王秀峰, 康文杰

(陕西科技大学 材料科学与工程学院， 陕西 西安 710021)

0 引言

空气负离子是大气中带负电荷的气体分子或离子团的总称.研究表明，空气负离子具有改善肺、心肌功能，促进新陈代谢，增加人体免疫力等功能，并具有杀菌、降尘和清洁空气等作用，因此，空气负离子被誉为“空气维生素”，是衡量空气清洁程度的重要指标之一[1,2].

自然界中的空气负离子主要来源于宇宙射线、紫外线、放射性元素等射线激发以及雷电激发；一些来源于瀑布剪切力、海浪冲击、梵风现象导致的摩擦力；还有一些来源于雨水分解、植物的光合作用以及尖端放电[3].目前，国内外关于空气负离子的研究多以森林、城市、室内环境为对象说明其重要性[4-6]，而对于以生活、工作小区为样本的空气负离子浓度变化及其影响因素的研究还很少.

本实验研究拟以陕西科技大学校园作为一个生态系统，研究不同区域空气负离子浓度随天气、时间、空间、人流等变化的规律，分析影响负离子浓度变化的因素.这项研究不仅能够对城市建设提供依据，而且对于人们的日常生活、学习和工作也将有很大的参考价值.

1 研究方法

1.1 观测点选取

陕西科技大学位于西安市北郊大学园区，西部和北部周围以村庄院落为主，南部以大型建材市场为主，东部为道路和学校.周边没有大型森林、水系和公园干扰，便于作为一个单独的小区系统来研究.校区探测点选择在人群到达最多的10个特征区域：树林、路边绿化带、篮球场、迎新大道、教室、走廊、厕所、室内外停车场、湖边.

1.2 测量方法

测量仪器为日产COM-3010PRO负离子检测仪，测量范围0～100 000 个/cc，精度≤5%，工作环境-10～50 ℃，相对湿度90%.

测量时间为每天的早(6～9时)、中(11～14时)、晚(19～22时).为了尽量减少误差，每一个测量地点朝东、南、西、北各测5次，得到20组数据，取平均值为该点该时刻的负离子值.测量时，仪器离开地面1.2 m.

研究各因素对负离子的影响时，遵循单一差异原则，即考察某一因素对空气负离子的影响时，要求其他环境因子基本相同.然后对得到的数据进行处理分析.

2 结果与分析

2.1 空气负离子浓度变化特点

2.1.1 随天气变化

为了探索天气变化对校区空气负离子浓度的影响特征，在预报降雨的天气之前开始，连续几天对迎新大道和树林中空气负离子浓度进行了定时定点测量，经历了晴-晴转阴-雨-雨转阴-晴的天气变化，结果如图1所示.

图1 不同区域空气负离子浓度 与天气变化的关系

由图1可知，晴天到阴天，空气负离子浓度一直较低，只有60～80 个/cm3.雨天的空气负离子浓度会急剧升高4～6倍，然而雨后转阴，空气中负离子浓度又会快速回落.这是由于雨天空气中水分子迅速增多，促进了负离子与水分子聚集成负离子团.而且高速运动的水滴降落过程中，水滴与水滴，水滴与空气不断碰撞、摩擦，加剧了水分子与空气中其他分子的碰撞电离，提高了空气中负离子的浓度[7].

研究还发现，晴转阴天的空气负离子浓度明显低于雨转阴天的空气负离子浓度，同时都不足雨天的1/2.这说明雨后空气中残留了大量水分子，从而提高了空气负离子浓度，即空气负离子浓度与空气湿度成正相关性.然而空气湿度增加并不会带来雨天那么剧烈的负离子增量，说明雨天负离子浓度的增加主要来源于水滴之间、水滴与空气之间的碰撞摩擦.

另外，晴天比晴转阴之后的空气负离子浓度要高，是由于阴天太阳紫外线辐射效果变差，空气负离子产生几率变小[8].

2.1.2 随昼夜变化

为探测校区负离子在一天中的变化特征，选取树林和迎新大道作为探测点(树林区多植被，迎新大道无植被影响).在晴天假日，两探测点基本无人流影响的情况下，从上午6点开始到晚上10点，每两小时跟踪测量一组，结果如图2所示.

图2 假日不同区域空气负离子 浓度与时间的关系

如图2，两处探测点的负离子浓度基本保持抛物线特征.14～16时，空气负离子浓度达到最大值，分别为108 个/cm3和90 个/cm3.这是由于从清晨到晚上，空气湿度逐渐降低，负离子浓度会下降，然而随着温度、光照强度的增加，植物光合作用，尖端放电以及太阳辐射产生负离子的能力又会不断增强.因此，在中午的时候空气负离子浓度达到一天中的最大值.另外，由于迎新大道植被分布很少，负离子的产生主要依靠辐射，其抛物线上升缓慢且最大值低于树林.

