植物釋放負離子對室內空氣質量影響分析

吳仁燁 鄧傳遠 辛桂亮 翁海勇 楊志堅 朱帖俊容 鄭金貴

摘要

[目的]研究改善室內空氣質量的新途徑。[方法]在自然狀態和放置植物源負離子發生器狀態下，對玻璃室內的負離子、正離子和安倍指數等指標進行研究。[結果]在自然狀態下，玻璃室內負離子濃度均值較低，為1 084 ion/cm³；在放置植物源負離子發生器狀態下，負離子濃度均值為684 190 ion/cm³，是自然狀態下的631倍。正離子在自然狀態下的濃度均值為946 ion/cm³，在植物源負離子發生器開啟狀態下值為976 ion/cm³，兩者差異不顯著（P>0.05）。從安倍指數看，植物源負離子發生器開啟狀態下值為685 457.62，是自然狀態下的539 730倍。[結論]在玻璃室內放置植物源負離子發生器可顯著提高室內空氣質量。

關鍵詞 室內空氣質量；負離子；正離子；安倍指數；植物源負離子發生器

中圖分類號 S181.3 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）27-09491-04

Study on the Effect of Indoor Air Quality by Negative Air Ion of Plant

WU Renye1，2， DENG Chuanyuan³， XIN Guiliang³， ZHENG Jingui2* et al

（1.College of Crop Science， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002； 2.Agricultural Product Quality Institute， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002； 3.College of Landscape Architecture， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002）

Abstract [Objective] The research aimed to study the new channel improving indoor air quality. [Method] Under natural state and the condition of opening negative air ion generator by plant， negative air ion， positive air ion and CI in glass room were studied. [Result] Under natural state， average negative air ion concentration in glass room was 1 084 ion/cm³and was lower， while average negative air ion concentration under the condition of opening negative air ion generator by plant was 684 190 ion/cm³， which was 631 times of that under natural state. Average positive air ion concentration under natural state was 946 ion/cm³， while average positive air ion concentration under the condition of opening negative air ion generator by plant was 976 ion/cm³. The difference was insignificant （P>0.05）. Seen from CI， the value under the condition of opening negative air ion generator by plant was 685 457.62， which was 539 730 times of that under natural state. [Conclusion] It could significantly improve indoor air quality by opening negative air ion generator by plant in glass room.

Key words Indoor air quality； Negative air ion； Positive air ion； CI； Negative air ion generator by plant

室內空氣質量（indoor air quality ，IAQ）已日益引起人們的重視。隨著工業化和城市化建設的發展，工業廢氣、機動車尾氣等因素使大氣質量每況愈下，給人體健康帶來嚴重威脅，尤其以室內空氣污染較為嚴重。大部分人群全天80%～90%的時間都是在室內度過^[1]，因此室內空氣質量的優劣直接影響著人體健康，改善室內空氣質量對促進人體健康意義十分重大。

負離子被世界衛生組織列為衡量空氣質量的重要指標，其規定清新空氣的標準是負離子的濃度為1 000～1 500 ion/cm³。負離子具有殺菌、降塵，可促進人體新陳代謝，增強人體免疫力等功效，常被譽為空氣中的“維生素”、“生長素”和“長壽素”^[2-5]。

自然狀態下，室內空氣中的負離子濃度很低，城區的辦公室內負離子濃度均值為286 ion/cm³，單元房室內的負離子濃度均值為231 ion/cm³，郊區的辦公室內的負離子濃度均值為900 ion/cm³，以上室內環境中的負離子濃度均無法達到人們對健康需求的清新空氣標準^[6-8]。而大自然環境中，如森林公園的負離子濃度可達3 000～10 000 ion/cm^3[7]，其負離子主要來源于植物體，植物不僅可以吸收環境中的有害物質，且其釋放的負離子可改善環境空氣質量。當前，國內外對負離子的研究主要集中在室外不同環境及植物群落中負離子的濃度分布及其資源利用上，對植物在室內釋放負離子的情況研究較少^[9-17]。由此，該研究將植物引進室內，研究其對室內空氣質量的改善功效。

