常态下景天科室内观赏植物释放负离子的研究

许贤书　郑俊鸣　方笑　吴仁烨　郑金贵　邓传远

摘 要 在密封玻璃箱内测定6种景天科植物负离子浓度昼夜（24 h）的变动趋势，以观测其负离子释放浓度昼与夜变化规律的相关性，为27种景天科植物负离子释放量的合理测试时间提供依据。在此基础上，选用27种试验植物测试其白天12 h负离子释放浓度，探讨景天科不同植物负离子释放浓度的种间差异，为筛选负离子释放量高的室内观赏植物种质资源提供理论依据。6种景天科植物负离子释放浓度的昼夜变化规律的分析结果表明，以测定白天12 h均值代替昼夜24 h平均值来粗略评估同一类群不同植物种类负离子释放能力不同具合理性。景天科27种植物常态下白天12 h负离子释放浓度均值的ANOVA和LSD多重比较分析表明景天科不同植物常态下负离子释放能力有差异。

关键词 负离子；室内植物；景天科植物；常态

中图分类号 S68 文献标识码 A

空气负离子NAI（negative air ion）具有净化室内空气，滞尘杀菌的功能[1-3]，其浓度值被世界卫生组织作为评价空气质量的重要指标，界定负离子浓度值达到1 000 ion/cm3以上为清新空气[4-5]，具有促进人体的新陈代谢，提高免疫力，预防心血管疾病等保健功效[6-9]。目前，国内负离子研究更多集中在户外城市绿地（如城市公园，森林公园等）植物群落的负离子浓度值变化规律[10-13]及影响因素[14-16]等。室内环境的负离子浓度研究一部分集中在监测负离子方面[17-18]，在Nemeryuk[19]首次提出植物能释放负离子后，众多学者展开了具备释放负离子功能的室内植物研究，以改善室内空气质量差，负离子浓度值低的现象[20-29]。本研究选择27种（含变种与品种）景天科室内观赏植物为研究对象，通过测定和比较其负离子释放量，旨在筛选具有高效负离子释放能力的植物，提高室内负离子浓度值，提升室内空气质量。同时，为“植物源负离子发生器”的植物应用提供基础数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 植物材料 试验植物为27种（含变种及品种）室内观赏的景天科植物（见表2），均选购于福建漳州百花村花卉市场。严格挑选形态和生理状态较为一致的3年生植株，尽量消除同种株间年龄、形态和生理状态对植物负离子释放量产生的影响[20-21]。

1.1.2 试验仪器 试验采用DLY-4G-232型大气离子测量仪，其量程为（1～1.999×109 ion/cm3），所选室内环境满足仪器正常工作环境要求，通过数据线可连接电脑与大气离子测量仪进行实时读取数据。

1.2 方法

试验选择在2014年8月的晴朗、干爽、无风的天气，在室内800 mm×800 mm×800 mm的密封玻璃箱（装置见邓传远等[26]的图4）内进行，消除外界环境因子对植物负离子释放量的影响[21-23]，并保证试验植物的实验组和对照组处于相同的室内环境，平均温度（30±3）℃，相对湿度（70±10）%，光照强度（1 300±200）lx。

对一些室内植物负离子24 h释放规律的研究表明，研究植物白天与夜晚释放负离子具有相似的规律[21-23，27]，本研究首先通过在密封玻璃箱装置内测定6种景天科植物负离子浓度昼夜（24 h）的变动趋势（测试植物中文名称和拉丁学名见表1），以观测其负离子释放浓度昼与夜变化规律的相关性，为27种植物负离子释放量的合理测试时间提供依据。在此基础上，选用27种试验植物（测试植物中文名称和拉丁学名见表2），测试其一定时间内（白天7 ： 00～19 ： 00）负离子浓度释放的均值，探讨景天科不同植物负离子释放浓度的种间差异，为筛选负离子释放量高的室内观賞植物种质资源提供理论依据。

6种植物负离子释放浓度的日变化规律和27种植物负离子释放浓度的对比测定试验过程中，置于玻璃箱内的植物高度位置不变。由于植物与土壤都具有释放负离子的能力[20，28]，试验设置3个重复，并以拔除植物的盆土为对照组。在相同的室内环境，每种植物试验组与对照组放置于相邻的不同玻璃箱装置内，同时进行测试每种试验植物的负离子释放浓度。

负离子测量仪每30 s读取1个数据，每株植物在测试时间内的所有读取数据的均值为该株植物负离子释放浓度的平均值，3株重复试验植物的负离子释放浓度的均值作为该种植物负离子释放浓度。

1.3 数据统计分析

运用Excel 2007软件对试验植物负离子释放量进行统计与分析，运用SPSS 19.0软件对试验植物负离子释放量进行方差分析与LSD多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 自然状态下6种植物负离子释放浓度的昼夜（24 h）变化

