室內(nèi)植物凈化空氣的研究進展

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，我國城市居民每天在室內(nèi)生活的時間占全天時間的90%［2－3］，室內(nèi)空氣污染是繼煤煙型污染、光化學(xué)污染之后進入第三污染期的標志。因此，對室內(nèi)空氣污染進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，目前已報道的有吸附、納米空氣濾料、等離子體、負離子、光催化等凈化技術(shù)［4－8］。但是，這些凈化裝置價格昂貴，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［9］，且所需費用低，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，還能使負離子濃度增加，保持室內(nèi)環(huán)境空氣的清新［14］。負離子被譽為“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)空氣負離子含量顯著提高，并證明植物在對空氣負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、伽藍菜、景天、蜘蛛抱蛋等植物的固碳釋氧能力均較強，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)報道可以追溯到1984年美國航天局Wolverton的密封艙實驗，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)植物凈化空氣進行了試驗探索。據(jù)測定，對二氧化硫耐受能力較強的有臭椿、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、激光打印機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，認為甲醛以分子擴散通過氣孔進入植物體內(nèi)，當甲醛濃度為5 mg/m3時，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道［25］。此后，Liu等通過試驗，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間變化關(guān)系的曲線進行回歸分析，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首。近幾年來，室內(nèi)空氣受大氣污染日益嚴重，植物的滯塵能力研究較多。例如，周杰良認為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、八仙花能吸收細微灰塵及打印機、復(fù)印機粉末塵［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。現(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，這些殺菌素擴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，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)空氣的機制，如何增強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。測出植物吸收飽和點，確定植物對有害物去除作用的最佳范圍也是必要的。在實驗箱中有毒物質(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，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、社會效益和廣闊的市場前景。

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