大氣環境中的負離子與人類健康

摘要:空氣負離子在空氣中含量的多少是生態環境優劣的標志之一,在一定濃度下,空氣中的負離子對人體具有保健、治療的功能,負離子作為“藍色維他命”和“空氣長壽素”已越來越受到人們的關注。本文從概念以及其作用等方面闡述了空氣負離子與人類健康的密切關系,并以山東蒙山等地為例,分析了不同地區和林地中負離子的分布特點。在大氣污染日益加劇,大氣質量尚未好轉的情況下,到森林等負離子濃度高的地方旅游休閑有益于人們的健康。

(中圖分類號:S718.55 文獻標識碼:A,山東大學生命科學院生態與生物多樣性研究所)

人類健康離不開新鮮空氣。我們呼吸的空氣是由氧、氮、水蒸氣、二氧化碳等多種氣體組成的氣體混合物,在正常情況下,氣體分子不帶電(顯中性),但在射線、受熱及強電場的作用下,空氣中的氣體分子會失去一些電子,即所謂空氣電離,這些失去的電子又會與其它中性分子相結合,而得到電子的氣體分子帶負電,稱為空氣負離子,空氣負離子具有熱電性和壓電性,既使在微小的溫度和壓力變化的情況下,亦能引起負離子之間的電勢差,從而使空氣進一步發生電離,空氣中,多種氣體分子“俘獲”電子的能力有強有弱,其中O2和CO2較強,而O2在空氣中占20%多,CO2僅占0.03%。因此空氣電離產生的自由電子大部分被氧氣獲得,形成負氧離子,又稱”負離子”。

根據大地測量學和地理物理學國際聯盟大氣聯合委員會采用的理論,空氣負離子是O2-(H2O)n,或OH-(H2O)n,或CO4(H2O)2[9]。評價空氣的第一指標就是負離子含量,它的濃度與空氣的清潔度密切相關[1～4]。在自然界中,人們雖然看不見負離子,但卻可以感受到他的存在。像海灘、森林、高山、湖邊等處之所以令人心醉,主要依賴于空氣中有較高的負離子?？諝庳撾x子對人的健康非常有益。雷電過后,產生的大量負離子,使野外空氣格外清新;海浪頻繁的涌動也會造成大量的負離子,被海風帶到海邊,海邊空氣也一樣會令人心曠神怡。相反,空氣中過多的正離子會引起失眠、頭疼、心煩、血壓升高等反應。例如狂風飛沙之日,在人群密集,空氣污濁的場所,空氣正離子驟增。給人以心煩意亂,頭疼疲乏之感。因此負離子濃度的高低與人們的健康息息相關,人們時刻需要負離子,尤其在污染日益嚴重的今天更顯得重要。它不僅能使空氣格外新鮮,還可以殺菌和消除異味。當空氣中負離子的濃度較高時,能抑制多種病菌的繁殖,降低血壓和消除疲勞,促進人體的新陳代謝,調節和促進人體的生長發育,因而人們將空氣負離子比喻為“藍色維他命”和“空氣長壽素”。

負氧離子的存在會幫助人體回復其正常的平衡,即負離子對于人體的生長發育和防治疾病方面具有許多積極作用。

(1)改善肺器官功能,改善呼吸系統絨毛的清潔工作效率。吸入負離子30分鐘后,肺能增加吸收氧氣20%,多排出二氧化碳14.5%?？蓽p輕氣喘病的痛苦。

(2)降低血壓,增強心肌功能。負離子具有明顯的降低血壓增強心肌功能以及鎮痛、改善睡眠、促進新陳代謝等作用。

(3)具有較高的活性,有很強的氧化還原作用。負氧離子能破壞細菌的細胞膜或細胞原生質活性酶的活性,從而達到抗菌殺菌的目的。

(4)使人精神振奮。負離子能增加警覺性,增加想象力,提高工作效率。

(5)增強免疫系統功能。負離子能減少對寒冷和流感的過敏,提高身體的天然解毒能力,使激素的不平衡正?；?消除身體上血清基和組胺過多引起的不安,避免過敏性反應及”花粉癥”的產生。