常態下單株植物釋放負離子的能力很弱[6-7，18]，但對單株植物根際土壤施加脈沖電場刺激，其釋放負離子的能力顯著提升^[19]。為此，該研究團隊自行研制出能在室內高效釋放負離子的植物源負離子發生器，在自然狀態下和放置植物源負離子發生器狀態下，研究室內環境中正、負離子，安培指數等空氣質量指標的動態變化，試圖探索改善室內空氣質量的新途徑，營造生態家居環境，促進人體健康。

1 材料與方法

1.1 材料

植物源負離子發生器如圖1所示，為福建農林大學自行研制，由電脈沖刺激儀和特定植物（負離子源）兩部分組成。特定植物為金邊龍舌蘭（Agave americana var. marginata）和金手指（Mammillaria elongata）兩種植物，利用電脈沖刺激儀刺激金邊龍舌蘭和金手指的根際土壤，使植物高效釋放負離子。用大氣離子測量儀DLY-4G-232型監測負離子的濃度，該測量儀為福建省漳州市東南電子技術研究所研制，每秒采集一個數據，1 h共3 600個數據，并自動同步電腦。取3 600個數據的平均值作為該時段的負離子濃度值。

試驗時間為2013年2月15日～5月9日，均選擇在晴天進行，從每天13：00至翌日12：00連續24 h監測自然狀態下和植物源負離子發生器開啟狀態下，玻璃室內負離子和正離子的濃度、CO₂濃度、溫濕度。每次測量前使玻璃室充分通風，以保證每次測量前正、負離子濃度等因素的本底值處于同一水平，然后關閉玻璃門，重復測量3次。對空氣質量評價，通常采用安培指數（CI）^[20-21]，計算公式：

CI=（n-/1 000）×（1/ q），q=n+/n-。

式中，CI為空氣質量評價指數；n-為負離子濃度，單位為ion/cm³；n+為空氣正離子濃度，單位為ion/cm³；q為單極系數；1 000的意義為滿足人體生物學效應所需最低的負離子濃度值。

1.3 數據統計與分析

采用spss20.0和excel對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 自然狀態下玻璃室內空氣質量分析

2.1.1

自然狀態下玻璃室內24 h空氣離子濃度的變化。自然狀態下，對玻璃室內24 h正負離子的濃度進行監測，結果如圖3所示。從圖3可知，自然狀態下玻璃室內大部分時間正、負離子的濃度變化具有較為一致的趨勢。從負離子濃度的變化來看，24 h的濃度均值為1 084 ion/cm³，最大值出現的時間為03：00，值為1 174 ion/cm³；最小值為826 ion/cm³，出現的時間為13：00，此后負離子濃度逐漸提高，在15：00至翌日06：00期間，負離子濃度一直保持在較高水平；描述性統計分析結果表明，負離子濃度變異系數為0.079。從正離子濃度的變化看，24 h的濃度均值為944 ion/cm³，與負離子濃度均值差異不顯著（P>0.05），其最大值出現在10：00，值為1 122 ion/cm³；最小值出現在試驗開始的13：00，值為469 ion/cm³，此后呈不斷遞增趨勢；統計分析結果表明，其變異系數為0.14。由此可知，正離子濃度較負離子濃度變化波動大。

2.2 植物源負離子發生器對玻璃室內空氣質量的影響分析

2.2.1

植物源負離子發生器開啟時玻璃室內24 h空氣離子濃度變化的分析。在密閉的玻璃室，開啟植物源負離子發生器，監測室內24 h正、負離子濃度的變化情況，結果如圖5所示。以負離子濃度的變化情況看，從試驗開始的13：00至翌日05：00，其變化較平穩，呈緩慢遞增趨勢，最大值出現在05：00，為8.962 82×10⁵ion/cm³，05：00之后負離子濃度急劇下降，隨后成緩慢遞減趨勢，最小值出現在翌日11：00，為4.042 33×10⁵ion/cm³；經描述性統計分析，其變異系數為0215。從正離子的濃度變化情況看，從試驗開始的13：00至翌日12：00結束，均呈不斷遞增趨勢，最大值出現在11：00，為2 448 ion/cm³，最小值出現在14：00，為461 ion/cm³；經描述性統計分析，變異系數為0.637。由此可知，正離子濃度較負離子濃度的波動大。對正離子和負離子濃度進行T檢驗，24 h的負離子濃度均值為6.841 9×10⁵ion/cm³，正離子濃度均值為976 ion/cm³，正離子和負離子濃度具有極顯著性差異（P<0.01）。

