（环境工程专业论文）观赏植物净化室内空气中甲醛的实验研究.pdf

西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 本文选择常春藤、吊兰、芦荟、绿萝、君子兰五种观赏植物，采用甲醛 熏气箱，对植物甲醛吸收能力进行比较研究：同时对甲醛胁迫植物进行叶绿 体色素含量、细胞质膜差别透性、c a t 活性、蒸腾强度、气孔、干物质积累、 能态( 热值) 和热解特性几种生理生化、生态指标进行对比测定；并探讨了化 合物对胁迫植物的保护作用以及植物组合在实际环境中对室内甲醛的吸收 效果。 研究结果表明：植物均具有吸收甲醛的能力，在一天时间内可将箱中甲 醛浓度降低4 8 4 3 - 9 2 1 0 ，且植物对低浓度甲醛去除效果较好。芦荟和吊 兰对甲醛气体的污染不敏感，可作为吸收甲醛和美化、装饰居室的室内栽培 植物。常春藤和绿萝吸收甲醛能力强，但抗性较差，为中敏感植物；君子兰 对甲醛的的吸收能力和抗性均较差，是一种甲醛敏感植物；c a 2 + 、a s a 两种 溶液对甲醛伤害的抑制作用较明显，对植物生长起到了一定保护作用。利用 模糊综合评价方法得出综合能力排序为：芦荟 吊兰 绿萝 常春藤 君子兰。 通过对装修房屋的实地测试表明：植物对实际环境的甲醛吸收效果同样较 好，但是一个长期过程。本实验可为研究甲醛毒性机理和筛选、培养抗性植 物以及功能性植物净化室内空气提供理论依据。 关键词：观赏植物甲醛吸收抗性 西南科技大学硕士研究生学位论文 第1 i 页 a b s t r a c t f i v eo r n a m e n t a lp l a n t s ：h e d e r ah e l i x 、c h l o r o p h y t u mc o m o s u m 、a l o ev e r a v a r c h i n e n s i s 、s c i n d a p s u s a u r e u s 、c l i v i aw e r em e a s u r e db yf u m i g a t i o n e q u i p m e n ta n de v a l u a t e dw i t ht h er e m o v a lb a i l i t yo ff o r m a l d e h y d e c h a n g so f s e v e r a lp h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a l 、e c o l o g i c a li n d e x e si n c l u d i n gc h l o r o p h y l l c o n t e n t 、m e m b r a n ep e r m e a b i l i t y 、c a ta c t i v i t i e s 、t r a n s p i r a t i o ni n t e n s i t y 、 s t o m a t a la p e r t u r e 、d r ym a t t e ra c c u m u l a t i o n 、e n e r g ys t a t e ( h e a tv a l u e ) a n d p y r o l y s i sc h a r a c t e r i s t i c w e r ea l s om e a s u r e d p r o t e c t i v ee f f e c to fc h e m i c a l c o m p o u n ds o l u t i o n s o ns t r e s s e d p l a n t s a n de f f e c to fp l a n t sa r r a n g e m e n t a b s o b i n gf o r m a l d e h y d eu n d e rp r a c t i c a le n v i r o n m e n tw e r ed i s c u s s e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e p l a n t s c o u l dr e d u c e f o r m a l d e h y d e c o n c e n t r a t i o ni n4 8 4 3 9 2 1o i nt h et r e a t m e n ti no n ed a yw i mt h ea b i l i t yo f a b s o r b i n gf o r m a l d e h y d e a n dt h ee f f e c to fe l i m i n a t i o no fp l a n tt ol o w c o n c e n t r a t i o n f o r m a l d e h y d e w e r ew e l l a l o ev e r a v a r c h i n e n s i sa n d c h l o r o p h y t a mc o m o s u mw e r ei n s e n s i t i v et of o r m a