随着森林生态旅游的兴起及人们保健意识的增强，空气负离子作为一种重要的森林旅游资源已越来越受到人们的重视，有关空气负离子的评价就成为众多学者的研究内容。而空气负离子的科学评价必须以科学的评价模型和标准为基础。不同环境条件下的空气离子水平差异很大，因而评价标准也应不同(Krueger，1985；李安伯，1988；吴楚材等，1995；2001;钟林生等，1998；邵海荣等，2000)。目前，此方面的研究主要集中在城市工业区和居民生活区(李安伯，1988；钟林生等，1998)，而对森林环境下的空气离子评价模型和评价标准研究还未见报道。本研究根据森林环境中空气离子的特点，提出了负离子系数的概念，建立了森林空气离子指数评价模型，并以国内10个森林风景区空气离子的测定结果，建立了森林风景区空气离子分级评价标准。以此为基础，对张家界国家森林公园接待区及各游览区空气负离子进行了评价。

1 森林空气离子评价模型的建立 1.1 空气负离子系数概念的提出

以往人们常用单极性系数q(q=n⁺/n^-，n⁺为正离子浓度，n^-为负离子浓度)来表示空气中正、负离子间的关系(钟林生，1998)，并用它单独或组建模型(如安倍空气离子评议模型)来评价城市工业区和居民生活区的空气状况，取得了较好的评价效果，表明单极性系数比较适于城市及居民生活区的空气离子评价。

在城市工业区和生活区，空气中的正、负离子浓度都较低，且二者的浓度相差不大，q值稳定在1.2左右，即n⁺的浓度比n^-的浓度稍高(李安伯，1988)。而在森林环境中，正、负离子的浓度差异大，q值的变异也很大。如在湖南酃县桃源洞国家森林公园空气离子的测定结果中(吴楚材等，1995)，q值的变化幅度为0.000 09~0.93，最小值与最大值间相差10 000多倍，那是否可以判断二者间的清洁度相差10 000多倍？显然不能。此外，在测定森林环境空气离子的实践中，常会遇到这样的情况：在同一生境中的两测点，其n^-浓度比较接近，但n⁺浓度则可能相差较大，有时会相差1倍甚至数倍。若用单极性系数(q)和安倍评议系数(CI)来评价，则二者间的清洁水平也相差1到数倍。这显然也与实际情况不符。因此，单极性系数(q)和安倍评议系数(CI)在森林空气离子评价中有其局限性，不宜用来评价森林中的空气离子。为此，本章特提出空气负离子系数(p)的概念，并将其定义为大气离子中的负离子比率，即

(1)

较之单极性系数(q)的概念，该定义在以下三方面更具合理性：(1)p值变幅合理由(1)式可知，p的取值区间为[0，1]。在森林环境中，一般n^->n⁺，p的取值区间为(0.5，1)，p_Max/p_Min的变幅为1~2，而不会出现成百上千倍的差异，这就消除了q值变化太大的缺点；(2)定义中加入了“负离子”三字，强调了空气负离子的作用，因为对人体产生理疗效应和对环境具有净化作用的主要是空气中的负离子，而不是正离子；(3)便于理解单极性系数与空气清洁度及保健效应之间存在反比关系，即单极性系数小于1时，空气清洁度高，对人体健康有益。单极性系数越小，空气清洁度就越高，对人体健康越有益。这在逻辑上不符合人们的思维习惯，不便于人们理解。而负离子系数的大小与空气负离子的保健功能和空气清洁度的大小成正相关。负离子系数大于0.5时，空气清洁度高，对人体健康有益。负离子系数越大，则表明空气负离子的保健功能越强，空气清洁程度也越高。这符合人们顺向逻辑思维的习惯。因此，负离子系数较之单极性系数更易为人所理解，具有逻辑上的优势。

1.2 森林空气离子评价模型的建立

在过去一段时期内，国内外部分学者以城市工业区和居民生活区空气离子为研究对象，建立了一些空气离子评价模型，取得了较好的评价效果。德国的研究人员在同时测定其国内大量工厂、车间空气中离子含量的基础上，建立了空气离子相对浓度(D_a%)模型(吴楚材等，1995)：

(2)

式中：n_a⁺、n_a^-分别为空气正、负离子浓度；n₀⁺、n₀^-分别为空气正、负离子标准浓度。

日本学者安倍通过对城市居民生活区空气离子的研究，建立了安倍空气离子评议系数(CI)模型(钟林生等，1998)：

(3)

式中：n^-为空气负离子浓度；q为单极性系数；1 000为人体生物学效应最低负离子浓度。

以上两个评价模型中，空气离子相对浓度模型由于没有加入人体生物学效应浓度(1 000)系数，因而不宜用于以具有生态保健功能作为重要特征的森林风景区空气离子的评价；而安倍空气离子评议系数虽然考虑了人体生物学效应浓度，但模型中的单极性系数(q)不适合用于森林环境的离子评价，因而也不宜用来评价森林中的空气离子。本文根据森林环境中空气离子的特性，结合人们开展森林旅游的目的，在安倍空气离子评议模型的基础上，提出如下的森林空气离子评价模型：

(4)

