常態(tài)下景天科室內(nèi)觀賞植物釋放負(fù)離子的研究

許賢書　鄭俊鳴　方笑　吳仁燁　鄭金貴　鄧傳遠(yuǎn)

摘 要 在密封玻璃箱內(nèi)測(cè)定6種景天科植物負(fù)離子濃度晝夜（24 h）的變動(dòng)趨勢(shì)，以觀測(cè)其負(fù)離子釋放濃度晝與夜變化規(guī)律的相關(guān)性，為27種景天科植物負(fù)離子釋放量的合理測(cè)試時(shí)間提供依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，選用27種試驗(yàn)植物測(cè)試其白天12 h負(fù)離子釋放濃度，探討景天科不同植物負(fù)離子釋放濃度的種間差異，為篩選負(fù)離子釋放量高的室內(nèi)觀賞植物種質(zhì)資源提供理論依據(jù)。6種景天科植物負(fù)離子釋放濃度的晝夜變化規(guī)律的分析結(jié)果表明，以測(cè)定白天12 h均值代替晝夜24 h平均值來粗略評(píng)估同一類群不同植物種類負(fù)離子釋放能力不同具合理性。景天科27種植物常態(tài)下白天12 h負(fù)離子釋放濃度均值的ANOVA和LSD多重比較分析表明景天科不同植物常態(tài)下負(fù)離子釋放能力有差異。

關(guān)鍵詞 負(fù)離子；室內(nèi)植物；景天科植物；常態(tài)

中圖分類號(hào) S68 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

空氣負(fù)離子NAI（negative air ion）具有凈化室內(nèi)空氣，滯塵殺菌的功能[1-3]，其濃度值被世界衛(wèi)生組織作為評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)，界定負(fù)離子濃度值達(dá)到1 000 ion/cm3以上為清新空氣[4-5]，具有促進(jìn)人體的新陳代謝，提高免疫力，預(yù)防心血管疾病等保健功效[6-9]。目前，國內(nèi)負(fù)離子研究更多集中在戶外城市綠地（如城市公園，森林公園等）植物群落的負(fù)離子濃度值變化規(guī)律[10-13]及影響因素[14-16]等。室內(nèi)環(huán)境的負(fù)離子濃度研究一部分集中在監(jiān)測(cè)負(fù)離子方面[17-18]，在Nemeryuk[19]首次提出植物能釋放負(fù)離子后，眾多學(xué)者展開了具備釋放負(fù)離子功能的室內(nèi)植物研究，以改善室內(nèi)空氣質(zhì)量差，負(fù)離子濃度值低的現(xiàn)象[20-29]。本研究選擇27種（含變種與品種）景天科室內(nèi)觀賞植物為研究對(duì)象，通過測(cè)定和比較其負(fù)離子釋放量，旨在篩選具有高效負(fù)離子釋放能力的植物，提高室內(nèi)負(fù)離子濃度值，提升室內(nèi)空氣質(zhì)量。同時(shí)，為“植物源負(fù)離子發(fā)生器”的植物應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 植物材料 試驗(yàn)植物為27種（含變種及品種）室內(nèi)觀賞的景天科植物（見表2），均選購于福建漳州百花村花卉市場(chǎng)。嚴(yán)格挑選形態(tài)和生理狀態(tài)較為一致的3年生植株，盡量消除同種株間年齡、形態(tài)和生理狀態(tài)對(duì)植物負(fù)離子釋放量產(chǎn)生的影響[20-21]。

1.1.2 試驗(yàn)儀器 試驗(yàn)采用DLY-4G-232型大氣離子測(cè)量?jī)x，其量程為（1～1.999×109 ion/cm3），所選室內(nèi)環(huán)境滿足儀器正常工作環(huán)境要求，通過數(shù)據(jù)線可連接電腦與大氣離子測(cè)量?jī)x進(jìn)行實(shí)時(shí)讀取數(shù)據(jù)。

1.2 方法

試驗(yàn)選擇在2014年8月的晴朗、干爽、無風(fēng)的天氣，在室內(nèi)800 mm×800 mm×800 mm的密封玻璃箱（裝置見鄧傳遠(yuǎn)等[26]的圖4）內(nèi)進(jìn)行，消除外界環(huán)境因子對(duì)植物負(fù)離子釋放量的影響[21-23]，并保證試驗(yàn)植物的實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組處于相同的室內(nèi)環(huán)境，平均溫度（30±3）℃，相對(duì)濕度（70±10）%，光照強(qiáng)度（1 300±200）lx。

