王 茜,王 成,張中霞,許 超,郭珺琪

(1.北京市園林科學(xué)研究院,北京 100102;2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所/ 國(guó)家林業(yè)局林木培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100091;3.國(guó)家林業(yè)局城市森林研究中心,北京 100091;4.河北省邢臺(tái)市內(nèi)丘縣林業(yè)局,河北 邢臺(tái) 054200)

隨著工業(yè)化的飛速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,空氣污染、噪音污染、光輻射污染等環(huán)境污染問題嚴(yán)重威脅人類的生理和心理健康,也是誘發(fā)抑郁癥、焦慮癥等各種現(xiàn)代心理疾病的主要原因[1]。森林生態(tài)系統(tǒng)通過凈化空氣、固碳釋氧、釋放有益揮發(fā)物、調(diào)節(jié)小氣候等多種方式改善城市生態(tài)環(huán)境[2-3],對(duì)人體具有調(diào)養(yǎng)、康復(fù)、保健等多種功能,這些保健功能被稱為“森林康養(yǎng)”[4]。森林康養(yǎng)起源于德國(guó),上個(gè)世紀(jì)40年代德國(guó)創(chuàng)立了世界上第一個(gè)森林浴基地,開啟了森林康養(yǎng)對(duì)人體保健功效研究的先河[5-6],隨后美國(guó)、日本、韓國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼開展了更深入的研究,并取得了一定成果。作為一門新興學(xué)科,森林康養(yǎng)研究在我國(guó)尚處萌芽階段,目前有關(guān)學(xué)者展開了相關(guān)研究和有益探索,但主要集中在單因子影響的測(cè)定和評(píng)價(jià)方面,如戴忠煒等[7]、楊佳等[8]、王國(guó)昌等[9]分別研究了森林環(huán)境對(duì)人體舒適度、滯塵效益和釋放有機(jī)揮發(fā)物的影響,而綜合主要生態(tài)因子的保健功效,并結(jié)合醫(yī)學(xué)上廣泛應(yīng)用的小白鼠曠場(chǎng)試驗(yàn),模擬經(jīng)森林環(huán)境“處理”后的一系列行為變化的跨學(xué)科研究尚鮮見報(bào)道。

福建柏(Fokieniahodginsii)屬柏科福建柏屬,是中國(guó)特有的單種屬常綠樹,具有樹形優(yōu)美、樹干通直、紋理清晰、適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)較快等特點(diǎn)[10],是國(guó)家二級(jí)重點(diǎn)保護(hù)瀕危樹種,又是南方主要的庭院綠化優(yōu)良樹種,主要分布在海拔580～1 500 m的山地[11]。筆者以福建柏林為研究對(duì)象,分析夏季林內(nèi)和林緣保健因子的日變化規(guī)律及差異,并采用曠場(chǎng)試驗(yàn)評(píng)價(jià)其森林保健功能對(duì)小白鼠行為學(xué)的影響,為福建柏林保健功能的開發(fā)和生態(tài)旅游的建設(shè)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究地點(diǎn)及樣地選擇

研究地點(diǎn)位于閩侯南嶼境內(nèi)的福州旗山森林公園(26°04′08′ N，119°06′28′ E),面積大約3 600 hm2,年均氣溫16～20 ℃,年均日照時(shí)數(shù)1 700～1 980 h,年均降水量900～2 100 mm,年相對(duì)濕度75%～80%,年無霜期長(zhǎng)達(dá)326 d[12],海拔在500～800 m之間,夏季(6—8月)以晴熱高溫天氣為主,日均氣溫25～34 ℃,日均相對(duì)濕度約75%,年日照時(shí)數(shù)1 755～1 867 h。

喬木樣地面積8.4 hm2,為位于旗山森林公園海拔750 m的福建柏林,樹高10～15 m,胸徑15～30 cm,郁閉度0.86。林下灌木主要以白楠木(Phoebeneurantha)、山茶(Camelliaoleifera)等為主。

林下群落調(diào)查方法參照《生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)與實(shí)習(xí)》[13],采用隨機(jī)取樣的方法在福建柏林內(nèi)設(shè)置6個(gè)樣方,每個(gè)樣方內(nèi)草本層的面積為1 m×1 m,灌木層的面積為5 m×5 m,喬木層的面積為10 m×10 m,樣方間距為5 m,呈“品”字形排列;距福建柏1、3和5 m遠(yuǎn)處的水泥步道作為林緣觀測(cè)點(diǎn)。樣方概況見表1。