2.1.3 随人流量变化

为了对比人流对探测点空气负离子浓度的影响，在假日和日常工作日，分别对迎新大道和篮球场进行全天跟踪测量，结果如图3所示.

研究发现，在人为影响较小的假日，迎新大道基本维持抛物线特征.而在日常工作日，迎新大道在一天之中出现3个极小值点，不足同时刻无人态的1/3.对比分析可知，这3个时间段正好是学校上下课时间，迎新大道人流量很大，人的消耗导致其出现短时间的负离子空白期.晚上，过了下课高峰段之后，负离子浓度开始较快回升.这主要是由于迎新大道通风良好，周围绿化带空气会与之很快互通，从而较快恢复空气负离子水平.

图3 人为影响下不同区域空气 负离子浓度与时间的关系

篮球场与迎新大道环境条件基本一致，在人为影响较小时，负离子特征曲线也基本相同.因此，只对篮球场日常状态进行定时定点跟踪测量.由图3可知，日常篮球场的负离子浓度在14时前，一直呈缓慢上升趋势，基本与假日迎新大道曲线重合，之后开始急速下降.这是由于14时以后，大量的学生集中到球场运动，人体的不断消耗以及带起的灰尘等空气悬浮物容易吸附负离子降解沉积，使球场周围的负离子急速下降.之后保持在一个很低的状态，直到20时才开始慢慢恢复.

2.1.4 室内外差异

在晴天，选取教室、教学楼走廊与迎新大道3个探测点(其中教室较封闭，走廊东西通风良好，迎新大道为露天广场)，分别在有人和无人时，测试空气负离子浓度.

如图4所示，不难发现，室内空气负离子浓度最低，走廊次之，室外要高很多.无人时，这种递增关系成倍增长；有人时，负离子差距就很小了，室内外负离子浓度都保持在较低水平.造成室内负离子浓度低的原因除了人为因素外，楼房结构与材料决定了室内无法依靠太阳辐射、大地辐射等方式来获取负离子，也没有绿化带来缓解压力.因此，为了改善室内空气质量，建议在室内养植物花卉等.

图4 空气负离子浓度 与室内外条件的关系

2.2 影响空气负离子浓度的因素探讨

空气负离子主要由各种辐射、植物光合作用、尖端放电和光电效应等产生，然而一些诸如温度、湿度、气流，水流，空气悬浮物等因素会影响空气负离子的浓度.

2.2.1 温度

为进一步说明温度对空气负离子浓度的促进作用，以实验室烘箱作为封闭环境进行模拟探测.将烘箱从室温18 ℃升到48 ℃，每隔5 ℃进行一组测量，取平均值，如图5所示.

图5 温度与空气负离子浓度的关系

由图5可知，随温度的提高，烘箱内负离子浓度基本呈线性递增.这说明温度的提升能促进空气负离子的产生.从热力学角度分析，温度升高，空气分子动能增大，碰撞电离的几率增大，促进了负离子的产生.

2.2.2 湿度

很多研究已经证明，湿度与空气负离子浓度呈正相关性[9,10].如图1所示，晴转阴与雨转阴的空气负离子浓度比较不难发现，雨转阴时的空气负离子比较高，说明空气湿度增大时，空气负离子浓度增加.

湿度对空气负离子浓度的影响，一方面是由于湿度增大，空气中水分子增多，促进了负离子与水分子结合，从而增加空气负离子浓度；另一方面是由于水分子电解能只有氧气分子的十分之一，因此湿度增大，地面辐射射线更容易大量电解水分子，增加空气负离子浓度.

2.2.3 气流

在雨天探测中发现，有风区域负离子浓度比同条件下无风区域大很多.因此，在雨天，选取两块绿化条件基本相同的露天区域，一块通风良好，一块几乎无风，对两个测量点各取10组测量值，记录负离子数如图6所示.

图6 不同风力条件下空气 负离子浓度对比分析

由图可知，有风的地方空气负离子浓度最大可达628 个/cm3，而无风区最大只有290 个/cm3.有风区和无风区的负离子浓度差异主要有两个原因：一是风吹动使得其他地方的负离子传过来；二是空气流动使空气分子、水分子运动剧烈，摩擦碰撞，分解电离的几率增大，从而产生大量负离子[11].

