植物释放负离子对室内空气质量影响分析

吴仁烨 邓传远 辛桂亮 翁海勇 杨志坚 朱帖俊容 郑金贵

摘要

[目的]研究改善室内空气质量的新途径。[方法]在自然状态和放置植物源负离子发生器状态下，对玻璃室内的负离子、正离子和安倍指数等指标进行研究。[结果]在自然状态下，玻璃室内负离子浓度均值较低，为1 084 ion/cm³；在放置植物源负离子发生器状态下，负离子浓度均值为684 190 ion/cm³，是自然状态下的631倍。正离子在自然状态下的浓度均值为946 ion/cm³，在植物源负离子发生器开启状态下值为976 ion/cm³，两者差异不显著（P>0.05）。从安倍指数看，植物源负离子发生器开启状态下值为685 457.62，是自然状态下的539 730倍。[结论]在玻璃室内放置植物源负离子发生器可显著提高室内空气质量。

关键词 室内空气质量；负离子；正离子；安倍指数；植物源负离子发生器

中图分类号 S181.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）27-09491-04

Study on the Effect of Indoor Air Quality by Negative Air Ion of Plant

WU Renye1，2， DENG Chuanyuan³， XIN Guiliang³， ZHENG Jingui2* et al

（1.College of Crop Science， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002； 2.Agricultural Product Quality Institute， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002； 3.College of Landscape Architecture， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002）

Abstract [Objective] The research aimed to study the new channel improving indoor air quality. [Method] Under natural state and the condition of opening negative air ion generator by plant， negative air ion， positive air ion and CI in glass room were studied. [Result] Under natural state， average negative air ion concentration in glass room was 1 084 ion/cm³and was lower， while average negative air ion concentration under the condition of opening negative air ion generator by plant was 684 190 ion/cm³， which was 631 times of that under natural state. Average positive air ion concentration under natural state was 946 ion/cm³， while average positive air ion concentration under the condition of opening negative air ion generator by plant was 976 ion/cm³. The difference was insignificant （P>0.05）. Seen from CI， the value under the condition of opening negative air ion generator by plant was 685 457.62， which was 539 730 times of that under natural state. [Conclusion] It could significantly improve indoor air quality by opening negative air ion generator by plant in glass room.

Key words Indoor air quality； Negative air ion； Positive air ion； CI； Negative air ion generator by plant

室内空气质量（indoor air quality ，IAQ）已日益引起人们的重视。随着工业化和城市化建设的发展，工业废气、机动车尾气等因素使大气质量每况愈下，给人体健康带来严重威胁，尤其以室内空气污染较为严重。大部分人群全天80%～90%的时间都是在室内度过^[1]，因此室内空气质量的优劣直接影响着人体健康，改善室内空气质量对促进人体健康意义十分重大。

负离子被世界卫生组织列为衡量空气质量的重要指标，其规定清新空气的标准是负离子的浓度为1 000～1 500 ion/cm³。负离子具有杀菌、降尘，可促进人体新陈代谢，增强人体免疫力等功效，常被誉为空气中的“维生素”、“生长素”和“长寿素”^[2-5]。

自然状态下，室内空气中的负离子浓度很低，城区的办公室内负离子浓度均值为286 ion/cm³，单元房室内的负离子浓度均值为231 ion/cm³，郊区的办公室内的负离子浓度均值为900 ion/cm³，以上室内环境中的负离子浓度均无法达到人们对健康需求的清新空气标准^[6-8]。而大自然环境中，如森林公园的负离子浓度可达3 000～10 000 ion/cm^3[7]，其负离子主要来源于植物体，植物不仅可以吸收环境中的有害物质，且其释放的负离子可改善环境空气质量。当前，国内外对负离子的研究主要集中在室外不同环境及植物群落中负离子的浓度分布及其资源利用上，对植物在室内释放负离子的情况研究较少^[9-17]。由此，该研究将植物引进室内，研究其对室内空气质量的改善功效。

常态下单株植物释放负离子的能力很弱[6-7，18]，但对单株植物根际土壤施加脉冲电场刺激，其释放负离子的能力显著提升^[19]。为此，该研究团队自行研制出能在室内高效释放负离子的植物源负离子发生器，在自然状态下和放置植物源负离子发生器状态下，研究室内环境中正、负离子，安培指数等空气质量指标的动态变化，试图探索改善室内空气质量的新途径，营造生态家居环境，促进人体健康。

1 材料与方法

1.1 材料

植物源负离子发生器如图1所示，为福建农林大学自行研制，由电脉冲刺激仪和特定植物（负离子源）两部分组成。特定植物为金边龙舌兰（Agave americana var. marginata）和金手指（Mammillaria elongata）两种植物，利用电脉冲刺激仪刺激金边龙舌兰和金手指的根际土壤，使植物高效释放负离子。用大气离子测量仪DLY-4G-232型监测负离子的浓度，该测量仪为福建省漳州市东南电子技术研究所研制，每秒采集一个数据，1 h共3 600个数据，并自动同步电脑。取3 600个数据的平均值作为该时段的负离子浓度值。

