大气环境中的负离子与人类健康

摘要:空气负离子在空气中含量的多少是生态环境优劣的标志之一,在一定浓度下,空气中的负离子对人体具有保健、治疗的功能,负离子作为“蓝色维他命”和“空气长寿素”已越来越受到人们的关注。本文从概念以及其作用等方面阐述了空气负离子与人类健康的密切关系,并以山东蒙山等地为例,分析了不同地区和林地中负离子的分布特点。在大气污染日益加剧,大气质量尚未好转的情况下,到森林等负离子浓度高的地方旅游休闲有益于人们的健康。

(中图分类号:S718.55 文献标识码:A,山东大学生命科学院生态与生物多样性研究所)

人类健康离不开新鲜空气。我们呼吸的空气是由氧、氮、水蒸气、二氧化碳等多种气体组成的气体混合物,在正常情况下,气体分子不带电(显中性),但在射线、受热及强电场的作用下,空气中的气体分子会失去一些电子,即所谓空气电离,这些失去的电子又会与其它中性分子相结合,而得到电子的气体分子带负电,称为空气负离子,空气负离子具有热电性和压电性,既使在微小的温度和压力变化的情况下,亦能引起负离子之间的电势差,从而使空气进一步发生电离,空气中,多种气体分子“俘获”电子的能力有强有弱,其中O2和CO2较强,而O2在空气中占20%多,CO2仅占0.03%。因此空气电离产生的自由电子大部分被氧气获得,形成负氧离子,又称”负离子”。

根据大地测量学和地理物理学国际联盟大气联合委员会采用的理论,空气负离子是O2-(H2O)n,或OH-(H2O)n,或CO4(H2O)2[9]。评价空气的第一指标就是负离子含量,它的浓度与空气的清洁度密切相关[1～4]。在自然界中,人们虽然看不见负离子,但却可以感受到他的存在。像海滩、森林、高山、湖边等处之所以令人心醉,主要依赖于空气中有较高的负离子。空气负离子对人的健康非常有益。雷电过后,产生的大量负离子,使野外空气格外清新;海浪频繁的涌动也会造成大量的负离子,被海风带到海边,海边空气也一样会令人心旷神怡。相反,空气中过多的正离子会引起失眠、头疼、心烦、血压升高等反应。例如狂风飞沙之日,在人群密集,空气污浊的场所,空气正离子骤增。给人以心烦意乱,头疼疲乏之感。因此负离子浓度的高低与人们的健康息息相关,人们时刻需要负离子,尤其在污染日益严重的今天更显得重要。它不仅能使空气格外新鲜,还可以杀菌和消除异味。当空气中负离子的浓度较高时,能抑制多种病菌的繁殖,降低血压和消除疲劳,促进人体的新陈代谢,调节和促进人体的生长发育,因而人们将空气负离子比喻为“蓝色维他命”和“空气长寿素”。

负氧离子的存在会帮助人体回复其正常的平衡,即负离子对于人体的生长发育和防治疾病方面具有许多积极作用。

(1)改善肺器官功能,改善呼吸系统绒毛的清洁工作效率。吸入负离子30分钟后,肺能增加吸收氧气20%,多排出二氧化碳14.5%。可减轻气喘病的痛苦。

(2)降低血压,增强心肌功能。负离子具有明显的降低血压增强心肌功能以及镇痛、改善睡眠、促进新陈代谢等作用。

(3)具有较高的活性,有很强的氧化还原作用。负氧离子能破坏细菌的细胞膜或细胞原生质活性酶的活性,从而达到抗菌杀菌的目的。

(4)使人精神振奋。负离子能增加警觉性,增加想象力,提高工作效率。

(5)增强免疫系统功能。负离子能减少对寒冷和流感的过敏,提高身体的天然解毒能力,使激素的不平衡正常化,消除身体上血清基和组胺过多引起的不安,避免过敏性反应及”花粉症”的产生。

(6)其它。负离子对于呼吸道、支气管疾病、慢性鼻炎、鼻窦炎、偏头痛、更年期综合症、慢性皮肤病等具有显著的辅助治疗作用,使身体各器官的功能更为有效,且无任何副作用。

