第8期（第1分）

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冯终
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1 中国农学通报 2011,27(8):1-7 Chinese Agricultural Science Bulletin 具备释放负离子功能室内植物的种质资源研究 1,2 吴仁烨, 邓传远, 王彬 2, 黄德冰 1, 林丽, 黄建民 1, 郑金贵 ( 1 福建农林大学农产品品质研究所, 福州 50002; 2 福建农林大学作物科学学院, 福州 50002; 福建农林大学园林学院, 福州 50002) 摘要 : 通过对植物释放负离子的研究, 筛选出可产生较高浓度负离子的室内植物, 以保持和提高室内环境的负离子浓度, 改善室内空气质量在密封的玻璃室 (80 cm 80 cm 80 cm) 内对天南星科百合科等 25 个科中的 6 种植物释放的负离子浓度进行测量, 结果表明 : 桑科的琴叶榕 (Ficus lyrata) 产生的负离子浓度最大达 76 ion/cm, 景天科的玉树 (Crassula portulacea) 最低为 26 ion/cm 以全天的均值来看, 蓬莱松 (Asparagus myrioeladus) 和四季秋海棠 (Begonia semperflorens) 的负离子浓度为 4 ion/cm 最高, 是对照试验的 2.4 倍大部分植物在自然状态下产生的负离子浓度都表现出白天时段高于夜晚时段植物在不同时段产生的负离子浓度值除个别植物变化幅度较大外, 大部分植物在全天的浓度值都较为平稳关键词 : 室内植物 ; 负离子 ; 种质资源 ; 室内环境中图分类号 :S26 文献标志码 :A 论文编号 : Study on Indoor Plant Germplasm Resources which Generate Negative Air Ions Wu Renye 1,2, Deng Chuanyuan, Wang Bin 2, Huang Debing 1, Lin Li, Huang Jianmin, Zheng Jingui 1 ( 1 Agricultural Product Quality Institute, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 50002; 2 College of Crop Science, Fujian Agricultural and Forestry University, Fuzhou 50002; College of Landscape Architecture, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 50002) Abstract: Generation of negative air ion (NAI) by indoor plants which belong to 25 families (Araceae, Liliaceae, etc.) was studied. Those plants which can produce high concentration of NAI to maintain, even to increase the amount of NAI indoor was screened out. And they were capable of improving the quality of indoor environment. Measurements of NAI concentration generated by 6 species of plants were taken inside an airtight glass container. The results showed that: Ficus lyrata produced 76 ion/cm which was the highest while Crassula portulacea produced 26 ion/cm, the lowest. By mean of concentration in a