園林植物凈化居室有害氣體研究進展-

1、第23卷第2期世界林業(yè)研究V o.l23N o.2 2010年4月W or l d F orestry R esearch A pr12010園林植物凈化居室有害氣體研究進展*安雪1李霞1潘會堂1,2張啟翔1,2羅競男1(1北京林業(yè)大學園林學院,北京100083;2國家花卉工程技術研究中心,北京100083摘要:概述了近年來有關植物凈化與吸收居室有害氣體的研究成果,發(fā)現(xiàn)一些室內(nèi)植物可以有效吸收居室有害氣體,其吸收效率與植物種類、基質(zhì)、微生物等以及光照、溫度等環(huán)境條件有一定關系;分析了近年來常見的研究方法及存在的問題,為進一步研究提出建議。關鍵詞:園林植物,居室有害氣體,凈化中圖分類號:S688

2、.9文獻標識碼:A文章編號:1001-4241(201002-0039-05Indoor Poisonous Gas Purification by G arden P lantsA n Xue1L iX ia1Pan Hu itang1,2Zhang Q i x iang1,2Luo Jingnan1(1Schoo l of G ardening,Be iji ng Fo restry U niversit y,B eiji ng100083,China;2N ati onal Eng i neer i ng R esearch C enter f o r F lor i culture,B

3、e iji ng100083,Chi naAbst ract:The paper outli n ed t h e researc h resu lts i n recent years on ho w plants purif y and abso r bi n door po isonous gas.A num ber o f indoor plants can effecti v e l y absor b indoor po isonous gas.Theabsorption efficiency is assoc iated w it h plant species,substrat

4、e,m icro-organ is m s as w ell as ligh,t te mperature and other env ironm ental cond iti o ns.The preva iling research m ethods and prob le m sw ere then ana l y zed,and so m e suggesti o ns w ere g iven for the f u rther research.K ey w ords:garden p lants,i n doo r po isonous gas,purification隨著生活水

5、平提高,對居室環(huán)境的裝修要求越來越高,但裝修所用板材、膠黏劑、涂料等會釋放一些對人體有害的氣體。居室中常見的對人類有害的氣體主要有甲醛、苯系物、氨氣和氡等。隨著人們對室內(nèi)裝修污染問題的逐漸重視,出現(xiàn)了許多凈化室內(nèi)有害氣體的方法,如活性炭、催化劑、負離子發(fā)生器、臭氧發(fā)生器及化學措施1-2,但這些措施均存在各種各樣的缺陷,且多數(shù)價格較貴。而植物凈化因其生態(tài)、天然,同時又能美化居室環(huán)境而廣為人們所接受。近年來,植物吸收凈化居室有害氣體及其相關機理的研究取得了一些成果。本文綜述了相關研究進展,以期為科學地利用園林植物改善居室氣體環(huán)境,綠化美化生活環(huán)境提供理論和技術依據(jù)。1植物凈化吸收有害氣體研究概述1

6、.1國外研究概況早在20世紀80年代,NASA(美國航空航天局就開展了植物凈化室內(nèi)有害氣體和污水的研究3。W o l v erton設計熏氣試驗探討了甲醛、CO、NO2等對植物的影響4-5。試驗表明,植物可以有效吸收有害氣體,而且初始有害氣體濃度越大植物的吸收效率越高。人們發(fā)現(xiàn)植物與基質(zhì)和土壤微生物構成的混合系統(tǒng)能對有害氣體起到凈化作用6-7。后續(xù)研究結果證實,土壤中細菌的種類會影響氣體吸收,不同種類植物根際匯集不同類型的微生物,可以有效去除有害氣體8。隨著有害氣體處理時間的延長,植物的吸收能力*收稿日期:2009-11-05基金項目:/十一五0國家科技支撐計劃課題(2006BAD07B09作

