橡膠林與其他環境類型間負氧離子水平的比較研究

謝 江，張勇波，陳國云，周會平

(云南省熱帶作物科學研究所,云南 景洪 666100)

橡膠樹(Heveabrasiliensis)為大戟科高大喬木，原產于南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中，喜高溫高濕、土地平整、土壤肥沃的環境[1]。在我國，橡膠樹只能種植于海南、云南、廣東及廣西等省份的熱帶地區[2]，其中云南省西雙版納是最主要的種植基地之一?，F今，以橡膠樹為單一優勢樹種的橡膠林已是西雙版納地區最主要的人工林類型，其與季節雨林、次生林共同組成該區域的主要森林植被類型。大規模發展的橡膠種植業對當地區域社會經濟的發展發揮了重要作用，但大面積單一種植的橡膠林對于區域生態環境的影響也引起了公眾的大量關注[3-4]。

調節區域氣候環境和空氣質量是森林具有的一個重要功能。森林不僅會通過葉片的光合作用進行固碳釋氧和通過林冠吸收污染物及調節氣溫，還可通過光電效應產生空氣負離子調節空氣質量?？諝庳撾x子是指帶負電荷的氧離子，也被稱為“負氧離子”[5-6]，其含量多少可直接影響人的舒適程度和健康狀況，是反映空氣質量和大氣環境狀況的重要指標?？諝庵械呢撗蹼x子有改善大腦功能、促進人體新陳代謝、提高免疫力、調節機體平衡及消除人體疲勞等作用，同時還能抑制細菌、病毒生長和去除空氣中的煙霧、粉塵，起到降塵抑菌、凈化空氣的作用，所以被稱為“長生素”、“空氣中的維生素”[5-8]。世界衛生組織規定：清新空氣中負離子含量不應低于1 000個/cm3[5,9]。近年來許多研究已表明，當負氧離子濃度達到700個/cm3以上時有益于人體健康，達到10 000個/cm3以上則可以治病[10]。

空氣負離子的來源有物理性產生和生物性產生2種，其中前者水分子裂解為主要方式，后者植物光合作用中的光電效應是主要來源[8,10-13]。因此，下墊面類型、森林覆蓋率、天氣狀況、微粒吸附、溫度濕度等自然地理條件變化，都會影響空氣負離子的濃度[14]。目前，我國關于空氣負氧離子方面的研究已開展了一些，主要側重于人為干擾環境和自然環境中空氣負氧離子的濃度水平、空氣負氧離子在醫療保健中的作用及其機理、空氣負氧離子資源的開發利用等[15]。

本研究以西雙版納景洪市郊不同樹齡(幼林、成林、老林)的橡膠林為主要監測對象，以同區域內另兩種人工林(澳洲堅果園和茶園)及其他典型生境類型(溝谷雨林、森林公園和市區)為對照監測對象，研究橡膠林負氧離子分布變化規律，分析各類型環境的負氧離子水平差異及其影響因素。研究結果可表明橡膠林在調節氣候方面的功能，為綜合評價橡膠林生態系統服務功能提供基礎依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

景洪市位于云南南部，西雙版納傣族自治州中部。地處我國西南邊陲、云南省的最南端，地跨100°25′-101°31′E，21°27′-22°36′N。屬北熱帶和南亞熱帶濕潤季風氣候，長夏無冬，干濕季分明(2-4月為旱季，5-10月為雨季，11-翌年1月為霧涼季)，基本無霜。年平均氣溫18.6～21.9℃，年平均降水量1 200～1 700 mm，年平均相對濕度在80%～86%。最高海拔2 196.8 m，最低海拔485 m[16]。

1.2 研究方法

以西雙版納景洪郊區不同樹齡的橡膠人工林(2011種植的幼林YR、2005年的成林AR、1985年老林OR)樣地為主要研究對象，并選擇同區域分布面積較大的另2種人工種植園(澳洲堅果園AM和茶園AT)及其他典型生境類型(溝谷雨林、森林公園和市區休閑區等處)為對照監測點，進行負氧離子測定研究。