whole day, Asparagus myrioeladus and Begonia semperflorens respectively produced a highest level of 4 ion/cm, which was also 2.4 times as controlled experiment. In the state of nature, most plants produced higher NAI concentration during daytime than during night. And the concentration of NAI generated by most plants kept steady at different times of day while a few plants kept larger rate of change in the concentration of NAI. Key words: indoor plant; negative air ion; germplasm; indoor environment 0 引言近年来, 室内环境空气质量 (IAQ) 越来越引起人们的重视, 空气质量常以挥发性有机化合物 (VOCs) 含量可吸入悬浮颗粒物 (PM10) 含量硫氧化物含量基金项目 : 福建省科技创新平台建设项目 (2007S1001); 福建省青年科技人才创新项目资助 (2004J00) 第一作者简介 : 吴仁烨, 男,18 年出生, 福建福安人, 博士研究生, 主要从事功能性植物研究通信地址 :50002 福建省福州市仓山区福建农林大学农产品品质研究所,Tel: , forlotus@16.com 通讯作者 : 郑金贵, 男,14 年出生, 教授, 博士生导师, 主要从事功能性植物作物品质遗传育种与生物技术研究通信地址 :50002 福建农林大学农产品品质研究所,Tel: , forlotus@16.com 收稿日期 : , 修回日期 :

2 2 中国农学通报氮氧化物含量 CO 含量等为评价指标经世界卫生组织确定, 目前空气负离子 (NAI) 浓度被列为衡量空 [1] 气质量的一个重要指标据统计, 人们在室内的时间占总时间的 80%~0%, 空气中可检出 00 多种污染物, 有约 68% 的人体疾病与室内污染有关,80% 的房屋都有室内空气污染, 其中八成属于中度和重度污染, 污 [2] 染物含量超过国家标准的 2~ 倍可见, 室内环境的好坏直接影响着人们的身体健康作为评价空气质量重要指标的空气负离子, 其浓度是空气质量好坏的关键, 它有利于身心健康, 具有预防治疗疾病改善心肌功能促进新陈代谢增强人体免疫力的功效另外, 空气负离子还有去除尘埃消灭病菌净化空气的作用, 被誉为空气维生素生长素 [-4] 根据大地测量学和地理学国际联盟大气联合委员会采用的理论, 空气负离子的分子式 O 2- (H 2O) n, 或 (OH) - [5-7] (H 2O) n, 或 CO 4- (H 2O) n, 自然界中空气负离子的产生有三大机理一是大气分子受宇宙射线放射性物质雷电风暴等因素的影响发生电离, 产生空气负离子 ; 二是水的喷筒电效应 (Lenard effect) 使水分子裂 [8] 解, 产生大量的负离子 ; 三是森林的树冠枝叶的尖端放电以及绿色植物的光合作用形成的光电效应也会 [] 促使空气电解, 产生空气负离子在自然状态下, 由于宇宙射线放射性物质的作用, 雷电的自激放电作用勒纳德效应 (Lenard effect) 等, 使空气通过空气电离与离子复合 2 个过程, 使中空气离子保持着动态 [10] 平衡中国对空气负离子的研究始于 178 年, 经历了两 [11] 个研究发展高潮目前, 主要侧重在人为干扰环境和自然环境中空气负离子浓度水平空气负离子在医疗保健中的作用及其机理空气负离子资源的开发利 [5,12-1] 用等而在植物产生负离子方面少有人研究, 只有 Jun Wang [14] Tikhonov [15] 分别对植物进行光照度和高压电刺激, 使植物产生的大量负离子的报道, 而植物在常态下产生负离子的研究却未见报道室内环境作为人们最重要的活动环境, 其空气质量的优劣直接影响着人们的健康空气负离子对于生命必不可少, 对人体健康十分有益本研究旨在通过对植物释放负离子的研究, 