l d e h y d ep o l l u t i o na n dc o u l d b e i n d o o rc u l t i v a t e d p l a n t s w i t ha b s o r b i n gf o r m a l d e h y d e 、b e a u t i f i n ga n d d e c o r a t i n gt h er o o m t h ea b i l i t yo na b s o r b i n gf o r m a l d e h y d eo fh e d e r ah e l i x a n ds c i n d a p s u sa u r e u sw e r ew e l l ，b u tt h er e s i s t a n c ew e r eb a dw i t hs e n s i t i v e p l a n t s t h ea b i l i t y0 na b s o r b i n gf o r m a l d e h y d ea n dt h er e s i s t a n c eo fc l i v i aw e r e b a dw i t ho n ek i n do ff o r m a l d e h y d es e n s i t i v ep l a n t i n h i b i t o r ya c t i o no fc a p ， a s as o l u t i o n sw e r eo b v i o u st ot h ef o r m a l d e h y d e si n j u r y , a n dc o u l dp r o t e c t p l a n tg r o w t h c o m p r e h e n s i v ea b i l i t ys o r t i n gw e r e o b t a i n e db yu s i n gf u z z y c o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o nm e t h o d ：a l o ev e r av a t c h i n e n s i s c h l o r o p h y t u m c o m o s u m s c i n d a p s u sa u r e u s h e d e r ah e l i x c l i v i a i ts h o w e dt h a ta b s o r p t i o n e f f e c to fp l a n tt ot h ef o r m a l d e h y d ew a sa l s ow e l l i nt h ep r a c t i c a le n v i r o n m e n ti n al o n g t e r mp r o c e s sb yf i e l dt e s t i n gt od e c o r a t i o nb u i l d i n g t h es c i e n t i f i ct h e o r y b a s i sw o u l db ep r o v i d e dt or e s e a r c ht h ef o r m a l d e h y d et o x i cm e c h a n i s mr e s e a r c h a n ds c r e e n 、f o s t e rt h er e s i s t a n tp l a n ta sw e l la sp u r i f yt h ei n d o o ra i ru s i n gt h e f u n c t i o n a l i t yp l a n tt h r o u g ht h i se x p e r i m e n t k e y w o r d s ：o r n a m e n t a lp l a n t ；f o r m a l d e h y d e ；a b s o r p t i o n ；r e s i s t a n c e 独创l i 生声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 波 日期： 哆妒汐 关于论文使用和授权的说明 本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅：学校可以公布该论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文彳 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名： 反硅 翮签竹一纠。 西南科技大学硕士研究生学位论文第l 页 1 绪论 随着人们生活水平的提高和居住条件的改善，大量的新型装饰材料被广 泛地应用于家庭装修中，由室内装饰装修和新家具造成的甲醛、苯系物、氨、 总挥发性有机化合物等污染物的超标使室内空气质量问题比室外更为严重， 其中甲醛已成为我国室内空气首要污染物n ，。 