几种观赏蕨类植物对室内环境中甲醛及TVOC的净化研究

-34-几种观赏蕨类植物对室内环境中甲醛及 TVOC 的净化研究李浩亭，刘艳红，方戌元，郗金标（上海商学院，上海 201400）摘 要 通过研究几种蕨类植物对室内环境中甲醛及TVOC的净化能力，结果表明，鸟巢蕨Asplenium nidu 对甲醛和 TVOC 平均日吸收率分别为 12.74、12.04；波士顿蕨 Nephralepis exaltata cv.Bastaniensis 对甲醛和 TVOC 平均日吸收率分别为 10.32、7.85；铁线蕨 Adiantum capillus-veneris L.对甲醛和 TVOC 平均日吸收率分别为 10.24、4.81，证明其对室内空气污染具有净化和改善能力。关键词 室内；空气污染；蕨类植物；净化室内环境主要是指建筑物内部采用人工或天然材料装饰装修而构成的环境，主要包括教室、办公室、会议室、居室等各种非生产性的室内场所。根据国内环保部门公布的相关文件显示，目前室内空气中主要污染物有甲醛、苯及其衍生物、多环芳烃等，其中甲醛会引起人体神经系统、消化系统、呼吸系统等损害，长期接触超标的甲醛容易引发多类癌症。目前，为了减轻上述污染源对人体的伤害，人们纷纷采购空气净化器及其他化学制剂来吸收或中和甲醛等有毒污染物，但通常具有费用价高、能耗较大、易产生其他有毒物质等缺点。蕨类植物可通过植物本身特性对甲醛等进行吸附和吸收，且具有绿色环保、适合长期使用等优点。本文对几种常见的蕨类植物进行试验，将其净化空气能力进行量化比对，从而为人们选择植物品种时提供指导。1 材料与方法1.1 试验时间、地点试验于2016年10月1～11日在上海市徐汇区上海商学院实验室内进行。1.2 试验材料选取长势良好、植物单体绿量较接近、株龄相同的铁线蕨、鸟巢蕨、波士顿蕨植株作为样本。1.3 试验仪器使用BGFM-08型甲醛分析仪贝谷科技股份有限公司 、BGAM-02TVOC 测试仪 贝谷科技股份有限公司；10、5甲醛溶液郑州双辰化工有限第一作者简介 李浩亭（1995-），女，本科生；就读于上海商学院园林专业。通讯作者 郗金标，研究员。E- 项目来源 本文由上海市大学生创新创业训练计划项目资助，入选国家级大学生创新创业训练项目201612050083。公司 ；指甲油 金华市东方秀日化有限公司 ；活性炭 常州普旭环保科技有限公司 ；自来水。1.4 统计分析 应用 Excel 2003 软件进行数据处理与分析。1.5 试验方法主要设备为透明密闭试验设备箱40 cm40 cm 40 cm。试验分为鸟巢蕨植株组、铁线蕨植株组、波士顿蕨植株组、水样组、活性炭组、空白对照组，共计6个试验组。密闭性试验是向试验设备箱中注入相同量的指甲油及甲醛溶液，让其挥发物分别模拟TVOC及甲醛气体，静置一小段时间后测定箱体内污染物的初始浓度。将鸟巢蕨、铁线蕨、波士顿蕨 3 种室内观赏蕨类的种植盆及盆土部分用塑料薄膜包裹，并用胶布封装，最后将上述 3 种植物放置于各自的试验设备箱内。活性炭组是将25 g活性炭放置于玻璃器皿中，然后放置于试验设备箱。试验设定一号箱放置 3 盆波士顿蕨，二号箱放置 3 盆鸟巢蕨，三号箱放置3盆铁线蕨，四号箱放置25 g活性炭，五号箱放置约 100 g 水，六号箱为空白对照组。测量时间段为9 ∶ 00 ～ 21 ∶ 00。2 试验流程与分析2.1 试验流程本次试验流程详见附表。2.2 结果与分析本试验在设计初期采取与通常室内植物空气净化试验不同的思路。通常仅在试验初期向试验设备箱内投入模拟污染源进行试验，污染物的总量是固定的；而在现实的室内环境中，板材、家具等各类装饰装修随时都在向室内空间挥发有害污染源，故本试验每天都向试验设备箱内投放一定量的污染源来模拟真实的室内环境。但由于试验经费和设备条件的限制无法达到24 h稳定缓慢释放，所以试验数据可能会与现实环境略有差异。