六種室內觀葉植物釋放空氣負離子能力的初步研究

　　【摘要】本研究利用ITC-201A型智能便攜式空氣負離子測試儀，在室內的20cm×20cm×60cm的密閉箱子內，分別測量了蘆薈、泡葉冷水花、吊蘭、燕子掌、彩葉草、吊竹梅的負離子值，通過分析對比葉面積、單極系數、空氣離子評議系數（CI）等，得出植物綜合排名。
　　【關鍵詞】空氣負離子 室內觀葉植物 單極系數 空氣離子評議系數
　　
　　一、前言
　　1. 問題的提出
　　我發現進入到植物多的房間會覺得空氣清新，使人心曠神怡，感到很舒服。后來得知是因為屋內空氣負離子濃度高的緣故。在日常生活中，空氣負離子濃度與我們有怎樣的聯系呢？通過查閱資料，我對空氣負離子的概念、產生機理、作用、監測與評價方法等有了一定的了解，并更詳細地查閱了關于空氣負離子方面的國內外的研究情況，這些激起了我很大的興趣。因為在家中擺放植物是很常見的美化環境的方法，同時通過查找資料，發現觀葉植物不僅葉形、葉色美麗，而且具有很高的釋放負離子的能力，因此進一步想到了在家中擺放觀葉植物以提高空氣中負離子濃度。
　　2. 負離子的基本概念
　　在外界某種條件的作用下，呈電中性的空氣氣體分子外層電子脫離原子核的束縛從軌道中逸出，使部分氣體帶正電荷，這些正電荷和逸出的電子與某些中性分子或原子結合成為陽離子或陰離子，空氣正離子和空氣負離子。
　　3. 負離子的作用
　　負離子與人們的生活密切相關。負氧離子能激活空氣中的氧離子，使其更加活躍且更容易被人體吸收，有助于改善心肌功能，增強心肌營養和細胞代謝。
　　負離子水是自來水經過預處理后，再經負離子發生材料處理而得來的，它具有偏堿性、不含細菌、含有呈離子態的礦物質等特征。
　　負離子發生材料涂在建筑物外墻可減輕酸雨對建筑物的損害，涂在內墻可使室內浮游灰塵、絨毛等物質被吸附，防止誘發鼻炎、氣管炎等過敏性疾病。
　　負離子還可防止土壤酸化，供給植物充分營養，促進作物發芽、生長，提高糧食產量。可用于蔬菜、魚、肉食等食品保鮮，并可用于烤箱中使烘烤食品味道更佳。
　　4. 自然條件下的負離子產生機理
　　（1）地殼和大氣中的放射性物質的電離作用
　　（2）宇宙射線和太陽紫外線的電離作用
　　（3）水的Lenard效應
　　（4）植物的“尖端放電”和“光電效應”
　　5. 正離子與負離子
　　在自然條件下，正離子與負離子的比例是1.2∶1.0，但現代社會發展已破壞了自然界中離子的平衡。
　　二、實驗研究
　　（一）實驗時間
　　春季2009.3.2146:00～18:00
　　2009.4.4446:00～18:00
　　2009.4.2546:00～18:00
　　秋季2009.9.2746:00～18:00
　　2009.10.846:00～18:00
　　2009.10.246:00～18:00
　　夏季2009.8.2046:00～18:00
　　2009.8.3046:00～18:00
　　2009.9.1346:00～18:00
　　冬季2009.1.1746:00～18:00
　　2009.2.1446:00～18:00
　　2009.3.1446:00～18:00
　　以天為單位，從每天6:00～18:00，每隔2小時測一次，每天共測7次。
　　（二）實驗地點
　　北京教學植物園
　　（三）實驗材料
