常態下景天科室內觀賞植物釋放負離子的研究

許賢書　鄭俊鳴　方笑　吳仁燁　鄭金貴　鄧傳遠

摘 要 在密封玻璃箱內測定6種景天科植物負離子濃度晝夜（24 h）的變動趨勢，以觀測其負離子釋放濃度晝與夜變化規律的相關性，為27種景天科植物負離子釋放量的合理測試時間提供依據。在此基礎上，選用27種試驗植物測試其白天12 h負離子釋放濃度，探討景天科不同植物負離子釋放濃度的種間差異，為篩選負離子釋放量高的室內觀賞植物種質資源提供理論依據。6種景天科植物負離子釋放濃度的晝夜變化規律的分析結果表明，以測定白天12 h均值代替晝夜24 h平均值來粗略評估同一類群不同植物種類負離子釋放能力不同具合理性。景天科27種植物常態下白天12 h負離子釋放濃度均值的ANOVA和LSD多重比較分析表明景天科不同植物常態下負離子釋放能力有差異。

關鍵詞 負離子；室內植物；景天科植物；常態

中圖分類號 S68 文獻標識碼 A

空氣負離子NAI（negative air ion）具有凈化室內空氣，滯塵殺菌的功能[1-3]，其濃度值被世界衛生組織作為評價空氣質量的重要指標，界定負離子濃度值達到1 000 ion/cm3以上為清新空氣[4-5]，具有促進人體的新陳代謝，提高免疫力，預防心血管疾病等保健功效[6-9]。目前，國內負離子研究更多集中在戶外城市綠地（如城市公園，森林公園等）植物群落的負離子濃度值變化規律[10-13]及影響因素[14-16]等。室內環境的負離子濃度研究一部分集中在監測負離子方面[17-18]，在Nemeryuk[19]首次提出植物能釋放負離子后，眾多學者展開了具備釋放負離子功能的室內植物研究，以改善室內空氣質量差，負離子濃度值低的現象[20-29]。本研究選擇27種（含變種與品種）景天科室內觀賞植物為研究對象，通過測定和比較其負離子釋放量，旨在篩選具有高效負離子釋放能力的植物，提高室內負離子濃度值，提升室內空氣質量。同時，為“植物源負離子發生器”的植物應用提供基礎數據支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 植物材料 試驗植物為27種（含變種及品種）室內觀賞的景天科植物（見表2），均選購于福建漳州百花村花卉市場。嚴格挑選形態和生理狀態較為一致的3年生植株，盡量消除同種株間年齡、形態和生理狀態對植物負離子釋放量產生的影響[20-21]。

1.1.2 試驗儀器 試驗采用DLY-4G-232型大氣離子測量儀，其量程為（1～1.999×109 ion/cm3），所選室內環境滿足儀器正常工作環境要求，通過數據線可連接電腦與大氣離子測量儀進行實時讀取數據。

1.2 方法

試驗選擇在2014年8月的晴朗、干爽、無風的天氣，在室內800 mm×800 mm×800 mm的密封玻璃箱（裝置見鄧傳遠等[26]的圖4）內進行，消除外界環境因子對植物負離子釋放量的影響[21-23]，并保證試驗植物的實驗組和對照組處于相同的室內環境，平均溫度（30±3）℃，相對濕度（70±10）%，光照強度（1 300±200）lx。

對一些室內植物負離子24 h釋放規律的研究表明，研究植物白天與夜晚釋放負離子具有相似的規律[21-23，27]，本研究首先通過在密封玻璃箱裝置內測定6種景天科植物負離子濃度晝夜（24 h）的變動趨勢（測試植物中文名稱和拉丁學名見表1），以觀測其負離子釋放濃度晝與夜變化規律的相關性，為27種植物負離子釋放量的合理測試時間提供依據。在此基礎上，選用27種試驗植物（測試植物中文名稱和拉丁學名見表2），測試其一定時間內（白天7 ： 00～19 ： 00）負離子濃度釋放的均值，探討景天科不同植物負離子釋放濃度的種間差異，為篩選負離子釋放量高的室內觀賞植物種質資源提供理論依據。