在1-12月份，每月中旬選擇天氣情況穩定的一天到3個樹齡橡膠林、澳洲堅果園和茶園定點測定負氧離子濃度。測量時間為9:00-11:00，每分鐘測量記錄1次，連續測量記錄100個以上數據的平均值代表各地一般情況下的負氧離子濃度水平。另外，對溝谷雨林、森林公園和景洪市區主要的休閑區也分別在旱季(4月)和雨季(8月)選擇天氣情況穩定的天氣進行1次負氧離子測量。

本研究使用日本KEC-900正負離子測試儀，測試范圍為10～1.99×106個/cm3，精度為10個/cm3。

使用SPSS19.0和SigmaPlot11.0軟件進行數據統計分析及繪圖。

2 結果與分析

2.1 負氧離子濃度分布和變化特征

對3個橡膠人工林和2個其他人工種植園的全年監測發現，橡膠幼林、澳洲堅果園、茶園的負氧離子濃度整體上呈現雨季高于霧涼季和旱季，橡膠成林、老林的負氧離子濃度整體上呈現霧涼季和雨季高于旱季。橡膠幼林和茶園的負氧離子濃度易受瞬時天氣影響變化幅度較大(極低值500～600個/cm3，極高值3 000～4 000個/cm3)，而橡膠成林與老林、澳洲堅果園及茶園的負氧離子濃度通常都處于相對較高水平(一般2 000個/cm3)，屬于較高水平。

在同一季節，各人工林地之間的負氧離子濃度水平存在顯著差異(圖1)。旱季時，橡膠成林和老林的負氧離子濃度明顯高于橡膠幼林、澳洲堅果園和茶園；橡膠幼林略低于澳洲堅果園和茶園。雨季時，負氧離子濃度表現為橡膠成林高于老林高于幼林，澳洲堅果園和茶園均高于橡膠幼林。霧涼季時，橡膠成林負氧離子濃度最高，高于老林和幼林，茶園最低。

不同林齡的橡膠林之間的負氧離子水平也有較大差異。橡膠幼林負氧離子濃度，在3個季節均為最弱，明顯低于其他人工林地；而橡膠成林和老林的負氧離子濃度往往都高于其他林地，尤其是在旱季和霧涼季時尤為明顯；橡膠老林負氧離子濃度有時(雨季和霧涼季)也要低于成林。

2.2 負氧離子與溫度、濕度的相關關系

對橡膠幼林、成林、老林、澳洲堅果園及茶園進行的負氧離子濃度變化與空氣溫濕度的相關性分析表明，負氧離子濃度與空氣相對濕度之間的皮爾遜相關系數為0.455(P<0.01)，為顯著正相關；而負氧離子濃度與溫度之間無顯著相關關系(表1)。

注：OR，老膠林；AR，橡膠成林；YR，橡膠幼林；AM，澳洲堅果林；AT，茶園(顯著性水平P<0.05)。

表1 負氧離子濃度與空氣溫度及相對濕度的相關性Table 1 The correlation of negative air ion concentration with the temperature and relative humidity

注：**表示置信度為0.01時，相關性是顯著的。

2.3 橡膠林與其他典型環境類型間負氧離子水平比較

對橡膠林與同區域其他環境類型進行了旱季和雨季負氧離子濃度的比較分析，結果表明，在旱季，溝谷雨林的負氧離子濃度最高，可達7 000個/cm3以上，而其他類型環境中均<2 000個/cm3；橡膠老林、成林及森林公園內的空中花園景點等植物多而人較少的區域，負氧離子濃度可達>1 500個/cm3；在植物較多但人也較多的區域，如橡膠幼林、市區內的江邊、花卉園、森林公園入口處及公園內愛伲山寨和白塔等景區，負氧離子濃度>1 000個/cm3；而在市區孔雀湖、龍舟廣場、文化廣場等人較多植物較少的區域，負氧離子濃度往往<1 000個/cm3。在雨季，溝谷雨林和森林公園內的負氧離子濃度均>5 000個/cm3，明顯高于橡膠林和市區(P<0.05)；橡膠林和市區各休閑場所之間的負氧離子濃度差異不顯著(P>0.05)，普遍>2 000個/cm3(圖2)。