筛选出具备释放负离子浓度较高的室内植物, 探索保持和提高室内环境空气负离子浓度的有效途径, 从而改善空气质量 1 材料与方法 1.1 试验时间地点研究试验于 200 年 12 月至 2010 年 11 月在室内环境中进行 1.2 试验材料选取天南星科百合科等 25 个科中的白鹤芋 (Spathiphyllum kochii) 绿巨人 (Spathiphyllum floribundum) 等 6 种植物, 检测其在自然状态下释放负离子的情况所测试植物均选购于福建漳州百花村花卉交易市场待测植物名录如表 1 表 1 试验植物名录科名种名 ( 品种名 ) 拉丁学名百合科 (Liliaceae) 唇形科 (Lamiaceae) 凤尾蕨科 (Pteridaceae) 胡椒科 (Piperaceae) 景天科 (Crassulaceae) 爵床科 (Acanthaceae) 兰科 (Orchidaceae) 马齿苋科 (Portulacaceae) 牻牛儿苗科 (Geraniaceae) 不夜城芦荟蓬莱松文竹朱焦螺纹铁富贵竹虎尾兰一串红凤尾蕨豆瓣绿玉树网纹草黄虾花墨兰金枝玉叶碰碰香 Aloe nobilis Asparagus myrioeladus Asparagus setaceus Nanus Cordyline fruticosa Dracaena deremensis Compacta Dracaena sanderiana Sansevieria trifasciata Salvia splendens Pteris multifida Peperomia tetraphylla Crassula portulacea Fittonia verschaffeltii Minima Pachystachys lutea Cymbidium sinensis Portulaca afra Pelargonium odoratissimum

3 吴仁烨等 : 具备释放负离子功能室内植物的种质资源研究续表 1 科名种名 ( 品种名 ) 拉丁学名木棉科 (Bombacaceae) 木樨科 (Oleaceae) 南洋杉科 (Araucariaceae) 漆树科 (Anacardiaceae) 茜草科 (Rubiaceae) 蔷薇科 (Rosaceae) 秋海棠科 (Begoniaceae) 伞形科 (Umbelliferae) 桑科 (Moraceae) 石蒜科 (Amaryllidaceae) 天南星科 (Araceae) 五加科 (Araliaceae) 仙人掌科 (Cactaceae) 芸香科 (Rutaceae) 竹芋科 (Marantaceae) 紫葳科 (Bignoniaceae) 发财树桂花南洋杉清香木龙船花月季四季秋海棠南美天胡荽琴叶榕君子兰仙洞万年青春羽绿萝绿巨人白鹤芋花叶鹅掌柴金琥球珍珠金桔孔雀竹芋凌霄 Pachira macrocarpa Osmanthus fragrans Araucaria cunninghamii Pistacia weinmannifolia Ixora chinensis Rosa chinensis Begonia semperflorens Hydrocotle vulgaris Ficus lyrata Clivia miniata Monostera oblique var. expilata Philodendron selloum Scindapsus aureum Spathiphyllum cultorum Sensation Spathiphyllum kochii Schefflera odorata Variegata Echinocactus grusonii Fortunella margarita Calathea makoyana Campsis grandiflora 注 : 以上被子植物科依据恩格勒系统, 材料种名及品种名由福建农林大学园林学院邓传远老师鉴定 1. 试验方法 1..1 试验设计采用厚度为 4 mm 的有机玻璃制成的规格为 80 cm 80 cm 80 cm 的密封玻璃室, 在玻璃室的其中一个侧面截取 104 mm 104 mm 的小窗口, 该窗口与 DLY-4G-22 型空气离子测量仪的测量进风口相吻合, 未测量时用玻璃挡板封闭窗口 ( 如图 1) a c b 空气离子测 d 量仪 a. 