 1 负离子气象指数

负离子含量(浓度)在乡村、山区、森林及海滨等比城市和居室多。世界卫生组织规定,清新空气中负离子含量不应低于1000-1500个/cm3。按每cm3中负离子的个数来划分,大气中负离子浓度和健康的关系如表1所示。

2 负离子分布

    2.1 一般分布

由于所处环境温度与压力的不断变化以及负离子的不稳定性,即使同样场所每次测得的结果也许都会不大相同,见表2。

    2.2 特殊分布

喷泉的开启与关闭状态与空气负离子的浓度有着明显的不同,喷泉开启后产生的水柱在空中碰撞分裂形成无数细小水珠,在宇宙线、紫外线等的照射下,产生大量的负离子。同时其水珠或水滴对大气尘埃等悬浮颗粒具有清洗作用,减少了空气中凝结核的数量,结果使空气负离子的生成速率远大于其消亡速率,因此负离子浓度明显增加,远远高于海滨,风景名胜和疗养地的室外空气负离子浓度[5-10]。根据对上海市区的喷泉进行了连续两年的研究发现,喷泉开启时,其周围环境中的空气负离子最高瞬间值可达到7万个以上,是喷泉未开时的90～200倍,而且在一天中任何时间内产生的负离子都没有明显差别[15]。水珠飘洒的喷泉,不仅能为城市增添许多灵气,降低周围环境的温度、增加湿度,而且还能产生大量的负离子,是城市中名副其实的“负离子发生器”。与天然形成的空气负离子相比,喷泉产生的空气负离子具有一定的局限性。喷泉产生的空气负离子在空气中滞留的时间很短,只有喷泉开启时才是享用空气负离子的最佳时机。空气负离子的含量多少不仅与喷泉的大小、以及人距离喷泉的远近成正比,而且受风向的影响很大,下风向时空气负离子明显增多,上风向或侧风向时则低得多,当人们在喷泉边感觉到有水珠扑面而来时,正是空气负离子含量最高处。此外,尽管喷泉在一天内产生的负离子没有差别,但有季节上的不同,炎热炙人的7月产生的空气负离子最多,而春寒料峭的3月则最少。

3 负离子状况实例

    3.1 桃源洞

桃源洞为国家重点风景名胜区,位于福建省永安市,景区规划总面积28.78km2。桃源洞的空气质量优于国家一级标准。空气中细菌含量极少,珠帘瀑布附近的细菌含量为零。由于瀑布、流水的喷筒效应和其它因素,公园内空气负离子含量高,特别是从甲水电站沿万阳河、镜花溪到东坑瀑布,长约10km,溪河两侧,负离子含量尤其显著,在长达3km的牛角垅地带负离子含量为13000个/cm3,珠帘瀑布区高达64600个/cm3,为城市市区的几千倍[16]。

3.2 武夷山

武夷山位于福建省武夷山脉北段东南麓,面积70km2,1979年武夷山自然保护区被国务院列为全国5个重点自然保护区之一。为定性定量评价武夷山风景名胜区的环境质量,中南林学院2002年5月对该区的空气负离子含量、噪声环境进行了测定和评价[15],结果表明各项指标均良好,其中空气负离子含量尤其突出,景区内空气负离子水平普遍较高,其浓度平均值超过 10000个/cm3的测点有10个,平均值最高的为大峡谷生态区内的青龙瀑布,达到66034个/cm3,最高值达到112000个/cm3;超过60000个/cm3的测点有3个。依测点分类表明,瀑布周围空气负离子含量最高,平均达52087个/cm3,其它依次为跌水、溪流、树林、人工草坪。

