宁德国省道公路绿化林带空气负离子变化规律

黄界水，章林平

(宁德市公路事业发展中心，福建 宁德 352100)

宁德是福建东南沿海休闲度假和生态旅游胜地，素有“海都佛国”之称。为完善海西地区路网结构，促进沿线旅游资源开发和生态资源优势转化，巩固脱贫攻坚成果，“十三五”期间宁德市实施了“四纵四横三联”国省干线公路网建设，形成县县通高速、镇镇有干线的公路交通网络。国省干线公路的建设不可避免会给沿途植被造成一定程度的破坏，进而影响途经地的生态环境，而公路绿化林带则具有改善环境、增加空气湿度、保持水土、形成优美景观的作用[1]。为此，兴建国省道公路，公路两侧绿化林带的规划与建设、树种与植被的搭配等是不可或缺的环节。空气负离子具有净化空气、滞尘去埃、杀菌消毒的作用，较高浓度的空气负离子还可以改善心肺功能、增强人体免疫力[2-5]。作为空气维生素，空气负离子浓度还是评价空气质量的重要指标，也广泛应用于森林康养基地选址、城乡建设规划、城市林业规划和环境保护等方面[6-9]。为此，选择宁德有代表性的国省道公路典型路段为研究对象，对其空气负离子进行测定分析，以期为国省道公路的规划建设提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于鹫峰山南麓，毗邻东海，地处东经119°27′46″—119°34′23″、北纬26°41′20″—26°50′35″，海拔58～156 m。受亚热带海洋性季风气候影响，气候温暖湿润，年均气温19 ℃，极端低温-2.4 ℃，极端高温为38.5 ℃，年有效积温6111 ℃，年均降水量2013.8 mm，年无霜期超过310 d。在试验地范围内选择经过宁德市蕉城区的G104、G228、G237、S207、S306等国道、省道干线两侧的绿化林带划分试验区；并在蕉城区5条国省干线进行全面踏查的基础上，选择5个具有代表性且位于城郊乡村段的绿化林带作为试验点，以宁德市公路局停车场上的空旷地作为对照点。各监测点的具体情况见表1。

表1 宁德国省道公路环境监测点基本信息

1.2 试验方法

2021年8月中旬，选择晴朗无风的天气，选择每个林带的中心点作为测量点，采用IMH-01型手持式空气负离子检测仪、TES-1330A型泰仕数字式照度计、AVM-07型泰仕电子工业风速计、FLUKR 971 型温度湿度测量仪测定正、负离子数，温度，湿度，风速等参数。从8∶00—18∶00，每隔1 h测定1次,3次重复，取3次重复的平均值作为观测值。

1.3 数据处理与分析

采用Excel 2007对空气负离子与各气候因子数据进行深度统计和整理，并制作空气负离子与各气候因子的线性相关图，计算出线性方程和相关系数R；同时对绿化林带内空气负离子的时间及空间变化情况进行比较并计算单极系数q和空气质量评价系数CI。其中：q=n+/n-，式中：n+为空气正离子浓度；n-为空气负离子浓度；CI=n-/1000q，式中：n-为空气负离子浓度；q为单极系数。CI>1.0时为A级，此时空气最清洁；CI在1.0～0.7之间为B级，空气为清洁；CI在0.69～0.50之间为C级，空气中度清洁；CI在0.49～0.30之间为D级，属允许范围；CI≤0.29为临界[10]。采用DPS 9.05数据处理系统对空气负离子浓度和相关气候因子进行回归分析[11]。

2 结果与分析

2.1 宁德市国省道公路绿化林带空气负离子日变化规律

根据宁德国省道公路各路段监测点各个时刻测得的平均空气负离子浓度，制作空气负离子日动态曲线见图1。由图1可知，云气村、流米寺、屿头村、金涵乡、虎头冈这5个监测点以及对照点测得的空气负离子浓度日动态具有相同的规律性，6个监测点空气负离子浓度日变化的高峰值均出现在8∶30，除对照点的低峰值出现在13∶30，绿化林带中的5个监测点的低峰值均出现在15∶30，且15∶30之后，各监测点的空气负离子浓度开始逐渐升高。6个监测点的空气负离子浓度总体排序为：云气村>虎头冈>流米寺>屿头村>金涵乡>对照点(公路局停车场)，其中空气负离子浓度最高的云气村路段，全天所有时段的空气负离子浓度均在1100 lons·cm-3以上，平均值达到了1536.18 lons·cm-3，最高值为2132.27 lons·cm-3，出现在上午8∶30。除金涵乡路段外，虎头冈、流米寺、屿头村的日均空气负离子浓度都超过1000 lons·cm-3，而对照点的空气负离子浓度仅611.63 lons·cm-3。说明绿化林带建设可以显著提升空气负离子浓度。此外，由表1各监测点的基本信息还可发现，靠近河流和绿化林带较宽、林带树种结构复杂且乔木树体高大的路段，空气负离子浓度相对较高。说明在国省道公路建设中，应因地制宜，依山傍水构建国省道景观路段，以增加空气负离子浓度，提升空气质量。

