海南澄迈和辽宁沈阳城市公园负氧离子浓度及其影响因素的对比研究.pdf

2023 年 6 月第 39 卷第 3 期51海南澄迈和辽宁沈阳城市公园负氧离子浓度及其影响因素的对比研究*陈乔春1刘录明2张静1龙文芳1刘云儒1许琼军1薛萍3肖莎1(1.海南医学院公共卫生与全健康国际学院 Heinz Mehlhorn 院士工作站，海南 海口 571199；2.海南三林旅业开发有限公司澄迈富力红树湾医院，海南 澄迈 571900；3.沈阳医学院公共卫生学院，辽宁 沈阳 110034)摘要 以海南澄迈和辽宁沈阳的城市公园为研究对象，在 2021 年 10 月至 2022 年 3 月期间，采用KEC-900 负氧离子监测仪检测海南澄迈和辽宁沈阳的城市公园空气中 NAIs 浓度，利用海南省生态环境厅（http:/ NAIs 浓度的差异及其影响因素。结果表明：2021 年 10 月至 2022 年 3 月期间，澄迈 NAIs 月均浓度为 6 725 个/cm3，显著高于沈阳的 262 个/cm3（P0.05），其中澄迈 NAIs 浓度在 10 月份最高（7 577 个/cm3），3 月份最低（6 475 个/cm3），而沈阳 NAIs 浓度则是 2 月份最高，10 月份最低。澄迈 NAIs 浓度与CO 呈负相关（=-640.058，P0.01），与风力等级（=139.565,P0.01）、相对湿度（=7.092，P0.01）呈正相关；沈阳城市公园 NAIs 浓度主要与 O3（=2.115，P0.05）、相对湿度呈正相关（=1.755，P0.05）。以上结果表明澄迈城市公园 NAIs 浓度显著高于沈阳，CO、O3、风力等级、相对湿度等是影响空气中 NAIs 浓度的主要环境因素。降低 CO 浓度、增加风力等级和湿度可提高澄迈 NAIs 浓度。关键词 负氧离子；空气污染物；气象因素中图分类号：R122.2、S73文献标志码：A文章编号：2096-2053（2023）03-0051-07A Comparative Study of Negative Oxygen Ions Concentrations and Its A Comparative Study of Negative Oxygen Ions Concentrations and Its Influencing Factors in Urban Parks in Chengmai,Hainan and Shenyang,Influencing Factors in Urban Parks in Chengmai,Hainan and Shenyang,LiaoningLiaoningCHEN Qiaochun1LIU Luming2ZHANG Jing1LONG Wenfang1LIU Yunru1XU Qiongjun1XUE Ping3XIAO Sha1(1.Hainan Medical University International School of Public and One Health Workstation of Academician Heinz Mehlhorn,Haikou,Hainan 571199,China;2.Hainan Sanlin Travel Development Co.Ltd.Chengmai R&F Mangrove Bay Hospital Interna,Chengmai,Hainan 571900,China;3.Shenyang Medical College School of Public Health,Shenyang,Liaoning 110034,China)Abstract Using urban parks in Chengmai,Hainan,and Shenyang,Liaoning as the research objects,the*基金项目：国家自然科学基金项目（82060603），海南省自然科学基金高层次人才项目（820RC648），海南医学院研究生创新课题基金（HYYS2021A11）。第一作者：陈乔春（1995），女，在读硕士，研究方向为疾病预防与控制，E-mail：。通信作者：肖莎（1986），女，副教授，主要从事环境与健康相关研究工作，E-mail：。薛萍（1988），女，讲师，主要从事分子流行病学相关研究工作，E-mail：。林 业 与 环 境 科 学2023 年6 月第 39 卷第 3 期52KEC-900 negative oxygen ion monitor was used to detect the concentrations of NAIs in the air of urban parks in Chengmai,Hainan,and Shenyang,Liaoning during the period from October 2021 to March 2022,using the Department of Ecology and Environment of Hainan Province(http:/ Department of Ecology