甲醛是最主要的室内空气污染物之一, 对皮肤和黏膜有强烈的刺激作用, 可使细胞中的蛋白质凝固变性, 抑制细胞机能, 所以长期的室内甲醛污染会对人体健康造成非常严重的危害。目前甲醛已被世界卫生组织确定为1A类物质 (人类致癌物) , 并作为重要的环境污染物加以研究和对待。一直以来, 去除室内甲醛污染的方式主要以物理和化学方法为主, 而从上个世纪80年代才有相关学者开始植物净化室内空气污染研究。由于植物净化技术相比于物理和化学修复技术, 具有成本低、净化效果持续等优点, 逐渐成为一种备受人们关注的室内污染净化技术。
在近三十年的室内植物净化甲醛的研究中, 约上百种植物作为研究对象进行甲醛熏蒸实验。但受实验时间、人力和物力等因素的影响, 实验过程中很难对每种室内植物净化甲醛的能力都进行测定, 且有些植物一时间很难找到, 所以实验对象局仅限于一些常见的室内植物。Benjamin等人[1]提出关于植物分类法对植物释放VOCs能力赋值的方法。植物VOCs的释放跟植物吸收甲醛的过程相似, 都是气体通过叶片的气孔被动扩散的过程, 气体是由高浓度往低浓度处扩散, 在动力学的角度来说两者是相似的[2,3]。植物净化甲醛能力特性是否和植物的分类关系具有很大的关联。如果这种假设是成立的, 那么植物分类学知识将会有效的加快科学工作者对室内植物净化甲醛的筛选研究。
1 材料与方法
1.1 供试植物
本实验选取了19科36属51种室内植物。同种植物尽量选取大小、高度、叶片数量差不多、生长状态良好的植株。实验的时候将植物的花盆和泥土部分用聚四氟乙烯薄膜包裹起来, 以隔离泥土和泥土微生物对甲醛的吸附和吸收作用。
1.2 熏蒸系统
本实验设置一个空白的控制缸 (长×宽×高=0.4 m×0.4 m×0.6 m, 其体积为0.096 m3) 和多个模拟缸 (规格同控制缸一致) , 均是采用厚度为7 mm的普通玻璃制造而成的密闭舱, 并用密封条进行密封。熏蒸系统设在温室内, 缸内的温度控制在21±4℃, 光强控制在63~87μmol/m2s, 湿度受到植物蒸腾作用影响, 测试期间缸内湿度处于50%~75%之间。甲醛产气装置利内装有甲醛水溶液 (37%~40%) , 利用恒温水浴方式控制瓶中的温度, 从而获得恒定浓度的甲醛气体。装置侧面离顶部10 cm有一根采气玻璃导管, 用于采样及检测玻璃缸内的气体浓度 (美国INTERSCAN 4160-19.99 m型甲醛分析仪测定, 精度为±2%, Rd±0.01 ppm) 。装置另一侧面离底部10cm处有进气管, 外与活性炭过滤器连接, 开始采样的时候才打开开关。
1.3 步骤和分析
将供试植物放进熏蒸系统内, 至少做三个平行样, 利用注射器将气体注射进密闭缸, 启动玻璃缸内的小风扇, 使缸内的开始甲醛浓度达到实验需要的1±0.1 ppm。每隔15分钟监测一次浓度, 连续进行五次监测, 测试完后的植物样品利用打孔称重法来计算叶面积。本实验采取甲醛沉降速度评价方法来分析植物净化甲醛的能力。
2 结果与分析
2.1 利用植物分类法进行赋值
2.1.1 赋值方法和条件
本文按照以下操作流程进行赋值, (1) 如果相同属内的植物的甲醛沉降速度已经测定, 其值 (平均值) 可以赋予同属内的其它植物; (2) 如果同属内的植物的甲醛沉降速度没有测定, 则该科内的其它属植物的甲醛沉降速度 (平均值) 可用来赋值; (3) 当科内没有测定任何植物的甲醛沉降速度, 则不能赋值。需要说明的是, 该方法赋值的前提条件下, 相同属和科水平下的各种植物的之间的沉降速度应该具有一定的相似性。
2.1.2 同属植物甲醛沉降速度的赋值
为了检验各种室内观赏植物间的去除甲醛能力是否存在差异性, 将每种植物的沉降速度的数据组进行duncan法 (P<0.05) 的range值逐步计算。