(6)其它。負離子對于呼吸道、支氣管疾病、慢性鼻炎、鼻竇炎、偏頭痛、更年期綜合癥、慢性皮膚病等具有顯著的輔助治療作用,使身體各器官的功能更為有效,且無任何副作用。

 1 負離子氣象指數

負離子含量(濃度)在鄉村、山區、森林及海濱等比城市和居室多。世界衛生組織規定,清新空氣中負離子含量不應低于1000-1500個/cm3。按每cm3中負離子的個數來劃分,大氣中負離子濃度和健康的關系如表1所示。

2 負離子分布

    2.1 一般分布

由于所處環境溫度與壓力的不斷變化以及負離子的不穩定性,即使同樣場所每次測得的結果也許都會不大相同,見表2。

    2.2 特殊分布

噴泉的開啟與關閉狀態與空氣負離子的濃度有著明顯的不同,噴泉開啟后產生的水柱在空中碰撞分裂形成無數細小水珠,在宇宙線、紫外線等的照射下,產生大量的負離子。同時其水珠或水滴對大氣塵埃等懸浮顆粒具有清洗作用,減少了空氣中凝結核的數量,結果使空氣負離子的生成速率遠大于其消亡速率,因此負離子濃度明顯增加,遠遠高于海濱,風景名勝和療養地的室外空氣負離子濃度[5-10]。根據對上海市區的噴泉進行了連續兩年的研究發現,噴泉開啟時,其周圍環境中的空氣負離子最高瞬間值可達到7萬個以上,是噴泉未開時的90～200倍,而且在一天中任何時間內產生的負離子都沒有明顯差別[15]。水珠飄灑的噴泉,不僅能為城市增添許多靈氣,降低周圍環境的溫度、增加濕度,而且還能產生大量的負離子,是城市中名副其實的“負離子發生器”。與天然形成的空氣負離子相比,噴泉產生的空氣負離子具有一定的局限性。噴泉產生的空氣負離子在空氣中滯留的時間很短,只有噴泉開啟時才是享用空氣負離子的最佳時機?？諝庳撾x子的含量多少不僅與噴泉的大小、以及人距離噴泉的遠近成正比,而且受風向的影響很大,下風向時空氣負離子明顯增多,上風向或側風向時則低得多,當人們在噴泉邊感覺到有水珠撲面而來時,正是空氣負離子含量最高處。此外,盡管噴泉在一天內產生的負離子沒有差別,但有季節上的不同,炎熱炙人的7月產生的空氣負離子最多,而春寒料峭的3月則最少。

3 負離子狀況實例

    3.1 桃源洞

桃源洞為國家重點風景名勝區,位于福建省永安市,景區規劃總面積28.78km2。桃源洞的空氣質量優于國家一級標準?？諝庵屑毦繕O少,珠簾瀑布附近的細菌含量為零。由于瀑布、流水的噴筒效應和其它因素,公園內空氣負離子含量高,特別是從甲水電站沿萬陽河、鏡花溪到東坑瀑布,長約10km,溪河兩側,負離子含量尤其顯著,在長達3km的牛角垅地帶負離子含量為13000個/cm3,珠簾瀑布區高達64600個/cm3,為城市市區的幾千倍[16]。

3.2 武夷山

武夷山位于福建省武夷山脈北段東南麓,面積70km2,1979年武夷山自然保護區被國務院列為全國5個重點自然保護區之一。為定性定量評價武夷山風景名勝區的環境質量,中南林學院2002年5月對該區的空氣負離子含量、噪聲環境進行了測定和評價[15],結果表明各項指標均良好,其中空氣負離子含量尤其突出,景區內空氣負離子水平普遍較高,其濃度平均值超過 10000個/cm3的測點有10個,平均值最高的為大峽谷生態區內的青龍瀑布,達到66034個/cm3,最高值達到112000個/cm3;超過60000個/cm3的測點有3個。依測點分類表明,瀑布周圍空氣負離子含量最高,平均達52087個/cm3,其它依次為跌水、溪流、樹林、人工草坪。