1 1室内甲醛污染现状及防治措施 1 1 1室内空气中甲醛的性质、用途、来源及危害 甲醛( f o r m a l d e h y d em e t h a n o l o x i d e ，h c h o ) ，是无色、具有强烈气味 的刺激性无色气体，密度比空气略大，甲醛易溶于水、醇和醚，常用的是 4 0 水溶液( 福尔马林) 或多聚甲醛。甲醛室温时极易挥发，很早就为人们 所应用，是常用的组织防腐剂，可用作消毒剂；在工业生产中是制造合成树 脂、塑料、药品、油漆、炸药以及人造纤维的原料，在医药上被用作杀菌剂、 防腐剂幢，；在我国有毒化学品优先控制名单上，甲醛居第二位。 甲醛和挥发性有机物被认为是室内空气的主要污染物，它们在室内的浓 度远远高于室外的浓度。室内空气污染中的甲醛来源主要有以下几个方面： ( 1 ) 室内建筑和装饰装修材料：室内甲醛释放途径一方面来自木材自身 的释放阳，另一方面更主要的是目前世界各国生产人造板主要使用胶粘剂一 一脲醛树脂胶，板材中残留的和未参与反应的甲醛会向周围环境释放，这是 形成室内空气中甲醛的主体。此外含有甲醛成分并有可能向外界散发的其他 装饰材料，如壁纸、化纤地毯、床上用品、泡沫塑料、窗帘、布艺沙发、墙 布、塑料地板砖、油漆涂料、服装等，以及不合格的板材制造的人造板家具， 在粘接贴面时再使用劣质胶水都会产生甲醛气体。甲醛在室内的浓度与材料 种类、装修材料的负载量、室内温度、湿度、空气交换率等因素相关，。即 使是符合国家有关标准的装饰材料，在一定空间中超量使用也会造成有害气 体超标的情况，同时装修过于复杂化也是造成甲醛污染的重要原因。日本数 据的研究表明，室内甲醛的释放期一般为3 至1 5 年，。 ( 2 ) 燃料燃烧：厨房中煤、液化气和煤气等燃料，燃烧时会产生醛类污 染物。香烟以及一些有机材料不完全燃烧后也会散发甲醛，吸烟产生的烟雾 中含甲醛等对肺有刺激作用的化学物质，研究显示吸烟室内甲醛浓度比无人 吸烟处高3 倍左右，。 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 页 ( 3 ) 生活日用化学产品：研究发现化妆品、清洁剂、杀虫剂、消毒剂、 印刷油墨等均含有一定量的甲醛，也是室内甲醛的释放源。 相对于苯、甲苯、v o c 等有害物质来说，甲醛具有潜伏周期长、隐藏深、 分布广易挥发、治理难、危害大等特性。表l - i 列出了甲醛的毒害程度与接 触浓度之间的关系h ，。 o 0 0 0 5 8 8 0 0 3 6 - 2 1 2 4 0 0 5 0 0 6 0 0 6 - 0 1 2 0 0 6 - - 0 2 2 0 0 6 - - - 1 8 0 0 6 - - i 9 2 o 1 2 o 1 5 1 o 6 0 6 0 1 2 0 头痛，眼、呼吸道刺激 对居民区有影响 脑电图改变 眼睛刺激 眼、鼻、咽有刺激 嗅觉刺激阈 3 0 5 0 人群有不适感觉 健康成人刺激阈 上呼吸道刺激阈 慢性呼吸病增加，肺功能下降 组织损伤 肺部刺激 肺水肿 致死 具体危害表现如下： ( 1 ) 对皮肤的影响：甲醛蒸汽可以在空气中直接接触皮肤，引起皮炎、 皮肤发红、剧痛、裂化以及水疤反应。反复刺激可以引起指甲软化、黑褐色 变。调查显示：在职业性、过敏性、接触性皮肤炎症状中，有1 5 1 是由甲 醛所引起的，并且这一比例在增大，。 ( 2 ) 对眼及呼吸道粘膜刺激：流行病学调查表明，室内居民长期暴露于 低浓度甲醛下，会导致持续头疼、无力、失眠、眼部刺激、上呼吸道刺激、 系 坤 一 关 e 一差 量 ； 菏 齐h 一 晦 ； 一 黻删 一 康惋 一 骓= 一 芝；i 醛 p 一 甲m 一 一 a 一门 t 一 1 _ 一 一 1 - b a 一二 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 页 咳嗽、肺炎、肺气肿等症状；长期接触较高浓度的甲醛会出现呼吸道严重的 刺激和水肿，呼吸道阻力增高，呼吸频率下降、急性精神抑郁症等疾病1 。 ( 3 ) 对身体机能、神经、免疫系统的影响：甲醛及其代谢产物直接抑制 或破坏机体的抗氧化系统，使机体多组织、器官的抗氧化酶活力降低，抗氧 化物质含量减少，氧化系统和抗氧化系统的动态平衡被打破，从而引起氧化 应激，并导致各种病理过程。段丽菊等研究表明气态甲醛使小白鼠心和肝 组织的蛋白质羰基含量显著升高，中等浓度甲醛的吸入就可以导致小鼠的蛋 白质的氧化损伤。长期接触甲醛可引起人体多组织、器官的损伤，降低机体 各个组织、器官的抗氧化能力，免疫功能异常、内分泌失调、肝肺损伤、神 经系统变性坏死，。甲醛浓度越高，造成的损伤越严重。可能会产生指端触 觉降低、急性中毒性肝炎、甲醛肾功能损害、排尿困难、月经紊乱、妊娠综 合症、过敏性哮喘、过敏性紫癜、平衡功能和协调功能不同程度的降低、记 忆力减退和睡眠障碍等症状n ”。 ( 4 ) 致畸、致癌作用：国际癌症研究机构( i a r c ) 认为甲醛属可疑致癌物 质，也被世界卫生组织( w h o ) 、美国环境保护局( e p a ) 列为潜在危险致癌物。 杨光涛等n 3 ，研究表明不同浓度气态甲醛染毒后，可导致小鼠脑细胞核d n a 不 同程度和类型的损伤。