吳仁燁，鄭金貴，楊志堅(jiān)

(福建省特種作物育種與利用工程技術(shù)研究中心 350002 )

空氣負(fù)離子的生物學(xué)效應(yīng)和生態(tài)效應(yīng)已被廣泛認(rèn)知，其對(duì)人體健康具有積極的促進(jìn)作用，若空氣中缺少負(fù)離子可使人體功能出現(xiàn)紊亂，而呼吸富含負(fù)離子的空氣能提高人體舒適度[1-4]。因此，負(fù)離子常被譽(yù)為空氣中的“維生素”和“生長(zhǎng)素”[5]。世界衛(wèi)生組織規(guī)定清新空氣的標(biāo)準(zhǔn)是空氣中的負(fù)離子濃度為1000～1500 ion/cm3，其濃度已成為衡量空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)[6-7]。不同生態(tài)環(huán)境中的負(fù)離子濃度差異較大，一般居室內(nèi)的負(fù)離子濃度為300～500 ion/cm3，而室外環(huán)境，尤其是草地、林地、公園景區(qū)的負(fù)離子濃度可達(dá)3000 ion/cm3以上[8- 9]，主要原因：一方面綠色植物光合作用釋放出的氧氣，其比氮?dú)飧撞东@電子，而產(chǎn)生空氣負(fù)離子；另一方面主要是植物的光電效應(yīng)，顯著提高了空氣中的負(fù)離子濃度[10]。

單株植物在自然狀態(tài)下釋放負(fù)離子的能力很弱，最大濃度均值不超過(guò)500 ion/cm3[9， 11]，無(wú)法達(dá)到世界衛(wèi)生組織所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，也無(wú)法滿足人體健康的需求。為了提高室內(nèi)環(huán)境的負(fù)離子濃度，許多學(xué)者利用光照[12]、脈沖電場(chǎng)[7， 13-14]等技術(shù)對(duì)植物進(jìn)行刺激，發(fā)現(xiàn)植物釋放負(fù)離子的能力顯著提升，其中以脈沖電場(chǎng)刺激技術(shù)對(duì)植物提高釋放能力最為高效。該技術(shù)現(xiàn)階段已被用來(lái)提高室內(nèi)環(huán)境的負(fù)離子濃度，以達(dá)到凈化室內(nèi)空氣，促進(jìn)人體健康的目的[8]。

研究發(fā)現(xiàn)，在某些環(huán)境中脈沖電場(chǎng)作用下植物釋放負(fù)離子濃度存在不穩(wěn)定的現(xiàn)象，有時(shí)負(fù)離子濃度均值接近自然狀態(tài)下的水平。為了探究植物釋放負(fù)離子能力與環(huán)境因素間的關(guān)系，本研究以空氣相對(duì)濕度、溫度和光照等環(huán)境因素為研究要素，研究不同環(huán)境要素與植物釋放負(fù)離子濃度的作用關(guān)系，以期研制出能在室內(nèi)高效穩(wěn)定釋放負(fù)離子的機(jī)器，改善室內(nèi)的空氣質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 材料

供試植物為金邊龍舌蘭、蓮花竹和文竹共3種植物(表1)，以栽培盆土(無(wú)植物，P0)為試驗(yàn)對(duì)照組。

表1 供試植物

供試植物均選購(gòu)于福建省漳州市百花村花卉交易市場(chǎng)，每種植物選取外形、長(zhǎng)勢(shì)一致的植株各3株，設(shè)置3個(gè)重復(fù)，種植在塑料花盆(外口徑23 cm、高19 cm、底徑15 cm)中，采取統(tǒng)一管理和養(yǎng)護(hù)的方法。

1.2 試驗(yàn)儀器

采用福建農(nóng)林大學(xué)研制的電脈沖激發(fā)儀對(duì)植物根際土壤施加脈沖電場(chǎng)刺激。負(fù)離子濃度測(cè)量采用DLY-4G-232型大氣離子測(cè)量?jī)x進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)量精度為1 ion/cm3，通過(guò)RS-232接口與計(jì)算機(jī)連接存取數(shù)據(jù)。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在規(guī)格為300 cm×200 cm×250 cm的玻璃溫室中進(jìn)行。分別設(shè)置20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%和90%共8個(gè)濕度梯度和5℃、10℃、15℃、20℃、25℃和30℃共6個(gè)溫度梯度。溫度和濕度采用臺(tái)灣衡欣AZ77535溫濕度檢測(cè)儀進(jìn)行測(cè)量，濕度測(cè)量范圍0～99%，精度0.1%。溫度的測(cè)量范圍-10℃～60℃，精度0.1℃。在Hipoint 740FHC 光照培養(yǎng)箱中，研究植物在不同光照強(qiáng)度下釋放負(fù)離子的能力，光照強(qiáng)度的測(cè)量和校準(zhǔn)采用Hipoint HR-350光譜分析儀，設(shè)置0 Lx、500 Lx、1500 Lx、3000 Lx、6000 Lx和12 000 Lx共6個(gè)光照強(qiáng)度水平。

