9种室内植物对苯污染净化能力的研究

2016-02-28鲁敏赵学明丁珍赵洁景荣荣高鹏

山东建筑大学学报 2016年6期

关键词：金边吊兰白鹤

鲁敏，赵学明，丁珍，赵洁，景荣荣，高鹏

（1.山东建筑大学学报编辑部，山东济南250101；2.山东建筑大学艺术学院，山东济南250101）

9种室内植物对苯污染净化能力的研究

鲁敏1，2，赵学明2，丁珍2，赵洁2，景荣荣2，高鹏2

（1.山东建筑大学学报编辑部，山东济南250101；2.山东建筑大学艺术学院，山东济南250101）

苯作为室内“三大隐形杀手”之一，已严重威胁到人们的生命安全及健康。室内植物生态修复技术作为一种安全、稳定、持续、高效的方法已经成为室内苯污染净化修复的有效途径和重要手段。室内植物对苯污染的净化能力是室内苯污染的生态修复植物选择的基础依据。研究采用密闭熏气法对9种室内植物进行不同浓度的苯胁迫实验，通过对实验植物的苯净化率、单位面积净化量变化的综合分析，并采用隶属函数值法研究了9种室内植物对苯污染的净化能力。结果表明：植物种类、苯浓度及两因素的交互效应对9种植物的苯净化率、单位面积净化量的影响均达极显著水平，在15、30、60 mg/m3浓度苯胁迫下，白鹤芋对苯污染的净化率最高，分别为65.98%、55.16%、38.41%，银心吊兰对苯污染的净化率最低，分别为25.06%、16.57%、7.04%；金边虎尾兰对苯污染的单位面积净化量最高，分别为3.9243、5.2936和5.3596 mg/（m2·h），银心吊兰对苯污染的单位面积净化量最低，分别为0.6225、1.1146和1.2272 mg/（m2·h）。综合评定结果表明9种室内植物对苯污染净化能力最强的是金边虎尾兰，其次为白鹤芋，最弱的是银心吊兰。

室内植物；苯污染；净化能力；密闭熏气法

0 引言

当今人类已经进入第三污染期——室内化学污染期，苯作为室内“三大隐形杀手”之一，具有很强的致癌性，已严重威胁到人们的生命安全及健康［1-5］。如何持久、安全、有效地净化和控制室内苯化学污染，已成为亟待解决的重大课题［6-8］。

室内植物生态修复技术作为一种安全、稳定、持续、高效的方法已经成为室内苯污染净化修复的有效途径和重要手段［7-9］。室内植物对苯污染的净化率和单位面积净化量可有效反映室内植物对苯污染的净化能力［10-13］，室内植物对苯污染的净化能力是室内苯污染的生态修复植物选择的基础依据［1，14-15］。目前，国内外关于室内植物对污染气体净化能力的研究主要集中于净化率，且试验植物有限，从植物净化率及单位面积净化量综合评价多种室内植物对苯污染的净化能力研究少见报道［1，7，9-11，14-15］。研究采用密闭熏气法对吊兰、金边吊兰、银心吊兰、吊竹梅、绿萝、吸毒草、金边虎尾兰、白鹤芋、鸟巢蕨9种室内植物进行15.00、30.00、60.00 mg/m3等3种浓度的苯胁迫实验，通过对实验植物净化率、单位面积净化量变化的综合分析，并采用隶属函数值法，研究9种室内植物对苯污染的净化能力，从而为室内苯化学污染的生态修复植物的选择及室内植物修复配置模式的构建提供基础理论依据和指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

实验于山东建筑大学市政与环境工程学院实验室进行。试验植物（见表1）为：吊兰、金边吊兰、银心吊兰、吊竹梅、绿萝、吸毒草、金边虎尾兰、白鹤芋、鸟巢蕨，按照实验进程，分批选购于济南市解放桥花卉市场绿植大厅。

要求植物于同一环境下生长，状态良好且长势株型一致；花盆材质、大小完全一致，盆土性质与用量相同。实验前将实验植物放置在实验室正常养护两周，使其适应实验室环境。

表1 植物选择和编号

1.2 实验装置

以Wolverton博士的实验装置为参照［16］。利用3组规格为80 cm×80 cm×80 cm的玻璃熏气箱，厚度为8 mm，材质为普通玻璃；为防止熏气箱漏气，放入实验植物和试剂后立即用海绵胶带密封顶盖与箱体的接口，箱体其它连接处用玻璃胶密封，并涂少许凡士林；熏气箱内预留小风扇（220 V，80 W），加快污染物挥发速度；控制室内温度为25℃，适宜光照和湿度；放置干湿温度计，观测舱内温、湿度变化。

1.3 实验设计

设置15.00、30.00和60.00 mg/m33个苯浓度梯度，将9种实验植物随机分组，分批次进行实验，采用模拟舱密闭熏气法处理实验植物。

在A、B、C组熏气箱内分别加入3种不同浓度的苯，不放入植物作为空白对照，密封箱体。静置24 h后，用玻璃针筒分别在各个熏气箱中抽取200 mL气体于气体采样袋中，用Agilent 689 N气相色谱仪测定苯气体浓度，实验重复3次。计算熏气箱对苯的清除率。

在A、B、C组熏气箱内分别放入同种植物的三株植物，放入前擦拭植物叶片并晾干，将其盆土用聚乙烯薄膜包扎，分别加入3种不同浓度的苯，密封箱体。静置24 h后，后续步骤同对照组处理，实验重复3次，去除熏气箱对苯的清除率；用纸样称重法测定植物叶面积，计算植物对苯的净化率和单位面积净化量。

