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        室內(nèi)植物凈化空氣的研究進(jìn)展

        2015-12-17 23:56:27劉松奇金仁杰劉長明
        安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年10期
        關(guān)鍵詞:植物能力研究

        劉 鳳,高 澤,劉松奇,金仁杰,劉長明,汪 閱

        (吉林師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,吉林四平 136000)

        現(xiàn)代建筑良好的密封性,以及各種新型裝飾裝修材料、家具的廣泛使用,使得室內(nèi)外的環(huán)境差異更加明顯,室內(nèi)污染日益嚴(yán)重[1]。室內(nèi)空氣質(zhì)量與人們的健康息息相關(guān)。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國城市居民每天在室內(nèi)生活的時(shí)間占全天時(shí)間的90%[2-3],室內(nèi)空氣污染是繼煤煙型污染、光化學(xué)污染之后進(jìn)入第三污染期的標(biāo)志。因此,對室內(nèi)空氣污染進(jìn)行控制和治理是目前改善人類生存環(huán)境的有效途徑。針對室內(nèi)空氣污染,目前已報(bào)道的有吸附、納米空氣濾料、等離子體、負(fù)離子、光催化等凈化技術(shù)[4-8]。但是,這些凈化裝置價(jià)格昂貴,且有些裝置對室內(nèi)空氣造成二次污染。美國宇航局專門對室內(nèi)空氣污染展開研究,發(fā)現(xiàn)室內(nèi)觀葉植物的凈化能力最強(qiáng)[9],且所需費(fèi)用低,是最簡單、環(huán)保的方式[10-12]。近年來,針對室內(nèi)植物種類和凈化功能的研究日益增多。筆者介紹植物凈化室內(nèi)空氣污染的研究概況,為選擇室內(nèi)綠化植物提供借鑒。

        1 室內(nèi)植物固碳釋氧能力研究

        植物可以凈化室內(nèi)空氣,其中最典型、最重要的功能是通過光合作用凈化空氣。通過測試室內(nèi)植物的光合速率,計(jì)算固碳放氧的能力,一方面為室內(nèi)綠化的生態(tài)效益提供了科學(xué)數(shù)據(jù),另一方面也可以作為室內(nèi)綠化植物選擇的參照。例如,有研究對比了7種室內(nèi)植物的固碳釋氧量,發(fā)現(xiàn)在相當(dāng)于全光照60% 的光環(huán)境中,鴨腳木日固碳釋氧量最高,鳳梨最低;在20%的光環(huán)境中,綠巨人的日固碳釋氧量最高,君子蘭最低;而在8% 的光環(huán)境中,龜背竹日固碳釋氧量較高,君子蘭最低[13]。

        眾所周知,大部分植物在白天進(jìn)行光合作用。然而,仙人掌、虎皮蘭、鳳梨、龍舌蘭等植物在晚上也吸收二氧化碳,釋放出氧氣,還能使負(fù)離子濃度增加,保持室內(nèi)環(huán)境空氣的清新[14]。負(fù)離子被譽(yù)為“空氣維生素和生長素”,在凈化空氣、調(diào)節(jié)小氣候、人體保健、防病治病等方面效果顯著[15]。俄羅斯的Tikhonov等首次采用高壓電擊盆栽植物周圍土壤的方法,使室內(nèi)空氣負(fù)離子含量顯著提高,并證明植物在對空氣負(fù)離子的改善方面有著巨大的潛力,激發(fā)出更大的研究空間[16]。

        另外,植物葉片的吸熱和蒸發(fā)可使室內(nèi)氣溫降低。在干燥季節(jié),植物能提高室內(nèi)相對濕度。例如,散尾葵每天可以蒸發(fā)1 dm3水,是很好的“增濕器”,經(jīng)常噴水能清潔葉面的氣孔,持續(xù)增加室內(nèi)濕度[17]。而在雨季,植物又具有吸濕性,可明顯降低室內(nèi)相對濕度。資料表明,不同植物在不同室內(nèi)光環(huán)境下的氣候調(diào)節(jié)能力有所不同,多肉植物仙人掌、長壽花、豆瓣綠等植物在光照強(qiáng)度為1 052~1 360 lx的環(huán)境中能發(fā)揮最大的生態(tài)效益;綠蘿、合果芋、橡皮樹、龍舌蘭、褐毛掌、伽藍(lán)菜、景天、蜘蛛抱蛋等植物的固碳釋氧能力均較強(qiáng),虎尾蘭與其他植物搭配能更好地改善環(huán)境[18]。