表1 樣方概況

Table 1 The survey of forest plots

林下優(yōu)勢(shì)種株齡/a株高/m林下植被面積/hm2胸徑/cm蓋度冠幅/cm 元寶槭(Acer truncatum)2～31.550.844.500.63117 山蒼子(Folium litseaecubebae)1～22.140.756.100.7168 白楠木(Phoebe neurantha)1～23.530.517.200.54255 山杜鵑(Rhodo dendron)2～42.220.335.800.5249 山茶(Camellia japonica)1～21.640.643.900.6286

1.2 環(huán)境指標(biāo)測(cè)定及綜合評(píng)價(jià)

2016年7月選擇晴朗無風(fēng)的天氣10 d(3—5日、14—17日、22—24日),每天07:00至次日05:00每隔2 h對(duì)林內(nèi)和林緣的空氣溫濕度、風(fēng)速、光照、空氣顆粒物濃度等進(jìn)行同步自動(dòng)觀測(cè),并采集林內(nèi)揮發(fā)物。每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)各時(shí)刻的環(huán)境因子重復(fù)觀測(cè)3次,取3次觀測(cè)的平均值,夏季福建柏林內(nèi)和林緣的日變化中各時(shí)刻的數(shù)據(jù)為10 d觀測(cè)的各時(shí)刻的平均值。

1.2.1人體舒適度指數(shù)

人體舒適度指數(shù)的計(jì)算方法參照陸鼎煌等[14]提出的綜合舒適度指數(shù)公式:

S=0.6(T-24)+0.07(RH-70)+

0.5(V-2)。

(1)

式(1)中,S為綜合舒適度指數(shù);T為氣溫,℃;RH為相對(duì)濕度,%;V為風(fēng)速,m·s-1。將舒適度等級(jí)劃分為4個(gè)等級(jí),舒適度指數(shù)越小,人體感覺舒適程度越高,反之越低(表2)。

表2 人體舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

Table 2 Evaluation criteria of climate comfort for human body

評(píng)價(jià)等級(jí)綜合舒適度指數(shù)(S)體感舒適程度等級(jí) Ⅰ≤4.55很舒適 Ⅱ>4.55～6.95舒適 Ⅲ>6.95～9.00不舒適 Ⅳ>9.00極不舒適

1.2.2空氣顆粒物

用英國(guó)公司生產(chǎn)的Dustmate粉塵監(jiān)測(cè)儀測(cè)定人體平均呼吸高度1.2～1.5 m處空氣總懸浮顆粒物(TSP,直徑d≤100 μm),可吸入顆粒物(PM10,直徑d≤10 μm)、可入肺顆粒物(PM2.5,直徑d≤2.5 μm)和可吸入細(xì)顆粒物(PM1.0,直徑d≤1.0 μm)濃度。每次采樣時(shí)間為2 min,各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在每個(gè)時(shí)間段連續(xù)讀取3組數(shù)值,取平均值。

1.2.3有機(jī)揮發(fā)物(VOCs)

2016年7月15—16 日選擇晴朗無風(fēng)的天氣,采用國(guó)產(chǎn)QC-I型大氣采樣儀,通過開放式氣體采集法對(duì)福建柏林內(nèi)空氣中有機(jī)揮發(fā)物進(jìn)行采樣。從當(dāng)日07:00—次日05:00每隔2 h采集1次,共采集12次(對(duì)照選在林緣,采集方法同上)。

儀器型號(hào):由美國(guó)PE公司生產(chǎn)的自動(dòng)熱脫附儀650ATD、氣相色譜儀600T、質(zhì)譜儀600T組成。

自動(dòng)熱脫附儀工作條件:樣品管脫附溫度260 ℃,閥溫230 ℃,傳輸線250 ℃,捕集阱-25～300 ℃,升溫速率40 ℃·s-1。流速-脫附25 mL·min-1,色譜柱流量1.5 mL·min-1,出口分流15 mL·min-1,入口分流0 mL·min-1,注入9.3%。干吹時(shí)間31 min,脫附時(shí)間10 min。

