起源于我国的离子束生物工程学，二十年来主要采用人工低能正离子束研究低能离子与生物体的相互作用，已经取得一系列成绩。然而在自然界中，低能离子是无处不在的；其中，空气离子就是在近地大气中最广泛存在的低能离子。研究空气离子的产生变化机理，为离子束生物工程学从人造低能离子扩展到自然界中的低能离子，从带正电的离子延伸到正或负空气离子流，从定向离子束拓展到自由离子奠定物理基础。同时，初步研究空气离子的生物学效应，为进一步研究常温常压下的单极弱电离气体的生物学效应作前瞻，为采用空气离子手段改进植物和微生物产业的生产工艺作铺垫。　　 本文总结和分析了空气离子在自然界中产生方式和人工电离空气的各种方法。其中，分析了粒子束在单离子束装置上对空气的电离作用，研究了在小室内紫外线对空气的电离作用以及建立模型解释了小室内不同极性的空气离子浓度的不对称现象，还计算了在通风室里beta放射线引起的空气离子浓度变化。为了更精确、更方便的测量空气离子浓度，专门开发了空气离子测量仪专用软件，软件里包含了一系列实用的新功能并实现了长期无人值守测量。研究发现，给小草下的基质施加交流电压时，草地上方的空气负离子浓度大大增加，进而改善了周围环境的空气质量，但草未受损伤。我们简单罗列了空气离子时空分布和成分变化，并分析了它对溶液酸度的影响。另外，在生物学领域，科学家主要研究了空气离子对人的健康、灭菌的影响，并取得了一系列成果，但对于空气离子对植物和微生物生长的作用研究还很少。因此本论文分别研究了空气离子对植物、微生物代谢和细胞运动的影响。除了证实了空气离子可能对植物的SOD酶活和叶绿素含量有一定影响外，本文发现了空气离子能够促进固体培养基上的阿维链霉菌分泌次生代谢物——色素。另外研究了空气离子对指数增长期的衣藻运动速率的影响。通过使用自主研发的软件获取数据，并采用新建的衣藻速率分布模型分析，结果认为，经过足够长的作用时间，空气负离子适度促进了衣藻的运动，而空气正离子显著抑制了衣藻的运动。