 个/ 立方厘米,可以看出,针叶树种林分明显高于阔叶树种林分.李印颖等[5],研究表明：植物产生负离子多少与植物的生命力息息相关,侧柏林纯林负离子浓度以及空气清新度都比油松纯林和刺槐林纯林高.开展区域级别乃至全国范围的空气负离子监测,弄清区域森林主要优势对空气负离子水平浓度显得尤为重要,建议整理优先监测树种,弄清其种群尺度负离子浓度水平,对开展生态公益林生态效益评估具有十分重要的基础价值.
2.3 群落对空气负离子的影响
群落尺度的研究相对较多,主要体现在群落类型和群落结构等方面,研究表明：复杂群落结构的森林类型空气负离子浓度相对较高,复层结构（乔灌草）> 简单结构（乔灌、乔草、灌草）> 单一结构.杨建松等[6],研究了贵州花溪公园不同植物群落空气负离子浓度水平,其研究结果表明：阔叶林> 针阔叶混交林> 灌丛> 草地.秦俊等[7],对上海地区常见的21 个群落中的空气正、负离子浓度进行了测试分析,其研究结果表明：竹类群落提高空气负离子浓度的能力最强,草坪提高空气负离子浓度的能力最弱,且植物群落增加空气负离子浓度的能力明显高于水泥地.以生态站为基础的群落空气负离子水平监测,不仅是生态系统服务功能评估数据的来源,对生态公益林建设、城市绿地结构优化也具有现实指导意义.
2.4 生态系统对空气负离子的影响
生态系统尺度,特别是环境要素与生物要素的关系相对更为复杂、系统性更强.水环境对空气负离子的影响,基本达成共识,动态水能明显增加周围空气负离子浓度[8,9].旅游景区和城市公园建设中可适当增加动态水体、喷泉、瀑布等设施.土壤环境对空气负离子的影响,相对较少.海拔高度、土壤性质、母岩类型、岩石放射性元素等都会影响空气负离子浓度.
大气环境中太阳辐射、空气温湿度、降水、风速、大气压等要素直接影响着空气负离子的生成、扩散和消亡.研究表明：阴天的空气负离子含量明显低于晴天.雨过天晴,空气负氧离子浓度明显高于干燥晴天.空气温湿度影响结果争议较大.可能的缘由在于不同气象条件以及观测时间、季节甚至群落组成的不同都会影响最终监测结果,故开展长期而系统的监测与研究显得尤为重要.
3 结论与建议
基于个体、种群、群落、生态系统等尺度的森林空气负离子监测能更好的理清监测和研究的重点.从个体尺度监测而言,弄清植物生理特性,例如叶面积指数、叶片蒸腾、光合作用等是开展空气负离子浓度监测的源头；种群尺度的监测,要求确定各区域优先监测的树种种群；群落尺度的监测,从群落结构和群落类型角度,为生态公益林、城市绿地建设提供现实指导；生态系统尺度的监测,要求长期而系统的监测,弄清不同区域、不同生态系统类型,水、土、气等环境要素与生物要素的综合影响.因此,建立不同尺度的空气负离子监测体系对开展森林生态系统服务功能评估、城市森林、绿地建设等方面具有重要的现实意义.
参考文献
[1]李继育,苏印泉,李印颖,任钊,小林昭雄.高压刺激对几种盆栽植物产生空气负离子的影响[J].西北林学院学报,2008(04):38-41.
[2]吴际友,程政红,龙应忠,童方平,宋庆安,刘云国.园林树种林分中空气负离子水平的变化[J].南京林业大学学报(自然科学版),2003(04):78-80.
[3]吴楚材,钟林生,刘晓明.马尾松纯林林分因子对空气负离子浓度影响的研究[J].中南林学院学报,1998(01):70-73.
[4]吴楚材,郑群明,钟林生.森林游憩区空气负离子水平的研究[J].林业科学,2001(05):75-81.
[5]李印颖,苏印泉,李继育,贺亮,玉泉幸一郎,牟田信次.黄土高原植被与空气负离子关系的研究[J]. 干旱区资源与环境,2008(01):70-73.
[6]杨建松,杨绘,李绍飞,吴学强.不同植物群落空气负离子水平研究[J].贵州气象,2006(03):23-27.
[7]秦俊,王丽勉,高凯,胡永红,王玉勤,由文辉.植物群落对空气负离子浓度影响的研究[J]. 华中农业大学学报,2008(02):303-308.
[8]邵海荣,贺庆棠.森林与空气负离子[J].世界林业研究,2000,13(05):19-23.
作者简介：李江荣,西藏农牧学院高原生态研究所/ 西藏林芝高山森林生态系统国家野外科学观测研究站,副教授,研究方向：森林生态学、生态监测教学与研究.
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