天南星科植物對甲醛凈化效果的研究

敬 婧,陳 波,盧 山

(浙江理工大學建筑工程學院,杭州 310018)

天南星科植物對甲醛凈化效果的研究

敬 婧,陳 波,盧 山

(浙江理工大學建筑工程學院,杭州 310018)

在室內(nèi),甲醛作為一種有害氣體給人們身心健康帶來很大影響,室內(nèi)植物既可供觀賞,又可以吸收甲醛等有害氣體。采用玻璃環(huán)境測試艙模擬甲醛污染環(huán)境,研究天南星科的16種(品種)植物對甲醛的凈化效果。實驗結(jié)果表明:天南星科植物對甲醛均有一定吸收能力,但凈化能力差異較大,這為室內(nèi)污染環(huán)境選擇植物提供了理論指導。此外還討論現(xiàn)在研究中存在的問題,并對未來研究的發(fā)展進行展望,以期為植物凈化空氣的應用提供科學依據(jù)。

天南星科; 甲醛; 室內(nèi)植物; 凈化; 吸收

0 引 言

繼“煤煙型”、“光化學煙霧型”污染之后,“室內(nèi)空氣污染”成為了人們關注的第三大污染類型[1]。甲醛是一種無色、有強烈刺激氣味的、揮發(fā)性的有機化合物,作為室內(nèi)空氣中的一種重要污染氣體,被列為我國空氣質(zhì)量標準中必測指標[2]。室內(nèi)空氣中的甲醛主要來自建筑材料、家具、各種粘合劑涂料、合成織品,以及燃料和香煙的煙霧等[3]。研究證實:甲醛在諸多方面對人體的健康造成危害,包括呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、肝臟、皮膚、免疫系統(tǒng),同時有致癌作用、畸形作用與胚胎毒性,能夠引起循環(huán)代謝疾病,并對感覺器官起作用[4]。國內(nèi)外對凈化甲醛的研究指出,室內(nèi)種植特定的植物可有效地吸收空氣中的甲醛。甲醛的釋放非常緩慢,在房屋裝修后仍會以較低濃度長期存在于室內(nèi)環(huán)境中,用物理和化學方法對低濃度甲醛污染進行凈化既不經(jīng)濟,又可能造成二次污染。相比于物理吸附、臭氧化、光催化凈化、等離子體等物理化學凈化技術,利用觀賞植物凈化成本更低、凈化作用更持久且無二次污染,隨著人們對室內(nèi)污染氣體凈化技術的重視而備受關注[5]。

觀賞植物凈化技術作為綠色生物凈化途徑,不僅能美化室內(nèi)環(huán)境,同時還能凈化室內(nèi)空氣,是一種符合公眾心理和需求的經(jīng)濟有效修復技術[5]。近些年來,國內(nèi)外關于室內(nèi)綠色植物對甲醛氣體凈化方面的研究較多,但大多是選擇傳統(tǒng)意義上公認的凈化甲醛能力較強的植物進行研究。這些研究的植物種類較少,在實際的應用中缺乏可行性。因此,人們迫切需要研究更多更常用的室內(nèi)植物,特別是以科(或?qū)?的形式進行研究,以探尋該科(或?qū)?的植物吸收甲醛的規(guī)律,從而更好地為有效解決嚴重的室內(nèi)甲醛污染問題提供植物品種,這對于保障人們身心健康具有重要的現(xiàn)實意義。天南星科植物是目前應用非常普遍的室內(nèi)觀賞植物,種類豐富,大都原產(chǎn)于熱帶雨林中,喜愛高溫多濕、耐蔭環(huán)境,適宜于室內(nèi)栽培。其中一些種類由于葉形奇特、葉色鮮艷,已被人們大量利用為室內(nèi)綠化裝飾[6]。天南星科植物栽培比較容易,觀賞期長,市場需求量大,既可作為盆栽擺設,也可作為立體綠化材料,在室內(nèi)可以根據(jù)不同的環(huán)境與裝飾的要求選擇配置,其應用將日益廣泛[7]。

本研究選取常見的天南星科(Araceae)植物,共10屬12種,少數(shù)種有不同品種(共8個)。具體為16種樣品(見表1)。測定它們吸收甲醛的能力,探討觀賞植物在室內(nèi)空氣污染凈化中應用的可行性,并在此基礎上,確定植物對甲醛的凈化率,從而為選擇具有吸收甲醛良好效果的觀賞植物提供理論基礎和實驗依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 植物材料