對(duì)一些室內(nèi)植物負(fù)離子24 h釋放規(guī)律的研究表明，研究植物白天與夜晚釋放負(fù)離子具有相似的規(guī)律[21-23，27]，本研究首先通過在密封玻璃箱裝置內(nèi)測(cè)定6種景天科植物負(fù)離子濃度晝夜（24 h）的變動(dòng)趨勢(shì)（測(cè)試植物中文名稱和拉丁學(xué)名見表1），以觀測(cè)其負(fù)離子釋放濃度晝與夜變化規(guī)律的相關(guān)性，為27種植物負(fù)離子釋放量的合理測(cè)試時(shí)間提供依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，選用27種試驗(yàn)植物（測(cè)試植物中文名稱和拉丁學(xué)名見表2），測(cè)試其一定時(shí)間內(nèi)（白天7 ： 00～19 ： 00）負(fù)離子濃度釋放的均值，探討景天科不同植物負(fù)離子釋放濃度的種間差異，為篩選負(fù)離子釋放量高的室內(nèi)觀賞植物種質(zhì)資源提供理論依據(jù)。

6種植物負(fù)離子釋放濃度的日變化規(guī)律和27種植物負(fù)離子釋放濃度的對(duì)比測(cè)定試驗(yàn)過程中，置于玻璃箱內(nèi)的植物高度位置不變。由于植物與土壤都具有釋放負(fù)離子的能力[20，28]，試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)重復(fù)，并以拔除植物的盆土為對(duì)照組。在相同的室內(nèi)環(huán)境，每種植物試驗(yàn)組與對(duì)照組放置于相鄰的不同玻璃箱裝置內(nèi)，同時(shí)進(jìn)行測(cè)試每種試驗(yàn)植物的負(fù)離子釋放濃度。

負(fù)離子測(cè)量?jī)x每30 s讀取1個(gè)數(shù)據(jù)，每株植物在測(cè)試時(shí)間內(nèi)的所有讀取數(shù)據(jù)的均值為該株植物負(fù)離子釋放濃度的平均值，3株重復(fù)試驗(yàn)植物的負(fù)離子釋放濃度的均值作為該種植物負(fù)離子釋放濃度。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用Excel 2007軟件對(duì)試驗(yàn)植物負(fù)離子釋放量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，運(yùn)用SPSS 19.0軟件對(duì)試驗(yàn)植物負(fù)離子釋放量進(jìn)行方差分析與LSD多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 自然狀態(tài)下6種植物負(fù)離子釋放濃度的晝夜（24 h）變化

6種植物白天（7 ： 00～19 ： 00）、晚上（19 ： 00～7 ： 00）和全天24 h試驗(yàn)組與對(duì)照組負(fù)離子釋放濃度見表1，ANOVA分析表明6種植物間白天、晚上和全天負(fù)離子釋放濃度有極顯著差異，多重比較結(jié)果見表1。配對(duì)t-檢驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)組白天（t=5.896，p<0.01）、晚上（t=7.493，p<0.01）和全天24 h（t=8.554，p<0.01）負(fù)離子釋放濃度均值均高于對(duì)照組（表1），且試驗(yàn)組白天（r=0.954，p<0.01）、晚上（r=0.921，p<0.01）和全天24 h（r=0.954，p<0.01）負(fù)離子釋放濃度均值與對(duì)應(yīng)的對(duì)照組呈顯著正相關(guān)。