2.3 兩種狀態下玻璃室內空氣質量指標分析

對玻璃室內自然狀態和植物源負離子發生器開啟兩種狀態下的空氣質量指標進行分析，結果見表1。從表1可知，在自然狀態下負離子濃度均值為1 084 ion/cm³，植物源負離子發生器開啟狀態下，值為6.841 9×10⁵ion/cm³，是自然狀態下的631倍。T檢驗結果表明，兩種狀態下的負離子濃度值呈極顯著性差異（P<0.01）。自然狀態下，單極系數均值為0.87，是植物源負離子發生器開啟狀態下的511倍。從安培指數來看，植物源負離子發生器開啟狀態下的均值為685 457.62，是自然狀態下的539 730倍。自然狀態下從試驗開始的13：00至翌日09：00，安倍指數均>1，空氣質量等級處于最佳清潔，10：00開始至試驗結束的12：00，安培指數均值為0.87，空氣清潔等級一般。在植物源負離子發生器開啟狀態下的24 h內，室內空氣質量均處最佳狀態。對自然和植物源負離子發生器開啟兩種狀態下的安培指數進行T檢驗，結果表明兩者呈極顯著性差異（P<0.01）。

3 結論與討論

在自然狀態下，玻璃室內負離子濃度均值較低，為1 084 ion/cm³，在放置植物源負離子發生器狀態下，負離子濃度均值為684 190 ion/cm³，是自然狀態下的631倍；正離子濃度在自然狀態下均值為946 ion/cm³，在植物源發生器開啟狀態下值為976 ion/cm³，兩者差異不顯著（P>0.05）；從安培指數看，植物源負離子發生器開啟狀態下值為685 457.62，是自然狀態下值為1.27的539 730倍。在室內放置植物源負離子發生器可顯著提高室內空氣質量。

3.1 植物源負離子發生器能夠顯著改善室內的空氣質量

玻璃室在常態下其負離子含量最高僅為1 177 ion/cm³，遠難以滿足每天有80%～90%的時間生活在室內的大部分人群對身體健康需求。而通過改變外界條件增加植物源負離子發生器，刺激植物根際土壤[19，22]，可使植物產生大量的負離子，從而提高室內負離子的濃度改善室內環境。在自然狀態下，室內評價空氣質量的重要指標負離子濃度均值為1 084 ion/cm³，安培指數為1.27，而在植物源負離子發生器開啟狀態下，室內的負離子濃度是自然狀態下的631倍，安培指數是常態下的539 730倍，對提高室內空氣質量效果顯著，具有重要的意義。

3.2 空氣中近似等量的正、負離子濃度

在空氣中負離子和正離子總是同時存在^[23]。正、負離子是不斷產生，又不斷消失，而又始終保持某一動態平衡的狀態。空氣中負離子的形成與諸多環境因素如植被、氣候因子、地理條件、太陽輻射和水流等有直接關系^[24]。由于空氣負離子具有電熱性和壓電性，因此只要有溫度和壓力變化均能引起空氣間產生電勢差，從而產生負離子[2，17]。正、負離子形成初期濃度相近，方差分析的結果，自然狀態下空氣中的正離子濃度和負離子濃度基本持平，差異不顯著，與實際一致。

對這一問題的深入研究，可在室內營造出近似大自然的清新空氣，有效地提高室內空氣質量。根據自然狀態下以及放置植物源負離子發生器狀態下負離子濃度的變化規律，可為今后進一步發掘室內植物釋放負離子的潛力研究奠定基礎，為今后研制更高效率、低能耗和綠色環保的“植物源負離子發生器”提供科學依據。

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