從杭州鳳起花鳥市場選購如表1植物各4株,且同種植物大小形態(tài)一致。

表1 實驗用植物材料

1.2 實驗方法與過程

1.2.1 實驗條件

溫度28～32℃,該溫度為天南星科植物的最適溫度。

實驗室光照充足并內(nèi)部具有循環(huán)風。

1.2.2 實驗過程

a) 每次實驗4種植物,每種4盆,其中一盆做空白對照實驗(玻璃缸中不放甲醛溶液),一盆實驗塑料袋是否會吸放甲醛氣體(玻璃缸中只放包有塑料袋的帶土盆),將16盆植物分別放入玻璃缸中,塞好塞子,確定塞子上的橡皮管用止血夾夾好。

b) 量取10 μL甲醛溶液,并放入培養(yǎng)皿中,蓋好蓋子后迅速放入玻璃缸中,16個缸子都進行此操作。

c) 將玻璃容器的蓋子處貼好透明膠防止從縫隙中漏氣,同時打開小電扇,讓甲醛在密閉容器中揮發(fā)。

d) 約1～2 h后,待甲醛溶液揮發(fā)一定時間,用甲醛濃度測試儀器接外接橡膠管,打開止血夾,測其初始濃度。

e) 之后毎4 h用甲醛濃度測試儀測量玻璃缸中的甲醛濃度,并記錄實驗數(shù)據(jù),測量24 h。

1.2.3 甲醛吸收量的測定

采用甲醛檢測儀測定甲醛含量,以0 h時玻璃缸內(nèi)濃度為初始濃度,24 h時缸內(nèi)濃度為終止?jié)舛?。植物對甲醛的凈化效果以單位時間內(nèi)單位葉面積植物吸收甲醛的量表示,單位為mg/m2·h-1。甲醛測試儀測出的單位為10-6(ppm)。

整株植物吸收甲醛的總量=初始容器甲醛的量-24 h容器中甲醛的量;

單位葉面積吸收效率=(容器內(nèi)甲醛初始含量-24 h后容器內(nèi)甲醛含量)/(24*植物葉面積)。

ppm與mg/m3換算關系:1 ppm=M/22.4(mg/m3)=1 000*M/22.4(μg/m3),其中M是污染物的相對分子質(zhì)量。

1.2.4 植物葉面積的測定方法

a) 用葉面積儀測定,并記錄數(shù)據(jù)。

b) 葉片較大無法用葉面積儀測定時,用筆沿著葉片邊緣拓印在紙上,得到與葉片大小一致的輪廓,用剪刀沿著筆跡剪下,測出紙片的葉面積?；蛘咴谥参锱赃叿懦咦?拍下照片,在軟件Cad中對葉片進行描繪并測量面積大小。

2 結(jié)果與分析

實驗結(jié)果表明(如表2),天南星科植物對甲醛均有一定的吸收能力,但不同品種凈化能力的大小不同,吸收效果存在差異。金鉆蔓綠絨單位時間單位葉面積吸收甲醛的量最多,斜紋粗肋草最少,相差11.59 mg/m2。吸收量從高到低依次為金磚蔓綠絨、海芋、金錢樹、觀音蓮、粉掌、合果芋、春羽、紅掌、龜背竹、白蝶合果芋、銀皇后、廣東萬年青、白掌、綠蘿、黃金寶玉、斜紋粗肋草(黑美人)。究其原因,這與植物的代謝、形態(tài)和結(jié)構(gòu)的差異等有很大的關系[8]。植物的莖葉對甲醛有一定吸附能力[5],高等植物的葉片表面由表皮和蠟質(zhì)膜構(gòu)成,這層蠟質(zhì)含有醇、醛、長鏈烴、酮和酯等有機物,有利于碳氫化合物的吸附和聚集[9]。植物葉片表面的蠟質(zhì)層可吸附甲醛,本研究中吸收能力較強的金鉆蔓綠絨、海芋、金錢樹和觀音蓮均為革質(zhì)或半革質(zhì)葉片,并且葉片較厚。植物還可以通過葉片的細微舒張來吸收甲醛,甲醛易溶于水,可擴散到植物組織中[10]。

表2 整株植物單位時間內(nèi)單位葉面積對甲醛的吸收量

從圖1、表3可知,植物對甲醛的吸收幅度隨著實驗的吸收時間延長而減小,吸收速率逐漸減小。隨著時間的推移,容器內(nèi)甲醛含量曲線漸漸趨于平緩,植物吸收甲醛的量接近飽和。即植物對甲醛的吸收作用僅靠其吸附作用來實現(xiàn),當植物對甲醛的吸附達到飽和點時就不再吸附甲醛,失去凈化功能[10]。植物在白天吸收甲醛的量大于夜間,這主要與光照和溫度條件有關。光照強弱除了影響植物的生理代謝外,還影響植物的凈化能力。光照適宜,植物生長良好、代謝速率更高,促進植物與外界環(huán)境物質(zhì)的交換,吸收甲醛的能力也有所提高[11]。溫度對于植物吸收甲醛性能也有顯著的影響[12],白天比夜間溫度高,植物對甲醛的吸收性能增強。