氣相色譜儀工作條件:色譜柱為Elite-5/MS柱(30 mm×0.36 mm×0.25 μm),通過液氮脫附進(jìn)樣,He載氣;程序升溫為40 ℃·(2 min)-1、5 ℃·min-1、160 ℃·(2 min)-1、-20 ℃·min-1、270 ℃·(3 min)-1。

質(zhì)譜儀工作條件:EI源,電子能量70 eV,質(zhì)量范圍29～350 amu;GC/MS接口溫度250 ℃,離子源溫度220 ℃,檢出電壓400 V,發(fā)射電流100 μA,全掃描和選擇離子掃描,質(zhì)譜掃描范圍m/z29～500。各成分在樣品氣體中的濃度采用面積歸一化法,計(jì)算公式:某種氣體的相對(duì)濃度=該物質(zhì)的峰面積/植物總揮發(fā)物峰面積之和。

1.2.4動(dòng)物曠場(chǎng)試驗(yàn)(OFT)

在監(jiān)測(cè)森林環(huán)境指標(biāo)的基礎(chǔ)上通過動(dòng)物曠場(chǎng)試驗(yàn),測(cè)定小白鼠經(jīng)福建柏林內(nèi)生活一段時(shí)間后的自發(fā)行為、探索行為和焦慮狀況等生理指標(biāo)變化規(guī)律。所需材料和方法如下:

試驗(yàn)用昆明種小白鼠由福州吳氏試驗(yàn)動(dòng)物中心提供,4周齡,體重15～20 g,雌雄各10只,共20只。購買后先在實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)1周以適應(yīng)周圍環(huán)境,在4個(gè)規(guī)格為30 cm×16 cm×19 cm的籠具中分別飼養(yǎng)5只同性別的小白鼠,期間提供充足的水和飼料。

將規(guī)格為30 cm×16 cm×19 cm的4個(gè)捕鼠籠底部加木板固定,以預(yù)防老鼠糞便灑落,頂部左右兩端分別用細(xì)鐵絲連接,方便鼠籠在林中和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)懸掛[12]。

Super-Maze動(dòng)物行為視頻分析系統(tǒng)(也稱曠場(chǎng)試驗(yàn)分析儀)由攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)、圖像采集3部分組成[4]?？赏瑫r(shí)記錄并追蹤8只小白鼠的自發(fā)活動(dòng)情況以及小白鼠運(yùn)動(dòng)軌跡圖[12]。

每日09:00前稱取小白鼠的體重,用黑色記號(hào)筆在其尾部標(biāo)號(hào),雌雄各半且分裝在福建柏林和實(shí)驗(yàn)室模擬箱中,在實(shí)驗(yàn)室和福建柏林中心分別選擇庇蔭處懸掛10只小白鼠。懸掛期間09:00—15:00不飲水不進(jìn)食(即小白鼠在森林內(nèi)每天生活6 h),共生活6 d,15:00之后將2組小白鼠送回實(shí)驗(yàn)室分析,即放入曠場(chǎng)箱中觀察自發(fā)行為,每批動(dòng)物觀察5 min,另外每天記錄每只籠子內(nèi)小白鼠的糞便粒數(shù)[12]。

1.2.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行小氣候、舒適度指數(shù)、空氣顆粒物濃度日變化的圖表制作和分析,分別采用SPSS 21.0、Origin 9.0和Microsoft Excel 2010軟件對(duì)小白鼠自發(fā)行為分析試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性檢查、統(tǒng)計(jì)分析和圖表制作,并應(yīng)用ANOVA單因素方差分析比較組間差異[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境因子及人體舒適度指數(shù)的日變化

如圖1所示,林內(nèi)和林緣光照強(qiáng)度呈單峰曲線變化,07:00—09:00光照強(qiáng)度逐漸增加,11:00(林緣)—13:00(林內(nèi))達(dá)最大值,17:00—05:00逐漸減弱至0,林緣的光照強(qiáng)度在07:00—17:00均高于林內(nèi),其中在11:00極顯著高于林內(nèi)(P<0.01),林緣的日均光照強(qiáng)度比林內(nèi)高21.35%(P<0.05)。

林內(nèi)和林緣風(fēng)速日變化呈“W”型,夜間風(fēng)速均值高于白天均值,在01:00—03:00達(dá)到峰值,全天林緣風(fēng)速除了09:00和19:00低于林內(nèi)外,其余各時(shí)刻均高于林內(nèi),尤其在13:00—17:00極顯著高于林內(nèi)(P<0.01),林緣的日均風(fēng)速比林內(nèi)顯著高29.46%(P<0.05)。