7、者簡介:安雪(1984-女,北京林業(yè)大學園林植物與觀賞園藝專業(yè)在讀研究生,E-m ai:l w ei w ei peace_1992163.co m通訊作者:潘會堂(1971-,男,博士,副教授,碩士生導師,主要研究方向:園林植物栽培生理,E-ma i:l h t pan2000yahoo.co 世界林業(yè)研究第23卷也逐漸增加,這表明根際的微生物也在適應并提高吸收有害氣體的能力,該適應過程是植物對抗有害氣體的關鍵。試驗發(fā)現(xiàn),有些植物根際可產(chǎn)生大量革蘭氏陰性菌,這類植物吸收揮發(fā)性有機化合物(VOC s的能力比根際產(chǎn)生革蘭氏陽性菌的植物強7。1997年W o l v erton總結了之前所作的研究

8、工作,提出50種常見的凈化空氣效果較好的植物,包括棕竹(Rhap is excelsa、龍血樹類(D racaena spp.、洋常春藤(H edera helix、榕樹類(F icus、波士頓蕨(N ephrole p is exaltata cv.B ostoniensis、白鶴芋(Spathi p hy ll u m sp.、菊花(Chry s anthe m u m m ori f olium、喜林芋類(P hilodendron spp.、鵝掌柴(B rassaia actinophy lla、四季秋海棠(B egonia se mp erflorens、石斛蘭(Dendrobium

9、 sp.、吊蘭(Chlorophy tum co m os um、萬年青類(Ag l a one m a、安祖花(Ant h urium andraeanum、蘆薈(Aloe bar-badensis、落地生根(K alanchoe bloss fel d iana等。吸收甲醛效率最高的為波士頓蕨,其次是香石竹(D ianthus caryo phy llus、非洲菊(G erbera jam eso-nii、棕竹(Rhap is ex cels a等;吸收二甲苯最多的是棕櫚類植物;吸收氨氣最高的為棕竹;白鶴芋可以有效吸收丙酮和甲基醇6。Frank Kuzn i k發(fā)現(xiàn)凈化有害氣體效果最好的植

10、物的蒸騰作用也較強,散失水分更多9。此外,每種植物都與不同的有害氣體有一定的親和力。Roy和W olverton推薦使用不同植物配合起來,以便吸收更多種類的有害氣體。W ood等探討了微生物和盆土以及植物的復合體對VOCs的凈化作用,微生物對于有害氣體的吸收起了很大作用,植物給微生物提供良好的生活環(huán)境,與單獨用植物吸收有害氣體相比,植物與盆土、微生物等組成的系統(tǒng)中植物的凈化作用相對較小10-12。德國科學家以吊蘭為材料用14C標記甲醛的方法,探討了植物對甲醛的吸收代謝過程,認為甲醛被植物吸收和轉(zhuǎn)化后成為組織內(nèi)的有機酸、糖類、氨基酸等13,但也有資料表明大部分被植物吸收的甲醛最終會回到空氣中14

11、。實驗表明,具有較高蒸騰效率的植物可以更有效地吸收室內(nèi)環(huán)境中的污染物,可以通過調(diào)節(jié)空氣溫濕度影響植物蒸騰速率來提高植物吸收有害氣體的能力。植物葉面積也影響著植物的氣體凈化效率,一般植物的葉面積越大,蒸騰效率越高,表面吸收有害氣體的能力就越強。植物的吸收效率也同植株大小和基質(zhì)成分及含量有關,但該結果是在密閉的熏蒸箱中測定的數(shù)據(jù),在實際居室環(huán)境中的情況比較復雜,建議所需植物的量至少要在試驗結果的基礎上加倍15。有關其他有害氣體,植物對揮發(fā)或半揮發(fā)性有機污染物的吸收與污染物本身的理化性質(zhì)有關16,可以從大氣中清除親脂性有機污染物如多氯聯(lián)苯(PCBs和多環(huán)芳烴(PAH s。最近人們對甲醛、苯、甲苯等氣