6種植物負離子釋放濃度的日變化規律和27種植物負離子釋放濃度的對比測定試驗過程中，置于玻璃箱內的植物高度位置不變。由于植物與土壤都具有釋放負離子的能力[20，28]，試驗設置3個重復，并以拔除植物的盆土為對照組。在相同的室內環境，每種植物試驗組與對照組放置于相鄰的不同玻璃箱裝置內，同時進行測試每種試驗植物的負離子釋放濃度。

負離子測量儀每30 s讀取1個數據，每株植物在測試時間內的所有讀取數據的均值為該株植物負離子釋放濃度的平均值，3株重復試驗植物的負離子釋放濃度的均值作為該種植物負離子釋放濃度。

1.3 數據統計分析

運用Excel 2007軟件對試驗植物負離子釋放量進行統計與分析，運用SPSS 19.0軟件對試驗植物負離子釋放量進行方差分析與LSD多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 自然狀態下6種植物負離子釋放濃度的晝夜（24 h）變化

6種植物白天（7 ： 00～19 ： 00）、晚上（19 ： 00～7 ： 00）和全天24 h試驗組與對照組負離子釋放濃度見表1，ANOVA分析表明6種植物間白天、晚上和全天負離子釋放濃度有極顯著差異，多重比較結果見表1。配對t-檢驗結果表明，試驗組白天（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）負離子釋放濃度均值均高于對照組（表1），且試驗組白天（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）負離子釋放濃度均值與對應的對照組呈顯著正相關。

6種植物及其對照組每小時負離子釋放量均值在24 h內的變化規律見圖1。落地生根晝夜（24 h）變化呈中間高早晚低的現象，最高峰出現在10 ： 00和11 ： 00，中間出現一些波動，與對照組變化趨勢相同；觀音蓮負離子濃度總體呈現先升高后降低的趨勢，中間波動幅度較大，其最高峰出現在10 ： 00左右，而其對照組負離子濃度變化不明顯；大和錦負離子濃度總體呈先升高后降低趨勢，最高峰出現在11 ： 00左右，對照組與其變化規律較一致，且一直低于實驗組負離子濃度；樹景天負離子濃度總體呈先升高后降低趨勢，中間出現一些波動，波動幅度不大，最高峰出現在7 ： 00和10 ： 00左右，對照組與其變化規律較一致，且一直低于實驗組負離子濃度；長壽花負離子濃度總體呈先升高后降低趨勢，峰值出現在9 ： 00和10 ： 00左右，中間出現一些波動，對照組與其變化規律較一致；垂盆草負離子濃度整體呈先升高后降低再升高趨勢，峰值出現在10 ： 00，與其對照組負離子濃度變化相似。6種植物負離子釋放濃度在白天時段（8 ： 00～20 ： 00）均值與夜間時段（20 ： 00～8 ： 00）均值配對t檢驗結果為t=16.161，顯著性p=0.000<0.01，相關系數r=0.983，相伴概率p=0.000<0.01。統計分析結果表明，6種植物負離子釋放濃度在白天時段均值（7：00～19：00）較夜間時段（19 ： 00～7 ： 00）均值高，且白天時段與夜間時段負離子釋放量具有相似的變動趨勢。

2.2 自然狀態下景天科植物負離子釋放濃度的種間變動

在密封玻璃裝置內對27種（含變種及品種）景天科觀賞植物進行負離子釋放濃度（7 ： 00～19 ： 00）測試，并對每種植物測定均值進行LSD多重比較，結果見表2。

測定的27種試驗植物中，玉蝶負離子釋放量最高，達到389 ion/cm3，其次是大葉落地生根為365 ion/cm3，黃麗負離子釋放量最低僅為120 ion/cm3。不同植物間負離子釋放量最高與最低之間相差269 ion/cm3，比值為3.24倍，反映不同種間負離子釋放量差距較大。相對于空白對照組負離子釋放量，玉蝶負離子釋放量提高幅度最大達132.93%，其次為玉杯，提高了98.66%，提高幅度最低的是梅兔耳，僅提高4.26%。

通過不同植物的試驗組與空白對照組負離子釋放量均值進行配對t檢驗，結果表明，試驗組與對照組負離子釋放量均值相關系數r=0.750，相伴概率p=0.000<0.01。27種試驗植物中，試驗組與對照組負離子釋放量均值的配對t檢驗結果為t=7.688，顯著性p=0.000<0.01，表明兩者之間差異達到極顯著水平。由此可知，常態下植物負離子釋放量極顯著大于空氣中負離子濃度值，且二者負離子濃度值具有相關性。