黄思佳等，检测了经不同浓度甲醛染毒后所致大鼠骨 髓细胞的d n a - 蛋白质交联( d p c ) 程度，结果显示低浓度的的甲醛( 1 0t lm o l l 和5 0 1 tm o l l ) 能引起d n a - 蛋白质的交联；较高浓度的甲醛( 2 5 0l - tm o l l 和 1 2 5 0um o l l ) 可以产生明显的d n a - 蛋白质交联作用。人体长期接触低剂量 甲醛可引起鼻烟癌、结肠癌、脑瘤、细胞核的基因突变，d n a 单链内交联和 d n a 与蛋白质交联及抑制d n a 损伤的修复、妊娠综合症、新生儿染色体异常、 白血病等疾病n ”。 由于甲醛的毒性作用，长期接触甲醛会严重影响人体健康，采用空气净 化技术改善室内人工环境势在必行。 1 1 2 室内甲醛浓度限制相关国家标准 虽然人们居住条件在大幅度改善，但室内空气质量却在不断恶化，为此 人们开始关注室内环境污染问题，各国开始重视室内环境污染的防治工作。 为了保护居住者的身体健康，改善室内环境，近年来，世界上一些国家地区 相继制定了甲醛在室内空气中的浓度限值或建议值n ”，如表卜2 所示。 我国最初大规模出现室内空气污染是在2 0 世纪8 0 年代，随着人们居住 条件的大幅度改善，室内空气质量却在不断恶化，中国政府和公众高度重视 西南科技大学硕士研究生学位论文第4 页 表1 - 2各国室内甲醛浓度的指导限值 t a b 1 2l i m i t sv a i u 6o f i n d o o rf o r m a l d e h y d ec o n c e n t r a t i o n inv a rio u sc o u n t rie s 室内空气品质，政府在三年时间内，相继颁布了三个规范( 标准) ，在标准( 规 范) 发布以后，室内空气质量受到了人们的广泛关注。目前，我国发布的与 室内环境有关的甲醛的检测标准和方法主要有这样几条： ( 1 ) 1 9 9 6 年，建设部颁布中华人民共和国国家标准居室空气中甲醛的 卫生标准g b t 1 6 1 2 7 - 1 9 9 5 ) ) n ”。标准规定居室空气中甲醛的最高容许浓度为 0 0 8 m g m 3 ( 小时平均浓度) 。 ( 2 ) 2 0 0 1 年，建设部颁布了民用建筑工程室内环境污染控制规范 g b 5 0 3 2 5 2 0 0 1 ”，如表卜3 所示，自2 0 0 2 年1 月1 日起施行。该规范为 强制性标准，内容涉及工程勘察、设计、施工、验收等建设阶段，对游离甲 醛、苯、氡、t v o c 与氨五种污染物的浓度作出限量规定，对建筑材料和装 修材料选择、勘察、设计、施工、验收等的工作任务及工程检测提出了具体 的技术要求，并提出验收时必须进行室内环境污染物浓度检测。 ( 3 ) 2 0 0 1 年1 2 月，国家质量监督检验检疫总局与国家标准化管理委员 会联合发布了室内装饰装修材料有害物质限量标准，包括1 0 项强制性国 家标准。这项国家标准基本上规范了室内装饰装修材料中氨，甲醛，挥发性 有机化合物，苯，甲苯和二甲苯，苯乙烯单体，可溶性的铅、锡、铬、汞、 砷等有害元素的限量指标，其限量指标达到了国外有关标准的水平，基本满 足了人身健康安全的需要，为规范室内装饰装修材料的生产和市场监督提供 了技术依据，将促进我国装饰装修材料产品技术进步和产业升级，把室内污 西南科技大学硕士研究生学位论文第5 页 表卜3民用建筑工程室内环境污染物浓度限量 t a b 1 3l im it sv aiu eo fin d o o re n vir o n m e n t ai p o iiu t a n tc o n c e n t r a tio no ft h e c i v iib u ii d in ge n g i n e e r in g a ：一类建筑：住宅，医院，老年建筑，幼儿园，学校教室； b ：二类建筑：办公楼，商店，旅馆，文化娱乐场所，书店，图书馆，展览馆，体育馆，公共交通 场所，餐厅，理发店。 表1 - 4人造板及其制品中甲醛释放量试验方法及限量值 t a b 1 4m e t h o d st ot e s tt h ef o r m a i d e h y d ea m i s s i o nf r o mw o o b a s e dp a n e ia n d i m i t sv a lh e a ： b ： 仲裁时采用气候箱法 e ，可直接用于室内的人造板，e ：为必须饰面处理后允许用于室内的人造板。 西南科技大学硕士研究生学位论文第6 页 染物危害降低到最低限度n ”。其中室内装饰装修材料人造板及其制品中甲 醛释放限量g b l 8 5 8 0 - 2 0 0 1 n 给予实际装修装饰很好的指导，如表卜4 所示。 该标准对甲醛的限量指标已与发达国家同类产品的规定处于同一水平。其 中，中密度板和刨花板的甲醛释放限量及其检测方法与欧洲标准相当。 ( 4 ) 目前我国对住宅和办公建筑物室内空气质量缺乏系统的标准，为了 控制室内空气污染，切实提高我国的室内空气质量，在借鉴国外相关指标、 标准的基础上，结合我国的实际情况，参考国内现有的标准，2 0 0 2 年1 1 月， 国家质量监督检验检疫局、国家环保总局、卫生部制定的我国第一部室内 空气质量标准g b t 1 8 8 8 3 2 0 0 2 m ，从保护人体健康角度出发，首次全面规 定了十九种物理性、化学性、生物性与放射性污染物的室内空气质量标准限 量。