and Environment of Liaoning Province(https:/ the National Meteorological Science Data Centre(http:/ obtain air quality index monitoring data(PM2.5,PM10,SO2,NO2,CO,O3)and meteorological factor data(average daily temperature,average daily relative humidity,average daily wind scale),to compare and analyze the differences in the concentrations of NAIs between the two urban parks and their influencing factors.The results showed that from October 2021 to March 2022,the monthly average concentration of NAIs in Chengmai was 6 725 ions/cm3,which was significantly higher than that in Shenyang(262 ions/cm3)(P0.05),with the highest concentrations of NAIs in October(7 577 ions/cm3)and the lowest in March(6 475 ions/cm3),while the concentrations of NAIs in Shenyang was the highest in February and the lowest in October.NAIs concentrations in Chengmai were negatively correlated with CO(=-640.058,P0.01)and positively correlated with wind scale(=139.565,P0.01)and relative humidity(=7.092,P0.01);NAIs concentrations in Shenyang city park were mainly positively correlated with O3(=2.115,P0.05)and relative humidity(=1.755,P 秋季 春季 冬季，日变化呈现波动性，在 8:0010:00 时最高，16:00时最低17。由于负氧离子受周边环境的影响较大，不同地区的负氧离子与气温、相对湿度、日照时数、天气状况等影响因子的关系存在着一定的区域性特点18-21，朱舒欣等22发现气温、相对湿度和风力等级是影响石门国家森林公园负氧离子浓度的关键因子。因此，负氧离子与气象条件等影响因素间的相关性存在地区差异23。综上，本文选择自 2021 年 10 月2022 年 3月，在海南澄迈和辽宁沈阳两地城市公园开展为期 6 个月的环境监测，比较分析影响两地城市公园空气 NAIs 浓度的环境因素，有利于更好地了解不同地区城市公园 NAIs 浓度特征及其影响因素，为城市公园建设和环境保护提供参考依据。1材料与方法1.1研究区概况选择海南澄迈县某城市公园（北纬 195353 195429，东 经 110014110022）和 沈 阳市某城市公园（北纬 41525415042，东经123263123266）作为监测点。澄迈县红树湾53陈乔春等：海南澄迈和辽宁沈阳城市公园负氧离子浓度及其影响因素的对比研究均相对湿度、日均风力等级）。分别从海南省生态环境厅（http:/ SPSS20.0 软件进行统计分析，正态数据采用s 表示，应用 Spearman 相关分析、多重线性回归分析等方法，比较分析海南澄迈和辽宁沈阳地区空气中负氧离子浓度差异及其可能的影响因素，当 P0.05 时，认为差异具有统计学意义。2结果与分析2.1澄迈和沈阳城市公园空气 NAIs 浓度比较2021 年 10 月2022 年 3 月期间，澄迈 10 月份 NAIs 浓 度 最 高，达 7 577 个/cm3，1 月 份 浓度最低，为 6 475 个/cm3；沈阳 2 月份 NAIs 浓度最高，有 307 个/cm3，10 月份最低，仅有 230 个/cm3。澄迈 NAIs 浓度各个月份均值均显著高于沈阳，两地不同月份 NAIs 浓度差异具有统计学意义（P0.05），总体来说，澄迈 NAIs 浓度显著优于沈阳，澄迈 NAIs 月份均值浓度空气清新程度均达到非常清新标准，对人体健康的影响极其有利；而沈阳 NAIs 月份均值浓度空气清新程度均为不清新，对人体健康不利，高 NAIs 浓度具有镇静、镇痛、镇咳、降压、催眠等功能作用。见图 1。