　　ITC-201A型智能便攜式空氣負離子測試儀，蘆薈、泡葉冷水花、吊蘭、燕子掌、彩葉草、吊竹梅，規格為20cm×20cm×60cm的透明密封箱2只，高度為45cm的支架一個，秒表一塊，直徑6mm打孔器一個，天平（含砝碼）1臺。
　　考慮到市民對各種觀葉植物的喜愛程度、常見的植物種類、植物適宜生長的環境等因素，選擇了以下6種植物進行實驗（見表1）：
　　（四）實驗方法
　　1. 負離子部分
　　（1）前期準備：①通過網絡、圖書館等渠道，查閱有關資料，選擇實驗時間、實驗地點，并制定實驗方案；②在此基礎上，按照正式實驗的標準于2009年1月11日進行了預實驗；③總結、分析預實驗的問題與不足，據此調整實驗方案；④準備進行正式實驗。
　　（2）正式實驗
　　2. 葉面積測算部分
　　（1）葉片形狀規則植物：蘆薈
　　方法：轉換為幾何圖形直接測量
　　（2）葉片形狀不規則植物：泡葉冷水花、吊蘭、燕子掌、彩葉草、吊竹梅
　　方法：打孔稱重法
　　三、實驗數據
　　1. 負離子部分
　　示數：取同一季節中3次實驗同一時間點的數據平均值。
　　差值：同一季節中3次實驗同一時間點的植物負離子平均值與空箱負離子平均值的差。
　　2. 葉面積測算部分
　　四、分析與討論
　　（一）空氣負離子的評價
　　1. 單位葉面積產生的負離子濃度（見表2）
　　②箱子體積=長×寬×高=20cm×20cm×60cm=24000cm3
　　根據公式計算出每種植物的負離子濃度（單位：個／cm2）。通過對比可得負離子濃度大小順序從高到低依次為：彩葉草＞蘆薈＞吊蘭＞燕子掌＞吊竹梅＞泡葉冷水花。
　　2. 單極系數角度
　　單極系數指空氣中正離子數與負離子數的比值，用q表示，即q=n+/n-，式中n+為空氣正離子數、n-為空氣負離子數。
　　通過計算得出每種植物單極系數平均值，從低到高依次為：彩葉草＜吊竹梅＜吊蘭＜泡葉冷水花＜燕子掌＜蘆薈。
　　3. 空氣離子評議系數（CI）角度
　　空氣離子評議系數（CI）指空氣中離子濃度接近自然界空氣離子化水平的程度。該指標把空氣負離子作為評價指標，同時又考慮了正、負離子的構成比，評價比較全面，具體可以劃分為5個等級，評議大氣清潔度的方法用其指數進行判斷，見表3。
　　CI=×
　　注：1000——滿足人體生物學效應最低需求的空氣負離子濃度（個／cm3）
　　根據公式計算出空氣離子評議系數（CI）值。結果如表4：
　　根據公式計算可得每種植物CI值。通過對比每種植物CI值從高到低依次為：彩葉草＞吊竹梅=泡葉冷水花＞吊蘭＞燕子掌＞蘆薈。
　　（二）負離子的分布規律
　　1. 負離子濃度的時間變化規律
　　可以看出，蘆薈、吊蘭、燕子掌、彩葉草這四種觀葉植物在春、秋、冬三季中，最高值均出現在正午12:00，這可能是因為12:00時光照最為充足，且此時環境中濕度達到了最大值，這造成了此時這四種觀葉植物的光合作用最強，所以產生的負離子值也達到了極大值。燕子掌、吊竹梅、彩葉草的夏季負離子最高值都出現在16:00，而并沒有出現在一天中溫度最高的14:00和濕度最高的12:00，我認為這可能是由于植物在12:00～14:00的高溫狀態下，已經進入了半休眠狀態，光合作用被抑制，所以釋放出的負離子沒有到達極值。相反，蘆薈、泡葉冷水花在夏季14:00出現了極大值，這可能是由于植物自身喜高溫、高濕的環境，在這種環境下光合作用更強，釋放負離子更多。還能看到，六種觀葉植物四季的最低值均出現在6:00和10:00，我認為這是由于6:00是一天中溫度最低值，而10:00則是一天中濕度最低值造成的。