12、體的凈化研究仍較多,而且開始探討植物對混合有害氣體的凈化效果。M ung Hw a Yoo等研究了植物對苯、甲苯以及兩者混合氣體的吸收情況17,發(fā)現(xiàn)隨著植物種類不同,以及一天內(nèi)時間段的變化,單一有害氣體以及混合氣體處理對植物的影響不同,植物對有害氣體的吸收能力也有所不同。由于氣體間存在互作,植物對某一氣體的吸收效果并不能代表在混合氣體處理下對同一氣體的吸收效果。孫基哲等比較系統(tǒng)地研究了一些觀賞植物對二氧化碳、煙氣、甲醛等的吸收作用,提出了室內(nèi)植物配置應用的一些見解19。他以八角金盤(Fatsia jap onica和垂葉榕(F icus benjam i n a為材料,通過試驗分析了植物地上部

13、分和地下部分在吸收有害氣體中的作用,2種植物的地上部分白天都能夠吸收甲醛,但在夜間吸收很少,而根際的吸收能力在白天和夜間都很強,再次說明根際是吸收甲醛的主要部分20。1.2國內(nèi)相關研究進展國內(nèi)對居室內(nèi)氨、二氧化硫、氟及氮氧化物等有害氣體的研究起步較早,但在對植物凈化室內(nèi)有害氣體方面的研究開始較晚,直到上世紀90年代由于人們對裝修污染問題的關注,該方面的研究才逐漸增多,研究的有害氣體主要為甲醛和VOCs等。白雁斌在裝修1年沒有通風的居室內(nèi)放入吊蘭,甲醛濃度在2周內(nèi)有明顯降低,證明吊蘭可以緩解居室內(nèi)的甲醛污染,這是國內(nèi)較早的在實際環(huán)境中對植物凈化甲醛效果的研究21。黃愛葵等研究了/愛玉0合果芋(S

14、yngonium p odophy llu m、黃金葛綠蘿(Scindap s us aureus、金40第2期安雪,李霞,潘會堂,等:園林植物凈化居室有害氣體研究進展邊虎尾蘭(Sansevieria tri f asciata cv.Laurentii、吊蘭(Chlorophytum co m os um、中斑吊蘭(Chlorophy-t u m co m os um cv.Vittatu m等凈化甲醛和苯的能力,通過葉綠素含量、過氧化物酶活性、丙二醛含量以及葉綠體超微結構的變化進一步研究其抗性能力。結果表明,對于甲醛吸收效果最好的是/愛玉0合果芋,其次是黃金葛綠蘿和金邊虎尾蘭,吊蘭及中斑吊

15、蘭吸收效果最差。/愛玉0合果芋葉綠素含量下降幅度最小,過氧化物酶活性上升幅度最小,丙二醛積累最少,因此受影響最小;黃金葛綠蘿和金邊虎尾蘭的受影響程度相對較大,吊蘭受影響最大22。周曉晶等將植物地上部分與根系分開,研究了13種植物在封閉環(huán)境下吸收甲醛的能力,發(fā)現(xiàn)各種植物均能吸收甲醛,吸收能力較強的為合果芋(Syngonium podophillum、香蘭(Pandanus veitchii、花葉萬年青(D ieffenbachia p icta,中等的有虎尾蘭、銀后萬年青(Aglaone m a cris pum、袖珍椰子(Chamaedorea elegans、黃金葛綠蘿、白鶴芋、吊蘭等23-

16、25。李慶軍等以裝修完的居室內(nèi)擺放的觀賞植物為研究對象,進行甲醛吸收能力的研究。結果表明,幾種被測植物吸收甲醛的能力依次分別為海芋(Alocasia macrorrhiza、綠蘿、虎皮蘭、綠寶石(Castanop er m u m australe、佛肚竹(Bam busa ven-tricosa和肉桂(C innam o mum cassia。不同株齡的虎尾蘭吸收甲醛的能力不同,2年生虎尾蘭吸收甲醛的能力強于5年生虎尾蘭。溫度和濕度在一定范圍內(nèi)與植物吸收甲醛量成正比。植物吸收甲醛與單位面積氣孔數(shù)目相關,株齡小的植株相對吸收能力較強27。吳平測試了橡皮樹(F icus elastica、龜背竹