6种植物白天（7 ： 00～19 ： 00）、晚上（19 ： 00～7 ： 00）和全天24 h试验组与对照组负离子释放浓度见表1，ANOVA分析表明6种植物间白天、晚上和全天负离子释放浓度有极显著差异，多重比较结果见表1。配对t-检验结果表明，试验组白天（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）负离子释放浓度均值均高于对照组（表1），且试验组白天（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）负离子释放浓度均值与对应的对照组呈显著正相关。

6种植物及其对照组每小时负离子释放量均值在24 h内的变化规律见图1。落地生根昼夜（24 h）变化呈中间高早晚低的现象，最高峰出现在10 ： 00和11 ： 00，中间出现一些波动，与对照组变化趋势相同；观音莲负离子浓度总体呈现先升高后降低的趋势，中间波动幅度较大，其最高峰出现在10 ： 00左右，而其对照组负离子浓度变化不明显；大和锦负离子浓度总体呈先升高后降低趋势，最高峰出现在11 ： 00左右，对照组与其变化规律较一致，且一直低于实验组负离子浓度；树景天负离子浓度总体呈先升高后降低趋势，中间出现一些波动，波动幅度不大，最高峰出现在7 ： 00和10 ： 00左右，对照组与其变化规律较一致，且一直低于实验组负离子浓度；长寿花负离子浓度总体呈先升高后降低趋势，峰值出现在9 ： 00和10 ： 00左右，中间出现一些波动，对照组与其变化规律较一致；垂盆草负离子浓度整体呈先升高后降低再升高趋势，峰值出现在10 ： 00，与其对照组负离子浓度变化相似。6种植物负离子释放浓度在白天时段（8 ： 00～20 ： 00）均值与夜间时段（20 ： 00～8 ： 00）均值配对t检验结果为t=16.161，显著性p=0.000<0.01，相关系数r=0.983，相伴概率p=0.000<0.01。统计分析结果表明，6种植物负离子释放浓度在白天时段均值（7：00～19：00）较夜间时段（19 ： 00～7 ： 00）均值高，且白天时段与夜间时段负离子释放量具有相似的变动趋势。

2.2 自然状态下景天科植物负离子释放浓度的种间变动

在密封玻璃装置内对27种（含变种及品种）景天科观赏植物进行负离子释放浓度（7 ： 00～19 ： 00）测试，并对每种植物测定均值进行LSD多重比较，结果见表2。

测定的27种试验植物中，玉蝶负离子释放量最高，达到389 ion/cm3，其次是大叶落地生根为365 ion/cm3，黄丽负离子释放量最低仅为120 ion/cm3。不同植物间负离子释放量最高与最低之间相差269 ion/cm3，比值为3.24倍，反映不同种间负离子释放量差距较大。相对于空白对照组负离子释放量，玉蝶负离子释放量提高幅度最大达132.93%，其次为玉杯，提高了98.66%，提高幅度最低的是梅兔耳，仅提高4.26%。

通过不同植物的试验组与空白对照组负离子释放量均值进行配对t检验，结果表明，试验组与对照组负离子释放量均值相关系数r=0.750，相伴概率p=0.000<0.01。27种试验植物中，试验组与对照组负离子释放量均值的配对t检验结果为t=7.688，显著性p=0.000<0.01，表明两者之间差异达到极显著水平。由此可知，常态下植物负离子释放量极显著大于空气中负离子浓度值，且二者负离子浓度值具有相关性。

对不同植物与重复试验进行双因素方差分析，以探究不同植物种类与重复试验对植物负离子释放量所产生的影响。结果表明，常态下植物种类对植物负离子释放量具有极显著影响（p<0.01），重复试验处理对试验植物负离子释放量影响不显著（p>0.05），即表明株间差异不明显，试验结果较为均匀稳定。而不同植物种类与重复试验处理两因素对植物负离子释放量存在极显著交互影响（p<0.01），可能是植物种类对植物负离子释放量起主要影响作用。LSD多重比较分析结果表明，常态下351对不同植物组合，其负离子释放量的差异性比较中，除梅兔耳与匙叶伽蓝菜，八宝景天和伽蓝菜，伽蓝菜与千佛手，八宝景天与千佛手，佛甲草与玉杯，落地生根与松叶景天这6对植物组合负离子释放量差异不显著（p>0.05），其余345对植物组合负离子释放量存在显著差异（p<0.05）或极显著差异（p<0.01）。

