九洲封头

空气负离子( NAI) 是衡量一个地区空气清洁度的重要指标，对人体的心理健康和生理机能具有重要的调节作用。植被光合过程中光电效应是 NAI 产生的重要来源和影响因素，但光电效应极其微弱而难以直接监测，而植物电信号是间接反映光电效应的重要指标，以往研究多侧重在不同森林群落中 NAI 的时空变化特征及其与气象因素的关系，目前关于 NAI 与植物电信号的研究较少。本研究以白皮松为对象，通过人工气候室控制试验，探讨不同光照强度下( 0、150、300、500、700、800、1000 和 1200 μmol·m-2 ·s -1 ) 植物电信号的变化特征及其与空气负离子的关系。结果表明: 在 0～700 μmol·m-2 ·s -1 光照范围内白皮松的植物电信号强度随光照强度的增强而显著提高，当光照强度达到 700 μmol·m-2 ·s -1 时，植物电信号活跃度达到最高，随后光照强度的增加使植物受到光抑制，植物电信号活跃程度下降。植物电信号的频域参数( 边缘频率、重心频率、功率谱熵和功率谱峰值) 与 NAI 呈显著相关，其中边缘频率( E) 与 NAI 的相关系数最高，二者的关系为 NAI = 30.981E+168.814( R2 = 0.54) ，均方误差为 52.203。植物电信号与 NAI 之间存在显著的相关关系，能够表征 NAI 的变化规律，对进一步了解森林植被对 NAI 的作用机理及贡献潜力提供科学依据。

近年来，随着森林生态旅游的兴起，空气负离子( negative air ion，NAI) 备受人们关注，相关研究也越来越活跃[1-3]，NAI 是指获得多余电子后带负电荷的空气离子，因空气中氧分子化学性质活泼优先于其他分子获得电子，故也称为负氧离子，其广泛分布于自然环境，如森林和湿地[4-5]中。NAI 具有多种抗菌作用和生物学效应，对人体的心理健康和生理机能具有重要的促进作用[5-6]，被誉为“空气维生素”[7]，已成为衡量一个地区空气清洁度的重要指标之一。NAI 发生过程及影响机制是生物气象、森林生态和森林康养等相关领域共同关注的热点问题[8-10]，相关研究表明，NAI 浓度的变化与植被光合过程密切相关，绿色植物光合作用过程中的光电效应是 NAI 的重要来源和影响因素[11-13]，一方面光电效应影响植物体内电子的转移和传递，另一方面光电效应促进森林植被的树冠、枝叶产生尖端放电效应，这两方面都会引发外界空气电离，促进 NAI 的产生[14]。因此，准确估计森林植被光合作用过程中光电效应的强度与 NAI 的释放量，定量分析植物光合过程与 NAI 的关系及其影响机制，对于揭示森林植被对 NAI 的贡献潜力具有重要指导意义。由于植被光电效应极其微弱，目前无法直接准确地监测，而植物光电效应的产生伴随着电子的传递和转移，在这个过程中会产生电流，可以借助植物电信号来间接反映光电效应的强度。植物光电效应的产生主要是由于植被受光照刺激后产生的电位波动[15]，导致膜电位发生变化，受刺激和静息部位之间出现电位差，从而引起局部电荷移动产生动作电位形成电流，新产生的动作电位会以同样方式作用于它的邻点，该过程逐点传递，使刺激信号传至整个细胞[16]。动作电位在传导的过程中具备不衰减特性[17]，因此植物受到刺激后可以进行远距离信息快速传递，使其能够快速响应以应对复杂的环境变化。当动作电位产生的电流在植物细胞间传导至叶片尖端，电荷数量在叶片尖端处急剧增加，可以引发尖端放电效应，引起外界空气电离，进一步激发产生 NAI。由于针叶树种叶片尖端曲率较大，尖端放电效应更为明显。目前，植物电信号作为研究植被光合过程的重要指标已在相关研究中得到了证实，例如，Lautner等[18]以杨树( Populus) 为对象进行不同的冷热刺激下植被光合变化的研究，阐明了植物电信号的传导机制以及与光合作用的关系; Eric 等[19]对植物生物学进行了研究，阐述了植物电信号的产生传导机制;Oyarce 等[20]应用植物电信号研究了植物对光和水的敏感性，发现植物对光和水响应呈现的植物电信号谱表现出不同频域特征。白皮松( Pinus bungeana) 是我国特有的针叶树种，起源于我国西北地区，是重要的造林树种之一[21]。本研究以该树种为例，通过采集不同光照条件下白皮松的植物电信号和 NAI 浓度，分析不同光照条件下植物电信号的变化规律及其与 NAI 的关系，为揭示森林植被对空气负离子的作用机理及贡献潜力提供科学依据。