010002000300040005000600070008000负氧离子浓度Negative oxygen ion concentrations(个/cm3)澄迈城市公园 Chengmai City Park沈阳城市公园 Shenyang City Park101112123月份 Month010002000300040005000600070008000负氧离子浓度Negative oxygen ion concentrations(个/cm3)澄迈城市公园 Chengmai City Park沈阳城市公园 Shenyang City Park101112123月份 Month010002000300040005000600070008000负氧离子浓度Negative oxygen ion concentrations(个/cm3)澄迈城市公园 Chengmai City Park沈阳城市公园 Shenyang City Park101112123月份 Month010002000300040005000600070008000负氧离子浓度Negative oxygen ion concentrations(个/cm3)澄迈城市公园 Chengmai City Park沈阳城市公园 Shenyang City Park101112123月份 Month010002000300040005000600070008000负氧离子浓度Negative oxygen ion concentrations(个/cm3)澄迈城市公园 Chengmai City Park沈阳城市公园 Shenyang City Park101112123月份 Month010002000300040005000600070008000负氧离子浓度Negative oxygen ion concentrations(个/cm3)澄迈城市公园 Chengmai City Park沈阳城市公园 Shenyang City Park101112123月份 Month010002000300040005000600070008000负氧离子浓度Negative oxygen ion concentrations(个/cm3)澄迈城市公园 Chengmai City Park沈阳城市公园 Shenyang City Park city park city park/注：*表示两地 NAIs 浓度相比较，P0.01。Note:*indicates the comparison of NAIs concentrations between the two places,P0.01.图 1澄迈和沈阳城市公园 NAIs 浓度变化特征Fig.1VariationcharacteristicsofNAIsconcentrationinurbanparksinChengmaiandShenyang湿地公园地处亚热带区域，属海洋性热带季风气候，气温年较差小，年平均气温高；干季、雨季明显，冬春干旱，夏秋多雨。沈阳市某城市公园地处北暖湿带区域，属半湿润季风气候，四季分明、雨热同期、天气呈非周期性变化，一般冬季的气温都低于零下，雨水冬少夏多。1.2负氧离子浓度监测于 2021 年 10 月 2022 年 3 月 期 间，对 两地城市公园进行数据测定，采样时天气状况相似，且多为晴天或多云，选择监测时间段为上午9:0012:00 时和下午 15:0017:00 时，对空气负氧离子进行采样。在澄迈县某城市公园和沈阳市某城市公园选择林中空地、河流边、售票处空地、展馆外和出口处空地 5 个监测区，在每个区域采用对角线布点法布设 3 个监测点，5 个区域共 15 个监测点，每个监测区周边 10 m 范围内无建筑物。测定前仪器进行校正，待仪器稳定后读取数据，每个监测点进行 4 个方向（东、南、西、北）数据的读取，每个方向连续记录 30 个数据，取均值得到该监测点的负氧离子浓度，每月记录有效数据 25 天。监测采用日本 KEC-900 负氧离子检测仪监测 NAIs浓度，监测范围为 10200 万个/cm3，监测时监测仪置于平面，设备进风口距离地面为 1.5 m。1.3空气负氧离子质量评价在环境监测中，常按照国家森林公园负氧离子等级评价标准进行空气质量评价22，见表 1。表 1负氧离子浓度与空气质量的对应标准Table1Thecorrespondingstandardsbetweenconcentrationofnegativeionsandairquality负氧离子浓度/个/cm3Negative oxygen ion concentrations空气质量等级Air quality grade空气清新程度Air freshness degree 2000一级非常清新15012000二级清新10011500三级较清新5011000四级一般 500五级不清新1.4空气质量及气象因素数据利用国家气象科学数据中心（http:/ 业 与 环 境 科 学2023 年6 月第 39 卷第 3 期542.2澄迈 和沈阳的空气污染物和气象因素的变化趋势2.2.1澄迈和沈阳的空气污染物变化趋势 将两地公园空气污染物浓度进行比较，结果显示两地NO、PM10浓度有差异，因此只描述 SO2、PM2.5、CO 和 O3浓度变化趋势。