密闭玻璃室 ;b. 空气离子测量仪 ;c. 离子测量口 ;d. 盆栽植物图 1 在密闭玻璃室内测量植物释放负离子浓度示意图具备产生负离子功能的室内植物种质资源筛选试验均在同一环境下, 试验设置个重复,1 个对照, 对照的玻璃室不放置植物为了保证每次测量时进入空气离子测量仪的空气离子具有可比性, 盆栽植物的中心均与玻璃室的中心重叠, 保持空气离子测量仪进气口的中心与植物冠状中心处同一水平空气离子测量仪每秒读取一个数据, 每次待测量仪的数据稳定后, 连续读取的有效时间为 150 s, 即 150 个有效数据并同时记录电脑, 取 150 个数据平均值作为该时段该株植物释放的负离子浓度, 组重复的平均值作为该种植物该时段释放的负离子浓度值 1..2 主要仪器采用由中国生物物理学会空气离子专业组监制, 福建省漳州市东南电子技术研究所研制的 DLY-4G-22 型大气离子测量仪测量空气离子浓度该空气离子测量仪可进行正负离子的测量, 其测量范围为 (1~1.) 10 ion/cm, 可连接电脑读取数据额定工作环境, 温度 0.0~40.0, 湿度 0%( 湿度 >0% 时可作短时间测量 ) 具有测量准确灵敏度高抗潮能力强使用方便的特点

4 4 中国农学通报统计分析对原始数据进行标准化处理, 以消除量纲的影响, 用 DPS 软件对数据进行比较分析 2 结果与分析 2.1 对照组负离子浓度的日变化试验期间每个月随机选取晴朗天气 5 天, 历时 1 年共选取 60 天, 测量对照组各时段的负离子浓度, 以图示的形式更直观揭示其日变化的规律 ( 如图 2) 从图 2 中可以看出, 白天时段 (7:00 1:00) 的负离子浓度普遍高于夜晚时段, 且其浓度的变化较为稳定, 其中以 7:00 :00 时段的负离子浓度偏低夜晚时段以 0:00 1:00 的负离子浓度值最低为 10 ion/cm 对照组 24 h 负离子浓度的分析结果如表 2 所示从表 2 可知, 分析的结果与图 2 所示日变化规律相吻合, 对照在白天时段的负离子浓度值比夜晚时段的高出 %, 是全天 24 h 均值的 1.04 倍浓度最大值 20 ion/cm 也均出现在白天时段进一步说明了白天空气负离子浓度水平大于夜晚 2.2 室内植物释放负离子浓度的日变化选取天南星科百合科等 25 个科中的 6 种植物在密封玻璃室中测量其全天产生负离子浓度的变化对 6 种植物产生负离子浓度进行分析的结果如表试验中, 每种植物产生的负离子浓度值每个小时测量 1 次 (150 个有效数据 ), 取个重复的平均值作为该种植物某时段释放的负离子浓度值从植物释放负离子浓度的最大值来分析, 以琴叶榕 (Ficus lyrata) 清香木 (Pistacia weinmannifolia) 蓬莱松 (Asparagus myrioeladus) 的值最大, 都在 65 ion/cm, 其中以景天科的玉树 (Crassula portulacea) 最低, 为 26 ion/cm 以全天的均值来看, 蓬莱松 (Asparagus myrioeladus) 和四季秋海棠 (Begonia semperflorens) 并列第 1, 负离子浓度为 4 ion/cm, 是对照的 2.4 倍以 2 个具代表性的天南星科和百合科的 10 种植物来分析, 用图示的方法更直观显示植物全天产生负离子浓度的变化趋势 ( 如图 4) 负离子浓度时间图 2 对照负离子浓度 24 h 变化曲线表 2 对照在 24 h 中负离子浓度的比较分析最小值最大值均值 (24 h) 白天均值 (7:00 am 7:00 pm) 夜晚均值 (7:00 pm 7:00 am) 最大值 / 最小值白天均值 / 均值 ( 最大值 - 最小值 )/ 最小值 ( 白天均值 - 夜晚均值 )/ 夜晚均值白天均值 / 夜晚均值数值 /(ion/cm ) 备注在 0:00 1:00 时出现该值出现在白天时段中 24 h 的平均值室内弱光照度下光照度为 0 lx 或者极微弱的光照度最大值与最小值的比值白天均值与全天均值的比值 - - -