圖1 夏季福建柏林內(nèi)、林緣小氣候因子日變化

林內(nèi)、林緣相對(duì)濕度與光照強(qiáng)度的日變化規(guī)律相反,白天呈早晚高中午低的“U”型變化,夜間變化不大,林內(nèi)和林緣光照強(qiáng)度的日變化最低值均出現(xiàn)在13:00,最高值均出現(xiàn)在21:00,全天各時(shí)刻林內(nèi)值均高于林緣值,且林內(nèi)日均值比林緣高6.52%。林內(nèi)和林緣夜間均值分別比白天高2.25%和4.12%,差異不顯著。

林內(nèi)和林緣空氣溫度呈“M” 型變化,白天波動(dòng)較大,夜間變化較平緩,白天均值高于夜間(林內(nèi)18.94%、林緣16.23%),林內(nèi)除了在07:00—09:00高于林緣外(3.65%),其余時(shí)刻均低于林緣,且在全天各個(gè)時(shí)刻差異不顯著。

從夏季林內(nèi)和林緣舒適度指數(shù)日變化(表3)來看,全天林內(nèi)值除了17:00和23:00高于林緣值以外,其余時(shí)刻均低于林緣,尤其在11:00—15:00以及01:00—05:00林內(nèi)和林緣差距較大。2種樣地舒適度指數(shù)均在7:00最低,13:00最高,且夜間均值高于白天。夏季林內(nèi)和林緣全天各時(shí)刻舒適度指數(shù)值均小于4.55,屬于Ⅰ級(jí)水平。

表3 夏季福建柏林內(nèi)、林緣人體舒適度指數(shù)日變化

Table 3 The daily changes in human body comfort index inside and outsideFokieniahodginsiiforest in summer

地點(diǎn)不同時(shí)間的人體舒適度指數(shù)7:009:0011:0013:0015:0017:0019:0021:0023:001:003:005:00 林內(nèi)2.032.232.062.712.242.413.282.603.062.472.692.13 林緣2.132.833.223.473.252.303.432.862.473.183.152.26

2.2 空氣顆粒物濃度的日變化

夏季夜間4種粒徑顆粒物濃度均高于白天,林緣日均值高于林內(nèi)(圖2)。

圖2 夏季福建柏林內(nèi)、林緣4種粒徑空氣顆粒物濃度日變化

林內(nèi)TSP和PM10顆粒物濃度的峰值出現(xiàn)在01:00,林緣TSP和PM10顆粒物濃度峰值出現(xiàn)在19:00,而林內(nèi)與林緣的低谷值均出現(xiàn)在07:00—09:00,且峰值和低谷值相比差異均極顯著(P<0.01);林內(nèi)和林緣PM2.5和PM1.0顆粒物濃度的峰值均出現(xiàn)在01:00,低谷值均出現(xiàn)在07:00,且差異極顯著(P<0.01);林內(nèi)夜間TSP、PM10、PM2.5和PM1.0濃度分別比白天高34.21%、21.34%、29.46%和62.12%,林緣夜間分別比白天高42.56%、25.15%、51.47%和68.13%。林緣TSP和PM10濃度分別比林內(nèi)高27.67%和31.68%,PM2.5和PM1.0濃度分別比林內(nèi)高60.46%和58.82%。從林內(nèi)和林緣4種顆粒物濃度的日變化差異來看,林緣在各個(gè)時(shí)刻均高于林內(nèi),其中2處TSP濃度在07:00和17:00—19:00差異極顯著(P<0.01),PM10濃度在07:00、11:00—13:00和17:00—19:00差異極顯著(P<0.01),PM2.5濃度在全天各個(gè)時(shí)刻差異極顯著(P<0.01),而PM1.0濃度在17:00—19:00、23:00和03:00—05:00 差異極顯著(P<0.01)。夏季福建柏林內(nèi)外TSP和PM10日均值均屬于中等級(jí)別;而PM2.5濃度的日均值屬于清潔級(jí)別。從林內(nèi)與林緣4種粒徑顆粒物濃度日變化綜合分析來看,07:00—09:00各粒徑顆粒物濃度較低。