6種植物及其對(duì)照組每小時(shí)負(fù)離子釋放量均值在24 h內(nèi)的變化規(guī)律見圖1。落地生根晝夜（24 h）變化呈中間高早晚低的現(xiàn)象，最高峰出現(xiàn)在10 ： 00和11 ： 00，中間出現(xiàn)一些波動(dòng)，與對(duì)照組變化趨勢(shì)相同；觀音蓮負(fù)離子濃度總體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，中間波動(dòng)幅度較大，其最高峰出現(xiàn)在10 ： 00左右，而其對(duì)照組負(fù)離子濃度變化不明顯；大和錦負(fù)離子濃度總體呈先升高后降低趨勢(shì)，最高峰出現(xiàn)在11 ： 00左右，對(duì)照組與其變化規(guī)律較一致，且一直低于實(shí)驗(yàn)組負(fù)離子濃度；樹景天負(fù)離子濃度總體呈先升高后降低趨勢(shì)，中間出現(xiàn)一些波動(dòng)，波動(dòng)幅度不大，最高峰出現(xiàn)在7 ： 00和10 ： 00左右，對(duì)照組與其變化規(guī)律較一致，且一直低于實(shí)驗(yàn)組負(fù)離子濃度；長(zhǎng)壽花負(fù)離子濃度總體呈先升高后降低趨勢(shì)，峰值出現(xiàn)在9 ： 00和10 ： 00左右，中間出現(xiàn)一些波動(dòng)，對(duì)照組與其變化規(guī)律較一致；垂盆草負(fù)離子濃度整體呈先升高后降低再升高趨勢(shì)，峰值出現(xiàn)在10 ： 00，與其對(duì)照組負(fù)離子濃度變化相似。6種植物負(fù)離子釋放濃度在白天時(shí)段（8 ： 00～20 ： 00）均值與夜間時(shí)段（20 ： 00～8 ： 00）均值配對(duì)t檢驗(yàn)結(jié)果為t=16.161，顯著性p=0.000<0.01，相關(guān)系數(shù)r=0.983，相伴概率p=0.000<0.01。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，6種植物負(fù)離子釋放濃度在白天時(shí)段均值（7：00～19：00）較夜間時(shí)段（19 ： 00～7 ： 00）均值高，且白天時(shí)段與夜間時(shí)段負(fù)離子釋放量具有相似的變動(dòng)趨勢(shì)。

2.2 自然狀態(tài)下景天科植物負(fù)離子釋放濃度的種間變動(dòng)

在密封玻璃裝置內(nèi)對(duì)27種（含變種及品種）景天科觀賞植物進(jìn)行負(fù)離子釋放濃度（7 ： 00～19 ： 00）測(cè)試，并對(duì)每種植物測(cè)定均值進(jìn)行LSD多重比較，結(jié)果見表2。

測(cè)定的27種試驗(yàn)植物中，玉蝶負(fù)離子釋放量最高，達(dá)到389 ion/cm3，其次是大葉落地生根為365 ion/cm3，黃麗負(fù)離子釋放量最低僅為120 ion/cm3。不同植物間負(fù)離子釋放量最高與最低之間相差269 ion/cm3，比值為3.24倍，反映不同種間負(fù)離子釋放量差距較大。相對(duì)于空白對(duì)照組負(fù)離子釋放量，玉蝶負(fù)離子釋放量提高幅度最大達(dá)132.93%，其次為玉杯，提高了98.66%，提高幅度最低的是梅兔耳，僅提高4.26%。

通過不同植物的試驗(yàn)組與空白對(duì)照組負(fù)離子釋放量均值進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，結(jié)果表明，試驗(yàn)組與對(duì)照組負(fù)離子釋放量均值相關(guān)系數(shù)r=0.750，相伴概率p=0.000<0.01。27種試驗(yàn)植物中，試驗(yàn)組與對(duì)照組負(fù)離子釋放量均值的配對(duì)t檢驗(yàn)結(jié)果為t=7.688，顯著性p=0.000<0.01，表明兩者之間差異達(dá)到極顯著水平。由此可知，常態(tài)下植物負(fù)離子釋放量極顯著大于空氣中負(fù)離子濃度值，且二者負(fù)離子濃度值具有相關(guān)性。

