六种室内观叶植物释放空气负离子能力的初步研究

　　【摘要】本研究利用ITC-201A型智能便携式空气负离子测试仪，在室内的20cm×20cm×60cm的密闭箱子内，分别测量了芦荟、泡叶冷水花、吊兰、燕子掌、彩叶草、吊竹梅的负离子值，通过分析对比叶面积、单极系数、空气离子评议系数（CI）等，得出植物综合排名。
　　【关键词】空气负离子 室内观叶植物 单极系数 空气离子评议系数
　　
　　一、前言
　　1. 问题的提出
　　我发现进入到植物多的房间会觉得空气清新，使人心旷神怡，感到很舒服。后来得知是因为屋内空气负离子浓度高的缘故。在日常生活中，空气负离子浓度与我们有怎样的联系呢？通过查阅资料，我对空气负离子的概念、产生机理、作用、监测与评价方法等有了一定的了解，并更详细地查阅了关于空气负离子方面的国内外的研究情况，这些激起了我很大的兴趣。因为在家中摆放植物是很常见的美化环境的方法，同时通过查找资料，发现观叶植物不仅叶形、叶色美丽，而且具有很高的释放负离子的能力，因此进一步想到了在家中摆放观叶植物以提高空气中负离子浓度。
　　2. 负离子的基本概念
　　在外界某种条件的作用下，呈电中性的空气气体分子外层电子脱离原子核的束缚从轨道中逸出，使部分气体带正电荷，这些正电荷和逸出的电子与某些中性分子或原子结合成为阳离子或阴离子，空气正离子和空气负离子。
　　3. 负离子的作用
　　负离子与人们的生活密切相关。负氧离子能激活空气中的氧离子，使其更加活跃且更容易被人体吸收，有助于改善心肌功能，增强心肌营养和细胞代谢。
　　负离子水是自来水经过预处理后，再经负离子发生材料处理而得来的，它具有偏碱性、不含细菌、含有呈离子态的矿物质等特征。
　　负离子发生材料涂在建筑物外墙可减轻酸雨对建筑物的损害，涂在内墙可使室内浮游灰尘、绒毛等物质被吸附，防止诱发鼻炎、气管炎等过敏性疾病。
　　负离子还可防止土壤酸化，供给植物充分营养，促进作物发芽、生长，提高粮食产量。可用于蔬菜、鱼、肉食等食品保鲜，并可用于烤箱中使烘烤食品味道更佳。
　　4. 自然条件下的负离子产生机理
　　（1）地壳和大气中的放射性物质的电离作用
　　（2）宇宙射线和太阳紫外线的电离作用
　　（3）水的Lenard效应
　　（4）植物的“尖端放电”和“光电效应”
　　5. 正离子与负离子
　　在自然条件下，正离子与负离子的比例是1.2∶1.0，但现代社会发展已破坏了自然界中离子的平衡。
　　二、实验研究
　　（一）实验时间
　　春季2009.3.2146:00～18:00
　　2009.4.4446:00～18:00
　　2009.4.2546:00～18:00
　　秋季2009.9.2746:00～18:00
　　2009.10.846:00～18:00
　　2009.10.246:00～18:00
　　夏季2009.8.2046:00～18:00
　　2009.8.3046:00～18:00
　　2009.9.1346:00～18:00
　　冬季2009.1.1746:00～18:00
　　2009.2.1446:00～18:00
　　2009.3.1446:00～18:00
　　以天为单位，从每天6:00～18:00，每隔2小时测一次，每天共测7次。
　　（二）实验地点
　　北京教学植物园
　　（三）实验材料
　　ITC-201A型智能便携式空气负离子测试仪，芦荟、泡叶冷水花、吊兰、燕子掌、彩叶草、吊竹梅，规格为20cm×20cm×60cm的透明密封箱2只，高度为45cm的支架一个，秒表一块，直径6mm打孔器一个，天平（含砝码）1台。