2.3 福建柏林揮發(fā)物的組成及含量

如表4所示,研究樣地內(nèi)空氣中的揮發(fā)物主要由44種物種組成,包括烷烴類、烯烴類、醇類、醛類、酯類、酮類等。

表4 夏季福建柏林內(nèi)主要揮發(fā)物的化學(xué)組成及含量

Table 4 The composition of chemicals and content of main VOCs inFokieniahodginsiiforest in summer

類型化合物名稱分子式w/%類型化合物名稱分子式w/%烷烴1,2-二氯丙烷C3H6Cl25.26 戊烷C5H128.68 壬烷C9H201.25 十六烷C16H344.21 烯烴α-蒎烯C10H161.58 D-檸檬烯C10H163.44 Β-蒎烯C10H164.86 月桂烯C10H163.12 長(zhǎng)葉烯C15H242.63 B-欖香烯C15H240.86 石竹烯C15H241.32 α-石竹烯C15H240.74 Β-橙椒烯C15H240.37 醇4-戊醇C5H12O3.34 τ-杜松醇C6H12O1.35 1-辛醇C8H18O2.46 1-辛烯-3-醇C8H16O3.24 α-松油醇C10H18O4.35 馬鞭草烯醇C10H16O2.02 3-己烯-1-醇C15H26O0.08 α-杜松醇C15H26O0.38醛戊醛C5H10O0.56 醛庚醛C7H14O0.31 正辛醛C8H16O2.02 壬醛C9H18O5.36 桃金娘烯醛C10H14O3.21 酯乙酸乙酯C4H8O23.12 乙酸月桂酯C6H12O25.12 丙烯酸丁酯C9H16O21.04 鄰苯二甲酸二丁酯C16H22O40.56 酮1-羥基-2-丁酮C4H8O20.84 戊酮C5H10O1.23 己酮C6H12O3.54 環(huán)庚三烯酮C7H6O2.01 葵酮C10H20O0.89 樟腦C10H16O2.14 其他四氫呋喃C4H8O0.56 苯C6H60.86 甲苯C7H81.24 對(duì)二甲苯C8H102.38 1,4-二甲基苯C8H102.04 1,2-二甲基苯C8H100.72 1-甲基-2-乙基苯C9H121.05 1,2,3-三甲基苯C9H123.24

烷烴類由5種物質(zhì)組成,主要是分子式為C3～C12的化學(xué)物質(zhì),各物質(zhì)的w范圍為1.25%～8.68%,均值為3.88%;烯烴類由10種物質(zhì)組成,主要是分子式為C10和C15的化學(xué)物質(zhì),各物質(zhì)的w范圍為0.37%～4.86%,均值為1.89%;醇類由8種物質(zhì)組成,主要是分子式為C5～C15的化學(xué)物質(zhì),各物質(zhì)的w范圍為0.08%～4.35%,均值為2.29%;醛類由5種物質(zhì)組成,主要是分子式為C5～C10的化學(xué)物質(zhì),各物質(zhì)的w范圍為0.31%～5.36%,均值為2.15%;酯類由4種物質(zhì)組成,主要是分子式為C4～C16的化學(xué)物質(zhì),各物質(zhì)的w范圍為0.56%～5.12%,均值為2.46%;酮類由6種物質(zhì)組成,主要是分子式為C4～C10的化學(xué)物質(zhì),各物質(zhì)的w范圍為0.84%～3.54%,均值為1.72%;其他類由9種物質(zhì)組成,主要是分子式為C4～C9的化學(xué)物質(zhì),各物質(zhì)的w范圍為0.56%～3.24%,均值為1.34%。從各類物質(zhì)w占比來看,以烷烴、烯烴、醇、醛為主,總w達(dá)55.54%,其中α-蒎烯、D-檸檬烯、月桂烯、長(zhǎng)葉烯、石竹烯等有益揮發(fā)物w為18.92%。