试验时间为2013年2月15日～5月9日，均选择在晴天进行，从每天13：00至翌日12：00连续24 h监测自然状态下和植物源负离子发生器开启状态下，玻璃室内负离子和正离子的浓度、CO₂浓度、温湿度。每次测量前使玻璃室充分通风，以保证每次测量前正、负离子浓度等因素的本底值处于同一水平，然后关闭玻璃门，重复测量3次。对空气质量评价，通常采用安培指数（CI）^[20-21]，计算公式：

CI=（n-/1 000）×（1/ q），q=n+/n-。

式中，CI为空气质量评价指数；n-为负离子浓度，单位为ion/cm³；n+为空气正离子浓度，单位为ion/cm³；q为单极系数；1 000的意义为满足人体生物学效应所需最低的负离子浓度值。

1.3 数据统计与分析

采用spss20.0和excel对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 自然状态下玻璃室内空气质量分析

2.1.1

自然状态下玻璃室内24 h空气离子浓度的变化。自然状态下，对玻璃室内24 h正负离子的浓度进行监测，结果如图3所示。从图3可知，自然状态下玻璃室内大部分时间正、负离子的浓度变化具有较为一致的趋势。从负离子浓度的变化来看，24 h的浓度均值为1 084 ion/cm³，最大值出现的时间为03：00，值为1 174 ion/cm³；最小值为826 ion/cm³，出现的时间为13：00，此后负离子浓度逐渐提高，在15：00至翌日06：00期间，负离子浓度一直保持在较高水平；描述性统计分析结果表明，负离子浓度变异系数为0.079。从正离子浓度的变化看，24 h的浓度均值为944 ion/cm³，与负离子浓度均值差异不显著（P>0.05），其最大值出现在10：00，值为1 122 ion/cm³；最小值出现在试验开始的13：00，值为469 ion/cm³，此后呈不断递增趋势；统计分析结果表明，其变异系数为0.14。由此可知，正离子浓度较负离子浓度变化波动大。

2.2 植物源负离子发生器对玻璃室内空气质量的影响分析

2.2.1

植物源负离子发生器开启时玻璃室内24 h空气离子浓度变化的分析。在密闭的玻璃室，开启植物源负离子发生器，监测室内24 h正、负离子浓度的变化情况，结果如图5所示。以负离子浓度的变化情况看，从试验开始的13：00至翌日05：00，其变化较平稳，呈缓慢递增趋势，最大值出现在05：00，为8.962 82×10⁵ion/cm³，05：00之后负离子浓度急剧下降，随后成缓慢递减趋势，最小值出现在翌日11：00，为4.042 33×10⁵ion/cm³；经描述性统计分析，其变异系数为0215。从正离子的浓度变化情况看，从试验开始的13：00至翌日12：00结束，均呈不断递增趋势，最大值出现在11：00，为2 448 ion/cm³，最小值出现在14：00，为461 ion/cm³；经描述性统计分析，变异系数为0.637。由此可知，正离子浓度较负离子浓度的波动大。对正离子和负离子浓度进行T检验，24 h的负离子浓度均值为6.841 9×10⁵ion/cm³，正离子浓度均值为976 ion/cm³，正离子和负离子浓度具有极显著性差异（P<0.01）。

2.3 两种状态下玻璃室内空气质量指标分析

对玻璃室内自然状态和植物源负离子发生器开启两种状态下的空气质量指标进行分析，结果见表1。从表1可知，在自然状态下负离子浓度均值为1 084 ion/cm³，植物源负离子发生器开启状态下，值为6.841 9×10⁵ion/cm³，是自然状态下的631倍。T检验结果表明，两种状态下的负离子浓度值呈极显著性差异（P<0.01）。自然状态下，单极系数均值为0.87，是植物源负离子发生器开启状态下的511倍。从安培指数来看，植物源负离子发生器开启状态下的均值为685 457.62，是自然状态下的539 730倍。自然状态下从试验开始的13：00至翌日09：00，安倍指数均>1，空气质量等级处于最佳清洁，10：00开始至试验结束的12：00，安培指数均值为0.87，空气清洁等级一般。在植物源负离子发生器开启状态下的24 h内，室内空气质量均处最佳状态。对自然和植物源负离子发生器开启两种状态下的安培指数进行T检验，结果表明两者呈极显著性差异（P<0.01）。

3 结论与讨论

在自然状态下，玻璃室内负离子浓度均值较低，为1 084 ion/cm³，在放置植物源负离子发生器状态下，负离子浓度均值为684 190 ion/cm³，是自然状态下的631倍；正离子浓度在自然状态下均值为946 ion/cm³，在植物源发生器开启状态下值为976 ion/cm³，两者差异不显著（P>0.05）；从安培指数看，植物源负离子发生器开启状态下值为685 457.62，是自然状态下值为1.27的539 730倍。在室内放置植物源负离子发生器可显著提高室内空气质量。

