室內植物凈化空氣的研究進展

1植物凈化空氣概述

1.1植物凈化空氣的效果

早在20世紀70年代,西方國家就已經開始關注室內空氣污染問題。人們將室內環境造成的各種不適統一概括為病態建筑綜合癥(Sick Building Syndrome,SBS),其癥狀包括頭痛、眼鼻和喉部疼癢、干咳、皮膚干燥發癢、頭暈惡心、注意力難于集中和對氣味敏感等。在現代社會,城市居民80%~90%的時間是在室內度過[1-2]。人居建筑物中的室內空氣質量對人類健康的影響遠較室外空氣重要。然而,由于建筑材料的阻隔作用,使得室內空氣有別于室外。特別是隨著節能和溫度舒適要求的提高,建筑物密閉程度不斷增大,室內與室外空氣交換量減少,使室內外的環境差異更加明顯。

綠色植物凈化作用是利用植物對污染物的持續凈化作用,最終達到動態降低污染物的目的。有很多相關報道證明戶外植物具有吸附大氣中有害氣體的能力。植物可以將苯、甲苯等揮發物、蕙等半揮發性物質吸收或降解,或將它們代謝成水和二氧化碳[3-8]。

白雁斌和劉興榮[9]研究用吊蘭凈化室內空氣中的甲醛,結果表明:對照組室內甲醛濃度在各時刻無顯著變化(P>0.05),而室內放入吊蘭2周后甲醛濃度降低(P<0.01),說明吊蘭可以吸收甲醛。通過光合作用,植物不斷地從外界環境中吸收所需的水分和礦物質,與大氣進行大量的氣體交換,以吸收二氧化碳同時放出氧氣,蒸騰出水分。大氣中的污染物沉降于植物表面,氣態物可在植物交換氣體時擴散入植物體內,在細胞表面溶解而被吸收。

1.2植物凈化空氣的機理

1.2.1釋氧固碳、降溫調濕。室內觀賞植物通過光合作用,可以吸收二氧化碳,釋放氧氣;而人在呼吸過程中,可以吸入氧氣,呼出二氧化碳,從而使室內空氣中的氧氣和二氧化碳達到動態平衡,使空氣保持新鮮。另外,植物葉片的吸熱和水分蒸發,可使室內氣溫降低。在干燥季節,植物能提高室內相對濕度;而在雨季,則又具有吸濕性,可明顯降低室內相對濕度。資料表明:不同觀賞植物在不同室內光環境下的氣候調節能力有所不同,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的環境中能發揮最大的生態效益;綠蘿、合果芋、橡皮樹、泡葉冷水花、短葉虎尾蘭,龍舌蘭、褐毛掌、伽藍菜、景天、落地生根、栽培鳳梨、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的改善環境[10]。

1.2.2滯塵。室內觀賞植物能夠吸附空氣中的塵埃從而使空氣得到凈化,如蘭花、桂花、臘梅、花葉芋、紅背桂等植物是天然的除塵器,其纖毛能截留并吸滯空氣中的飄浮微粒及煙塵。有研究發現熱帶植物對空氣有良好的改善作用,能夠加速室內微粒的沉降,增加室內相對濕度,從而起到凈化空氣的作用[11]。

1.2.3吸收有害氣體。有些植物如夾竹桃、棕櫚、常青藤、鐵樹、菊花、金橘、石榴、半支蓮、月季花、山茶、石榴、米平、雛菊、臘梅、萬壽菊、紫薇、鴨趾草、吊蘭、蘆薈、龜背竹、君子蘭、常春藤、虎尾蘭、大葉黃楊等,能夠吸收室內環境中的甲醛、鉛、甲苯和氨等有害氣體,降低有毒化學物質濃度,分解室內環境中令人不快的氣味如硫化氫、氨氣和甲硫醇分子,減輕室內污染。在室內種植這些植物,能夠分解有害物質分子,改善室內污染狀況,改善居住環境。

觀賞植物的微觀有機體是去除室內污染物的主要結構,發揮著生物合成過濾器的作用[12]。植物凈化室內空氣的過程較復雜,當植物放置于有污染物的房間內,有毒氣體經葉片或莖上的氣孔、皮孔進入植物體內,植物細胞對氣體進行識別后,釋放出特異蛋白質,同化或分解有毒物質,以達到解毒目的。植物吸收含有甲醛的氣體后,為避免中毒,及時啟動體內的應急機制,將其分解,其過程為:甲醛自發地和谷胱甘肽反應生成硫-羥基谷胱甘肽;然后硫-羥基谷胱甘肽被甲醛脫氫酶氧化成硫-甲酸基谷胱甘肽;最后硫-甲酸基谷胱甘肽被硫-甲酸基谷胱甘肽水解酶水解成谷胱甘肽和蟻酸[13]。苯類物質被植物吸收后,通過芳香烴鍵斷裂形式被氧化,碳原子被合成細胞組織成分碎片,一部分碳以CO2形式散失,另一部分則被合成不可揮發的有機酸物質[11]。氨進入植物后,細胞將其轉化為氨基酸,以滿足自身的需要[14]。