5 吴仁烨等 : 具备释放负离子功能室内植物的种质资源研究 5 表 6 种植物在 24 h 中产生负离子浓度的比较分析科名植物名称最小值最大值均值白天均值夜晚均值 / /(ion/cm ) /(ion/cm ) /(ion/cm ) /(ion/cm ) (ion/cm ) 最大值 / 最小值白天均值 / 均值 ( 最大值 - 最值 ) ( 白天均值 - 夜晚均值 ) / 最小值 / 夜晚均值白天均值 / 夜晚均值白鹤芋绿萝天南星科仙洞万年青绿巨人春羽不夜城芦荟螺纹铁蓬莱松百合科文竹朱焦富贵竹虎尾兰牻牛儿苗科碰碰香唇形科一串红爵床科网纹草黄虾花五加科花叶鹅掌柴仙人掌科金琥球景天科玉树芸香科珍珠金桔竹芋科孔雀竹芋紫葳科凌霄茜草科龙船花桑科琴叶榕凤尾蕨科凤尾蕨胡椒科豆瓣绿兰科墨兰马齿苋科金枝玉叶木棉科发财树木樨科桂花南洋杉科南洋杉漆树科清香木蔷薇科月季秋海棠科四季秋海棠伞形科南美天胡荽石蒜科君子兰图反映了天南星科的 5 种植物在全天释放负离子的变化趋势在对照和 5 种植物中, 仙洞万年青 (Monostera oblique var. expilata) 在全天释放负离子浓度的最大值最小值与均值都大于其他植物和对照从图中还可得知, 白天时段释放的负离子浓度比晚上时段要高 6% 对照相对于 5 种植物, 其全天释放负离子浓度的变化较为平稳,5 种植物都表现出不同程度的变化, 其中以春羽变化幅度最大

6 6 中国农学通报负离子浓度白掌绿萝吊篮仙洞万年青绿巨人春羽南美天胡荽对照时间图天南星科植物产生负离子浓度日变化曲线负离子浓度不夜城芦荟螺纹铁蓬莱松文竹朱焦对照时间图 4 百合科植物产生负离子浓度日变化曲线图 4 反映了百合科的 5 种植物在全天产生负离子的变化趋势在对照和 5 种植物中, 蓬莱松 (Asparagus myrioeladus) 在全天释放负离子浓度的最大值最小值与均值都大于其他植物和对照, 且其负离子浓度的最大值仅次于琴叶榕 (Ficus lyrata)(76 ion/cm ) 位居第 2 从图 4 中还可得知, 白天时段释放的负离子浓度比晚上时段要高 % 也再次说明了大部分植物在白天时段释放的负离子浓度值要高于夜间时间的浓度值对照相对于 5 种植物, 其全天释放负离子浓度的变化较为平稳,5 种植物都表现出不同程度的变化, 其中以不夜城芦荟 (Aloe nobilis) 变化幅度最大, 在中午 1:00 出现了一个峰值结论在密封的玻璃室内对植物释放负离子的浓度进行测量,25 个科中的 6 种植物中, 桑科的琴叶榕 (Ficus lyrata) 释放的负离子浓度最大达 76 ion/cm, 景天科的玉树 (Crassula portulacea) 最低, 为 26 ion/cm 以全天的均值来看, 蓬莱松 (Asparagus myrioeladus) 和四季秋海棠 (Begonia semperflorens) 并列第 1, 负离子浓度为 4 ion/cm, 是对照组的 2.4 倍大部分植物在自然状态下释放的负离子浓度都表现出白天时段高于夜晚时段, 再次说明了光照在一定程度上对植物释放负离子具有重要影响植物在不同时段产生的负离子浓度值除个别植物变化幅度较大外, 大部分植物在全天的浓度值都较为平稳负离子产生本身是个复杂的生理过程负离子浓度的变化并非由某个单一因素作用所致, 而是受到光照温度湿度空气颗粒等诸多因子的共同作用而产生这些影响因子中, 以光照的影响最为显著, 植物释放负离子浓度以白天时段均高于夜晚时段 4 讨论 [-4] 许多研究表明, 空气负离子像食物中的维生素一样, 缺少它就会影响机体的正常生理活动, 甚至引起疾病目前机械类空气负离子发生器已渐盛行, 而人们更喜好植物所释放的负离子, 即植物源负离子在 [16] 自然状态下植物能够释放负离子, 已有研究报道, 但

7 吴仁烨等 : 具备释放负离子功能室内植物的种质资源研究 7 释放负离子的能力却很弱正常通风的室内环境中, 空气本身所产生的负离子浓度值就高于一般室内植物在自然状态下的释放量, 因此, 在敞开的室内环境中, 植物所释放负离子的浓度就难于测量本研究在密封的玻璃室内进行试验, 摒除外界的干扰因素, 可较为准确的测量植物在常态下释放负离子的浓度解决了前人知道植物能释放负离子而无法知道具体释放量的问题通过对植物释放负离子浓度的研究, 表明大部分植物释放的负离子浓度在白天时段均高于夜晚时段, 这与 Jun Wang [14] 的研究结果相一致植物在常态下释放负离子的浓度很低, 在所测 25 个科的 6 种植物中, 释放负离子浓度最高的琴叶榕 (Ficus lyrata) 仅为 76 