华北土石山区空气负离子浓度变化特征及影响因素研究

作     者：张家兴 

作者单位：河南农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：桑玉强

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0829[工学-林业工程] 

主      题：空气负离子 典型人工林 华北土石山区 环境因子 随机森林模型 

摘      要：空气负离子(Negative air ion;NAI)是衡量一个地区空气清洁度的重要指标,具有杀菌除尘、增强人体免疫力和辅助治疗多种疾病的功能,能够调节人体的心理和生理机能,被誉为“空气维生素。本研究以2021年-2022年河南黄河小浪底地球关键带国家野外科学观测研究站的典型人工林栓皮栎(Quercus variabilis BI.)、侧柏(Platycladus orientalis L.)为试验对象,选取该地区山顶空地和山中居民区为对照试验,分析其四季NAI的变化特征,利用随机森林模型(Random Forest,RF)分析环境因子对NAI主要影响因子,旨在探究不同样地类型NAI的差异性以及在不同季节影响NAI的主导因子,为进一步深入该地区研究不同样地类型对空气负离子的变化机理提供基础依据。研究结果表明:(1)华北土石山区NAI浓度在观测期由高到底依次为:侧柏(692.47±70.33 ion·cm)栓皮栎(602.97±90.42ion·cm)山顶空地(545.65 ion·cm)山中居民区(455.28ion·cm)(p侧柏林,而在秋季和冬季时期NAI浓度侧柏林栓皮栎林。建议游客在夏季时期选择栓皮栋林中午前后进行康养活动。(3)在栓皮栎垂直高度上林下(栓皮栎1.5m)与冠层中部(栓皮栎5m)NAI均在7月份出现最高值分别为:883.07±57.46 ion·cm、1098.12±394.96 ion·cm,最低值均出现在1月份分别为:325.00±65.38 ion·cm、398.58±95.22 ion·cm。在观测期内林下NAI浓度均高于冠层中部;冠层中部NAI四季日内变化在观测期间均呈现单峰变化趋势,林下NAI四季日内变化趋势在春季、夏季和秋季呈现单峰变化趋势,在冬季呈现先下降后上升变化趋势;林下NAI极值出现时间相较于冠层中部存在1-3h滞后现象。(4)山中居民区在7月份NAI达到最高值为636.49±76.16 ion·cm,最低值出现在1月份为276.96±26.93 ion·cm;山顶空地NAI观测期内变化无规律,NAI最高值出现在6月份为632.26±114.86 ion·cm,最低值出现在2月份为485.15±100.50 ion·cm。在春季、秋季和冬季时期,山顶空地NAI山中居民区NAI,而在夏季时期山中居民区NAI山顶空地NAI。山顶空地在夏季时期NAI日内变化呈现双峰变化趋势,在春季、秋季和冬季NAI日内变化趋势呈现单峰;山中居民区则在冬季时期出现单谷变化趋势,而在春季、夏季和秋季呈现单峰变化趋势。(5)通过随机森林模型筛选出影响林内和林外NAI的最主要环境因子,影响四季山顶空地NAI主要环境因子为WS,影响山中居民区NAI主要以颗粒物为主,影响栓皮栎和侧柏在春夏季主要环境因子为VPD,而在秋冬季节主要以颗粒物为主。