-35-中国园艺文摘 2016 年第 12 期附表 试验流程日期 试验内容 测量时间第 1 d 在试验设备箱内放置模拟室内空气污染源 指甲油，约 35 mm2，甲醛溶液 2 ml，浓度为 1，静置模拟污染源5 min后将其取出，并用相关设备测量试验设备箱体内的污染源初始浓度。其次，再将 3 种植物、活性炭、水分别放入对应的试验设备箱内。9 ∶ 00、12 ∶ 00、15 ∶ 00、18 ∶ 00、21 ∶ 00第 2 d 首先在对应的试验设备箱内放置3种植物、活性炭、水，再放置模拟污染源指甲油，约 35 mm2，甲醛溶液 2 ml，浓度为 1，静置模拟污染源 5 min 后将其取出，并用相关设备测量试验设备箱体内的污染源初始浓度，然后每隔 3 h 测量 1 次箱体内甲醛及 TVOC 的浓度。9 ∶ 00、12 ∶ 00、15 ∶ 00、18 ∶ 00、21 ∶ 00第 3 d 重复第 2 d 相关试验流程，但是将静置模拟污染源的时间改为 10 min，随后定时测量箱体内甲醛及 TVOC 的浓度。9 ∶ 00、11 ∶ 00、13 ∶ 00、15 ∶ 00、21 ∶ 00第 4 d 重复第3 d相关试验流程，为能够让试验设备箱体内空气环境更加真实，在取出模拟污染源后用小电扇搅拌箱体内气体20 s，使模拟污染源均匀分布于箱体中，并测量箱体内甲醛 及 TVOC 的浓度，随后定时测量箱体内甲醛及 TVOC 的浓度。9 ∶ 00、10 ∶ 00、12 ∶ 00、17 ∶ 00、21 ∶ 00第 5 d 重复第 4 d 相关试验流程，将甲醛溶液浓度调整为 5，溶液数量不变。昨日采取小风扇搅拌箱体内气体后，发现测量得到的污染源初始浓度偏小，改为人工手动搅拌。9 ∶ 00、10 ∶ 00、21 ∶ 00第 6 d 重复上日试验流程。 9 ∶ 00、10 ∶ 00、21 ∶ 00第 7 d 重复上日试验流程，将甲醛溶液浓度调整为10，溶液数量不变，并取消人工手动搅拌箱体内气体。9 ∶ 00、10 ∶ 00、22 ∶ 00第 8 d 重复上日试验流程，将指甲油面积变成 70 mm2。 9 ∶ 00、10 ∶ 00、21 ∶ 00第 9 d 重复上日试验流程，将指甲油面积变成 425 mm2，模拟污染源静置时间调整为 20 min。 9 ∶ 00、10 ∶ 00、12 ∶ 00、15 ∶ 00、21 ∶ 00第 10 d 重复上日试验流程。 9 ∶ 00、9 ∶ 30、16 ∶ 00、21 ∶ 00第 11 d 重复上日试验流程，将指甲油面积变成175 mm2，并在试验全过程中不将其取出，待模拟污染源放置入箱体 10 min 后开始取样测量箱体内甲醛及 TVOC 的初始浓度。9 ∶ 00、10 ∶ 00、13 ∶ 00、16 ∶ 00、21 ∶ 00第 12 d 重复上日试验流程。 9 ∶ 00、10 ∶ 00、13 ∶ 00、16 ∶ 00、21 ∶ 00第 13 d 重复上日试验流程。 9 ∶ 00、13 ∶ 00、16 ∶ 00、21 ∶ 002.2.1 试验数据纠偏及整理 首先，分析空白对照组数据时发现，即使试验箱体内不放置任何材料，箱体内的甲醛及TVOC浓度在除去个别错误数据后仍呈现下降趋势，可能是因为试验箱体的密闭性存在问题。另外，计算其他试验材料的吸收净化率时，应扣除由于箱体密闭问题而泄露的甲醛及 TVOC 浓度。2.2.2 试验设备箱内甲醛及 TVOC 的日变化 不同处理条件下，试验设备箱内甲醛及TVOC的日变化见图 1-4。从图中可以看出，箱体内每日的甲醛浓度与TVOC浓度会随时间的推移而呈现下降趋势。每日试验开始前向箱体内放入甲醛溶液和指甲油，随着甲醛溶液与指甲油的不断挥发，规定时间后，箱体内污染物气体浓度达到每日顶峰即每日初始值。由于每日加入甲醛溶液与指甲油的量、放置的时间、是否进行搅拌及搅拌方法的不同，每日的初始值不同，在相同条件下，箱体内不同的初始值与污染物气体分布不均匀或与当日箱体内的温度及湿度有关。从走势上来看，每日在添加完模拟污染源后，箱体内污染物气体浓度达到最高峰值，随后5组箱体内的甲醛浓度及 TVOC 浓度均呈现下降趋势，表明上述试验材料都对甲醛与 TVOC 有吸收净化的作用，其中鸟巢蕨和波士顿蕨箱体内甲醛浓度及 TVOC 浓度下降趋势最为显著。