以不施加脈沖電場(chǎng)刺激作為對(duì)照組(CK)；另一組為刺激組，對(duì)每個(gè)供試植物施加脈沖電壓15 kV、脈沖頻率1 Hz、脈沖寬度35 ms的脈沖電場(chǎng)刺激。每個(gè)處理3次重復(fù)。采用文獻(xiàn)[15]的方法對(duì)植物施加脈沖電場(chǎng)刺激，測(cè)量常態(tài)和施加脈沖電場(chǎng)作用時(shí)植物釋放的負(fù)離子濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物釋放負(fù)離子濃度與相對(duì)濕度的關(guān)系

對(duì)金邊龍舌蘭等3種植物在不同濕度條件下釋放負(fù)離子的濃度進(jìn)行分析，常態(tài)下和脈沖電場(chǎng)刺激下的結(jié)果如圖1、2所示。隨著空氣相對(duì)濕度的增加，常態(tài)和脈沖電場(chǎng)刺激狀態(tài)下植物釋放負(fù)離子的濃度均表現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。在自然狀態(tài)下，植物盆土(P0)和3種供試植物釋放負(fù)離子的濃度很小，不超過(guò)200 ion/cm3(圖1)，隨著濕度的增加其濃度均呈升高趨勢(shì)，但處理間沒(méi)有顯著差異(P>0.05)。在施加脈沖電場(chǎng)刺激下，除植物盆土外，3種植物釋放負(fù)離子的濃度均值隨濕度的增加顯著升高(P<0.05)。在空氣相對(duì)濕度為20%～30%時(shí)，對(duì)植物施加脈沖電場(chǎng)刺激，3種植物釋放負(fù)離子的濃度均很低，接近自然狀態(tài)下的釋放水平，差異不顯著(P>0.05)。以金邊龍舌蘭為例，施加脈沖電場(chǎng)刺激的處理，空氣相對(duì)濕度為20%時(shí)，其釋放負(fù)離子的濃度均值為242 ion/cm3；當(dāng)相對(duì)濕度為90%時(shí)，釋放負(fù)離子的濃度可達(dá)340 000 ion/cm3。

圖1 不同相對(duì)濕度條件下植物在自然狀態(tài)時(shí)釋放負(fù)離子濃度

圖2 不同相對(duì)濕度條件下植物在脈沖電場(chǎng)刺激時(shí)釋放負(fù)離子濃度

2.2 植物釋放負(fù)離子濃度與溫度的關(guān)系

對(duì)金邊龍舌蘭等3種植物在不同溫度條件下釋放負(fù)離子的濃度進(jìn)行分析，自然狀態(tài)下和脈沖電場(chǎng)刺激下的結(jié)果如圖3、4所示。自然狀態(tài)下，不同溫度對(duì)3種植物釋放負(fù)離子的能力均無(wú)顯著影響(P>0.05)，金邊龍舌蘭在20.0 ℃時(shí)釋放的負(fù)離子濃度值最大，為170 ion/cm3(圖3)。脈沖電場(chǎng)作用時(shí)，除植物盆土(P0)處理間沒(méi)有顯著差異(P>0.05)外，3種植物釋放負(fù)離子的能力與自然狀態(tài)下相比均顯著提升(P<0.05)。當(dāng)溫度高于15.0℃時(shí)，各植物釋放負(fù)離子能力的變幅很??；溫度低于15.0℃時(shí)，植物釋放負(fù)離子能力顯著降低(P<0.05)。以金邊龍舌蘭為例，在脈沖電場(chǎng)作用下，溫度為5.0℃時(shí)，其釋放負(fù)離子的濃度為2730 ion/cm3；當(dāng)溫度升至15.0℃時(shí)，其濃度可達(dá)260 000 ion/cm3(圖4)。蓮花竹和文竹在脈沖電場(chǎng)刺激狀態(tài)下具有相同的趨勢(shì)。

圖3 不同溫度條件下植物在自然狀態(tài)時(shí)釋放負(fù)離子濃度

圖4 不同溫度條件下植物在脈沖電場(chǎng)刺激時(shí)釋放負(fù)離子濃度

圖5 不同光照強(qiáng)度下植物在自然狀態(tài)時(shí)釋放負(fù)離子濃度

2.3 植物釋放負(fù)離子與光照強(qiáng)度的關(guān)系

對(duì)金邊龍舌蘭等3種植物在不同光照強(qiáng)度下釋放負(fù)離子的濃度進(jìn)行分析，自然狀態(tài)下和脈沖電場(chǎng)刺激下的結(jié)果如圖5、6所示。自然狀態(tài)下，3種植物隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)，釋放負(fù)離子的能力呈增加的趨勢(shì)，但差異均不顯著(P>0.05)。其中，以金邊龍舌蘭在12 000 Lx光照下的釋放能力最強(qiáng)，負(fù)離子濃度均值為229 ion/cm3(圖5)。在施加脈沖電場(chǎng)作用時(shí)，除植物盆土(P0)外，3種植物釋放負(fù)離子的能力均有顯著提高(P<0.05)，不同強(qiáng)度光照下植物釋放負(fù)離子的能力均存在顯著性差異(P<0.05)。光照強(qiáng)度從3000 Lx增強(qiáng)至6000 Lx時(shí)，植物釋放負(fù)離子的能力變幅很小，3種植物釋放負(fù)離子的濃度均無(wú)顯著性差異(P>0.05)。隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)，3種植物釋放負(fù)離子濃度均有不同程度的增加，其中以金邊龍舌蘭的增幅最大，在12 000 Lx光照強(qiáng)度下釋放負(fù)離子的濃度為342 000 ion/cm3，是黑暗狀態(tài)下的1.3倍(圖6)。

