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森林保健是指依托城市森林生态系统,开展调节人类生理和心理状况的健康活动[1]。众多研究已经表明,森林环境对部分生理和心理疾病有着良好的疗效[2-3]。不同森林在滞尘、释放负氧离子和挥发植物精气等功能上存在差异,因此,分析评价不同森林保健功能水平,既是保健森林建设的核心,也是基于保健功能的森林结构调整和功能提升的前提条件。以往关于森林保健的研究多重点围绕森林保健的概念、特征进行探讨[4-5],研究案例多选择单一指标来评价森林的保健功能水平[6-11]。这些研究虽对森林保健功能评价、机制分析以及变化规律作了深入研究,但该类方法未能从多个维度,即对多种林分类型、多个保健因子以及多个时间段进行综合评价,这恰是开展森林保健建设中筛选森林保健树种、优化森林结构所急需的。本研究以广东省佛山市云勇森林公园为例,利用体感舒适度等级、空气离子、空气颗粒物质量浓度和植物精气相对含量等4个指标构建森林保健功能评价方法,分析森林保健功能在不同时间段的差异,为珠三角国家森林城市群建设筛选森林保健树种、优化森林的保健功能提供理论依据。
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根据体感舒适度评价差异特征可知(图 1):阴香林的综合舒适指数为1.64~2.67,体感舒适等级均为“很舒适”;灰木莲林的综合舒适指数为1.25~3.12,体感舒适等级均为“很舒适”;湿地松林的综合舒适指数为3.71~4.73,10:00时的体感舒适等级处于“舒适”,其余4个时间点的体感舒适等级均为“很舒适”;黧蒴锥林的综合舒适指数为3.47~4.30,体感舒适等级均为“很舒适”;尾叶桉林的综合舒适指数为2.92~4.66,16:00时的体感舒适等级为“舒适”,其余4个时间点的体感舒适等级均为“很舒适”;阔叶混交林的综合舒适指数为3.38~5.07,15:00时的体感舒适等级处于“舒适”,其余4个时间点的体感舒适等级均为“很舒适”。6种林分的体感舒适度等级总体上均处在“舒适”及以上水平。随着时间推移,阴香林、灰木莲林、尾叶桉林以及黧蒴锥林的综合舒适指数呈现先上升后下降再上升的趋势,而湿地松林和阔叶混交林的综合舒适指数呈现出先下降后上升再下降的趋势。
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根据空气离子指数差异特征可知(图 2),阴香林的空气离子评价指数IFC为0.63~1.26,10:00时的IFC等级为Ⅲ级,其余4个时间点的IFC等级均为Ⅳ级;灰木莲林的IFC为0.16~0.95,12:00时的IFC等级为Ⅴ级,15:00时的IFC等级为Ⅲ级,其余3个时间点的IFC等级均为Ⅳ级;湿地松林的IFC为0.96~1.27,IFC等级均为Ⅲ级;黧蒴锥林的IFC为0.68~0.99,14:00时的IFC等级为Ⅲ级,其余4个时间点的IFC等级均为Ⅳ级;尾叶桉林的IFC为0.49~0.76,16:00时的IFC等级为Ⅴ级,其余4个时间点的IFC等级均为Ⅳ级;阔叶混交林的IFC为0.40~1.49,14:00时的IFC等级为Ⅴ级,10:00和15:00时的IFC等级为Ⅱ级,而12:00和16:00时的IFC等级为Ⅳ级。6种林分的空气离子指数等级总体上处在Ⅲ级和Ⅳ级水平,具有一定的保健作用。阴香林、阔叶混交林的IFC峰值出现在10:00和15:00,尾叶桉林、黧蒴锥林、灰木莲林以及湿地松林的IFC峰值出现在14:00-15:00。
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由图 3可知:阴香林的PM2.5质量浓度为10.25~17.75 μg·m-3,PM10质量浓度为27.15~48.40 μg·m-3,TSP质量浓度为32.45~82.35 μg·m-3,均在一级质量浓度限值范围内;灰木莲林的PM2.5质量浓度为11.75~14.60 μg·m-3,PM10质量浓度为31.45~43.00 μg·m-3,TSP质量浓度为37.25~62.45 μg·m-3,均在一级质量浓度限值范围内;湿地松林的PM2.5质量浓度为20.10~56.45 μg·m-3,PM10质量浓度为49.40~103.40 μg·m-3,TSP质量浓度为57.20~112.10 μg·m-3,PM2.5在15:00和16:00超出一级质量浓度限值范围,PM10除了10:00外均超出一级质量浓度限值范围;黧蒴锥林的PM2.5质量浓度为21.50~43.05 