　　考虑到市民对各种观叶植物的喜爱程度、常见的植物种类、植物适宜生长的环境等因素，选择了以下6种植物进行实验（见表1）：
　　（四）实验方法
　　1. 负离子部分
　　（1）前期准备：①通过网络、图书馆等渠道，查阅有关资料，选择实验时间、实验地点，并制定实验方案；②在此基础上，按照正式实验的标准于2009年1月11日进行了预实验；③总结、分析预实验的问题与不足，据此调整实验方案；④准备进行正式实验。
　　（2）正式实验
　　2. 叶面积测算部分
　　（1）叶片形状规则植物：芦荟
　　方法：转换为几何图形直接测量
　　（2）叶片形状不规则植物：泡叶冷水花、吊兰、燕子掌、彩叶草、吊竹梅
　　方法：打孔称重法
　　三、实验数据
　　1. 负离子部分
　　示数：取同一季节中3次实验同一时间点的数据平均值。
　　差值：同一季节中3次实验同一时间点的植物负离子平均值与空箱负离子平均值的差。
　　2. 叶面积测算部分
　　四、分析与讨论
　　（一）空气负离子的评价
　　1. 单位叶面积产生的负离子浓度（见表2）
　　②箱子体积=长×宽×高=20cm×20cm×60cm=24000cm3
　　根据公式计算出每种植物的负离子浓度（单位：个／cm2）。通过对比可得负离子浓度大小顺序从高到低依次为：彩叶草＞芦荟＞吊兰＞燕子掌＞吊竹梅＞泡叶冷水花。
　　2. 单极系数角度
　　单极系数指空气中正离子数与负离子数的比值，用q表示，即q=n+/n-，式中n+为空气正离子数、n-为空气负离子数。
　　通过计算得出每种植物单极系数平均值，从低到高依次为：彩叶草＜吊竹梅＜吊兰＜泡叶冷水花＜燕子掌＜芦荟。
　　3. 空气离子评议系数（CI）角度
　　空气离子评议系数（CI）指空气中离子浓度接近自然界空气离子化水平的程度。该指标把空气负离子作为评价指标，同时又考虑了正、负离子的构成比，评价比较全面，具体可以划分为5个等级，评议大气清洁度的方法用其指数进行判断，见表3。
　　CI=×
　　注：1000——满足人体生物学效应最低需求的空气负离子浓度（个／cm3）
　　根据公式计算出空气离子评议系数（CI）值。结果如表4：
　　根据公式计算可得每种植物CI值。通过对比每种植物CI值从高到低依次为：彩叶草＞吊竹梅=泡叶冷水花＞吊兰＞燕子掌＞芦荟。
　　（二）负离子的分布规律
　　1. 负离子浓度的时间变化规律
　　可以看出，芦荟、吊兰、燕子掌、彩叶草这四种观叶植物在春、秋、冬三季中，最高值均出现在正午12:00，这可能是因为12:00时光照最为充足，且此时环境中湿度达到了最大值，这造成了此时这四种观叶植物的光合作用最强，所以产生的负离子值也达到了极大值。燕子掌、吊竹梅、彩叶草的夏季负离子最高值都出现在16:00，而并没有出现在一天中温度最高的14:00和湿度最高的12:00，我认为这可能是由于植物在12:00～14:00的高温状态下，已经进入了半休眠状态，光合作用被抑制，所以释放出的负离子没有到达极值。相反，芦荟、泡叶冷水花在夏季14:00出现了极大值，这可能是由于植物自身喜高温、高湿的环境，在这种环境下光合作用更强，释放负离子更多。还能看到，六种观叶植物四季的最低值均出现在6:00和10:00，我认为这是由于6:00是一天中温度最低值，而10:00则是一天中湿度最低值造成的。
　　综上所述，可得出空气负离子浓度的时间变化规律：
　　年变化：一年中，空气负离子浓度夏、秋季高于冬、春季；且夏季最高，冬季最低。
　　日变化：一天中，空气负离子浓度在12:00、14:00或16:00较高，而6:00或10:00出现最低值。
　　
　　2. 负离子浓度与气象要素的关系