        2 室內(nèi)植物凈化化學(xué)氣體污染研究

        室內(nèi)植物凈化空氣污染相關(guān)研究主要集中在對植物凈化有害氣體的能力比較和植物選擇上。國際上首次出現(xiàn)的相關(guān)報(bào)道可以追溯到1984年美國航天局Wolverton的密封艙實(shí)驗(yàn),此研究列出了對苯、甲醛、二氧化碳凈化效果最好的10種植物:夏威夷椰子、萬年青、白鶴芋、洋常春藤、非洲菊、菊花、富貴竹、千年木、鑲邊香龍血樹、銀邊朱蕉[19]。此后,國內(nèi)外很多學(xué)者對室內(nèi)植物凈化空氣進(jìn)行了試驗(yàn)探索。據(jù)測定,對二氧化硫耐受能力較強(qiáng)的有臭椿、垂柳、白蠟、旱柳、沙棗、絲綿木、檜柏、白皮松、云杉、側(cè)柏、蜀葵、金盞菊、野牛草、結(jié)縷草及羊胡子草等。桂花、臘梅、八仙花可以大量吸收汞蒸氣,萬壽菊、矮牽牛、菊花、金銀花、萱草能吸收氟化物,而山茶、石榴、夾竹桃、廣玉蘭對氯氣有一定的吸收和積累能力[20]。龍血樹、雛菊、萬年青可清除來源于復(fù)印機(jī)、激光打印機(jī)和存在于洗滌劑和黏合劑中的三氯乙烯[21]。

        已發(fā)現(xiàn)去除甲醛效果較好的植物包括五加科、唇形科、菊科、秋海棠和蕨類等[22]。單從植株吸收甲醛來看,6 h后測量植株吸收甲醛量從大到小依次為闊葉麥冬>杏葉梅>君子蘭>小天使>刺黃果>美人蕉>虎尾蘭>鳥巢蕨>玉簪;8 h后吸收甲醛量從大到小依次為闊葉麥冬>君子蘭>美人蕉>鳥巢蕨=小天使>杏葉梅>虎尾蘭>玉簪[23]。Oyabu等研究了金綠蘿-土壤盆栽系統(tǒng)對甲醛的凈化效果,認(rèn)為甲醛以分子擴(kuò)散通過氣孔進(jìn)入植物體內(nèi),當(dāng)甲醛濃度為5 mg/m3時(shí),金綠蘿的凈化能力是其分子量的函數(shù),它們之間滿足指數(shù)關(guān)系;隨著甲醛濃度上升,植物的凈化能力也隨之上升;盆栽植物土壤的不同會導(dǎo)致金綠蘿凈化甲醛能力的不同[24]。

        在苯的凈化研究方面,比利時(shí)根特大學(xué)學(xué)者利用杜鵑花葉子的生物放大效應(yīng)降低室內(nèi)空氣中甲苯的濃度,這是有關(guān)植物葉子的生物放大效應(yīng)可以消除空氣中污染物的首次報(bào)道[25]。此后,Liu等通過試驗(yàn),從70種供試材料中選出7種對苯凈化效果較好的植物:燕子掌、八仙花、大花蕙蘭‘黃金小神童’、金錢榕、菊花、佛手、大王黛粉葉‘六月雪’[26]。另外,還有一些植物如山茶、臘梅、雛菊、萬壽菊、紫薇、鴨趾草、大葉黃楊等,可以有效分解室內(nèi)令人不快的氣味如氨氣、硫化氫,從而改善居住環(huán)境[14]。

        研究表明,24 h光照下,一盆吊蘭在8~10 m2的房間內(nèi)可殺死80%的有害物質(zhì),在1 m3空氣中可吸收其中86% 的甲醛,有“空氣凈化器”的美稱[17]。此外,常青藤、蘆薈和虎尾蘭也有較強(qiáng)的空氣凈化能力。有研究指出,兩盆虎尾蘭基本上可使一般房間空氣完全凈化[27]。此外,室內(nèi)植物數(shù)量的多少直接關(guān)系到凈化效果的好壞。有學(xué)者通過對甲醛濃度隨時(shí)間變化關(guān)系的曲線進(jìn)行回歸分析,建立用于凈化室內(nèi)空氣中甲醛的植物配置數(shù)學(xué)模型(橡皮樹、虎尾蘭、吊蘿、蘆薈、吊蘭),為人們根據(jù)自己的居室情況選擇植物的種類和數(shù)量上提供了客觀依據(jù)[28]。

        3 室內(nèi)植物凈化物理性空氣污染研究

        室內(nèi)空氣中大部分病原體會在空氣中懸浮,隨空氣而移動,植物纖毛能吸附空氣中的煙塵和懸浮顆粒,能加速塵埃的沉降,植物吸附可以減小病原體的傳播,對空氣有很好的凈化作用,并且借助雨水的沖洗,植物的滯塵能力重新恢復(fù)[29]。賈彥等利用顯微鏡分析植物葉表的微觀結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)溝狀組織、突起等結(jié)構(gòu),增加了葉表面粗糙度,并增大了其與粉塵的有效接觸面積,使得植物的滯塵能力得到提高;通過研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),植物吸附的粉塵粒徑大部分為0~10 μm,即可吸入顆粒物,是加重霧霾天氣污染的罪魁禍?zhǔn)?。近幾年來,室?nèi)空氣受大氣污染日益嚴(yán)重,植物的滯塵能力研究較多。例如,周杰良認(rèn)為7種植物單位葉面積滯塵量大小依次是小天使>燕子掌>綠蘿>發(fā)財(cái)樹>吊蘭>小葉榕>虎尾蘭。有研究表明,常春藤、蘆薈、無花果、八仙花能吸收細(xì)微灰塵及打印機(jī)、復(fù)印機(jī)粉末塵[30]。還有一些植物如花葉芋、蘭花、紅背桂等也是優(yōu)良的除塵器[31]。