對(duì)不同植物與重復(fù)試驗(yàn)進(jìn)行雙因素方差分析，以探究不同植物種類與重復(fù)試驗(yàn)對(duì)植物負(fù)離子釋放量所產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明，常態(tài)下植物種類對(duì)植物負(fù)離子釋放量具有極顯著影響（p<0.01），重復(fù)試驗(yàn)處理對(duì)試驗(yàn)植物負(fù)離子釋放量影響不顯著（p>0.05），即表明株間差異不明顯，試驗(yàn)結(jié)果較為均勻穩(wěn)定。而不同植物種類與重復(fù)試驗(yàn)處理兩因素對(duì)植物負(fù)離子釋放量存在極顯著交互影響（p<0.01），可能是植物種類對(duì)植物負(fù)離子釋放量起主要影響作用。LSD多重比較分析結(jié)果表明，常態(tài)下351對(duì)不同植物組合，其負(fù)離子釋放量的差異性比較中，除梅兔耳與匙葉伽藍(lán)菜，八寶景天和伽藍(lán)菜，伽藍(lán)菜與千佛手，八寶景天與千佛手，佛甲草與玉杯，落地生根與松葉景天這6對(duì)植物組合負(fù)離子釋放量差異不顯著（p>0.05），其余345對(duì)植物組合負(fù)離子釋放量存在顯著差異（p<0.05）或極顯著差異（p<0.01）。

3 討論

3.1 合理的測(cè)試時(shí)間確定

通過測(cè)定6種景天科植物負(fù)離子釋放濃度的晝夜變化規(guī)律可知，測(cè)試植物24 h釋放負(fù)離子的規(guī)律趨勢(shì)較為一致，總體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，中間出現(xiàn)波動(dòng)，負(fù)離子釋放量最高值出現(xiàn)在白天時(shí)段（8 ： 00～20 ： 00），白天時(shí)段均值（8 ： 00～20 ： 00）較夜間時(shí)段（20 ： 00～8 ： 00）均值高（t=16.161，p=0.000<0.01），該結(jié)論與前人的研究結(jié)果一致[21-23，27]。植物釋放負(fù)離子受多種因素影響[20-21]，為了摒除外界因素干擾，本試驗(yàn)在密封的玻璃室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，可較為準(zhǔn)確地測(cè)量植物在常態(tài)下釋放負(fù)離子的濃度。同時(shí)，為了比較不同植物釋放負(fù)離子的差異，合理的測(cè)試時(shí)間也非常重要，已有研究對(duì)測(cè)試時(shí)間的選擇主要有晝夜測(cè)試（24 h），以每種植物24 h釋放負(fù)離子的濃度均值來表示每種植物釋放負(fù)離子的能力[21-23，27]，而對(duì)某一親緣關(guān)系比較近的某一類群（如同一科屬的不同種類）一般僅白天測(cè)試（12 h），以每種植物12 h釋放負(fù)離子的濃度均值來代表每種植物釋放負(fù)離子能力[24-25]，對(duì)6種試驗(yàn)植物負(fù)離子釋放濃度的晝夜變化規(guī)律可知，12 h測(cè)試有其合理性和可行性。 （1）負(fù)離子釋放量最高值出現(xiàn)在白天時(shí)段（8 ： 00～20 ： 00），圍繞最高值做一定程度的波動(dòng)；（2）親緣關(guān)系較近的相同分類群植物負(fù)離子濃度白天時(shí)段與夜間時(shí)段具有相似的變動(dòng)趨勢(shì)（6種植物負(fù)離子釋放濃度在白天時(shí)段均值與夜間時(shí)段均值配對(duì)t檢驗(yàn)相關(guān)系數(shù)r=0.983，相伴概率p=0.000<0.01）；（3）本研究表明，6種植物白天測(cè)定12 h與測(cè)定24 h一晝夜相比，雖然LSD多重比較沒有完全相同，但主要結(jié)論卻比較一致，如釋放負(fù)離子濃度與對(duì)照組濃度大小相關(guān)，試驗(yàn)組顯著大于對(duì)照組。這些結(jié)論與仙人掌科32種植物測(cè)定白天12 h得到的主要結(jié)論也一致[25]。因此，以測(cè)定白天12 h的平均值代替晝夜24 h平均值來粗略評(píng)估同一類群不同植物種類負(fù)離子釋放能力的不同，除了可以節(jié)省時(shí)間，還可以避免儀器頻繁調(diào)零，或某些種類夜晚數(shù)值過低導(dǎo)致儀器讀數(shù)不準(zhǔn)等對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的不利影響。