室内空气质量标准正式实施后，与国家有关部门发布的民用建筑 室内环境污染控制规范、1 0 种室内装饰装修材料有害物质限量共同构 成了我国第一个较为完整的室内环境污染控制和评价体系，为开展装饰装修 材料规范以及质量整治工作提供了依据，使消费者拥有了对新房进行健康 “体检”的国家标准，也是消费者维护健康权不受侵害的法律武器。 1 2 室内观赏植物环境效益及净化污染物国内外研究进展 1 2 1室内植物环境效益 “室内植物”是指能够在室内条件下，长时间或较长时间正常生长发育 的植物，通常所说的室内植物是指观叶植物。观赏植物多能适应室内较弱的 自然光照条件，具有喜阴或耐阴的特点，更适于室内装饰和栽培乜”。 所谓室内观赏植物环境效益是指其具有改善室内小气候、绿化居室、美 化生活、陶冶情操、平衡生态的作用。主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 美化室内景观 室内植物具有美学功能，用绿色植物来装饰室内，打破了现代建筑室内 的生硬和呆板，人们可以根据自己的喜好、室内装修的风格以及需要摆放的 位置来选择适合的植物，使室内装修既美观又有个性，给居室带来生机和活 力。这满足了人们对自然的追求和向往，给人一种质朴、亲切、变化万千之 感，可以给人们产生赏心悦目的审美情趣托“。 ( 2 ) 改变室内小气候 绿色植物能改变室内微气候。植物对太阳辐射有较好的反射与吸收能 力，通过蒸腾作用来调节室内空气湿度，水分不断从植物的根部向顶部的叶 西南科技大学硕士研究生学位论文第7 页 片处输送，再通过叶片表面的气孔蒸发到空气当中，向空气中散发水的同时 带走了热量，这样就使周围环境的湿度增加；并同时使温度下降，减少室内 空调等的使用时间| 2 5 , 2 4 ，。同时植物在种植到一定的密度时，叶片对噪声有吸 收、减弱的作用。 ( 3 ) 改善室内空气质量 植物的最重要的功能之一是固碳放氧，通过光合作用吸收二氧化碳，放 出氧气，不仅能净化室内空气幢”，而且能在一定程度上减弱温室效应。 植物叶面多毛或粗糙以及所分泌有油脂性物质或粘液的存在，通过吸附 可降低室内飘尘含量，这对防治人体呼吸道等疾病有重要作用。 植物可减少室内空气污染，它们是许多微量污染物的代谢渠道。植物通 过叶片上的气孔和枝条上的皮孔，将空气中污染物吸入体内，在体内通过代 谢进行即降解，或通过根系排出体外，或积累贮藏于某一器官内。植物对空 气中污染物的这种吸收、降解、积累和排出，对室内空气污染起到了净化作 用，同时不会对人产生危害心”。 ( 4 ) 保持人的身心健康 随着经济的发展，现代人的生活节奏加快，人们所承受的压力越来越大， 失眠、焦虑不安、脾气暴躁等亚健康状态大大影响了我们的工作效率和生活 质量。室内植物对于保持人的心理生理健康具有重要意义。观赏植物可以愉 悦心情，舒缓压力，在工作和生活的场所里适当的摆放观赏植物会舒缓人的 神经，提神醒脑，释放人的压力，调节视神经、消除视力疲劳，缓解神经性 疲劳，进而调整人的亚健康状态，这在很大程度上减轻了室内环境污染带来 的病态建筑综合症( s b s ) 幢”，使我们的人居环境能够更加和谐、舒适。 1 2 2植物净化室内空气以及植物抗逆性研究进展 1 2 2 1植物净化空气国外研究进展 人们很早就认识到植物能够吸收大气中的有害气体，较早研究植物对气 体污染物吸收净化是从植物科学家研究园林植物开始的，系统的研究还是从 近几年开始的。2 0 世纪3 0 年代，在装有通风设施的建筑物内出现了室内空 气质量不适人群，因而提出了室内环境污染问题幢”。 国际上较早对有关植物吸收净化室内空气进行系统研究的是美国航天 局( n a s a ) 的w o l v e r t o n b c 博士乜”，此试验的目的是在一个相对密闭的空间 里如太空站、室内用植物来净化里面的空气，他们选用了绿萝、中斑吊兰、 合果芋三种植物；试验结果显示，中斑吊兰吸收的效果最好，同时试验结果 西南科技大学硕士研究生学位论文第8 页 还显示花盆、盆土、微生物也吸收部分甲醛。 悉尼工业大学r a w o o d ，r l o r w e l l 等训对室内盆栽植物、栽培基质清 除污染室内环境的挥发性气体的能力的调查得出结果，他们发现栽培基质中 的微生物是清除挥发性气体的快速反应器，植物的作用主要在维持根部微生 物。盆栽植物作为可持续性改善室内空气质量的生物过滤系统受到关注。 心理学家a n k e a d o l f 和计算机专家s t e f a nf il li b e c k 暗1 ，运用3 d 模型和 被研究职员反应作为反馈，为一种呼叫中心重新设计了一种绿洲的环境；结 果表明，植物确实能吸收室内环境中的有害气体，降低噪音，增加了室内的 湿度，工作人员的工作效率有了很大的提高。 德国科学家2 ，曾用1 4 c 标记甲醛气体并用吊兰进行吸收实验，在吊兰的 细胞组织内发现有1 4 c 踪迹；证明吊兰将甲醛通过自身的代谢反应将其转化 为有机酸、糖和氨基酸，进而对净化机理进行了初步探讨。 v i r g i n i ai l o h r 等钉的实验表明室内植物能减少室内空气中2 0 的空 气中微粒，吸收或吸附于植物表面。h 一k j o 和e g m c p h e r s o n n 们通过研究 发现居住区的绿化能间接减少空气中的含碳量。 