實驗前后,植物表面并未出現(xiàn)明顯傷害,實驗結(jié)束后植物葉片輕微失水、萎蔫。葉片表皮的氣孔密度、柵欄組織和海綿組織的細胞排列方式影響植物對甲醛的抗性[13],甲醛的脅迫可以使葉綠素遭到破壞,植物失綠,葉綠素含量下降[14],實驗研究的天南星科16種植物都表現(xiàn)為對甲醛的耐受性較強。

在實際應用中,往往是將整株植物應用在室內(nèi),因此更需研究整株植物對甲醛吸收效果。24 h內(nèi)整株植物對甲醛吸收的量從高到低依次為金錢樹、合果芋、觀音蓮、金鉆蔓綠絨、海芋、紅掌、粉掌、廣東萬年青、龜背竹、銀皇后、白蝶合果芋、綠蘿、春羽、黃金寶玉、白掌、斜紋粗肋草(黑美人)。整株植物吸收能力較強的金錢樹、合果芋、觀音蓮、金鉆蔓綠絨和海芋在形態(tài)方面冠幅較小,植物低矮,占空間小,方便應用。

表3 每4 h整株植物對甲醛的吸收量 mg

圖1 整株植物單位時間內(nèi)單位葉面積對甲醛的吸收量

3 討論與結(jié)論

現(xiàn)階段國內(nèi)外關于觀賞植物吸收甲醛氣體方面的研究較多,但多是選擇公認的對甲醛氣體吸收能力強的植物進行研究,對目前室內(nèi)環(huán)境中常見的眾多觀賞植物的研究評價還很少,選擇植物較為單一,不利于實際應用。本次實驗選擇了16種天南星科植物,較有針對性,有利于實際應用時參考。

植物葉片對甲醛有一定的吸收能力,植物種類不同,吸收能力不同。實驗所選的16種天南星科植物均可吸收甲醛,但吸收能力差異較大。這為室內(nèi)污染環(huán)境選擇綠色植物提供了理論指導。

甲醛釋放是一個緩慢的過程,其揮發(fā)具有長期性的特點,對人體健康會有持續(xù)的副作用,而目前的許多凈化甲醛設備大多不能對甲醛進行持續(xù)性的吸收和觀測。大多實驗都是在人工密閉條件下進行的,但人工密閉條件相對于實際環(huán)境條件仍存在很大的差異,獲得的結(jié)果也只能在一定程度上對實際應用有效。如何讓試驗的條件更接近于實際環(huán)境,改進現(xiàn)有的試驗方法,有待進一步探索[15]。

室內(nèi)觀賞植物去除甲醛污染是植物和土壤共同的作用,土壤中的微生物菌落數(shù)和類別也會影響植物吸收甲醛的能力。我們最終只是希望凈化甲醛效果最好,因此將植物和土壤因素共同考慮(即聯(lián)合修復技術)是未來研究的方向;同時還需研究開發(fā)植物與吸附修復、光催化作用等聯(lián)合修復技術,以提高植物整體凈化甲醛的能力[5]。

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(責任編輯：張祖堯)

Studies on Purification Effect of Araceae Plants on Formaldehyde

JINGJing,CHENBo,LUShan

(School of Civil Engineering and Architectural,Zhejiang Sci-Tech University,Hangzhou 310018,China)

Formaldehyde as a kind of hazardous gas has significant impacts on physical and mental health of people.Indoor plants are not only available for viewing,but also can absorb formaldehyde and other harmful gases.A glass environmental test chamber was used to simulate formaldehyde polluted environment so as to study formaldehyde purification effect of 16 Araceae pants.Experimental results show that the Araceae plants have certain capacity of absorbing formaldehyde,but the purification abilities are significantly different.It provides rational theoretical guidance for plants selection.Besides,this paper also discuses the problems existing in current researches and looks into the future research development,in the hope of providing scientific basis for air purification by plants.

Araceae; formaldehyde; indoor plants; purification; absorption

1673-3851 (2015) 02-0276-04

2014-04-21

浙江省花卉新品種選育重大科技專項重點項目(2012C12909-13)

敬 婧(1990-),女,湖南桃源人,碩士研究生,主要從事植物景觀生態(tài)方面的研究。

盧 山,E-mail:lushan516@163.com

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