ion/cm, 远难于满足每天有 60%~0% 的时间生活在室内的大部分人群的身体健康 [17] 而通过改变外界 [14] [15,18] 条件如光照逆境胁迫如电刺激可使植物产生大量的负离子, 对于改善室内小气候环境具有重要的现实意义, 这一问题的深入研究有可能产生一类植物负离子发生器, 在室内营造森林的大气, 有效地提高室内空气质量本研究通过检测植物在常态下释放负离子的浓度, 筛选出具备释放负离子浓度较高的室内植物, 为今后进一步发掘室内植物释放负离子的潜力研究奠定基础, 对今后开发出高效率低能耗和绿色环保的植物源负离子发生器具有重要的现实意义参考文献 [1] 李继育. 植物对空气负离子浓度影响的研究 [D]. 杨凌 : 西北农林科技大学,2008. [2] 段炳奇. 空气离子及其与气象因子的相关研究 [D]. 上海 : 上海师范大学,2007. [] Kondrashova M N, Grigorenko E V, Tikhonov A N, et al. The primary physico-chemical mechanism for the beneficial biological/ medical effects of negative air ion[j]. IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, 2000,28(1): [4] 李安伯. 空气离子生物学效应研究的进展 [J]. 西安交通大学学报 : 医学版,18(1): [5] 李安伯. 空气离子实验与临床研究新进展 [J]. 中华理疗杂志,2001, 24(2): [6] 兰思仁. 国家森林公园理论与实践 [M]. 北京 : 中国林业出版社, 2004: [7] 章志攀, 俞益武, 孟明浩, 等. 旅游环境中空气负离子的研究进展 [J]. 浙江林学院学报,2006,2(1): [8] 王继梅. 空气负离子及负离子材料的评价与应用研究 [D]. 北京 : 中国建筑材料科学研究院,2004. [] 蒙晋佳, 张燕. 广西部分景点地面上空气负离子浓度的分布规律 [J]. 环境科学研究,2004,17(): [10] 李安伯. 空气离子研究近况 [J]. 中华理疗杂志,188,11(2): [11] 邵海荣, 贺庆棠, 阎海平, 等. 北京地区空气负离子浓度时空变化特征的研究 [J]. 北京林业大学学报,2005,27():5-. [12] 邵海荣, 贺庆棠. 森林与空气负离子 [J]. 世界林业研究,2000,1(5): 1-2. [1] 钟林生, 吴楚材. 森林旅游资源评价中的空气负离子研究 [J]. 生态学杂志,18,17(6): [14] Wang J, Li S. Changes in negative air ion concentration under different light intensities and development of a model to relate light intensity to directional change[j]. Journal of Environmental Management,200,0(8): [15] Tikhonov V P, Tsvetkov V D, Litvinova E G, et al. Generation of negative air ion by wheat seedlings in a high voltage electrization of soil[j]. Biofizika, 2002,47(1): [16] Nemeryuk G E. Salt migration into the atmosphere during transpiration[j].fiziol RAST (Moscow),170,17(4): [17] 韦玉良, 王鲜先. 中国人居空间环境污染状况及防治策略室内汽车冰箱的污染情况及防治方法 [J]. 内蒙古环境保护,2006, 18(1):2-27. [18] 杨运经, 习岗, 张社奇. 脉冲电场介导的植物空气负离子发射的倍增效应及其意义 [J]. 大学物理,200,28(12):-42.

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