由图 2 所示，澄迈城市公园不同空气污染物分布规律较为一致，SO2、PM2.5呈先上升后下降的趋势，而 O3则相反呈先下降后上升，CO 浓度变化较为稳定；沈阳城市公园 SO2、PM2.5呈先上升后下降的趋势，O3浓度变化同澄迈城市公园，呈先下降后上升的趋势，CO浓度变化同澄迈城市公园，均较为稳定。2.2.2澄迈和沈阳的气象因素变化趋势 将两地公园气象因素进行比较，结果显示两地气温有差异，因此只描述风力等级和相对湿度变化趋势。由图 3 可见，澄迈城市公园相对湿度呈先下降后上升的趋势，于 3 月份达到最低，风力等级则呈下降趋势，于 3 月份达到最低；沈阳城市公园相对湿度呈先上升后下降的趋势，于 11 月份达到最高，风力等级则较为平稳。2.3影响澄迈和沈阳城市公园 NAIs 浓度的环境因素2.3.1环境因素与澄迈和沈阳城市公园 NAIs 浓度的相关性分析 分别对两地城市公园 NAIs 与空气污染物指标、气象因素数据进行相关性分析，结果显示澄迈城市公园 NAIs 浓度与 CO（r=-0.392,P0.05）呈负相关，与 SO2（r=0.194,P0.05）、风力等级（r=0.395,P0.05），见表 2。图 2两城市公园空气污染物的变化趋势Fig.2Trendsinairpollutantsinthetwourbanparks图 3两城市公园气 象因素的变化趋势Fig.3Trendsinmeteorologicalfactorsinthetwourbanparks风力等级 Wind scale风力等级 Wind scale55陈乔春等：海南澄迈和辽宁沈阳城市公园负氧离子浓度及其影响因素的对比研究表 2澄迈和沈阳城市公园 NAIs 浓度与环境因素的相关性分析Table2CorrelationanalysisbetweenconcentrationsofNAIsandenvironmentalfactorsinurbanparksinChengmaiandShenyang变量Variables相关系数(r)Pearson correlation澄迈Chengmai沈阳ShenyangSO20.194*0.084CO-0.392*0.028O30.0450.104PM2.5-0.1370.036风力等级 Wind scale0.395*-0.159相对湿度 Relative humidity0.0560.118注：“*”表示 P0.05，“*”表示 P0.01。Note:*indicates P0.05,*indicates P0.01.2.3.2澄迈和沈阳城市公园 NAIs 浓度影响因素的多重线性回归分析 以 NAIs 浓度作为因变量，环境因素作为自变量进行多重线性回归分析，结果显示澄迈多重回归方程 R2值为 0.399，而沈阳多重回归方程 R2值为 0.090。澄迈城市公园 NAIs 浓度主要受 CO、风力等级及相对湿度的影响，与CO 呈负相关，与风力等级及相对湿度呈正相关，即随着 CO 浓度的升高 NAIs 浓度降低，随着风力等级和相对湿度的增加 NAIs 浓度升高；沈阳城市公园 NAIs 浓度主要受 O3和相对湿度影响，与其呈正相关，即随着 O3和相对湿度的升高 NAIs 浓度升高，见表 3。表 3澄迈和沈阳城市公园 NAIs 浓度的多重线性回归分析Table3MultiplelinearregressionanalysisofNAIsconcentrationsinurbanparksinChengmaiandShenyang变量Variables澄迈 Chengmai沈阳 Shenyang SEPSEPSO21.62312.7070.8993.0562.9740.306CO-640.058218.5730.004*-0.11648.0350.998O31.1120.8650.2012.1150.8710.017*PM2.5-2.4502.5490.339-0.4520.5360.401风力等级 Wind scale139.56527.7070.001*-14.6139.1240.112相对湿度 Relative humidity7.0922.4010.004*1.7550.8250.036*注：“*”表示 P0.05，“*”表示 P0.01。Note:*indicates P0.05,*indicates P0.01.3结论与讨论随纬度变化我国区域气候差异大，呈现北方地区降水少、气温低，南方地区降水多、气温高的特征，使得南北方不同城市公园的 NAIs浓度影响因素也不尽相同。研究报道南方城市公园 NAIs 浓度主要受相对湿度、风力等级、降水量、日光辐射和地表温度等影响，气温与森林 NAIs 浓度之间的相关性相对较弱24-25，而北方城市公园 NAIs 浓度主要受 O3、TSP、PM10、PM2.5、日 光 辐 射 等 影 响26-27，我 们 通 过 对 海南澄迈和辽宁沈阳城市公园 NAIs 影响因素的对 比 分 析，结 果 发 现 澄 迈 城 市 公 园 NAIs 浓度 显 著 优 于 沈 阳，澄 迈 城 市 公 园 NAIs 浓 度主要受 CO、风力等级及相对湿度的影响，沈阳 城 市 公 园 NAIs 浓 度 主 要 受 O3和 相 对 湿 度 影响。