對不同植物與重復試驗進行雙因素方差分析，以探究不同植物種類與重復試驗對植物負離子釋放量所產生的影響。結果表明，常態下植物種類對植物負離子釋放量具有極顯著影響（p<0.01），重復試驗處理對試驗植物負離子釋放量影響不顯著（p>0.05），即表明株間差異不明顯，試驗結果較為均勻穩定。而不同植物種類與重復試驗處理兩因素對植物負離子釋放量存在極顯著交互影響（p<0.01），可能是植物種類對植物負離子釋放量起主要影響作用。LSD多重比較分析結果表明，常態下351對不同植物組合，其負離子釋放量的差異性比較中，除梅兔耳與匙葉伽藍菜，八寶景天和伽藍菜，伽藍菜與千佛手，八寶景天與千佛手，佛甲草與玉杯，落地生根與松葉景天這6對植物組合負離子釋放量差異不顯著（p>0.05），其余345對植物組合負離子釋放量存在顯著差異（p<0.05）或極顯著差異（p<0.01）。

3 討論

3.1 合理的測試時間確定

通過測定6種景天科植物負離子釋放濃度的晝夜變化規律可知，測試植物24 h釋放負離子的規律趨勢較為一致，總體呈現先上升后下降的趨勢，中間出現波動，負離子釋放量最高值出現在白天時段（8 ： 00～20 ： 00），白天時段均值（8 ： 00～20 ： 00）較夜間時段（20 ： 00～8 ： 00）均值高（t=16.161，p=0.000<0.01），該結論與前人的研究結果一致[21-23，27]。植物釋放負離子受多種因素影響[20-21]，為了摒除外界因素干擾，本試驗在密封的玻璃室內進行試驗，可較為準確地測量植物在常態下釋放負離子的濃度。同時，為了比較不同植物釋放負離子的差異，合理的測試時間也非常重要，已有研究對測試時間的選擇主要有晝夜測試（24 h），以每種植物24 h釋放負離子的濃度均值來表示每種植物釋放負離子的能力[21-23，27]，而對某一親緣關系比較近的某一類群（如同一科屬的不同種類）一般僅白天測試（12 h），以每種植物12 h釋放負離子的濃度均值來代表每種植物釋放負離子能力[24-25]，對6種試驗植物負離子釋放濃度的晝夜變化規律可知，12 h測試有其合理性和可行性。 （1）負離子釋放量最高值出現在白天時段（8 ： 00～20 ： 00），圍繞最高值做一定程度的波動；（2）親緣關系較近的相同分類群植物負離子濃度白天時段與夜間時段具有相似的變動趨勢（6種植物負離子釋放濃度在白天時段均值與夜間時段均值配對t檢驗相關系數r=0.983，相伴概率p=0.000<0.01）；（3）本研究表明，6種植物白天測定12 h與測定24 h一晝夜相比，雖然LSD多重比較沒有完全相同，但主要結論卻比較一致，如釋放負離子濃度與對照組濃度大小相關，試驗組顯著大于對照組。這些結論與仙人掌科32種植物測定白天12 h得到的主要結論也一致[25]。因此，以測定白天12 h的平均值代替晝夜24 h平均值來粗略評估同一類群不同植物種類負離子釋放能力的不同，除了可以節省時間，還可以避免儀器頻繁調零，或某些種類夜晚數值過低導致儀器讀數不準等對試驗結果產生的不利影響。

3.2 景天科植物負離子釋放能力及生態效益

以前對一些不同分類群（科及以上分類群）植物在常態下負離子釋放濃度的研究表明，不同植物負離子釋放濃度差異很大[20-23]，最近對同隸屬于仙人掌科的不同植物在常態下負離子釋放濃度的測定也表明，屬于同科的不同植物大部分負離子釋放濃度有顯著差異[24-25]。本研究的27種試驗植物中，實驗組與對照組負離子釋放量均值具有極顯著差異（p=0.000<0.01），說明試驗植物能向空氣中釋放負離子，使得空氣中負離子濃度值得到一定提高。由不同植物與重復試驗的雙因素方差分析結果表明，常態下植物種類對植物負離子釋放量具有極顯著影響（p<0.01），且起到主要影響作用。LSD多重比較結果表明，345對不同植物組合負離子釋放量具有顯著性差異（p<0.05）或極顯著差異（p<0.01），僅6對植物負離子釋放量沒有顯著性差異（p>0.05），基于該研究結果，本研究傾向支持同科不同種植物在常態下負離子釋放能力具有差異。這種差異可能與植物的生理活動有關，如植物的光合作用[21]，或植物氧化活動產生的物質或電子鏈傳遞[20]，同時，植物釋放負離子的多少還與釋放通道有關，如仙人掌科植物的研究表明，負離子釋放與刺數量多少或氣孔參數有關[24-25，30]，景天科植物沒有刺，因此，負離子釋放多少可能與葉尖或氣孔有關。關于植物負離子釋放量的結構與生理機制還需進一步研究。