2.4 福建柏林環(huán)境對(duì)小白鼠自發(fā)行為的影響

2.4.1運(yùn)動(dòng)總路程和中央格運(yùn)動(dòng)路程

探索階段(前3天)和適應(yīng)階段(后3天)2組小鼠的運(yùn)動(dòng)總路程均隨著天數(shù)的增加差距增大,且在第6天達(dá)到峰值。2組小鼠運(yùn)動(dòng)總路程均隨著天數(shù)的增加逐漸減少,說明隨著試驗(yàn)的反復(fù)進(jìn)行,小鼠逐漸適應(yīng)了環(huán)境,運(yùn)動(dòng)量有所減少。試驗(yàn)期間處理組小鼠的運(yùn)動(dòng)總路程除了第1天之外均高于對(duì)照組,且在第3天與對(duì)照組差異顯著(P<0.05)。從表5可以看出,試驗(yàn)期間大部分時(shí)間處理組小鼠的運(yùn)動(dòng)總路程大于對(duì)照組(第1、3天除外),且在第2、4、5天與對(duì)照組差異極顯著(P<0.01)。

表5 試驗(yàn)期間2組小鼠運(yùn)動(dòng)總路程和中央格運(yùn)動(dòng)路程變化規(guī)律

Table 5 The changes of the total distance and the central grid movement distance in two groups of mice during the experiment

處理時(shí)間/d運(yùn)動(dòng)總路程(TD)/m中央格運(yùn)動(dòng)路程(CD)/m處理組對(duì)照組處理組對(duì)照組126.34±0.03a28.15±0.04a0.90±0.01a1.06±0.02a224.21±0.02a22.36±0.04a1.14±0.03A0.95±0.02B319.42±0.04a17.37±0.01b0.28±0.01a0.63±0.03b418.73±0.03a17.27±0.05a0.83±0.02A0.50±0.01B516.84±0.03a15.47±0.03a1.08±0.03A0.80±0.02B613.45±0.03a11.36±0.02a1.09±0.02a0.96±0.03a

同一處理時(shí)間數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示處理組和對(duì)照組在α=0.05水平上差異顯著,大寫字母不同表示在α=0.01水平上差異極顯著。

2.4.2中央格運(yùn)動(dòng)時(shí)間和穿越次數(shù)

處理組與對(duì)照組小白鼠中央格停留時(shí)間見表6。處理組小白鼠的中央格運(yùn)動(dòng)時(shí)間總體呈上升趨勢(shì),對(duì)照組沒有明顯的變化規(guī)律。整個(gè)試驗(yàn)期間處理組運(yùn)動(dòng)時(shí)間均高于對(duì)照組,尤其是后5天差異顯著(P<0.05),在第4 天差異極顯著(P<0.01)。除了第1和6 天外,其余時(shí)間段處理組均大于對(duì)照組,且在第4 天差異極顯著(P<0.01)。

2.4.3體重和糞便粒數(shù)

小白鼠體重的變化可以直觀反映其食欲狀況。如表7所示,隨著試驗(yàn)天數(shù)的增加,處理組小鼠的體重增大,而對(duì)照組在第3天有所下降,探索階段2組小鼠體重差異逐漸增大,適應(yīng)階段差異逐漸減小,且均是處理組高于對(duì)照組。2種處理小鼠的糞便粒數(shù)均隨著天數(shù)的增加逐漸減少,但處理組減少量一直高于對(duì)照組。單因素方差分析可知,2組小鼠在第4、5天差異顯著(P<0.05)。

表6 試驗(yàn)期間2組小鼠中央格運(yùn)動(dòng)時(shí)間和穿越次數(shù)變化規(guī)律

Table 6 The changes of central grid movement time and crossing number in two groups of mice during the experiment

處理時(shí)間/d中央格運(yùn)動(dòng)時(shí)間(CT)/min穿越次數(shù)處理組對(duì)照組處理組對(duì)照組15.52±0.43a5.31±0.32a7.68±0.32a7.83±0.17a26.26±0.32a4.36±0.36b8.48±0.26a7.16±0.27b36.13±0.36a3.86±0.25b5.71±0.43a4.48±0.54b46.73±0.25A3.24±0.36B5.91±0.23A3.48±0.37B56.95±0.47a4.76±0.26b8.43±0.57a6.16±0.37b66.31±0.37a4.12±0.36b6.21±0.42a6.32±0.28a

同一處理時(shí)間數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示處理組和對(duì)照組在α=0.05水平上差異顯著,大寫字母不同表示在α=0.01水平上差異極顯著。

表7 試驗(yàn)期間2組小鼠的體重和糞便粒數(shù)變化規(guī)律

Table 7 The changes of the body weight and fecal particle number of two groups of mice during the experiment