式中：FCI为森林空气离子评价指数；P为空气负离子系数；n^-为负离子浓度；1 000为人体生物学效应最低负离子浓度。

人们开展森林旅游的一个重要目的就是到森林环境中去呼吸含有大量负离子的新鲜空气，达到消除疲劳、疗养保健的目的。森林空气离子评价模型由于保留了与游客健康有关的人体生物学效应最低负离子浓度，同时又引入了能反映森林环境空气离子分布特性的空气负离子系数。因此，用上述森林空气离子评价模型来评价森林环境中的空气离子应是比较合理的和可行的。

2 森林空气离子分级标准的研究

评价标准是一切评价工作的基础。不同环境条件下的空气离子浓度差异很大(表 1)，因而不能用同一标准去评价不同环境条件下的空气离子。现存的一些空气离子评价标准主要是针对城市工业区(表 2)和城市居民生活区(表 3)而制定的，不适合森林环境中的空气离子评价。

为了评价森林游憩区负离子水平及旅游开发利用对旅游地大气离子的影响，迫切需要制定森林游憩区空气离子的评价标准。本研究利用中南林学院森林旅游研究中心近年来在湖南省的桃源洞、阳明山，江西省的三爪仑，广东省的金坑，广西的姑婆山，北京的小龙门等森林公园和湖南省衡山风景名胜区，广东省鼎湖山自然保护区，广西大瑶山自然保护区以及北京青少年绿色度假中心等10个森林游憩区所测得的空气离子值，通过对样本数据进行Box-Cox变换(Box et al., 1964)，然后采用标准对数法(Blacksood，1995)及正态总体五级代表点取点法处理，得到如下的森林空气离子分级标准(GSFA)(见表 4)。

上表中n^-、n⁺、p三者各等级间并不存在(4)式所确定的对应关系，这主要是由于大气中的n^-、n⁺之间并无明显的比例关系，但这并不影响空气离子评价。在过去的评价中，人们主要选取对人体生理效应有指示作用的n^-和q来评价大气中的离子水平，而对n⁺不大关注(李安伯，1988)。在本研究中，也将主要运用n^-、p来评价大气中的离子状况。

在制定标准时，其精度应视被制定对象的特性而定。对于微观领域及稳定性强的对象，其精度可高一些；而对宏观领域及变化较大的对象而言，其精度则要求粗放一些，这样才显得更加科学合理，同时也便于应用。表 4中的数据是通过数学方法得出的，其精确度应是相当高的。但由于空气离子浓度本身变化快、变幅大，且空气离子测定仪的精度亦为10个·cm^-3，因此其分级标准应是比较粗放的，将分级标准精确到个位显然是不够合理的。为便于应用，将表中的标准值修订如表 5。

一般而言，森林环境中的空气负离子浓度高于城市居民区的空气负离子浓度，人们到森林游憩区旅游的一个重要目的之一是去那里呼吸清新的空气。因此，将森林游憩区的最低负离子浓度(临界浓度)定为400个·cm^-3应是合理的。当空气负离子浓度低于400个·cm^-3(Ⅵ级)时，表明空气已受到一定程度的污染，对游客的健康不利。表 5中第Ⅳ级对应的浓度标准为1 000个·cm^-3，与空气负离子人体生物学效应最低浓度标准一致。表明达到Ⅳ级以上负离子水平的空气对人体健康是有益的，属于保健浓度范围。而400个·cm^-3＜n^-＜1 000个·cm^-3(Ⅴ级)的空气对人体则既无多大危害，亦无多大益处，因而属于允许浓度范围。虽然目前还不能根据现有资料将Ⅳ级以上各等级的功效进行区分，但表 5将森林环境中空气负离子划分为临界浓度、允许浓度及保健浓度三个区域还是具有较大的现实意义，可为森林旅游开发利用空气负离子提供依据。

由(4)式及表 5即可算得森林空气离子评价指数分级标准(EISGFA)(见表 6)。

3 在森林公园中应用后的结果分析

运用上述空气负离子系数模型、森林空气离子评价模型及评价标准对张家界国家森林公园不同景区林内、游道及生活接待区空气离子进行评价，结果如表 7示。

负离子系数反映了空气中负离子和正离子间的浓度比，同时也反映了空气的清洁水平和保健功能。清洁空气的负离子系数一般大于0.5，而污浊空气的负离子系数往往小于0.5。从表 7可以看出，公园接待区的负离子系数为0.48, 小于0.5。由此可判断公园接待区的空气已受到较为严重的污染，接待区的空气已不利于人体的健康。而各游览区的空气负离子系数均大于0.5，说明公园各游览区大气质量好，对人体有益。

从表中结果还可以看出，公园接待区的平均空气离子评价指数为0.21，其中生活区的空气离子评价指数为0.19，已非常接近0.16的临界水平，表明公园接待区的空气已十分污浊，不利于人体健康。接待区后山杉木林内的空气离子评价指数亦只有0.34，同样表明其空气清洁度低。其它各景区林内外空气离子评价等级虽然都在保健级范围之内，但黄石寨景区的空气离子评价指数明显低于其它各景区的空气离子评价指数，其评价等级为Ⅳ级，而其它景区的空气离子评价等级为Ⅲ级。表明大量的游客已对黄石寨景区的空气离子产生了影响。其它景区受到的影响则相对较小，空气清新，质量好。这同以往的研究结果是一致的(王资荣等，1988)。由此可以看出，本文所建立的空气离子评价模型和评价标准具有较强的适用性和科学性，可用于森林环境中空气离子的评价。