t a k a h s io y b a u b 等的研究认为植物的净化能力并不主要由叶片气孔密 度大小决定，他用黄金葛作为研究材料，在密闭容器中对它吸收气态的汽油 效果进行了一系列测试；结果认为在一定范围污染气体的浓度越高，净化时 间越长，低浓度污染气体时净化效果很好，但在高浓度时净化效果非常差， 并且在高浓度、长时间下植物内部受到了伤害。植物的呼吸通过气孔，而气 孔的开张受到光强度影响，但在试验中随着光强度的增加，黄金葛的净化能 力只是轻微上升，结果暗示植物的净化能力并不仅是污染气体进入气孔的扩 散系数所决定。他认为有必要调查植物与土壤的协同效应。 1 2 2 2 植物净化空气国内研究进展 国内白雁斌、刘兴荣n 们首次用吊兰净化室内空气中的甲醛，选择无人的 实验室作为实验场所；结果发现实验室内甲醛浓度在各时刻无明显变化，而 放入吊兰的实验室两周后甲醛浓度降低，3 周后的平均浓度已低于国家标准， 说明吊兰可以吸收甲醛。 上海医科大学和上海市植物园对植物净化室内空气做过一些研究口”，是 用复叶波士顿肾蕨、鹅掌柴、心叶喜林芋、吊兰等七种上海常见的观叶植物， 在染毒室分别用甲醛，c 0 ：，c o ，s 0 。染毒，结构表明植物可以降低这些污染 物的浓度。 西南科技大学硕士研究生学位论文第9 页 周晓晶，梁双燕等人b 引以常用的1 3 种室内观赏植物为材料，以威胁室 内环境健康的“五大杀手 之的甲醛为研究对象，通过对植物叶片的熏蒸 实验，以单位叶面积吸纳甲醛量为标准，确定植物吸收甲醛的能力并排序， 为人们生活中的实际应用提供可靠的科学依据。 绍茂清 用吊兰、芦荟吸收甲醛，得出它们对空气中的甲醛有明显的净 化作用。他根据叶面积指数l a i 和洁净空气量c a d r 概念，建立植物净化空气 量p c a d r 的新概念，建立了用于去除净化室内空气中甲醛的植物配置模型， 并通过独立实验进行模型验证，为建筑利用植物净化室内空气中甲醛污染奠 定理论基础和提供参考数据。 郭秀珠、黄品湖等人”为了寻求减少室内空气污染物的措施和技术，用 吊兰、虎尾兰、君子兰和橡皮树做为试材，开展一系列有针对性的试验；研 究表明，4 种参试植物虎尾兰、君子兰、吊兰和橡皮树能吸收空气中的甲醛、 二甲苯、t v o c ，具有净化空气效果。虎尾兰净化效果最佳，君子兰也有较强 的净化效果，而橡皮树的吸收能力最差。试验结果表明，在新装潢的房间摆 放植物，可有效降低室内有毒气体的含量。 1 2 2 3 植物抗逆性研究进展 利用植物净化室内空气污染物实际上是植物修复技术应用的扩展，植物 修复就是利用植物吸收甚至去除环境中污染物的技术。随着城市大气污染的 日益加剧，将植物修复技术用于治理大气污染的研究也逐渐增多，目前主要 集中在试验和筛选对大气污染有较强的抵抗能力并对污染物有较强的吸收 净化能力的植物，以希望通过这些试验寻找出对大气污染具有一定修复功能 的种类方面h “。根据植物受大气污染物伤害的不同程度筛选抗性植物，自六、 七十年代以来一直是研究热点。 有害气体超过一定浓度时，会引起植物体内一些生理生化指标的变化。 植物在降解和转化污染物的过程中，利用其体内的一系列的酶如超氧化物歧 化酶( s o d ) 、过氧化物酶( p o d ) 、过氧化氢酶( c a t ) 等和一些非酶抗氧化剂如 维生素c 、维生素e 等进行清除。同时植物的叶绿素含量、细胞膜透性、光 合作用、呼吸作用、蒸腾作用等生理生化活动，在受到大气污染影响后都会 发生变化”。植物在受到大气污染后的叶绿素含量、可溶性糖含量、蛋白质 含量下降比值越大的植物抗性越差，超氧化物歧化酶( s o d ) 、过氧化物酶( p o d ) 等抗氧化酶系统活性在一定范围上升的值越高的植物抗性越好。不同植物具 有明显的差异，其中有抗性强，但是吸收能力差的；有抗性差，但是吸收能 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 0 页 力强的；也有抗性差，吸收能力差的。前人研究的目的也是想通过试验寻找 抗污、吸污的绿化植物用于园林或室内之中。 朱忠保3 ，以n 0 。等有毒气体，对八种植物的移栽苗木进行熏气处理，从 其呼吸强度，光合作用、过氧化物酶和叶片全氮含量等生理指标的变化来评 价其抗污染性，并进行模糊综合评判；结果表明，桂花的抗性最强，大叶黄 杨较强，夹竹桃次之，金洁和蚊母再次之，樟树、山茶和含笑的抗性较差。 为选泽抗污净化树种提供了依据。 谢田等对常春藤、鸭跖草和棕榈3 种适于室内栽培的观叶植物光合特 性和抗s 0 ：能力进行了研究，得出对s 0 ：的抗性以棕榈最强，常春藤其次， 鸭跖草最弱；结果说明植物的生活条件越接近它的生态习性，生理代谢活动 就越强，所能发挥的生态活动所产生的效益就越好。 刘清丽础将4 片叶的单子叶植物玉米和2 片真叶的双子叶植物菜豆进行 s o ：熏气实验，并测定生理生化指标；实验结果表明，在许多逆境条件下， 植物体内活性氧代谢系统的平衡会受到影响，植物在受到s o ：污染时，体内 的p o d 酶活性均上升，且随s 0 ：浓度的增大，上升率也有不同程度的增加。 相对而言，抗性强的植物处理比对照的增加比率均明显高于敏感植物。 黄芳等们以谷子和菠菜两种抗、感植物为材料，分析了s o 。对植物体内 s o d 酶和p o d 酶活性、细胞膜透性及蛋白质含量的影响；结果表明，谷子和 菠菜经s 0 。