處理時(shí)間/d小鼠體重(BW)/g糞便粒數(shù)(FN)處理組對(duì)照組處理組對(duì)照組123.92±0.24a23.84±0.32a86±0.64a90±5.23a225.19±0.51a23.93±0.26a81±0.36a86±3.86a326.93±0.64a22.67±0.42b68±2.12a72±4.76a428.52±0.42a24.56±0.74b58±0.45a67±0.75b529.04±0.36a25.37±0.46b49±3.26b59±1.87a629.74±0.75a27.21±0.57a47±1.53a51±4.64a

同一處理時(shí)間數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示處理組和對(duì)照組在α=0.05水平上差異顯著,大寫字母不同表示在α=0.01水平上差異極顯著。

3 討論

3.1 人體舒適度

人體舒適度指數(shù)是反映森林降溫保濕功能能否改善人體健康的重要指標(biāo),森林降溫保濕作用與其生物學(xué)特性如高度、葉面積指數(shù)、綠量以及冠幅大小等有關(guān)[20]。夏季是植物能發(fā)揮其降溫保濕功能的最好季節(jié)。從該研究的結(jié)果來看，福建柏林內(nèi)較林緣有較好的降溫、保濕、降低風(fēng)速以及光照強(qiáng)度等作用,明顯提高了人體舒適度,尤其在清晨以及中午前后效果更顯著。試驗(yàn)期間福建柏林枝繁葉茂,郁閉度較大,林木較高,一方面可通過葉片遮陰降低蒸騰作用從而增加林內(nèi)相對(duì)濕度,降溫保濕,另一方面植物通過高大的冠層結(jié)構(gòu)可以降低林內(nèi)風(fēng)速,而且葉的吸收、反射和過濾等特性可以吸收或減弱太陽輻射[21]。該季節(jié)正值福建柏生長(zhǎng)的最旺盛季節(jié),不僅葉片數(shù)量達(dá)到峰值,其高度的增長(zhǎng)也達(dá)到了峰值,故此時(shí)緩解熱島效應(yīng)效果最明顯。

3.2 顆粒物濃度

研究樣地位于海拔720 m的旗山森林公園西南角,森林公園內(nèi)植物群落種類豐富,森林覆蓋率達(dá)92%以上,距離樣地1 km左右有個(gè)天然水庫,周圍無工廠、建筑用地、大飯店等明顯的污染源,受城市污染程度較小。據(jù)調(diào)查,其顆粒物主要來源于附近居民的生活排放、機(jī)動(dòng)車尾氣排放以及游客游覽過程帶起的揚(yáng)塵,但是在公園大環(huán)境背景影響下林內(nèi)和林緣空氣質(zhì)量良好,尤其是林內(nèi)夏季植物生理活性較強(qiáng),葉片面積較大,其表面微結(jié)構(gòu)和絨毛為空氣顆粒物的吸納和滯留提供了有利條件和巨大空間[22-23],而且隨著雨水的反復(fù)沖洗又可重新恢復(fù)滯塵能力,故4種粒徑顆粒物濃度的林內(nèi)值均小于林緣值。古琳等[24]、王曉磊等[25]和段文軍等[26]對(duì)其他種類植物群落的研究結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。該研究只針對(duì)福建柏林內(nèi)外顆粒物濃度做了對(duì)比研究,今后還應(yīng)擴(kuò)大研究樹種的范圍,研究不同樹種的特異性吸附偏好及加強(qiáng)各種尺度研究的結(jié)合等。

3.3 揮發(fā)性有機(jī)物

LI等[27]和張艷平等[28]對(duì)福建柏的研究發(fā)現(xiàn),其揮發(fā)油有一定的抗細(xì)菌作用和較弱的抗腫瘤活性。HEUBERGER[29]研究也發(fā)現(xiàn),柏油提取物能有效緩解動(dòng)物緊張情緒。盧鈺鐸等[30]就福建柏精油對(duì)蚊蟲的生物活性研究證明其具有顯著的殺蟲活性,說明福建柏是較為理想的城市生態(tài)保健型樹種。DONATI[31]和NOVORODOVSKAYA等[32]對(duì)其他樹種的研究發(fā)現(xiàn),植物揮發(fā)物大多具有良好的生理活性,對(duì)人體和動(dòng)物的心理以及生理均有促進(jìn)作用,例如緩解疲勞、降低焦慮、提升動(dòng)物的認(rèn)知能力等。但是該研究只針對(duì)夏季植物揮發(fā)物的成分和含量進(jìn)行了分析,今后還要加強(qiáng)對(duì)福建柏林內(nèi)其他3個(gè)季節(jié)的動(dòng)態(tài)變化研究,并與不同種類植物散發(fā)的VOCs進(jìn)行對(duì)比,篩選出對(duì)人體健康有益的揮發(fā)物。