3.1 植物源负离子发生器能够显著改善室内的空气质量

玻璃室在常态下其负离子含量最高仅为1 177 ion/cm³，远难以满足每天有80%～90%的时间生活在室内的大部分人群对身体健康需求。而通过改变外界条件增加植物源负离子发生器，刺激植物根际土壤[19，22]，可使植物产生大量的负离子，从而提高室内负离子的浓度改善室内环境。在自然状态下，室内评价空气质量的重要指标负离子浓度均值为1 084 ion/cm³，安培指数为1.27，而在植物源负离子发生器开启状态下，室内的负离子浓度是自然状态下的631倍，安培指数是常态下的539 730倍，对提高室内空气质量效果显著，具有重要的意义。

3.2 空气中近似等量的正、负离子浓度

在空气中负离子和正离子总是同时存在^[23]。正、负离子是不断产生，又不断消失，而又始终保持某一动态平衡的状态。空气中负离子的形成与诸多环境因素如植被、气候因子、地理条件、太阳辐射和水流等有直接关系^[24]。由于空气负离子具有电热性和压电性，因此只要有温度和压力变化均能引起空气间产生电势差，从而产生负离子[2，17]。正、负离子形成初期浓度相近，方差分析的结果，自然状态下空气中的正离子浓度和负离子浓度基本持平，差异不显著，与实际一致。

对这一问题的深入研究，可在室内营造出近似大自然的清新空气，有效地提高室内空气质量。根据自然状态下以及放置植物源负离子发生器状态下负离子浓度的变化规律，可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，为今后研制更高效率、低能耗和绿色环保的“植物源负离子发生器”提供科学依据。

参考文献

[1]

尹振东.居室装修的室内空气污染及预防[J].辽宁城乡环境科技，2005，25（2）：15-16.

[2] RYUSHI T，KITA I，SAKURAI T，et al.The effect of exposure to negative air ions on the recovery of physiological responses after moderate endurance exercise[J].Int J Biometeorol，1998，41（3）：132-136.

[3] PARTS T.On the nature of small indoor air ions[J].Journal of Aerosol Science，1996，27（S1）：445-446.

[4] KRUEGER A P，REED E J.Biological impact of small air ions[J].Science，1976，193（4259）：1209-1213.

[5] KRUEGER A P.Air Ions and Physiological Function [J].The Journal of General Physiology，1962，45（4）：233-241.

[6] 吴仁烨，黄德冰，郭梨锦，等.具备释放负离子功能室内植物的种质资源研究Ⅱ.常态下室内植物负离子的释放[J].亚热带农业研究，2011，7（1）：1-6.

[7] 吴仁烨，邓传远，王彬，等.具备释放负离子功能室内植物的种质资源研究[J].中国农学通报，2011，27（8）：91-97.

[8] 王艳英，邓传远，郑金贵，等.植物源负离子发生器室内应用的研究[J].广州大学学报：自然科学版，2014（1）：29-37.

[9] 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.

[10] 肖红燕，谭益民，汤炎.湖南省森林植物园空气负离子浓度变化[J].中南林业科技大学学报，2014（5）：92-95.

[11] 唐吕君，赵明水，李静，等.天目山不同海拔柳杉群落特征与空气负离子效应分析[J].中南林业科技大学学报，2014，34（2）：85-89.

[12] 崔晶，薛兴燕，胡秀丽，等.河南黄淮海平原农田防护林空气负离子变化规律[J].西北林学院学报，2014，29（1）：30-35.

[13] 任洪昌，闵庆文，王维奇，等.福州鼓山茶园不同生境空气负离子浓度及其影响因子[J].城市环境与城市生态，2014，27（1）：1-6.

[14] 黄向华，王健，曾宏达，等.城市空气负离子浓度时空分布及其影响因素综述[J].应用生态学报，2013，24（6）：1761-1768.

[15] 储德裕，张建国，徐高福，等.2种植物群落空气负离子浓度及日变化的比较[J].安徽农业科学，2009，37（24）：11805.

[16] 秦俊，王丽勉，高凯，等.植物群落对空气负离子浓度影响的研究[J].华中农业大学学报，2008，27（2）：303-308.

[17] 曾曙才，苏志尧，陈北光.广州绿地空气负离子水平及其影响因子[J].生态学杂志，2007，26（7）：1049-1053.

[18] WANG J，LI S.Changes in negative air ions concentration under different light intensities and development of a model to relate light intensity to directional change[J].Journal of Environmental Management，2009，90（8）：2746-2754.

[19] TIKHONOV V P，TSVETKOV V D，LITVINOVA E G，et al.Generation of negative air ions by wheat seedlings in a high voltage electrization of soil[J].Biofizika，2002，47（1）：130-134.

[20] 李安伯，张振军.室内空气质量洁净与否的宏观评价法[J].中国卫生工程学，1996（1）：25-26.

[21] 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.

[22] 李继育，苏印泉，李印颖，等.高压刺激对几种盆栽植物产生空气负离子的影响[J].西北林学院学报，2008，23（4）：38-41.

[23] 李志民，李安伯.大自然中的空气离子[J].大自然探索，1988（4）：39-45.

[24] 韦朝领，王敬涛，蒋跃林，等.合肥市不同生态功能区空气负离子浓度分布特征及其与气象因子的关系[J].应用生态学报，2006，17（11）：2158-2162.