　　在测量完每组实验负离子值后，测量了当时的温度和湿度。经过对比分析发现，植物负离子值的高低和温度、湿度有一定关系（如表5）。
　　由表5可以看出：一年中温度、湿度最高的季节为夏季，最低的季节为冬季；而一年中，空气负离子浓度夏、秋季高于春、冬季，且夏季最高，冬季最低。即可得出空气负离子浓度与气象要素的关系：空气负离子浓度随温度、湿度的升高而升高。
　　五、结论与建议
　　1. 结论
　　（1）通过在家中摆放观叶植物，可以增加空气负离子浓度，使单极系数达到平衡（正负离子比值1.2），起到改善空气质量的作用
　　（2）植物综合排名：彩叶草＞吊竹梅＞吊兰＞泡叶冷水花＞燕子掌＞芦荟。所以，推荐最适合家中种植的植物为彩叶草。
　　（3）空气负离子浓度的时间变化规律：一年中，空气负离子浓度夏、秋季高于冬、春季，且夏季最高，冬季最低。一天中，空气负离子浓度在12:00、14:00或16:00较高，而6:00或10:00出现最低值。
　　（4）空气负离子浓度与气象要素的关系：一年中空气负离子浓度随温度、湿度的升高而升高。
　　2. 不足
　　（1）CI值较低。尽管正、负离子比值达到了1.2∶1，但是因为正、负离子值较低，所以根据空气离子评议系数值公式，每种植物的CI值仍然较低，空气离子评议系数等级均为E级。所以我还会继续寻找释放负离子能力更强的植物来解决这一问题。
　　（2）植物的生长速率不同。一年中，不同植物在不同季节的生长速率不同，未考虑到植物的生长速率对每个季节植物负离子浓度的影响。我要在下一步研究中考虑这方面问题。
　　（3）叶面积测量中的误差。因为芦荟的叶片具有一定厚度，且不同叶片薄厚不均，所以在测量叶面积时没有采用打孔称重法，而采用了转换为几何图形直接测量的方法。但是芦荟的叶片具有弯曲度，且叶片的形状与三角形有一定差距，所以在用直尺测量后用三角形面积公式计算叶面积时会有一定误差，从而影响到芦荟叶面积的测量准确性。
　　3. 建议
　　（1）居民家中多种一些植物，使植物起到“生态负离子发生器”的作用。
　　（2）在家中可摆放彩叶草、吊兰等观叶植物，因为它们不仅具有外形美观的特点，还可以大量释放负离子，达到净化空气的目的，使人感觉轻松愉悦。
　　4. 前景
　　空气负离子是一种高科技的无形资源，又是一种重要的可持续利用的新兴生态资源。空气负离子的相关研究虽然已有近百年的历史，但仍处于初级阶段，负离子测试设备不成熟、评价方法不完善，国内外尚没有统一的空气负离子含量的限制标准，建议应加强相关指标的监测和预报工作。
　　
　　【参考文献】
　　［1］李少宁，韩淑伟，商天余，鲁韧强，张玉平，潘青华，金万梅．空气负离子监测与评价的国内外研究进展[J]．安徽农业科学，2009，37（8），3736-3738
　　［2］周晓香．空气负离子及其浓度观测简介[J]．江西气象科技，2002，25（2）：46-47
　　［3］钟林生，吴楚材，肖笃宁．森林旅游资源评价中的空气负离子研究[J]．生态学杂志，1998，17（6）：56-60
　　［4］邵海荣，贺庆棠．森林与空气负离子[J]．世界林业研究，2000，13（5）：19-23
　　［5］吴楚材，郑群明，钟林生．森林游憩区空气负离子水平的研究[J]．林业科学，2001，37（5）：75-81
　　
　　专家点评
　　该项目从城市居住室内环境等方面入手，在进行相关资料调查的基础上，选择芦荟、泡叶冷水花、吊兰、燕子掌、彩叶草、吊竹梅六种植物，开展了大量的植物种植实验，通过分析对比叶面积、负离子指数等提出了不同植物的综合排名，得出彩叶草为最适合在家种植植物的结论。方法简单但可靠，结果虽然不具有统一性，但方法具可推广性，中学生易于学习和模仿。ＫＪ