研究报道 NAIs 浓度与相对湿度呈正相关28，认为高相对湿度有利于空气的电离作用，故相对湿度愈大、NAIs 浓度愈高；另有研究报道，NAIs浓度与相对湿度呈负相关29-30，认为相对湿度较高时，NAIs 浓度反而低，主要原因为相对湿度较高时，大气电离作用减小，从而导致减少 NAIs 的产生。我们在澄迈红树湾湿地公园的调查结果发现该公园的 NAIs 浓度与相对湿度呈正相关，这与较多关于南方森林公园 NAIs 影响因素的研究结论相一致31-33。彭琳玉34等人对九连山国家森林公园的气象要素及森林资源结构对森林中 NAIs林 业 与 环 境 科 学2023 年6 月第 39 卷第 3 期56浓度的影响程度进行研究，结果显示原始阔叶林的 NAIs 浓度基本与湿度呈正相关；马荣35等人以午潮山国家森林公园内不同林分类型为研究对象，探讨森林 NAIs 浓度的变化规律，结果表明整个秋季不同海拔的常绿阔叶林空气 NAIs 浓度与湿度呈正相关。NAIs 浓度与相对湿度呈正相关主要原因可能是水诱导的勒纳德效应促进了 NAIs 的产生36，同时水分子与植物叶片光合作用产生的氧气具有较强的亲和性37。我们的研究结果发现沈阳城市公园 NAIs 浓度仅与 O3浓度呈正相关，考虑可能与季节有关，这与许多在北方国家公园开展的 NAIs 浓度影响因素的调查结果一致，同样发现冬季 NAIs 浓度与 O3浓度呈正相关38-39。赵艳佩40通过对 NAIs 浓度和 O3浓度的研究，发现 1 到 5 月份，NAIs 浓度和 O3浓度存在着非常明显的正相关，相关系数达到了 0.265。此外，还证实了 O3浓度与其他污染物的浓度都呈现出非常明显的负相关，而 NAIs 浓度与其他污染物质的含量也呈现出了明显的负相关，这也从侧面证明了 O3浓度与 NAIs 浓度存在着一定的正向相关性。曹建新41等人的研究表明，在一年中，NAIs 浓度与 O3浓度之间存在着极强的正相关关系，其相关系数为 0.217。NAIs 浓度和 O3浓度呈正相关，这是由于在大气离子化形成 NAIs 时，氧原子被释放出来，与大气中的氧结合形成 O3。高浓度 NAIs 能调节机体的呼吸系统、循环系统，促进新陈代谢，调节内分泌，降低血压、缓解抑郁和精神焦虑等42。空气 NAIs 的来源广泛，影响因素众多，作用机制复杂，空气中的其他物质，如紫外辐射、风等均有可能对其产生影响，因此，在今后的研究中，应全面考虑其影响因素，并采用通径分析等方法深入探讨其产生机制16。总体来说，我们的研究发现澄迈 NAIs 含量显著优于沈阳，达到非常清新标准，另外澄迈的空气污染物和气象因素也均优于沈阳，相对湿度和风力等级是影响其空气 NAIs 浓度的主要环境因素，而并未发现显著影响沈阳 NAIs 浓度的环境因素。参考文献1 薛爱爱,马国强,廉梅霞.太原东山林场森林空气负氧离子浓度研究J.农业技术与装备,2022(2):104-105.2 冯鹏飞,于新文,张旭.北京地区不同植被类型空气负离子浓度及其影响因素分析J.生态环境学报,2015,24(5):818-824.3 ZHANG J,YU Z L.Experimental and simulative anal-ysis of relationship between ultraviolet irradiations and concentration of negative air ions in small chambersJ.J.Aerosol Sci,2006,37(10):1347-13554 LUTS A,PARTS T.Evolution of negative small air ions at two different temperaturesJ.J.Atmos.Sol.Terr.Phys,2002,64(7):763-7745 单晟烨,齐超,张冬有.漠河针叶林空气负离子浓度日变化特征研究J.中国农学通报,2015,31(25):13-186 李正泉,郑健,胡晓,等.负氧离子浓度等级预测J.林业与环境科学,2021,37(5):84-90.7 方砚秋,张方敏,陈龙,等.江西省空气负离子浓度特征与气象因子相关分析J.气象科学,2022,42(2):254-260.8 贾倍思,刘思贝,吴隽洋,等.空气质量与住区形态特征的相关性研究简介J.西部人居环境学刊,2020,35(6):1-99 彭巍,李明文,王慧,等.空气负离子国内外研究进展及其在森林康养方面的积极作用综述J.温带林业研究,2020,3(3):11-14,5410 施光耀,桑玉强,张劲松,等.自然状态下栓皮栎人工林空气负离子浓度与相对湿度的关系J.中国农业气象,2021,42(1):24-3311 卫淑芸,刘文霞,吴明作,等.河南省不同生境空气负离子空间变化特征J.城市环境与城市生态,2016,29(3):31-36,41.12 马晶昊,董子舟,杨云芸,等.长沙市负氧离子浓度变化特征与气象因子相关初探J.安徽农业科学,2014,42(28):9872-987413 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