3.2 景天科植物負(fù)離子釋放能力及生態(tài)效益

以前對(duì)一些不同分類群（科及以上分類群）植物在常態(tài)下負(fù)離子釋放濃度的研究表明，不同植物負(fù)離子釋放濃度差異很大[20-23]，最近對(duì)同隸屬于仙人掌科的不同植物在常態(tài)下負(fù)離子釋放濃度的測(cè)定也表明，屬于同科的不同植物大部分負(fù)離子釋放濃度有顯著差異[24-25]。本研究的27種試驗(yàn)植物中，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組負(fù)離子釋放量均值具有極顯著差異（p=0.000<0.01），說明試驗(yàn)植物能向空氣中釋放負(fù)離子，使得空氣中負(fù)離子濃度值得到一定提高。由不同植物與重復(fù)試驗(yàn)的雙因素方差分析結(jié)果表明，常態(tài)下植物種類對(duì)植物負(fù)離子釋放量具有極顯著影響（p<0.01），且起到主要影響作用。LSD多重比較結(jié)果表明，345對(duì)不同植物組合負(fù)離子釋放量具有顯著性差異（p<0.05）或極顯著差異（p<0.01），僅6對(duì)植物負(fù)離子釋放量沒有顯著性差異（p>0.05），基于該研究結(jié)果，本研究?jī)A向支持同科不同種植物在常態(tài)下負(fù)離子釋放能力具有差異。這種差異可能與植物的生理活動(dòng)有關(guān)，如植物的光合作用[21]，或植物氧化活動(dòng)產(chǎn)生的物質(zhì)或電子鏈傳遞[20]，同時(shí)，植物釋放負(fù)離子的多少還與釋放通道有關(guān)，如仙人掌科植物的研究表明，負(fù)離子釋放與刺數(shù)量多少或氣孔參數(shù)有關(guān)[24-25，30]，景天科植物沒有刺，因此，負(fù)離子釋放多少可能與葉尖或氣孔有關(guān)。關(guān)于植物負(fù)離子釋放量的結(jié)構(gòu)與生理機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

對(duì)仙人掌科32種植物在常態(tài)下負(fù)離子釋放濃度的研究表明，仙人掌科植物釋放負(fù)離子的能力受空氣中負(fù)離子含量的背景值影響且有6種植物負(fù)離子釋放濃度低于對(duì)照組[25]，本研究27種景天科植物沒有發(fā)現(xiàn)有試驗(yàn)組負(fù)離子釋放濃度低于對(duì)照組的種類，但常態(tài)下6種植物負(fù)離子釋放濃度的晝夜變動(dòng)表明，6種植物中有4種的某些時(shí)段均值小于對(duì)照組（圖1），景天科27種植物試驗(yàn)組與對(duì)照組配對(duì)t檢驗(yàn)表明二者負(fù)離子濃度具有相關(guān)性（r=0.750，p=0.000<0.01）。因此，本研究?jī)A向于支持仙人掌科植物的研究結(jié)果[25]，植物能釋放負(fù)離子，但空氣中負(fù)離子作為微環(huán)境的成分之一，能影響植物的生理過程[31]，也影響植物負(fù)離子的釋放。二者交互影響，使得空氣負(fù)離子濃度一直處于動(dòng)態(tài)的過程。

當(dāng)室內(nèi)負(fù)離子濃度達(dá)1 000 ion/cm3標(biāo)準(zhǔn)，能滿足人體健康水平，促進(jìn)新陳代謝等功效[4-5]，而實(shí)驗(yàn)組中植物負(fù)離子釋放量最大的是玉蝶389 ion/cm3，遠(yuǎn)低于該標(biāo)準(zhǔn)。有研究表明，對(duì)試驗(yàn)植物進(jìn)行相應(yīng)的電刺激，植物負(fù)離子濃度能大幅度增加2～4個(gè)量級(jí)[20，26-27，30]。而本研究在常態(tài)下試驗(yàn)植物負(fù)離子釋放量較空白組最大僅達(dá)132.93%，提升幅度不大。因此，常態(tài)下單株植物負(fù)離子釋放能力較低，難以滿足對(duì)人體健康需求的標(biāo)準(zhǔn)，生態(tài)效益極為有限。如何使得室內(nèi)植物源負(fù)離子釋放量能有效提高值得進(jìn)一步研究。

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