图1 宁德国省道公路绿化林带空气负离子浓度日动态

2.2 气象因子观测及空气质量评价

为了进一步明确空气负离子变化的规律，选择空气负离子浓度接近各监测点中间值的流米寺路段，对空气负离子、正离子、温度、相对湿度、风速等气象因子进行观测，并根据观测结果对空气质量进行评价。由表2可知，流米寺路段的国省道公路在8∶30—12∶30和16∶30之后都有着较好的空气质量，清洁度均达到A级。尤其是9∶30之前和16∶30之后，单极系数q值均在0.8以下，空气质量评价指数均超过1.0，说明在这2个时间段，空气负离子浓度均比正离子浓度高出25%以上，空气质量达到最清洁(A级)水平，非常适合人们外出呼吸吐纳，锻炼身体。而一天中空气质量相对较差的时间段为13∶30—15∶30，这也是一天中空气负离子浓度较低、气温较高、相对湿度较低和风速较小的时间段。

2.3 空气负离子浓度与相关气象因子关系

为进一步厘清空气负离子浓度与光照度、温度、相对湿度、风速等气象因子以及空气质量的关系，将空气负离子浓度与相关气象因子的观测数据进行相关性分析，结果见表3。由表3可知，空气负离子浓度与光照度、空气正离子浓度均未表现出显著的相关性，且相关系数分别为0.02、0.50；而与温度、相对湿度、风速和单极系数、空气质量评价系数呈极显著的相关性，其中与温度、单极系数q呈极显著负相关关系，相关系数分别为-0.94、-0.76，与相对湿度、风速、空气质量评价系数CI呈极显著正相关，且相关系数分别为0.84、0.91。

单极系数q、空气质量评价系数CI是基于空气正负离子浓度计算而得。而空气正负离子浓度则需要专用设备方可测定，温度、相对湿度、风速数据虽也是采用仪器测得，但温度、相对湿度、风速是日常生活中较易测得的气象指标，从日常天气预报信息中心就可获得数据。鉴于此，可通过建立相关方程对空气负离子浓度进行预测或估算。根据表2中各时段的空气负离子浓度、温度、相对湿度、风速数据获得线性回归方程为：y负离子=1232.69-70.80x温度+30.06x湿度-115.73x风速(y负离子、x温度、x湿度、x风速分别为负离子浓度、温度、相对湿度、风速)，该回归方程的相关系数R=0.9925，说明该方程拟合性好，能较为准确的通过温度、相对湿度、风速预测空气负离子浓度。

表2 S207流米寺监测点各时段气象因子观测值及空气质量评价

表3 空气负离子与气象因子、空气质量指标的相关性分析

3 结论与讨论

本研究发现，绿化林带能有效提升周边环境中的空气负离子浓度，空气负离子与光照度、空气正离子浓度不存在显著的相关性，与温度、单极系数q呈极显著负相关，与相对湿度、风速、空气质量评价系数CI呈极显著正相关。宁德国省道公路绿化林带6个试验的空气负离子浓度排序为：云气村>虎头冈>流米寺>屿头村>金涵乡>公路局停车场。云气村路段的绿化林带，全天所有时段的空气负离子浓度均在1100 lons·cm-3以上，平均值达到1536.18 lons·cm-3，最高值为2132.27 lons·cm-3。根据宁德国省道公路的空气负离子日变化规律，除13∶30—15∶30这一时间段空气质量为B、C级别，其余时间段的的空气质量均达到最清洁(A级)，尤其是9∶30之前和16∶30之后空气负离子浓度均在1000 lons·cm-3以上，且比正离子浓度高出25%，可依此建议宁德国省道公路沿线的居民可以选择9∶30之前和16∶30之后这2个时间段进行休闲娱乐，此时的空气清洁，温度、湿度适宜，有助于人体的身心放松。依据空气负离子浓度与温度、相对湿度、风速的极显著相关性，构建空气负离子估算方程y负离子=1232.69-70.80x温度+30.06x湿度-115.73x风速(R=0.9925)，利用该方程，可以通过听取天气预报中的温度、相对湿度、风速数据推算出当天的空气负离子浓度。

自德国科学家在19世纪首次发现空气负离子，国内外学者对其的产生机理、医疗保健效果进行了大量研究，并认为紫外线照射、飞溅的水花、植物的光合作用可以显著增加空气负离子浓度[12-13]，因此建议在今后的公路绿化林带建设中，应该考虑增加喷水设施，在解决绿化林带用水和降尘的同时增加空气湿度，进而提高负离子浓度。公路绿化林带建设在打造沿路风景带的同时，还应认真考虑到乔、灌、草的搭配和构造，进而增强绿化林带降温增湿、减噪滞尘、析氧固碳、释放空气负离子的生态功能。

由于本研究只在夏季进行了空气负离子的测定工作，而空气负离子的日变化特征随季节、地区和天气条件不同而异，没有一致的规律性[14-15]，宁德公路绿化林带一年四季的变化规律及不同植物种类以及不同植物配置对负离子浓度的影响机理等问题也有待进一步研究。