        植物除了具有滯塵能力外,其減少噪聲和輻射污染的功能也得到了廣泛的關(guān)注。有研究報(bào)道,龍柏是很好的“噪聲吸收器”,將它擺放在房間窗口或陽臺處,能有效降低30%左右的噪聲[17]。有研究指出,紫苑屬、黃耆、含煙草和雞冠花等一類植物,能吸引大量的鈾等放射性核素;仙人掌、寶石花、景天等多肉植物能有效減少各種電子產(chǎn)品產(chǎn)生的電磁輻射污染[21]。另外,平時(shí)緊張的工作和生活容易讓人身心俱疲,丁香、茉莉、玫瑰、紫羅蘭、田菊、薄荷等植物可以讓人放松、精神愉快、有利于睡眠、提高工作效率[32]。

        4 室內(nèi)植物凈化生物性空氣污染研究

        植物可以凈化室內(nèi)生物性污染,一方面植物吸附灰塵,從而減少了細(xì)菌;另一方面,許多植物(芳香植物)分泌的揮發(fā)性物質(zhì)具有殺菌作用,稱“植物殺菌素”,如丁香酚、桉油、肉桂油、檸檬油、松香等?,F(xiàn)已知具有一定殺菌作用的植物至少在200種以上。如1 hm2檜柏林24 h內(nèi)可分泌出30 kg殺菌素,這些殺菌素?cái)U(kuò)散到空氣中能殺死大量的白喉、傷寒、肺結(jié)核、痢疾等病菌,松類、復(fù)葉槭等均有殺菌能力。常見的花卉紫薇、茉莉的殺菌能力也很強(qiáng),被稱為“滅菌能手”[20,32]。

        另外,有些植物如夜來香、錦紫蘇、驅(qū)蚊草等有驅(qū)蚊除蠅作用。蚊凈香草散發(fā)出檸檬香味,在室內(nèi)有很好的驅(qū)蚊效果,對人體卻沒有毒副作用,且驅(qū)蚊效果與溫度呈正相關(guān)。據(jù)測試,一盆冠幅30 cm以上的蚊凈香草,可將面積為10 m2以上房間內(nèi)的蚊蟲趕走。另外,一種名為除蟲菊的植物含有除蟲菊酯,也能有效驅(qū)除蚊蟲[33]。

        5 展望

        室內(nèi)植物凈化與其他凈化方法相比,具有顯著的優(yōu)越性。但植物在凈化室內(nèi)空氣等方面還存在著不足,單純采用植物達(dá)到的凈化效果并不盡如人意。目前,雖然科研人員開展了關(guān)于植物吸附氣體的大量研究,但在植物凈化室內(nèi)空氣的機(jī)制,如何增強(qiáng)植物對有害氣體的抗性,聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的開發(fā)研究等方面尚需繼續(xù)深入研究。一些試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)受試植物出現(xiàn)葉子變黃、枯萎等癥狀,這反映了植物吸收有害物質(zhì)存在飽和點(diǎn)。測出植物吸收飽和點(diǎn),確定植物對有害物去除作用的最佳范圍也是必要的。在實(shí)驗(yàn)箱中有毒物質(zhì)的量是有限的,而室內(nèi)污染物則是由污染源持續(xù)不斷地釋放出來,這就需要更多的現(xiàn)場試驗(yàn)論證。今后,應(yīng)該采用更為廣泛的適合室內(nèi)凈化的植物種類,克服以往適合凈化的室內(nèi)植物種類不足的問題。同時(shí),應(yīng)重視篩選適合室內(nèi)凈化用盆栽植物的培養(yǎng)基質(zhì),形成植物-土壤(基質(zhì))復(fù)合生物系統(tǒng),重視室內(nèi)栽培裝置的研究,有利于局部氣體交換而提高凈化效率。另外,要根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果建立植物配置模型,為利用植物凈化室內(nèi)空氣中主要污染物提供參考數(shù)據(jù),解決室內(nèi)植物數(shù)量問題。倘若能解決上述難題,高效率開發(fā)利用植物凈化室內(nèi)空氣污染物的能力,不但可以營造出干凈舒適的環(huán)境,并且具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會效益和廣闊的市場前景。

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