属于同一属的植物, 其甲醛沉降速度差异性基本不显著, 即甲醛沉降速度具有相对一致性。比如粗勒草属、花烛属、虎尾兰属、龙血树属等同属植物的沉降速度差异性都不显著。喜林芋属中除了仙羽蔓绿绒的沉降速度较小, 在p<0.05下有差异性之外, 其它三种植物都表现为相对一致的速度。但是花叶万年青属中三种植物的差异性都非常显著, 尤其是玛丽安万年青的值非常的低, 这也说明即使同属的情况下, 同属不同种的植物除开形态不一致之外, 还可能由于自身基因型的特殊性表现出不同的净化甲醛的能力。剩下大部分属的植物只有单种植物, 无法验证同属中植物的差异性。根据前人的研究也发现类似的规律, 比如BC Wolverton[4,5]对喜林芋属的春羽、绿宝石喜林芋和心形喜林芋的去除甲醛的能力具有相对一致性, 分别是8656μg/d、9889μg/d及8480μg/d, 但是在龙血树属中, 竹蕉和红边竹蕉并没有太好的一致性, 其去除甲醛能力分别为48880μg/d和20469μg/d。而另一个研究[11]中发现龙血树属的一致性也较强, 红边竹蕉, 银纹竹蕉及巴西铁的数据较为接近, 但是竹蕉的数据偏大。
从上述的植物沉降速度的差异性的分析结果可知, 相当部分同属的植物具有相似的沉降速度, 比如龙血树属、喜林芋属、粗勒草属以及花烛属和虎尾兰属。通过这种同属赋值的方法的数值具有一定的可信度, 因此本实验将同属的各种类的甲醛沉降速度平均值作为该属类植物净化甲醛的能力。
2.1.3 同科植物甲醛沉降速度的赋值
同科的植物之间的沉降速度差异性基本不显著。比如龙舌兰科、仙人掌科的所有属类植物的沉降速度差异性都不显著;天南星科中除了合果芋属、海芋属、龟背竹属差异性较大之外, 其它同科的植物之间的沉降速度差异性都没有显著 (P<0.05) ;百合科的吊兰属与龙血树属的差异性显著 (P<0.05) , 但是本次实验的吊兰属只检测了吊兰单种植物, 代表性不足, 而龙血树属的所有检测的植物都差异性不显著 (P<0.05) 。总体来说, 龙舌兰科、仙人掌科、天南星科及百合科的植物的差异性并不显著 (P<0.05) , 而唇形科、五加科、菊科、景天科等的同属植物之间差异性较为显著, 植物的甲醛沉降速度有从弱效果到高效果的跨越, 不过这些科同属的植物只检测了单种植物, 对于同科同属间的差异性显著的说服力也不足。其外多种科属只检测了单种植物, 无法进行同属植物的沉降速度的差异性比较。根据前人的研究也发现类似的规律, 比如BC Wolverton[4,5]在于天南星科植物的研究中的检测的数据反映了绿萝属和喜林芋属具有较好的关系, 同样在另一份报告中, 对于天南星科的粗勒草属、花烛属、花叶万年青属、扁叶芋属、合果芋属的七种植物进行监测发现, 这几种植物的净化能力较为一致。同时也对百合科的吊兰属、龙血树属、郁金香属、沿阶草属、芦荟属的八属植物进行甲醛去除量监测, 除开芦荟属的植物外, 其它数据也呈现相对一致的规律。陈彦宇[6]对天南星科的喜林芋属、粗勒草属、花烛属、花叶万年青属、雪芋属及绿萝属等植物进行甲醛沉降速度的测定, 其数据结果非常一致, 除开雪芋属的金钱树之外, 其他所有的植物的沉降速度都在0.276±0.39mm/s范围内。此外从我国首次室内常用植物净化室内环境污染发布结果来看, 花烛属的白鹤芋跟粗勒草属的斜纹粗勒草的甲醛去除能力也较为接近, 分别是1.09 mg/m2.d和0.93 mg/m2d。前人的研究表明了天南星科和百合科的植物在科水平下的植物具有相对的一致性, 跟本次实验的分析结果吻合。通过这种同科赋值的方法的数值具有一定的可信度, 因此本实验将同科的各属类的甲醛沉降速度平均值作为该科类植物净化甲醛的能力。