熏气处理后，s o d 酶和p o d 酶活性变化较为复杂，在抗、感植物 体内呈现不同变化趋势；而经s o 。熏气处理后，抗、感植物体内细胞膜透性 均有所增加，且敏感植物菠菜细胞膜透性的增加比率显著高于谷子；抗、感 植物体内蛋白质含量均有所降低，且菠菜蛋白质含量的降低比率高于谷子。 揭示了植物对s o ：不同敏感程度的生化抗性机制。 于洋、杨洋等人7 ，以三种室内植物紫鹅绒、芦荟和冷水花为例，说明室 内植物对甲醛的抗性和吸收能力，得出三种植物吸收甲醛的能力和抗性强 弱，指出哪些可以用做吸收甲醛植物，哪些仅能用做指示植物，以期望人们 对植物净化有进一步的关注和了解，从而达到推广和应用的目的。 温达志、陆耀东等h 将1 3 种盆栽木本植物在生长季前期放置在污染区和 清洁区，5 个月后进行植物叶片和叶绿素荧光特征参数的测定，根据p n 、e 和水分利用效率( w u e ) 的变化，将植物对大气污染响应的敏感程度划分为 高度敏感组、中度敏感组和轻度敏感组，通过比较不同种类抗污染能力的差 异及适应策略，为类似地理气候条件下重度酸污染地区退化生态系统植被恢 复之树种选择和抗性植物的筛选提供科学依据。 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 1 页 能量是一切物质的基本属性，能量的传输与转化是生命存在的物质基 础，也是生态系统存在和发展的驱动力。植物通过光合作用将太阳能转化为 生物能，并通过各种方式提供给其他生物，因此植物体所含的能量是生态系 统中能量循环的起点。热值是能量的尺度，植物热值反映了绿色植物在光合 作用中固定太阳辐射能的能力，也是衡量生态系统第一生产力水平的重要指 标，因此热值测定是生态系统能量流动研究的基本方法之一。热值的研究是 评价生态系统及其组分的能量固定、转化和利用效率的基础，热值与干物质 产量结合是评估生态系统初级生产力的重要指标。植物组成物质的热值一方 面受自身遗传特性和生活史特征的影响，具有生物学属性；另一方面受环境 的制约，受群落的制约，具有生态学属性，植物在生长发育过程中热值的变 化是种群生命活动的综合体现，是植物种群适应环境的反映，同时也是环境 条件制约植物发展态势的具体表现。植物组织热值变化的最重要意义在于它 能反映组织各种生命活动的变化和植物生长状况的差异，各种环境因素对植 物生长的影响都可以在一定程度上通过热值表现出来，所以热值可作为植物 抗逆性指标之一 4 9 , 5 0 ，水分胁迫，盐胁迫，低温刺激、污染物胁迫均会对植 物热值产生影响，当植物处于这种胁迫环境时，植物的生长发育会受到胁迫 环境的抑制，表现为热值下降。 植物的热值与其所生存的生态环境密切相关，而从本质上讲，热值是被 测样品有机化合物组成及其含量的综合反映，有机物的热解特性是表征其物 质组成、结构及能量特征的重要性状，有机物的化学组成及其各种有机成分 的百分含量就是植物热值高低的决定因素t 5 1 , 5 2 ，。且植物热值也是评价植物营 养成分及燃烧性能的指标之一，所以对不同植物热值与热解特性的研究是揭 示不同植物对环境生态适应性机制的有效途径。植物体主要由木质素、纤维 素、淀粉、蛋白质、脂肪等物质构成，而不同物质成分热值差异很大，脂肪 达到3 8 9 k j g ，其次为木质素2 6 4 k j g ，粗蛋白2 3 o k j g ，粗纤维和淀粉 1 7 6 k j g ，这些物质成分以及含量的高低决定着植物的热值，所以研究污染 胁迫植物的热值和热解特性及其有效成分含量的关系，可为污染胁迫植物的 深化研究提供新的资料。 旷远文等 引研究了生长在硫和氟复合污染环境和相对洁净环境下的铁 冬青果、华润楠等9 种木本植物幼苗叶片热值，指出叶片热值可以作为植物 幼苗对硫和氟复合污染的敏感性指标。在不同生长环境下叶片热值表现出3 种类型，这除了和植物自身生物学特性有关外，还与植物的抗污染能力密切 相关。 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 2 页 王文卿等，的研究显示红树植物木榄幼苗各器官热值表现出低盐促进 和高盐抑制的现象，人工培养条件下基质盐度超过l o m g g 时，植物热值随着 盐分的增加而下降。 杨盛昌等伸朝对九龙江口不同土壤盐度的白骨壤和桐花树离体叶片进行 l - - - , 2 冷胁迫处理；结果表明，随着冷胁迫时间的延长，白骨壤和桐花树叶 片的热值逐渐下降。 许春霞等，对陕西不同地区银杏叶能量及热解特性进行研究；量热计测 定结果表明，不同地区银杏叶热值不同，显示地域性条件对银杏叶能态具有 较大影响；热分析研究结果显示，不同地区银杏叶的差热、热重和微分热重 曲线及其特征相似，表明不同地区银杏叶的基本化学组成和结构具有共性； 红外光谱研究表明，供试银杏叶中含黄酮类化合物，银杏叶d t a 曲线3 2 0 放 热峰主要与黄酮非核部分热解有关，d t a 曲线5 0 0 放热峰主要与黄酮环上羟 基和残留的c h ：、c h 。等基团热解有关。 近年来利用植物体内生理生化以及生态指标，作为监测大气污染类型和 污染强度的方法，已越来越常见，但多数集中于对园林植物净化大气污染物 或者通过熏蒸试验对抵抗s o 。、n 0 。的研究，对于室内空气净化植物特别是在 装修房屋中净化甲醛的植物的抗性研究甚少。