2.2.3 试验设备箱内甲醛及 TVOC 的长期变化 不同处理条件下，试验设备箱内甲醛与TVOC的长期变化曲线见图1-4。从图中可以看出，经过13 d持续模拟污染源的注入，各植物处理组的甲醛及TVOC浓度都在模拟污染源加注后3 h内开始大规模下降空白除外，空白波动较大可能是由于甲醛混合不均匀造成 。与 3 组植物试验组相比，活性炭组和自来水组的吸收净化曲线变化较为明显，在后5 d内的吸收净化能力有所减弱，这与它们自身吸附能力达到饱和有关。3种植物试验组相比较，鸟巢蕨和波士顿蕨对甲醛及TVOC 的长期吸收净化能力强于铁线蕨。2.3 试验数据分析虽然由于试验条件的限制无法保证初始浓度基本一致，且进行数据分析时扣除了对照组箱体内模拟污染源泄露的比率，将数据进行重新计算，但从净吸收率来看，还是能反映各处理对甲醛及TVOC浓度的影响程度。总体而言，甲醛和TVOC的浓度均有下降。3种盆栽蕨类植物对甲醛、TVOC都有较强的吸收作用，其中鸟巢蕨对甲醛和 TVOC 的吸收作用比较明显，平均每日吸收率分别为 12.74、12.04；波士顿蕨对甲醛和 TVOC 的吸收作用也比较明显，平均每日吸收率分别为 10.32、7.85；铁线蕨对甲醛和 TVOC 的吸收作用也比较明显，平均每日吸收率分别为10.24、4.81。活性炭和水也有一定的吸收能力，但主要是物理吸收作用、长效性不如植物效果显著。-36-120.00100.0080.0060.0040.0020.00-20.000.00甲醛吸收率1 2 3 4 5鸟巢蕨组波士顿蕨组铁线蕨组活性炭组自来水组■■■■■■◆◆◆◆◆◆▲▲▲▲▲▲※※※※***●●●●●●日期图 1 试验设备箱体内甲醛浓度的变化 第 9 ～ 13 d鸟巢蕨组波士顿蕨组铁线蕨组活性炭组自来水组◆◆◆◆◆◆◆◆■■■■■■■■▲▲▲▲▲▲▲▲●●●●●●●●※※※※※※※※18.0016.0014.0012.0010.008.006.004.002.000.00甲醛吸收率1 2 3 4 5 6 7日期图 2 试验设备箱体内甲醛浓度的变化 第 2 ～ 8 d鸟巢蕨组波士顿蕨组铁线蕨组活性炭组自来水组◆■▲●※图 3 试验设备箱体内 TVOC 浓度的变化 第 9 ～ 13 d25.00日期TVOC吸收率20.0015.0010.005.000.00-5.00-10.00-15.00-20.00鸟巢蕨组波士顿蕨组铁线蕨组活性炭组自来水组◆◆◆◆◆◆◆◆■■■■■■■■▲▲▲▲▲▲▲▲●●●●●●●●※※※※※※※※图 4 试验设备箱体内 TVOC 浓度的变化 第 2 ～ 8 d（下转41页）-41-中国园艺文摘 2016 年第 12 期表 4 不同施肥处理对茄子经济效益的影响处理产量kg/667 m2产值 元 /667 m2增产值 元 /667 m2肥本 元 /667 m2施肥工本 净收益 元 /667 m2增加收益 元 /667 m2工 /667 m2 元 /667 m25 3 966.1 11 898.3 2 187.3 300.0 2 260 11 338.3 a 2 380.93 3 902.8 11 708.4 1 997.4 169.6 5 650 10 888.8 a 2 403.22 3 825.1 11 475.3 1 764.3 240.0 5 650 10 585.3 ab 2 099.74 3 237.0 9 711.0 - 103.6 5 650 8 957.4 b -注按市场价格，茄子 3.0 元 /kg，尿素 2.0 元 /kg，钙镁磷 0.8 元 /kg，氯化钾 3.5 元 /kg，48％复合肥 3.2 元 /kg。3 讨论与结论1本试验结果表明，合理施肥能提高茄子果实和茎叶的N、P、K含量。与处理2习惯施肥相比，处理5的茄子茎叶中N、P、K含量提高4.4、9.4和0.6，果实中 N 素降低 10.8，P、K 分别提高 3.6 和 3.0。