    3.3 蒙山

中国科学院生态环境研究中心于1999年6月11日～12日对山东省蒙阴县境内的蒙山进行了空气负离子、氧气和臭氧含量的监测[17]。

注:Ⅰ“-”表示未测。 Ⅱ空气中负离子:现场使用美国TSL公司的”MODEL3068AEROSOLELECTROMETER”分析仪测定。

Ⅲ氧气:现场气袋采样,实验室用日本产GC-MS仪测定,载气为氦气,最小检出量为1. 43mg/m3。

Ⅳ臭氧:为美国产的臭氧自动分析仪。 Ⅴ3:北京生态中心。

    3.3.1 蒙山空气中具有较高的氧气含量。

监测数据中最高为21.03%,比同期北京中国科学院生态环境研究中心院内高0.28%。这对于来此旅游的人员,无疑等于进入天然的氧吧。植物在光合作用时吸进CO2,放出O2,它的光合作用比呼吸作用大20倍左右,通常1hm2阔叶林在生长季节一天可消耗掉1kgCO2,放出0.73kgO2。粗略估算蒙阴县境内森林面积3676hm2,生长季节每天可产生O22683kg。植物是生产氧气的工厂,天然的制氧机,森林则成为天然的大氧吧。

    3.3.2蒙山空气中具有很高的负离子含量。

监测数据中最高为854167/cm3个,是同期中国科学院生态环境研究中心院内的195倍。负离子属空气中的小离子,其一般寿命为数秒到数分,平均为1min。由于负离子的寿命短暂,要捕捉到最高浓度有一定的困难。也由于其寿命短暂,检测到最高浓度值可以说明空气质量好,但检测不到或值较低不能说空气质量不好,此次有几处负离子浓度不高,而氧气含量却很高就是很好的说明。

    3.3.3 蒙山空气中具有适宜的臭氧浓度。

检测到的是最高浓度为0.12mg/m3。较大浓度的臭氧对人体有害,而稀薄的臭氧反而给人清新的感觉,闻到轻松愉快。主要成因是松脂易被氧化而产生臭氧,可以说松林是臭氧的生产场所之一。

    3.3.4 蒙山具有适宜的空气温度和湿度。

监测期间纬度偏高的济南最高气温达34℃,而蒙山中最高气温为27℃,且空气湿度大,最高达93%。森林可以降低空气温度,是由于树冠可以阻挡太阳辐射,使树下温度降低3～5℃。森林有强大的蒸腾作用,落叶松每年蒸腾水分437mm,黑松林282mm。1hm2阔叶林一个夏季能蒸腾2400kg水分。由于森林上空水分含量高,蒸发水分要吸收大量的热,使得周围的温度降低。

    3.3.5 综合评价蒙山的空气质量很好。

临沂市环境监测站同期对空气中SO2、氮氧化物和总悬浮颗粒的监测结果都达到国家一级标准,结合对氧气、负离子和臭氧的检测结果,可以认为蒙山空气质量很好。这与其周围很少有污染型企业和植被覆盖率高达85%有很大的关系。

4 检测仪器

空气离子浓度仪是吸引空气(或者带有离子存在的气体)通过带电的平行极化电极板进行计数空气中的离子(气体)浓度的。外侧二板保持极化(正、负)电势。中间是线性检测器板。空气的孔隙是4mm,极化区的电势是1000V/m。现在常规的检测空气负离子浓度的仪器有很多种,以下仅就常用的是美国生产的AIC1000进行介绍:型号:AIC1000，空气流速:200cm3/s线性速度:40cm/s离子收集率:大于65%输出电阻:5x1010Ohms动力范围:10离子/cm3—2000000离子/cm3设定时间:大约10秒，噪声水平:10离子/cm3精度:±25%电池:9Volt生产地:美国除此之外还有:CNF-型空气离子测定仪(石家庄无线电四厂)。美国TSL公司的“MODEL3068AEROSOLELECTROMETER”分析仪。

5 结束语

空气中的负离子达到一定浓度时,它和山川湖泊、海滨沙滩、森林草原、奇花异草、珍禽异兽等自然资源一样,是自然旅游资源的组成部分,但它是看不见、摸不着的自然旅游资源。加强对空气负离子资源的开发、利用和保护的研究,对于提高人类健康具有重要意义,使它成为生态旅游中不可或缺的部分。

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