所以可以将研究植物净化大气 污染物的抗性研究方法应用于室内植物净化甲醛中，评价植物净化能力的好 坏，筛选出抗性植物和敏感指示植物，将吸收效果好且抗性强的室内观赏植 物用于室内，为室内空气净化和装饰提供依据。 1 3 研究意义与目的 1 3 1课题研究意义 随着人们越来越追求舒适、豪华的生活环境，大量装饰、装修材料被 使用；加之建材市场制度不规范，质量管理监督不全面，导致了室内空气污 染严重。所以，人们开始采取措施防止或降低室内污染。国内外采取了多种 方法治理室内甲醛污染，空气净化技术也日渐成熟，但目前室内甲醛净化技 术大多采用物理、化学的方法，价格较昂贵，并且多数需要专业检测机构实 施；而市场上检测机构良荞不齐、收费过高，不受消费者信任，且在治理过 程中会造成二次环境污染，这些都在一定程度上成为室内空气中甲醛污染控 制的障碍；并且由于室内污染物来源广泛、浓度低、释放速度缓慢、周期长 等特点，使得室内净化技术很难将其彻底清除。根据上述研究表明，植物能 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 3 页 够吸收室内环境中的甲醛、二甲苯和氨，降低有毒化学物质浓度。相对于其 它治理居室内有害物质的材质在治理过程中造成的二次环境污染以及价格 昂贵的缺点，绿色植物能通过自身的生理生化、生态特性对室内环境起到改 善作用，同时在室内摆放绿色植物也成为人们追求自然舒适、生态健康的潮 流，满足了人们一直以来回归自然的愿望，即是一种因具有既绿化、美化居 室环境，又吸收有害物质、价格低的优点而容易走进老百姓家的方法，所以 是一个具有广阔应用前景的研究领域。 1 3 2 课题研究主要内容及目的 本课题通过研究不同盆栽观赏植物吸收室内不同浓度甲醛的效果，对观 赏植物吸收室内甲醛能力进行比较，初步筛选出一批具有较强净化甲醛能力 的植物；进一步通过研究植物对胁迫环境的生理生化反应、植物抗性的相互 关系、植物体能量变化，以期揭示植物适应逆境的生理生化机制，并从能量 角度揭示植物的生态适应性，阐明污染胁迫下不同植物叶片生物潜能的变化 特点，有助于生产上采取切实可行的技术措施，提高植物的抗逆性或保护植 物免受伤害。为研究甲醛毒性机理和筛选、培养抗性植物以及功能性植物净 化室内空气提供依据。 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 4 页 2 实验材料、装置和内容 2 1 实验材料 2 1 1实验植物 所有实验用植物选择株龄相同，规格相同、培养基质相同、生长良好的 五种室内观赏植物( 图2 - 1 至图2 5 ) ，其中常春藤、吊兰、绿萝叶片数大致 相同，芦荟肉叶为1 0 片左右，君子兰为7 片左右。其学名及生长习性如表 2 1 所示。 表2 - 1实验材料及其生物学特性 t a b 2 1t e s tm a t e r i a isa n db i0 i o g i c a ic h a r a c t e r is t i c s 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 5 页 囝2 - 3芦善 f i g2 -3io e r aarc h i n e i 图2 - 4绿萝 f ig2 4s c in d a p s u sa u r e u s 212 实验用植物选择主要依据 ( i ) 选用以前研究者研究中常使用过的材料，如芦荟、吊兰、绿萝，既 可以利用其相关背景信息也便于在研究中进行比较。 ( 2 ) 在人们的经验中，常眷藤、君子兰等室内植物对污染物有一定吸收， 已用于室内装饰中，但这些植物净化室内甲醛效果缺乏实验依据，需进行一 定的试验和理论研究。 ( 3 ) 所有这些植物种类都已在室内被广泛应用，观赏性强、市场占有率 高、价格低廉，易于养护，实用价值比较高，价格便宜。特别是在室内污染 严重的时期也正是这些植物的盛产季节，且市场销售价格相对较低。 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 6 页 圈2 5 f i g2 - 5 君于兰 c i lv la 213 实验用甲醛释放源 实验采用甲醛溶液挥发后的气杏浓度作为空气中甲醛模拟浓度，参数如 下： 生产厂家：重庆茂业化学试剂有限公司 执行标准：g b t 6 8 5 1 9 9 3 h c h o 含量；3 7 一4 0 色度：；1 5 黑曾单位 杂质虽高含量： 灼烧残渣：耋0 0 0 3 酸度( 以h 计) ；05 铅( p b ) ： 0 0 0 0 2 氯化物( c 1 ) 10 0 0 0 1 硫酸盐( s o ) 兰00 0 0 4 22 实验装置 2 21 甲醛静态熏气装置 为了便于在模拟状态下进行甲醛对植物的胁迫，用5 m m 厚普通玻璃做一 个长7 0 c m ，宽7 0 c m ，高8 5 c m 的长方体甲醛熏气籍，顶部有盖于、可开关； 箱子内部有小风扇、温度计、湿度计；在箱子的对侧相对错开直径为l c m 的 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 7 页 两个圆孔，装上硅胶管，并用玻璃胶密封。实验的时候，在箱子里每次放入 一种植物，盖上箱子后，连接箱子盖上的空气采样器、装有吸收液的吸收管， 形成一个密闭、循环的小环境。考虑到植物的平均高度较小，故熏气箱体积 不超过