　　綜上所述，可得出空氣負離子濃度的時間變化規律：
　　年變化：一年中，空氣負離子濃度夏、秋季高于冬、春季；且夏季最高，冬季最低。
　　日變化：一天中，空氣負離子濃度在12:00、14:00或16:00較高，而6:00或10:00出現最低值。
　　
　　2. 負離子濃度與氣象要素的關系
　　在測量完每組實驗負離子值后，測量了當時的溫度和濕度。經過對比分析發現，植物負離子值的高低和溫度、濕度有一定關系（如表5）。
　　由表5可以看出：一年中溫度、濕度最高的季節為夏季，最低的季節為冬季；而一年中，空氣負離子濃度夏、秋季高于春、冬季，且夏季最高，冬季最低。即可得出空氣負離子濃度與氣象要素的關系：空氣負離子濃度隨溫度、濕度的升高而升高。
　　五、結論與建議
　　1. 結論
　　（1）通過在家中擺放觀葉植物，可以增加空氣負離子濃度，使單極系數達到平衡（正負離子比值1.2），起到改善空氣質量的作用
　　（2）植物綜合排名：彩葉草＞吊竹梅＞吊蘭＞泡葉冷水花＞燕子掌＞蘆薈。所以，推薦最適合家中種植的植物為彩葉草。
　　（3）空氣負離子濃度的時間變化規律：一年中，空氣負離子濃度夏、秋季高于冬、春季，且夏季最高，冬季最低。一天中，空氣負離子濃度在12:00、14:00或16:00較高，而6:00或10:00出現最低值。
　　（4）空氣負離子濃度與氣象要素的關系：一年中空氣負離子濃度隨溫度、濕度的升高而升高。
　　2. 不足
　　（1）CI值較低。盡管正、負離子比值達到了1.2∶1，但是因為正、負離子值較低，所以根據空氣離子評議系數值公式，每種植物的CI值仍然較低，空氣離子評議系數等級均為E級。所以我還會繼續尋找釋放負離子能力更強的植物來解決這一問題。
　　（2）植物的生長速率不同。一年中，不同植物在不同季節的生長速率不同，未考慮到植物的生長速率對每個季節植物負離子濃度的影響。我要在下一步研究中考慮這方面問題。
　　（3）葉面積測量中的誤差。因為蘆薈的葉片具有一定厚度，且不同葉片薄厚不均，所以在測量葉面積時沒有采用打孔稱重法，而采用了轉換為幾何圖形直接測量的方法。但是蘆薈的葉片具有彎曲度，且葉片的形狀與三角形有一定差距，所以在用直尺測量后用三角形面積公式計算葉面積時會有一定誤差，從而影響到蘆薈葉面積的測量準確性。
　　3. 建議
　　（1）居民家中多種一些植物，使植物起到“生態負離子發生器”的作用。
　　（2）在家中可擺放彩葉草、吊蘭等觀葉植物，因為它們不僅具有外形美觀的特點，還可以大量釋放負離子，達到凈化空氣的目的，使人感覺輕松愉悅。
　　4. 前景
　　空氣負離子是一種高科技的無形資源，又是一種重要的可持續利用的新興生態資源。空氣負離子的相關研究雖然已有近百年的歷史，但仍處于初級階段，負離子測試設備不成熟、評價方法不完善，國內外尚沒有統一的空氣負離子含量的限制標準，建議應加強相關指標的監測和預報工作。
　　
　　【參考文獻】
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　　專家點評
　　該項目從城市居住室內環境等方面入手，在進行相關資料調查的基礎上，選擇蘆薈、泡葉冷水花、吊蘭、燕子掌、彩葉草、吊竹梅六種植物，開展了大量的植物種植實驗，通過分析對比葉面積、負離子指數等提出了不同植物的綜合排名，得出彩葉草為最適合在家種植植物的結論。方法簡單但可靠，結果雖然不具有統一性，但方法具可推廣性，中學生易于學習和模仿。ＫＪ