對仙人掌科32種植物在常態下負離子釋放濃度的研究表明，仙人掌科植物釋放負離子的能力受空氣中負離子含量的背景值影響且有6種植物負離子釋放濃度低于對照組[25]，本研究27種景天科植物沒有發現有試驗組負離子釋放濃度低于對照組的種類，但常態下6種植物負離子釋放濃度的晝夜變動表明，6種植物中有4種的某些時段均值小于對照組（圖1），景天科27種植物試驗組與對照組配對t檢驗表明二者負離子濃度具有相關性（r=0.750，p=0.000<0.01）。因此，本研究傾向于支持仙人掌科植物的研究結果[25]，植物能釋放負離子，但空氣中負離子作為微環境的成分之一，能影響植物的生理過程[31]，也影響植物負離子的釋放。二者交互影響，使得空氣負離子濃度一直處于動態的過程。

當室內負離子濃度達1 000 ion/cm3標準，能滿足人體健康水平，促進新陳代謝等功效[4-5]，而實驗組中植物負離子釋放量最大的是玉蝶389 ion/cm3，遠低于該標準。有研究表明，對試驗植物進行相應的電刺激，植物負離子濃度能大幅度增加2～4個量級[20，26-27，30]。而本研究在常態下試驗植物負離子釋放量較空白組最大僅達132.93%，提升幅度不大。因此，常態下單株植物負離子釋放能力較低，難以滿足對人體健康需求的標準，生態效益極為有限。如何使得室內植物源負離子釋放量能有效提高值得進一步研究。

參考文獻

[1] Shepherd S J， Beggs C B， Smith C F， et al. Effect of negative air ions on the potential for bacterial contamination of plastic medical equipment[J]. BMC Infect Dis， 2010， 10（8）： 92.

[2] Daniels S L. On the ionization of air for removal of noxious effluvia： air ionization of indoor environments for control of volatile and particulate contaminants with non-thermal plasmas generated by dielectric-barrier discharge[J]. Trans Plasma Sci， 2002， 30（4）： 1 471-1 481.

[3] Wu C C， Lee G W M. Oxidation of volatile organic compounds by negative air ions[J]. Atmos Environ， 2004， 38（37）： 6 287-6 295.

[4] Wu C F， Lai C H， Chu H J， et al. Evaluating and mapping of spatial air ion quality patterns in a residential garden using a geostatistic method[J]. Int J Environ Res Public Health， 2011， 8（6）： 2 304-2 319.

[5] Whitehouse S， Varni J W， Seid M， et al. Evaluating a children's hospital garden environment： Utilization and consumer satisfaction[J]. J Environ Psychol， 2001， 21（3）： 301-314.

[6] Krueger A P， Reed E J. Biological impact of small air ions[J]. Science， 1976， 193（4 259）： 1 209-1 213.

[7] Kondrashova M N， Grigorenko E V， Tikhonov A N， et al. The primary physico-chemical mechanism for the beneficial biological/medical effects of negative air ions[J]. Trans Plasma Sci， 2000， 28（1）： 230-237.

[8] Iwama H. Negative air ions created by water shearing improve erythrocyte deformity and aerobic metabolism[J]. Indoor Air， 2004， 14（4）： 293-297.

[9] Yamada P， Yanoma S， Akaike M， et al. Water-generated negative air ions activate NK cell and inhibit carcinogenesis in mice[J]. Cancer Lett， 2006， 239（2）： 190-197.

[10] 關蓓蓓， 鄭思俊， 崔心紅. 城市人工林空氣負離子變化特征及其主要影響因子[J]. 南京林業大學學報（自然科學版）， 2016， 40（1）： 73-79.