17、、白玉黛粉葉、金邊竹蕉(D racaena d ere m ensis、仙人掌(Opun itia f icus-indica、蘆薈(Alove vera、麒麟掌(E ephorbia neriifolia和中斑吊蘭等植物去除空氣中甲醛的能力,同時測量了植物體內(nèi)電導率、葉綠素、超氧化物歧化酶、丙二醛等生理指標的變化,發(fā)現(xiàn)隨著甲醛濃度的升高,大部分植物對甲醛的吸收率呈下降趨勢。濃度比較低時,甲醛對植物生理活動的影響非常小。濃度過高時,甲醛氣體脅迫對植物生理過程產(chǎn)生了很大的負面影響。將土壤單獨分離出來進行甲醛氣體吸收測定,證明了根際微生物能夠吸收降解甲醛氣體,而且作用非常明顯28。近些年來相關方面

18、的研究較多,如鄧瑜衡研究了白鶴芋、洋常春藤(H edera helix、黃金葛和橡皮樹等吸收空氣中苯系物的能力及其生理特性變化28。魏梅紅等以蘆薈為對象研究吸收甲醛特性及脅迫過程中SOD酶的相關變化29。王利英等研究了廣西大學校園8種植物在甲醛熏氣后傷害指數(shù)及生理指標的變化趨勢30-31。劉艷麗32以馬拉巴栗為材料,于洋33以紫鵝絨(Gynura auran tiaca、蘆薈和冷水花(P ilea cadierei為材料,研究了植物對甲醛的抗性和吸收能力。陳段芬等研究了甲醛處理對綠蘿、亮絲草、火鶴(Anthuriu m andreanum、虎尾蘭和非洲菊(G ebera jam esonii各

19、項生理指標的影響34。郭秀珠等研究了虎尾蘭、吊蘭、君子蘭(C livia m iniata和橡皮樹4種植物對TVOC、甲醛和二甲苯等污染物的凈化效果35。陸小清等研究了7種(品種冬青屬植物對苯氣體脅迫的反應,發(fā)現(xiàn)不同種(品種凈化苯污染的能力和耐苯脅迫的能力存在顯著差異36。曹輝研究了蘆薈、吊蘭、仙人掌、龜背竹等在不同濃度甲醛氣體脅迫下的吸收效率37。另外,昆明理工大學的殷飛、潘正波、宋中邦等通過遺傳操作,成功分離出能抗甲醛并能利用C1化合物的細菌的相關基因,轉(zhuǎn)入模式植物天竺葵等中,并成功獲得克隆苗38-40。臺灣也開展了許多有關植物凈化居室環(huán)境的研究。臺灣大學的陳彥宇等研究了一天中不同時間、不

20、同光照條件下植物對甲醛的吸收速率,光照越強,植物對甲醛吸收越多,增加程度隨植物種類而有所不同41。曹慧嫻測試了11種植物對甲醛的吸收速率,并比較了2種植物在不同光照條件下的吸收能力,發(fā)現(xiàn)光強越弱吸收能力越弱;植物不耐長期熏蒸,但是在間斷熏蒸1h 后,植物對甲醛的吸收能力會恢復42。楊玉婷以苯為對象,研究了不同環(huán)境條件(光照、二氧化碳濃度對植物吸收速率的影響43。2植物對室內(nèi)有害氣體的去除和耐受機制高等植物對甲醛的凈化主要是靠整合入植物代謝即光合呼吸過程而實現(xiàn)的。已有研究表41世界林業(yè)研究第23卷明外源甲醛能夠作為碳源被整合入光合細胞的代謝。甲醛可以和谷胱甘肽、精氨酸、天冬氨酸和四氫葉酸形成加合

21、物后通過不同的體內(nèi)途徑進行轉(zhuǎn)移。然而對幾種真核生物的生化和遺傳學研究表明,甲醛代謝的關鍵酶是FALDH,其廣泛存在于植物組織中,作用于甲醛和谷胱甘肽的加合物硫代羥甲基谷胱甘肽,得到產(chǎn)物硫代甲?；入赘孰摹Ｔ诓煌参镏袡z測到硫代甲酰谷胱甘肽水解酶的活性,它可以催化生成甲酸和谷胱甘肽的反應。以上2個酶組成了從甲醛到甲酸水平,氧化一碳單位化合物的甲醛的異化途徑38-40。甲醛通過氣孔和角質(zhì)層進入植物體內(nèi),并且更容易被遠軸的表面以及幼嫩葉片吸收。一旦進入植物葉片中,它通過兩步酶的轉(zhuǎn)化作用變成CO2,進入卡爾文循環(huán)38-40。植物轉(zhuǎn)化甲醛的效率光下大概是黑暗下的5倍。一些甲醛可以轉(zhuǎn)化成S-甲基甲硫氨酸,