3.4 小白鼠曠場(chǎng)試驗(yàn)

筆者采用小白鼠曠場(chǎng)試驗(yàn),從動(dòng)物心理學(xué)和行為學(xué)角度分析了保健型園林環(huán)境對(duì)動(dòng)物自發(fā)行為的影響，結(jié)果表明經(jīng)福建柏林環(huán)境處理后小白鼠食欲大增,緊張情緒得到了緩解。一是福建柏林釋放大量的有益揮發(fā)物,例如萜烯類和醇類化合物,是引起小白鼠行為指標(biāo)變化的主要原因,可使小白鼠的緊張狀態(tài)得到有效緩解[33];二是福建柏林內(nèi)有降溫增濕作用,處理組小白鼠與對(duì)照組相比情緒穩(wěn)定、食欲大增;三是福建柏林可以吸附顆粒物,凈化空氣,有助于提高小鼠心理運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和敏捷度,對(duì)大腦思維活動(dòng)產(chǎn)生積極影響,對(duì)提高其探索能力有很大幫助[34]。通過動(dòng)物模擬試驗(yàn)可以預(yù)判,福建柏林有良好的保健療效,對(duì)輔助治療人體亞健康有積極的促進(jìn)作用。

森林康養(yǎng)的監(jiān)測(cè)方法和評(píng)價(jià)體系構(gòu)建的研究目前仍處于起步階段,多數(shù)相關(guān)研究只進(jìn)行幾天或某一個(gè)時(shí)間段的短期觀測(cè)、分析和評(píng)價(jià),對(duì)此問題的深入研究尚需長(zhǎng)期、持續(xù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)論

(1)夏季是植物發(fā)揮其降溫增濕功能的最好季節(jié),從林內(nèi)和林緣環(huán)境因子以及人體舒適度指數(shù)日變化的分析結(jié)果來看,福建柏林內(nèi)較林緣有較好的降溫、保濕、降低風(fēng)速以及減弱光照強(qiáng)度等作用,尤其在清晨以及中午前后效果更顯著。

(2)從夏季福建柏林內(nèi)和林緣空氣顆粒物濃度的日變化可以看出,夜間4種粒徑顆粒物濃度均高于白天,全天各個(gè)時(shí)刻的值均是林緣高于林內(nèi),同時(shí)日均值也是林緣高于林內(nèi),且福建柏林內(nèi)外大粒徑顆粒物濃度(TSP和PM10)日均值均屬于中等級(jí)別;而PM2.5濃度的日均值屬于清潔級(jí)別。

(3)夏季福建柏林揮發(fā)物的種類較豐富,主要由包括烷烴類、烯烴類、醇類、醛類、酯類、酮類等44種物種組成。從各類物質(zhì)相對(duì)含量占比來看,烷烴、烯烴、醇、醛總含量達(dá)55.54%,其中α-蒎烯、D-檸檬烯、月桂烯、長(zhǎng)葉烯、石竹烯等有益揮發(fā)物w為18.92%。

(4)4從小白鼠的曠場(chǎng)試驗(yàn)分析結(jié)果來看,試驗(yàn)期間處理組小鼠的運(yùn)動(dòng)總路程除了第1天之外均高于對(duì)照組,中央格運(yùn)動(dòng)路程處理組小白鼠除了在第1、3天略低于對(duì)照組以外,其余時(shí)間均高于對(duì)照組;整個(gè)試驗(yàn)期間處理組運(yùn)動(dòng)時(shí)間均高于對(duì)照組,進(jìn)入次數(shù)除了第1、6天處理組略小于對(duì)照組外,其余時(shí)間段處理組均大于對(duì)照組;從體重和糞便粒數(shù)來看2種處理小鼠的體重均是處理組高于對(duì)照組,但處理組小鼠的糞便粒數(shù)減少量一直高于對(duì)照組。