μg·m-3,PM10质量浓度为47.55~76.45 μg·m-3,TSP质量浓度为52.20~85.00 μg·m-3,PM2.5在15:00和16:00超出一级质量浓度限值范围,PM10除了10:00外均超出一级质量浓度限值范围;尾叶桉林的PM2.5质量浓度为18.80~34.15 μg·m-3,PM10质量浓度为53.85~75.35 μg·m-3,TSP质量浓度为66.25~83.40 μg·m-3,PM10超出一级质量浓度限值范围;阔叶混交林的PM2.5质量浓度为18.10~29.75 μg·m-3,PM10质量浓度为51.90~71.15 μg·m-3,TSP质量浓度为59.45~78.60 μg·m-3,PM10超出一级质量浓度限值范围。6种林分的PM2.5和TSP总体上处在一级质量浓度限值范围内,湿地松林、黧蒴锥林、尾叶桉林和阔叶混交林的PM10均超过了一级质量浓度限值。随着时间推移,阴香林、灰木莲林、尾叶桉林以及阔叶混交林的空气颗粒物质量浓度变化较为平稳,而湿地松林和黧蒴锥林的空气颗粒物质量浓度呈逐渐上升的趋势。
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通过分离鉴定林分内部的空气,6种林分的植物挥发物样品中共检测植物精气类物质11种(表 1)。6种林分所释放植物精气相对含量均较低,其中阴香林释放5种(相对含量为8.15%),主要为醛类物质(6.74%);灰木莲释放3种(3.01%),主要为醛类物质(2.03%);湿地松释放4种(3.92%),主要为醛类(3.64%)物质;尾叶桉释放3种(2.91%),主要为醛类物质(2.14%);黧蒴锥释放4种物质(7.99%),主要为醇类物质(7.45%);阔叶林释放3种(1.91%),主要为醛类物质(1.25%)。
有机物 分子式 相对含量/% 阴香林 灰木莲林 湿地松林 尾叶桉林 黧蒴锥林 阔叶混交林 花生四烯酸甲酯 C21H34O2 0.05 辛醛 C8H16O 0.95 0.48 1.12 0.46 壬醛 C9H18O 2.82 1.55 1.33 1.22 0.54 0.79 癸醛 C10H20O 2.92 1.19 0.92 长叶烯 C15H24 1.41 0.98 0.66 α-蒎烯 C10H16 0.28 芳樟醇 C10H18O 0.29 香茅醇 C10H20O 6.14 异长叶烯酮 C15H22O 1.02 庚炔羧酸甲酯 C9H14O2 0.77 合计 8.15 3.01 3.92 2.91 7.99 1.91 Table 1. Relative content of phytoncide
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将每个时间点同时满足人体舒适度达到“很舒适”、空气负离子指数达到Ⅳ级以上、PM2.5在一级质量浓度限制范围内这3个条件的林分初步筛选为具有一定保健功能的林分。结果表明:5个不同时间点,保健功能表现较好的林分各有不同(表 2),具体表现为10:00时,阴香林、灰木莲林、尾叶桉林、黧蒴锥林和阔叶混交林的保健功能表现较好;12:00时,阴香林、湿地松林、尾叶桉林、黧蒴锥林和阔叶混交林的保健功能表现较好;14:00时,阴香林、灰木莲林、湿地松林、尾叶桉林和黧蒴锥林的保健功能表现较好;15:00时,阴香林、灰木莲林和黧蒴锥林的保健功能表现较好;16:00时,阴香林、灰木莲林和阔叶混交林的保健功能表现较好。其中,阴香林5个时间点的保健功能均表现良好,灰木莲林和黧蒴锥林有4个时间点的保健功能表现良好,尾叶桉林和阔叶混交林有3个时间点的保健功能表现良好,湿地松林仅有2个时间点的保健功能表现良好。因此,通过体感舒适度等级、空气负离子指数、PM2.5质量浓度和植物精气相对含量等4个指标进行评判,发现阴香林和黧蒴锥林的综合保健功能在6种林分中表现最为突出。
时刻 在各项指标下表现较好的林分类型 体感舒适度 空气负离子指数 PM2.5 综合 10:00 ABDEF ABCDEF ABCDEF ABDEF 12:00 ABCDEF ACDEF ABCDEF ACDEF 14:00 ABCDEF ABCDE ABCDEF ABCDE 15:00 ABCDE ABCDEF ABEF ABE 16:00 ABCDF ABCDEF ABEF ABF 说明:A.阴香林;B.灰木莲林;C.湿地松林;D.尾叶桉林;E.黧蒴锥林;F.阔叶混交林 Table 2. Comprehensive evaluation of forest health