    3.3 蒙山

中國科學院生態環境研究中心于1999年6月11日～12日對山東省蒙陰縣境內的蒙山進行了空氣負離子、氧氣和臭氧含量的監測[17]。

注:Ⅰ“-”表示未測。 Ⅱ空氣中負離子:現場使用美國TSL公司的”MODEL3068AEROSOLELECTROMETER”分析儀測定。

Ⅲ氧氣:現場氣袋采樣,實驗室用日本產GC-MS儀測定,載氣為氦氣,最小檢出量為1. 43mg/m3。

Ⅳ臭氧:為美國產的臭氧自動分析儀。 Ⅴ3:北京生態中心。

    3.3.1 蒙山空氣中具有較高的氧氣含量。

監測數據中最高為21.03%,比同期北京中國科學院生態環境研究中心院內高0.28%。這對于來此旅游的人員,無疑等于進入天然的氧吧。植物在光合作用時吸進CO2,放出O2,它的光合作用比呼吸作用大20倍左右,通常1hm2闊葉林在生長季節一天可消耗掉1kgCO2,放出0.73kgO2。粗略估算蒙陰縣境內森林面積3676hm2,生長季節每天可產生O22683kg。植物是生產氧氣的工廠,天然的制氧機,森林則成為天然的大氧吧。

    3.3.2蒙山空氣中具有很高的負離子含量。

監測數據中最高為854167/cm3個,是同期中國科學院生態環境研究中心院內的195倍。負離子屬空氣中的小離子,其一般壽命為數秒到數分,平均為1min。由于負離子的壽命短暫,要捕捉到最高濃度有一定的困難。也由于其壽命短暫,檢測到最高濃度值可以說明空氣質量好,但檢測不到或值較低不能說空氣質量不好,此次有幾處負離子濃度不高,而氧氣含量卻很高就是很好的說明。

    3.3.3 蒙山空氣中具有適宜的臭氧濃度。

檢測到的是最高濃度為0.12mg/m3。較大濃度的臭氧對人體有害,而稀薄的臭氧反而給人清新的感覺,聞到輕松愉快。主要成因是松脂易被氧化而產生臭氧,可以說松林是臭氧的生產場所之一。

    3.3.4 蒙山具有適宜的空氣溫度和濕度。

監測期間緯度偏高的濟南最高氣溫達34℃,而蒙山中最高氣溫為27℃,且空氣濕度大,最高達93%。森林可以降低空氣溫度,是由于樹冠可以阻擋太陽輻射,使樹下溫度降低3～5℃。森林有強大的蒸騰作用,落葉松每年蒸騰水分437mm,黑松林282mm。1hm2闊葉林一個夏季能蒸騰2400kg水分。由于森林上空水分含量高,蒸發水分要吸收大量的熱,使得周圍的溫度降低。

    3.3.5 綜合評價蒙山的空氣質量很好。

臨沂市環境監測站同期對空氣中SO2、氮氧化物和總懸浮顆粒的監測結果都達到國家一級標準,結合對氧氣、負離子和臭氧的檢測結果,可以認為蒙山空氣質量很好。這與其周圍很少有污染型企業和植被覆蓋率高達85%有很大的關系。

4 檢測儀器

空氣離子濃度儀是吸引空氣(或者帶有離子存在的氣體)通過帶電的平行極化電極板進行計數空氣中的離子(氣體)濃度的。外側二板保持極化(正、負)電勢。中間是線性檢測器板?？諝獾目紫妒?mm,極化區的電勢是1000V/m?，F在常規的檢測空氣負離子濃度的儀器有很多種,以下僅就常用的是美國生產的AIC1000進行介紹:型號:AIC1000，空氣流速:200cm3/s線性速度:40cm/s離子收集率:大于65%輸出電阻:5x1010Ohms動力范圍:10離子/cm3—2000000離子/cm3設定時間:大約10秒，噪聲水平:10離子/cm3精度:±25%電池:9Volt生產地:美國除此之外還有:CNF-型空氣離子測定儀(石家莊無線電四廠)。美國TSL公司的“MODEL3068AEROSOLELECTROMETER”分析儀。

5 結束語

空氣中的負離子達到一定濃度時,它和山川湖泊、海濱沙灘、森林草原、奇花異草、珍禽異獸等自然資源一樣,是自然旅游資源的組成部分,但它是看不見、摸不著的自然旅游資源。加強對空氣負離子資源的開發、利用和保護的研究,對于提高人類健康具有重要意義,使它成為生態旅游中不可或缺的部分。

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