2本试验结果表明，施肥能显著提高设施大棚茄子产量；与空白区相比，水溶肥、优化施肥、习惯施肥分别增幅 30.2、28.2、25.6。与无氮区处理４相比，处理５、处理３和处理２的茄子产量分别提高22.5、20.6 和 18.2，由此也说明氮素增加农作物产量的作用不容忽视，尤其以施用金大正水溶肥效果最好。3本试验结果表明，不同施肥配比对果实和茎叶增长效果不同。以施用金正大水溶肥对果实增幅和茎叶增幅相差最为明显，表明合理提高K肥配比对果实增产效果更为明显。4本试验结果初步证明金正大水溶性肥在增产、节本增效，特别是省工方面的效果显著，金正大水溶肥较习惯施肥增产茄子141 kg/667 m2，可获利润 423 元 /667 m2，肥本虽增加 60 元 /667 m2，但节省 3 个工 /667 m2，计节本增效 753 元 /667 m2。通过水肥一体化技术试验示范，可以提高设施农业的水资源利用率和肥料利用率，促进农业增效、农村降耗、农民增收，对推动农业现代化建设意义重大。参考文献[1] 王兴仁,张福锁.现代肥料试验设计[M].北京中国农业出版社,1995.[2] 徐中儒.回归分析与试验设计[M].北京中国农业出版社,1997.[3] 高永桂,刘大锷,彭林权等.杂交早稻金优706优化施肥技术研究[J].杂交水稻,2007,22146-50.（上接36页）3 结论与建议本试验结果表明，鸟巢蕨、波士顿蕨、铁线蕨均对室内空气中的甲醛及 TVOC 具有一定的吸收净化作用。24 h后对甲醛的吸收净化能力依次为鸟巢蕨＞波士顿蕨＞铁线蕨，24 h后对TVOC的吸收净化能力依次为鸟巢蕨＞波士顿蕨＞铁线蕨；13 d后对甲醛和TVOC的净化效果依次为鸟巢蕨＞波士顿蕨＞铁线蕨。因此，通过在室内放置观赏蕨类植物，对室内空气中的甲醛和TVOC 具有良好的净化效果，值得推广应用。国内外众多研究资料表明，部分室内观赏植物对室内空气的净化效果与其他设备和方法相比，具有绿色环保、无添加物、无需额外提供电源及配件等优势。本试验结果也证明部分室内观赏植物能有效降低室内甲醛及 TVOC 浓度，且具有持续净化能力。由于试验条件的限制，密闭试验设备箱模拟的室内空间与实际室内空间还有一定差距。例如密闭试验设备箱内未安装调节箱内温度和湿度的相关设备，导致箱内的温湿度与室内环境略有差异；由于密闭试验设备箱放置在室内，影响了植物的光合作用，导致植物实际净化空气的能力得不到充分发挥。另外，由于每种植物的绿量或叶片总面积不同，故在定量比较每种植物吸收量以确定吸收能力大小时可能不够科学严谨。为此，如何界定单位绿量的植物和根茎叶及土壤对甲醛、TVOC 的吸收，是今后应继续深入研究的课题。参考文献[1] 徐仲均.植物对室内空气中甲醛的净化[J].环境与健康,2008,10935-937.[2] 何勤勤,周俊辉.盆栽植物对室内甲醛空气污染的净化研究进展[J].江西农业学报,2014,544-48.[3] 赵明珠.几种常见室内观赏植物降醛能力的研究[D].南京南京林业大学,2007.[4] 吴丹丹,周云龙.常见盆栽植物对室内空气的净化[J].生物学通报,2006,958-60.[5] Giese M, Bauer D U, Langebartels C, et al. Detoxification of aldehyde by the spider plant Chlorophytum comosum L. and by Soybean Glycine max L. cell-suspension cultures[J].Plant Physiol.,1994,10441301-1309．[6] Schmitz H, Hilgers U, Weidner M. Assimilation and metabo-lism of aldehyde by leaves appear unlikely to be of valuefor indoor air purification[J].New Phytol,2000,1472307-31．