22、并轉(zhuǎn)化成植物韌皮部的器官。苯和甲苯在斷鏈后進入卡爾文循環(huán),也能成為組織氨基酸的一部分。在植物生長的土壤或基質(zhì)中有一些微生物也可以吸收VOCs,當植物體從基質(zhì)中移走后,VOCs含量仍然減少,這個現(xiàn)象可以說明這點。同理,生活在黑暗中的植物也可以吸收VOCs,并且吸收能力隨著暴露時間的延長而增加。一些土壤微生物可以降解有毒化合物,但是能夠降解VOCs的微生物種類還沒有完全確定。植物可以分泌一些有機物作為根際微生物的營養(yǎng)。葉隙間也生存著一些微生物。K e m-peneer等曾報道,在葉隙中人工注射微生物可以提高植物吸收VOCs的能力,根際和葉隙微生物也存在對室內(nèi)氣體生物過濾的作用20。3小結由于居室環(huán)

23、境復雜,目前針對植物吸收居室中某種有害氣體的研究多采用人工熏氣的方法,在控制的環(huán)境下使植物接觸氣體污染物,研究植物對污染物的吸收能力、抗性和敏感性,污染物對植物的影響、傷害癥狀和復合污染的作用,以及環(huán)境條件對植物與污染物關系的影響等。相對于實際環(huán)境條件,人工熏氣方法便于控制環(huán)境條件以獲得比較合理的結果。但也應該認識到,人工密閉條件相對于實際環(huán)境條件存在很大的差異,獲得的結果只能在一定程度上指導實際應用。如何改進現(xiàn)有的試驗方法,使試驗條件更接近于實際環(huán)境條件,已成為研究者需要重視的問題。大多數(shù)研究是對某種或某幾種植物對甲醛和VOCs等有害氣體吸收效果及抗性進行評價,但由于各自試驗條件和方法的限制

24、,得出的結論不盡相同,植物的狀態(tài)也會對試驗結果產(chǎn)生顯著影響,使試驗結果可比性不強,缺乏科學的對現(xiàn)有植物進行綜合評價的手段。隨著更多的植物種類應用于室內(nèi)綠化美化,對這些植物有必要做相關的研究,以達到植物室內(nèi)布置的科學和美觀。在植物對有害氣體的抗性研究方面,觀測的指標主要有葉片結構和外觀受害情況、氣孔導度、葉綠體含量和微觀結構、細胞膜相對透性、丙二醛含量以及抗氧化酶(SOD、POD、CAT等的活性等。W ood和Burchett提出一個包括葉綠素含量、葉片外滲液pH值、相對含水量,及V c含量等指標在內(nèi)的計算公式,用來評價植物的有害氣體耐受能力(APT I,在保證排除其他不利因子的影響下,將生理指

25、標與表觀受害指標結合,可以更科學地衡量植物耐受性強弱20。植物對有害氣體的凈化作用不容忽視,環(huán)保型植物在凈化室內(nèi)空氣污染方面有著廣闊的應用前景。綠色植物兼具美化和綠化的雙重功能,對于改善人們的生活環(huán)境質(zhì)量有著不可替代的作用。但目前該研究領域仍然存在研究不夠系統(tǒng)、缺乏在限定環(huán)境條件下不同植物的可比性研究、相關機理方面的研究不夠深入、對于吸收后在高等植物體內(nèi)的代謝機制認識還不充分、混合氣體對植物的影響及吸收情況是否與單一氣體一致等問題,需要進一步研究。參考文獻1唐文.新裝修房屋甲醛污染及植物凈化探討J.廣東化工,2008,35(6:114-117.2劉春麗,章亞東.室內(nèi)甲醛污染治理的研究進展J.江

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