但比较发现, 同科下各属的平均值的差异性强过同属下各种的平均值, 说明了植物分类法筛选净化甲醛的植物, 应尽量细分到种、属级别, 从科级别来判断植物的净化甲醛能力时的准确性将大大下降。
2.2 筛选出高效净化甲醛的室内植物
至此, 本实验已将51种植物的19科36属的净化能力进行了赋值。可以发现, 科水平下, 净化甲醛能力前十的植物有桑科、肾蕨科、秋海棠科、铁线蕨科、脣形科、铁角蕨科、五加科、菊科、景天科、仙人掌科;属水平下, 净化甲醛能力前十的植物有常春藤属、榕属、肾蕨属、秋海棠属、薄荷属、铁线蕨属、大丁草属、罗勒属、巢蕨属、菊属。
摘要：本实验采用密封舱熏蒸法以1±0.1 ppm浓度的甲醛对19科36属51种常见室内观赏植物进行熏蒸处理, 测定各种植物的甲醛沉降速度, 同时利用SPSS的Duncan法 (P<0.05) 对甲醛沉降速度进行显著性分析。分析表明植物净化甲醛的能力与植物分类具有相关性, 可以通过已有的测定数据赋值到同科、同属的植物。赋值的结果发现:科水平下, 桑科、肾蕨科、秋海棠科、铁线蕨科、脣形科、铁角蕨科、五加科、菊科、景天科、仙人掌科, 以及属水平下, 常春藤属、榕属、肾蕨属、秋海棠属、薄荷属、铁线蕨属、大丁草属、罗勒属、巢蕨属、菊属的植物具有良好的净化甲醛的作用。
关键词：植物分类法,甲醛,室内植物,筛选.
参考文献
[1] Benjamin, M.T., M.Sudol, L.Bloch, and A.M.Winer.Lowemitting urban forests:A taxonomic methodology for assigning isoprene and monoterpene emission rates[J].Atmospheric Environment, 1996, 30 (19) :1437–1452.
[2] Giese M, Bauer-doranthu, Langebartel S C.Detoxification of formaldehyde by the spider plant (Chlorophytum comosum L.) and by soybean (Glycine max L.) Cell-Suspension Cultures[J].Plant Physiology, 1994, 104:1301-1309.
[3] Ugrekhelidze D, Korte F, Kvesitadze G.Uptake and transformation of benzene and toluene by plant leaves[J].Ecotoxicology and Environmental Safety, 1997, 37 (1) :24-29.
[4] Wolverton B C B C, Johnson A, Boundsk.Interior landscape plants for indoor air pollution abatement[C].NASA, Stennis Space Center, 1989.
[5] Wolverton B C, Wolverton J D.Plants and Soil Microorganisms:Removal of Formaldehyde, Xylene, and Ammonia from the indoor environment[J].Journal of the Mississippi Academy of Sciences, 1993, 38 (2) :11–15.
[6] 陈彦宇.常见室内植物对甲醛及二氧化碳的之吸收及反应[D].国立台湾大学, 2007.7.7