肖家山金矿床位于钦杭成矿带湖南段湘东北亚段。该成矿带是我国重要矿产资源产地，带上有黄金洞金矿、万古金矿、雁林寺金矿等金矿床（点）。本文将对找矿勘探过程中获取的矿体地质数据与资源量的数量关系运用单因素直方图统计、相关分析、分形统计学、曲线拟合等方法进行研究，以从中获取一些有关成矿规律信息。

2.2.4 水流

水流冲击激烈的地方负离子浓度比静水区域大很多[12]，如校园内，静风时，湖边负离子几乎为零，很低；反而厕所负离子浓度很大.如图7所示，厕所中空气负离子浓度在中午，晚上会明显增高，是因为人流增加，厕所内冲水的频率增加，而高速运动的水分子碰撞断裂失去电子，产生了大量的负离子，如同瀑布，海浪冲击可产生高浓度空气负离子一样.

图7 动静态水对空气负 离子浓度影响的对比分析

对比发现，湖边负离子浓度全天都很低，说明静水湖对空气负离子浓度的提升没有太大的作用.建议在湖区建设时，设计为动态循环水或增添喷泉等装置.

2.2.5 空气悬浮物

为观察空气悬浮物对空气负离子的影响，针对校园室内停车场与露天停车场展开测量，并设置对照房(空地下室)与假日迎新大道(人流较少，与露天停车场环境相当)为参照，一天分3次测量，分析汽车尾气对空气负离子的影响，结果如图8所示.

图8 不同时间不同区域粉尘对 空气负离子浓度的影响分析

研究发现，早晨室内停车场空气负离子浓度正常，与对照房相当，而下午和晚上就降低至几乎为零.同样，相比于假日迎新大道，露天停车场一天中的空气负离子浓度也较低，这表明空气负离子浓度与空气悬浮物浓度呈显著的负相关性.通过分析，这主要是停车场来往较多，汽车尾气很大，这类空气悬浮物能吸附负离子，形成重离子沉降，从而降低负离子浓度[13].特别是室内地下停车场，通风不便，空气负离子本来就少，汽车尾气的吸附沉降，使得负离子浓度几乎为零.

同样，道路两旁绿化带负离子浓度小于远离人流、车辆的树林，就是因为道路旁空气悬浮粉尘多，吸附空气负离子，而且人流较多，对负离子的消耗较大[14].

3 结束语

(1)温度与湿度对空气负离子浓度有很大的影响.无人为影响时，晴天空气中负离子浓度大于阴天，雨后大于雨前 ，一天中中午的时候空气负离子浓度最高.

(2)空气流动促进空气负离子产生与传递.有风的广场比空气闭塞的区域空气质量要好，户外运

动应趋向于通风良好的地方.

(3)水流冲击产生更多的负离子.动态水比静态水更好地净化空气，建议有湖的区域能设置为动态循环水或安装喷泉类装置.

(4)粉尘、尾气等空气悬浮物会大量吸附空气负离子.地下停车场需要做好通风措施，同时道路两旁的绿化带必不可少，必须保证小区绿化面积.

[1] Ryushi T,Kita I.The effect of exposure to negative air ions on the recovery of physiological responses after moderate endurance exercise[J].International Journal of Biometeorology, 1998, 41(03):132-136.

[2] Albert P Kruger, David S Sobel. Air ions and health, http://watershed.net.

[3] 邵海荣，贺庆棠.森林与空气负离子[J].世界林业研究，2000，13(5)：19-22.

[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，2001，37(5)：75-81.

[5] 范亚民，何 平，李建龙,等.城市不同植被配置类型空气负离子效应评价[J].生态学杂志，2005，24(8)：883-886.

[6] 蒙晋佳，张 燕. 密闭暗房内空气离子浓度变化规律[J].环境科学与技术，2007，30(2)：46-50.

[7] 孙明珠，田 媛，刘效兰.北京不同功能区空气负离子差异的实验研究[J].环境科学与技术，2010，33(12F)：515-519.

[8] 曾曙才，苏志尧，陈北光.广州绿地空气负离子水平及其影响因子[J].生态学杂志，2007，26(7)：1 049-1 053.

[9] 张双全，谭益民，吴章文.空气负离子浓度与空气温湿度的关系研究[J].中南林业科技大学学报，2011，31(4)：114-118.

[10] 王继梅，冀志江，隋同波,等.空气负离子与温湿度的关系[J].环境科学研究，2004，17(2)：68-70.

[11] 叶彩华，王晓云，郭文利.空气中负离子浓度与气象条件关系初探[J].气象科技，2000，40(4)：51-52.

[12] 郭圣茂，杜天真，赖胜男,等.城市绿地对空气负离子的影响[J].河北师范大学学报，2006，30(4)：478-482.

[13] 陈佳瀛，宋永昌，陶康华,等.上海城市绿地空气负离子研究[J].生态环境，2006，15(5)：1 024-1 028.

[14] 邵海荣，贺庆棠，阎海平,等.北京地区空气负离子浓度时空变化特征的研究[J].北京林业大学学报，2005，27(3)：35-39.