3 結論與討論

橡膠林是西雙版納地區最主要的人工林生態系統，是除熱帶季雨林和次生林之外的最主要的森林類型，對本區域的氣候環境有著至關重要的影響。研究橡膠林產生和維持負氧離子的能力是了解橡膠林調節區域氣候和空氣質量功能的關鍵一環。本研究通過對不同樹齡橡膠林內負氧離子濃度的連續監測，探明了橡膠林負氧離子濃度分布變化規律，大致表現為：1)從季節變化特征來看，大多數研究點在雨季和霧涼季的負離子濃度普遍較高且多次出現極高值，而在旱季負離子濃度普遍處于中等或較低水平，整體上呈雨季和霧涼季的負氧離子濃度高于旱季的趨勢；2)從林齡來看，由橡膠幼林到成林再到老林，其產生和保持負氧離子的能力大致呈現先弱后強再有所減弱的趨勢。

圖2 橡膠林與溝谷雨林、森林公園及市區的負氧離子濃度差異比較(顯著性水平P<0.05)Fig.2 Comparison of negative oxygen ion among rubber plantation,rainforest,forest scenic and downtown area (Significance level at P<0.05)

有研究表明，負氧離子濃度水平往往與天氣條件有密切關系[5,14]。負離子主要通過水分子裂解產生，空氣中的負氧離子主要以O-2(H2O)n形式相對穩定存在[17]，當濕度增大時，空氣中的水分子增多，O-2結合水分子的機會就增大，負氧離子濃度也隨之增大，同時空氣中的水滴對大氣中可吸入懸浮顆粒等具有清潔作用，減少了空氣中凝結核的數量，使得空氣負離子的生成速率遠大于其消亡速率[18]。當溫度較高、太陽輻射較為強烈時，空氣中的污染物在強烈紫外線的作用下會發生一系列光化學反應，加劇污染，污染物在擴散過程中吸附大量的空氣負氧離子，導致空氣中負氧離子濃度降低[14]。而本研究中進行的相關性分析發現，橡膠林負氧離子濃度的變化與空氣相對濕度顯著相關，而與空氣溫度之間無顯著相關性。分析認為，這可能和西雙版納的空氣較為潔凈有關。西雙版納地區空氣潔凈，污染物較少，有利于負氧離子的積累。另外，負氧離子濃度與溫度和相對濕度的相關性不同研究報道的結論也不盡相同，這可能是由于影響空氣負氧離子的因素多種多樣，包括溫度、濕度、風速、氣壓、太陽輻射等自然因素以及污染物質排放、人流量等人為因素。

通過與同區域另外人工種植園(澳洲堅果園和茶園)以及其他類型環境(溝谷雨林、森林公園及市區等)的比較，確定了橡膠林在調節區域氣候環境和空氣質量方面的作用大小?？偟目磥?，植物分布的多少和人流量的大小對負氧離子的濃度有顯著影響。溝谷雨林作為最優的生態系統類型，其對區域氣候的調節作用在干旱少雨的季節尤為明顯和重要；橡膠林產生和維持負氧離子水平的能力雖然遠不如溝谷雨林，但相較于其他類型環境，尤其是成林階段以后是處于中等偏上水平的。

綜上所述，橡膠林是具有產生和維持相對較高水平的空氣負氧離子水平的能力的，能夠對區域氣候和空氣質量能起到一定調節作用。研究結果為科學評估橡膠林生態系統的服務功能提供了基礎依據。