3 讨论

3.1 合理的测试时间确定

通过测定6种景天科植物负离子释放浓度的昼夜变化规律可知，测试植物24 h释放负离子的规律趋势较为一致，总体呈现先上升后下降的趋势，中间出现波动，负离子释放量最高值出现在白天时段（8 ： 00～20 ： 00），白天时段均值（8 ： 00～20 ： 00）较夜间时段（20 ： 00～8 ： 00）均值高（t=16.161，p=0.000<0.01），该结论与前人的研究结果一致[21-23，27]。植物释放负离子受多种因素影响[20-21]，为了摒除外界因素干扰，本试验在密封的玻璃室内进行试验，可较为准确地测量植物在常态下释放负离子的浓度。同时，为了比较不同植物释放负离子的差异，合理的测试时间也非常重要，已有研究对测试时间的选择主要有昼夜测试（24 h），以每种植物24 h释放负离子的浓度均值来表示每种植物释放负离子的能力[21-23，27]，而对某一亲缘关系比较近的某一类群（如同一科属的不同种类）一般仅白天测试（12 h），以每种植物12 h释放负离子的浓度均值来代表每种植物释放负离子能力[24-25]，对6种试验植物负离子释放浓度的昼夜变化规律可知，12 h测试有其合理性和可行性。 （1）负离子释放量最高值出现在白天时段（8 ： 00～20 ： 00），围绕最高值做一定程度的波动；（2）亲缘关系较近的相同分类群植物负离子浓度白天时段与夜间时段具有相似的变动趋势（6种植物负离子释放浓度在白天时段均值与夜间时段均值配对t检验相关系数r=0.983，相伴概率p=0.000<0.01）；（3）本研究表明，6种植物白天测定12 h与测定24 h一昼夜相比，虽然LSD多重比较没有完全相同，但主要结论却比较一致，如释放负离子浓度与对照组浓度大小相关，试验组显著大于对照组。这些结论与仙人掌科32种植物测定白天12 h得到的主要结论也一致[25]。因此，以测定白天12 h的平均值代替昼夜24 h平均值来粗略评估同一类群不同植物种类负离子释放能力的不同，除了可以节省时间，还可以避免仪器频繁调零，或某些种类夜晚数值过低导致仪器读数不准等对试验结果产生的不利影响。

3.2 景天科植物负离子释放能力及生态效益

以前對一些不同分类群（科及以上分类群）植物在常态下负离子释放浓度的研究表明，不同植物负离子释放浓度差异很大[20-23]，最近对同隶属于仙人掌科的不同植物在常态下负离子释放浓度的测定也表明，属于同科的不同植物大部分负离子释放浓度有显著差异[24-25]。本研究的27种试验植物中，实验组与对照组负离子释放量均值具有极显著差异（p=0.000<0.01），说明试验植物能向空气中释放负离子，使得空气中负离子浓度值得到一定提高。由不同植物与重复试验的双因素方差分析结果表明，常态下植物种类对植物负离子释放量具有极显著影响（p<0.01），且起到主要影响作用。LSD多重比较结果表明，345对不同植物组合负离子释放量具有显著性差异（p<0.05）或极显著差异（p<0.01），仅6对植物负离子释放量没有显著性差异（p>0.05），基于该研究结果，本研究倾向支持同科不同种植物在常态下负离子释放能力具有差异。这种差异可能与植物的生理活动有关，如植物的光合作用[21]，或植物氧化活动产生的物质或电子链传递[20]，同时，植物释放负离子的多少还与释放通道有关，如仙人掌科植物的研究表明，负离子释放与刺数量多少或气孔参数有关[24-25，30]，景天科植物没有刺，因此，负离子释放多少可能与叶尖或气孔有关。关于植物负离子释放量的结构与生理机制还需进一步研究。

对仙人掌科32种植物在常态下负离子释放浓度的研究表明，仙人掌科植物释放负离子的能力受空气中负离子含量的背景值影响且有6种植物负离子释放浓度低于对照组[25]，本研究27种景天科植物没有发现有试验组负离子释放浓度低于对照组的种类，但常态下6种植物负离子释放浓度的昼夜变动表明，6种植物中有4种的某些时段均值小于对照组（图1），景天科27种植物试验组与对照组配对t检验表明二者负离子浓度具有相关性（r=0.750，p=0.000<0.01）。因此，本研究倾向于支持仙人掌科植物的研究结果[25]，植物能释放负离子，但空气中负离子作为微环境的成分之一，能影响植物的生理过程[31]，也影响植物负离子的释放。二者交互影响，使得空气负离子浓度一直处于动态的过程。

当室内负离子浓度达1 000 ion/cm3标准，能满足人体健康水平，促进新陈代谢等功效[4-5]，而实验组中植物负离子释放量最大的是玉蝶389 ion/cm3，远低于该标准。有研究表明，对试验植物进行相应的电刺激，植物负离子浓度能大幅度增加2～4个量级[20，26-27，30]。而本研究在常态下试验植物负离子释放量较空白组最大仅达132.93%，提升幅度不大。因此，常态下单株植物负离子释放能力较低，难以满足对人体健康需求的标准，生态效益极为有限。如何使得室内植物源负离子释放量能有效提高值得进一步研究。

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