2目前利用植物進行空氣凈化存在的不足

2.1盆栽植物基質對植物空氣凈化作用效果的影響

美國宇航局的科學家威廉·沃維爾[15]用了幾十年的時間,測試了幾十種不同的綠色植物對幾十種化合物的吸收能力,結果發現各種綠色植物都能夠或多或少地降低空氣中某些化學物質的含量并將它們轉化為自己的養料。威廉·沃維爾公布的一份抗污染的綠色植物清單中顯示,在24 h照明條件下,蘆薈吸收了1 m3空氣中所含的90%的甲醛;90%的苯在常青藤中消失;龍舌蘭可吸收70%的苯、50%的甲醛和20%的三氯乙烯;吊蘭能吸收96%的一氧化碳和86%的甲醛。之后威廉·沃維爾又通過大量試驗證實綠色植物吸入化學物質的能力大部分來自于盆栽植物基質中的微生物,且與植物同時生長于土壤里的微生物在經歷了代代繁殖后,其吸收化學物質的能力還會加強。同時盆栽植物土壤中的水分,對甲醛類的有害物質同樣具有良好吸收作用。北京中科環境應用技術研究中心研究人員研究發現,2盆花葉基本一致的同種植物,將其中一盆中的大部土壤取出,大部分根莖也去除,進行對比測試,則結果2者凈化空氣的效果相差達30%～40%[16]。趙玉峰[17]認為,綠色植物對室內空氣中某些有害物質所具有的凈化作用主要取決于土壤中的微生物和水分,而葉子也具有一定的凈化作用,但不是主體。因此,盆栽植物基質中的土壤、水對污染物的吸收作用不可小視,要改變以往只有綠色植物本身才能凈化空氣的認識。

2.2植物凈化空氣作用范圍的局限性

多年來,對于植物凈化室內空氣的作用多局限于植物對裝修污染物吸收與轉化。實際上,衛生間中特有的氨、硫化氫、甲硫醇、乙胺等多種有害氣體也在不知不覺中影響著人體的健康,因此對衛生間空氣凈化方法的探索也應給予更多的關注。

3利用空氣鳳梨進行室內空氣凈化的探究

3.1空氣鳳梨對空氣的凈化作用

空氣鳳梨是一種新型的凈化空氣植物,可有效的吸收空氣中的苯和甲醛。經江蘇省環境監測中心監測,空氣鳳梨對甲醛的降解率為97%,對苯的降解率為55%,對甲苯的降解率為59%�？諝怿P梨對甲醛的降解率在所監測的所有植物中是最高的,所以空氣鳳梨作為新型空氣凈化植物,其凈化效果是顯而易見的,并且有科學依據。在空氣凈化過程中,可以選擇空氣鳳梨這種新型凈化植物進行凈化。

3.2空氣鳳梨與其他植物生活習性的差異

空氣鳳梨與一般植物的不同之處表現如下[18-19]:一是生長條件不同,一般植物是生長在泥土中,空氣鳳梨可以在毫無泥土或堆積物的空氣中生長;二是根系功能不同,空氣鳳梨只有少量的氣生根,其氣生根不吸收水分和養分,僅起附著和固定作用;三是葉片功能不同,空氣鳳梨葉片表面有銀灰色鱗片,可吸收生長發育所需的養分和水分,這就決定了空氣鳳梨相對一般植物而言更有利于吸收轉化空氣中的一些物質;四是生長方式不同,空氣鳳梨屬于逆生長植物(由葉片提供水分和養分給根部),靠吸收空氣中的水分和養分生長,因此與一般植物相比生長緩慢;五是養護管理方法不同,空氣鳳梨靠葉片吸收空氣中的水分生長,日常養護管理時只需根據不同的品種定期增加空氣濕度即可[20-22]�？諝怿P梨無需泥土,無需花盆,相對一般植物更加潔凈、輕便,適合置于室內。因空氣鳳梨不需土培,清潔衛生,且具有凈化空氣作用,逐漸受到人們歡迎,是凈化室內空氣的優選植物。人們可以利用其改善室內環境。