[11] 張明如， 俞益武， 趙明水， 等. 天目山國家級自然保護區柳杉群落空氣負離子濃度日變化特征[J]. 浙江農林大學學報， 2009， 26（5）： 701-707.

[12] 張建國， 徐文俊， 崔會平， 等. 衢州大橘海森林公園空氣負離子濃度變化[J]. 浙江農林大學學報， 2016， 33（1）： 26-32.

[13] 陶寶先， 張金池. 南京地區主要森林類型空氣負離子變化特征[J]. 南京林業大學學報（自然科學版）， 2012， 36（2）： 147-150.

[14] 馮鵬飛， 于新文， 張 旭. 北京地區不同植被類型空氣負離子濃度及其影響因素分析[J]. 生態環境學報， 2015， 24（5）： 818-824.

[15] 胡國長. 不同林分類型空氣離子的時空分布及其影響因素研究[D]. 南京： 南京林業大學， 2008.

[16] 唐呂君， 趙明水， 李 靜， 等.天目山不同海拔柳杉群落特征與空氣負離子效應分析[J]. 中南林業科技大學學報， 2014， 34（2）： 85-89.

[17]王 薇， 余 莊， 冀鳳全. 基于空氣負離子濃度的城市環境空氣清潔度評價[J]. 生態環境學報， 2013， 22（2）： 298-303.

[18]王 薇， 余 莊. 基于空氣負離子濃度的建筑室內空氣清潔度評價[J]. 城市環境與城市生態， 2012， 25（3）： 36-39.

[19] Nemeryuk G E. Salt migration into the atmosphere during transpiration[J]. Fiziol Rast， 1970， 17（4）： 673-679.

[20] Tikhonov V P， Tsvetkov V D， Litvinova E G， et al. Generation of negative air ions by plants upon pulsed electrical stimulation applied to soil[J]. Russian Journal of Plant Physiology， 2004， 51（3）： 414-419.

[21] Wang J， Li S H. Changes in negative air ions concentration under different light intensities and development of a model to relate light intensity to directional change[J]. Journal of Environmental Management， 2009， 90（8）： 2 746-2 754.

[22] 吳仁燁， 鄧傳遠， 王 彬， 等. 具備釋放負離子功能室內植物的種質資源研究[J]. 中國農學通報， 2011， 27（8）： 91-97.

[23] 吳仁燁， 黃德冰， 郭梨錦， 等. 具備釋放負離子功能室內植物的種質資源研究Ⅱ. 常態下室內植物負離子的釋放[J]. 亞熱帶農業研究， 2011， 7（1）： 1-6.

[24] 丁旭玲， 張萬超， 黃龍飛， 等. 常態下仙人掌科植物負離子釋放量與其刺尖數量的相關性研究[J]. 安徽農業大學學報， 2015， 42（2）： 263-267.

[25] 張萬超， 鄭金貴， 黃龍飛， 等. 常態下仙人掌科植物負離子釋放量的比較及其與刺數量的關系[J]. 福建農林大學學報（自然科學版）， 2015， 44（4）： 402-407.

[26] 鄧傳遠， 鄭金貴， 王艷英， 等. 脈沖電場刺激對部分仙人掌科植物釋放負離子的影響[J]. 福建農林大學學報（自然科學版）， 2014， 43（6）： 622-627.

[27] 吳仁燁， 鄧傳遠， 楊志堅， 等. 脈沖電場作用對植物釋放負離子的影響[J]. 應用生態學報， 2015， 26（2）： 419-424.

[28] 辛桂亮， 孟 偉， 夏 青， 等. 影響沿階草釋放負離子的3種因素分析[J]. 黑龍江八一農墾大學學報， 2014， 26（2）： 1-7.

[29] 吳仁燁， 鄧傳遠， 辛桂亮， 等. 植物釋放負離子對室內空氣質量影響分析[J]. 安徽農業科學， 2014， 42（27）： 9 491-9 494.

[30] 張萬超， 鄭俊鳴， 丁旭玲， 等. 3種仙人掌科植物負離子釋放量與釋放通道的相關性研究[J]. 熱帶作物學報， 2016， 37（7）： 1 298-1 305.

[31] Jovanic B R， Jovanic S B. The effect of high concentration of negative ions in the air on the chlorophyll content in plant leaves[J]. Water Air and Soil Pollution， 2001， 129（1）： 259-265.