圖6 不同光照強(qiáng)度下植物在脈沖電場(chǎng)刺激時(shí)釋放負(fù)離子濃度

3 結(jié)論與討論

自然狀態(tài)下，單株植物釋放負(fù)離子的能力很弱[9，11，16-17]，鑒于負(fù)離子的生物學(xué)效應(yīng)，許多學(xué)者致力于提高單株植物釋放負(fù)離子的能力，利用脈沖電場(chǎng)[7，13]、光照[12]等方法對(duì)植物進(jìn)行刺激，使單株植物釋放負(fù)離子的能力大幅提高。對(duì)此Tikhonov 等[18-19]認(rèn)為主要取決于植物生理過(guò)程。植物釋放負(fù)離子是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，與環(huán)境因素緊密相關(guān)，光照、溫度和濕度等各種氣象因子均間接影響釋放負(fù)離子的能力[10， 20-22]。本研究結(jié)果表明，在脈沖電場(chǎng)作用下，隨著空氣相對(duì)濕度的增加，植物釋放負(fù)離子的能力呈顯著升高趨勢(shì)。當(dāng)空氣相對(duì)濕度為20%左右時(shí)，3種植物釋放負(fù)離子的濃度均值均接近自然狀態(tài)下的水平。可以看出，空氣負(fù)離子與水分相依存，因此空氣濕度對(duì)負(fù)離子濃度的影響具有決定性的作用[10]。

本研究對(duì)不同溫度環(huán)境下植物釋放負(fù)離子的研究結(jié)果與已有的研究結(jié)果[10， 22]相反。原因可能在于以往在探究溫度的影響時(shí)，其變化直接引起濕度的變化，即氣溫升高，相對(duì)濕度降低，從而導(dǎo)致空氣負(fù)離子濃度降低，而本文在改變溫度因子的同時(shí)，空氣相對(duì)濕度仍保持一定范圍。本研究在自然狀態(tài)下，植物釋放負(fù)離子的濃度幾乎不受溫度的影響。而施加脈沖電場(chǎng)刺激時(shí)，隨著溫度的增加，3種植物釋放負(fù)離子的濃度呈升高的趨勢(shì)，但是當(dāng)溫度超過(guò)15.0℃時(shí)，植物釋放負(fù)離子的能力在處理間的變幅很小，差異不顯著。原因可能是由于溫度太低，降低了植物新陳代謝的速率，植物體電子傳遞鏈的速率降低，從而導(dǎo)致釋放負(fù)離子的能力降低。

隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)，植物釋放負(fù)離子的能力也逐漸提高，這結(jié)論與Wang 等[12]在自然狀態(tài)下的試驗(yàn)結(jié)果相似。可能是由于光照激發(fā)了植物葉片表層的光電效應(yīng)，使大量自由離子從植物體逃逸出而產(chǎn)生負(fù)離子。同時(shí)本研究還發(fā)現(xiàn)，3種植物在光照強(qiáng)度為3000 Lx和6000 Lx時(shí)釋放負(fù)離子的濃度不存在顯著差異(P>0.05)，由此認(rèn)為3000 Lx和6000 Lx光照強(qiáng)度所提供給植物體的“能量”位于同一級(jí)別，6000 Lx的光照強(qiáng)度還未能激活植物體更高一階的釋放能力。

本文以空氣相對(duì)濕度、溫度和光照強(qiáng)度共3個(gè)環(huán)境氣象因素為研究對(duì)象，對(duì)植物在不同的環(huán)境因素下釋放負(fù)離子的濃度進(jìn)行研究，初步分析了植物釋放負(fù)離子與環(huán)境各氣象要素間的相互作用。結(jié)果表明，在3個(gè)環(huán)境因素中以空氣相對(duì)濕度的影響最為顯著，光照的影響位居第2，溫度的影響相對(duì)較小。當(dāng)然，影響植物釋放負(fù)離子的因素除了環(huán)境因素外，植物本身的特性也是一個(gè)重要的影響因素。除此之外，脈沖電場(chǎng)的作用至關(guān)重要，其如何與環(huán)境要素相互作用影響植物體的電子傳遞，及如何通過(guò)影響植物葉片氣孔開(kāi)合度來(lái)提高釋放負(fù)離子的能力將是今后研究的重點(diǎn)。

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