家居綠植固碳釋氧效應及影響因素研究

文/ 余芃霏

課題由來

工業革命以來，大氣中 CO2濃度持續增加，對城市氣候以及人類生存環境帶來了較大影響。隨著CO2“溫室效應”持續發生作用，各種災害性天氣頻頻發生，因此低碳環保成為全世界共同關注的一個話題。2020 年 9 月，我國正式提出“力爭于 2030 年前 CO2排放達到峰值、2060 年前實現碳中和”的目標。植物可通過光合作用實現固碳釋氧，能對減輕溫室效應、改善生存環境以及實現“碳中和”發揮重要作用。本課題選取 5 種常見并具有觀賞價值的家居綠植，設計對其固碳釋氧能力進行量化測定的實驗方法，并探究溫度、光照對植物固碳釋氧能力的影響，為家居綠植選擇乃至城市綠化發展提供參考，對植物固碳能力研究提供借鑒。

課題目標：（1）設計一個在居家環境中可行的實驗方法對植物固碳釋氧能力進行量化測定；（2）對不同植物的固碳釋氧能力作出定性結論，同時研究光照、溫度對植物固碳釋氧能力的影響，尋找植物光合作用的“光飽和點”和“最適溫度”。

課題方案

1.實驗所需材料

主要試劑：NaHCO3飽和溶液

該溶液在實驗中的作用是：維持實驗環境中CO2濃度的恒定。其原理是：

當 CO2濃度降低的時候,反應式向右進行,使CO2量增加；當 CO2濃度升高的時候,反應式向左進行,使 CO2量減少，故 NaHCO3飽和溶液能保持CO2濃度不變。

主要儀器：溫度計、照度計、光照強度可調的LED 燈、實驗裝置如下圖：

采用網購透明塑料桶，在塑料桶蓋上插入帶刻度的毛細管，用一滴紅墨水滴入毛細管內調整至 0刻度處，并將盛有 NaHCO3飽和溶液的表面皿放入塑料桶中。

實驗用植物：綠蘿、仙人掌、虎皮蘭、萬年青、馬齒莧。

2.實驗內容

實驗一：不同綠植固碳釋氧能力測定及光照強度對植物固碳釋氧能力的影響

在室溫 25℃的環境下，分別采用 3000Lux、5000 Lux、7000Lux、10000Lux、15000Lux、20000Lux、25000Lux、30000Lux，8 種不同的光照強度，每一種強度光照持續 1 小時后記錄紅墨水滴移動方向和刻度。5 種實驗植物依次放到塑料桶內進行實驗，分別記錄數據。

植物的光合作用會將 CO2轉化為同等體積的O2，呼吸作用將 O2轉化為同等體積的 CO2。強光條件下，光合作用強于呼吸作用。由于 NaHCO3飽和溶液能保持 CO2濃度恒定，那么體積 x 即為光合作用產生的 O2體積減去呼吸作用消耗的 O2體積，也是光合作用凈吸收 CO2的體積。

光合作用：6CO2+12H2O——光照——>C6H12O6+6H2O+6O2↑+能量

呼吸作用：C6H12O6+6H2O+6O2——>6CO2↑+12H2O+能量

由于固碳能力約定俗成是用質量來表示，因此先把實驗得到的刻度值換算成氣體體積，再根據物理公式換算，就能得到 CO2的質量。

實驗二：溫度對植物固碳釋氧能力的影響

5 種實驗綠植依次放到塑料桶中進行實驗，光照強度統一設定為 5000Lux，溫度分別設置為10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃，每一種溫度條件 1 小時后記錄紅墨水滴移動方向和刻度，并做好數據記錄。由于在家里很難同時實現以上實驗所需溫度，因此部分溫度條件需要把實驗裝置放到專業實驗室的植物培養箱里來實現（培養箱內的溫度、光照都可以調節）。

探究結果

1.實驗一數據

不同光照條件下 5 種綠植的固碳能力（mg）

不同光照條件下 5 種綠植的固碳能力（mg）

2.實驗二數據

不同溫度條件下 5 種綠植的固碳能力（mg）

不同溫度條件下 5 種綠植的固碳能力

討論

1.對實驗一結果的討論

①25℃條件下，5 種實驗綠植在不同光照強度下，固碳能力最強的是仙人掌，最弱的綠蘿。按固碳能力由大到小排列順序是：仙人掌＞萬年青＞馬齒莧＞ 虎皮蘭＞綠蘿。

②在一定范圍內，5 種綠植固碳能力隨光照強度增加而增加，當光照強度增加到一定值，植物固碳能力不再增強，也就是達到了光飽和點。25℃條件下，綠蘿光飽和點約為 7000Lux，虎皮蘭約為10000Lux，萬年青、馬齒莧、仙人掌光飽和點約為20000Lux。

2.對實驗二結果的討論

①在一定范圍內，5 種綠植固碳能力隨溫度升高而增加，到達某一溫度后固碳能力開始下降，這主要是和光合作用相關酶的活性有關。在最適溫度下酶的活性最強，光合作用強度最大；當溫度低于最適溫度，光合作用強度隨溫度的增加而增強；當溫度高于最適溫度，光合作用強度隨溫度的增加反而減弱。

②10℃時虎皮蘭、萬年青、馬齒莧、仙人掌無法測出數據，說明該溫度下，它們的光合作用和呼吸作用均非常微弱，而綠蘿依然擁有固碳能力，說明綠蘿相對耐低溫。35℃時，仙人掌固碳能力相對于 30℃并沒有明顯減弱，說明相對耐高溫。

③綠蘿光合作用最適溫度約為 25 ℃，虎皮蘭、萬年青、馬齒莧、仙人掌光合作用最適溫度約為30℃。