1.4 统计分析和综合评定

利用SPSS18.0和Excel软件对实验所得数据进行0.05水平的方差分析、多重比较（LSD）分析及差异显著性检验（齐次性检验）统计分析［17-22］。

采用隶属函数值法综合评定9种室内植物对室内苯污染的净化能力，计算出各个因素在各种植物的隶属函数值并累加求平均值［4，15］。净化率和单位面积净化量与植物的净化能力呈正相关，计算式（4）表示为

式中：U（Xab）为a植物b因素的隶属函数值；Xab为a植物b因素的测定值；Xamin和Xamax分别为a植物b因素测定值的最小值和最大值。

2 结果与分析

2.1 9种室内植物对室内苯污染净化率的研究

由公式（1）和（2）得出9种植物对不同浓度苯的清除率和净化率，见表2。

表2 9种植物对不同浓度苯的净化效果/%

将植物种类和苯浓度作为两个控制因素，对9种实验植物的不同浓度苯净化率进行双因素方差分析，结果见表3。

表3 9种植物对不同浓度苯的净化率方差分析

从表3可以看出，植物种类、苯浓度及两因素的交互效应，对9种实验植物的苯净化率的影响均达极显著水平。F值3287.022＞1305.613，说明两因素相比较而言，苯浓度对植物的苯净化率的影响更显著。

2.1.1 15 mg/m3浓度苯胁迫下植物净化率

对9种实验植物在15 mg/m3浓度苯胁迫下的苯净化率作植物种类的单因素方差分析，结果见表4。

表4 15 mg/m3浓度苯胁迫下9种植物的净化率方差分析

从表4可以看出，在15 mg/m3浓度苯胁迫下，9种实验植物对苯污染的净化率存在极显著的差异。9种实验植物对苯污染净化率的多重比较结果见表5。

表5 15 mg/m3浓度苯胁迫下9种植物的净化率多重比较

多重比较结果表明：当苯浓度为15 mg/m3时，除吊竹梅（X4）与鸟巢蕨（X9）之间无显著差异外，其它植物种类对苯污染的净化率存在极显著差异。

在15 mg/m3浓度苯胁迫下，白鹤芋（X8）对苯污染的净化率最高，为65.98%；金边虎尾兰（X7）次之，为64.12%；银心吊兰（X3）对苯的净化率最低，为25.06%。

9种实验植物对苯污染的净化率按大小排序为：白鹤芋（X8）＞金边虎尾兰（X7）＞鸟巢蕨（X9）＞吊竹梅（X4）＞绿萝（X5）＞吸毒草（X6）＞吊兰（X1）＞金边吊兰（X2）＞银心吊兰（X3）。

2.1.2 30 mg/m3浓度苯胁迫下植物净化率

对9种实验植物在30 mg/m3浓度苯胁迫下的苯净化率作植物种类的单因素方差分析，结果见表6。

表6 30 mg/m3浓度苯胁迫下9种植物的净化率方差分析

从表6可以看出，在30 mg/m3浓度苯胁迫下，9种实验植物对苯污染的净化率存在极显著的差异。9种实验植物对苯污染净化率的多重比较结果见表7。

表7 30 mg/m3浓度苯胁迫下9种植物的净化率多重比较

多重比较结果表明：当苯浓度为30 mg/m3时，除金边虎尾兰（X7）与鸟巢蕨（X9）之间，吊兰（X1）与吸毒草（X6）之间无显著性差异，白鹤芋（X8）与鸟巢蕨（X9）之间差异显著外，其它植物种类对苯污染的净化率存在极显著差异。

在30 mg/m3浓度苯胁迫下，白鹤芋（X8）对苯污染的净化率最高，为55.16%；鸟巢蕨（X9）次之，为52.10%；银心吊兰（X3）对苯的净化率最低，为16.57%。

9种实验植物对苯污染的净化率按大小排序为：白鹤芋（X8）＞鸟巢蕨（X9）＞金边虎尾兰（X7）＞绿萝（X5）＞吊竹梅（X4）＞吸毒草（X6）＞吊兰（X1）＞金边吊兰（X2）＞银心吊兰（X3）。2.1.3 60 mg/m3浓度苯胁迫下植物净化率

对9种实验植物在60 mg/m3浓度苯胁迫下的苯净化率作植物种类的单因素方差分析，见表8。

表8 60 mg/m3浓度苯胁迫下9种植物的净化率方差分析

从表8可以看出，在60 mg/m3浓度苯胁迫下，9种实验植物对苯污染的净化率存在极显著的差异。9种实验植物对苯污染净化率的多重比较结果见表9。

表9 60 mg/m3浓度苯胁迫下9种植物的净化率多重比较

多重比较结果表明：当苯浓度为60 mg/m3时，除白鹤芋（X8）与金边虎尾兰（X7）之间，吊兰（X1）与吸毒草（X6）之间对苯的净化率无显著性差异，金边虎尾兰（X7）与鸟巢蕨（X9）之间差异显著外，其它植物种类对苯污染的净化率存在极显著差异。

在60 mg/m3浓度苯胁迫下，白鹤芋（X8）对苯的净化率最高，为38.41%；金边虎尾兰（X7）次之，为36.68%；银心吊兰（X3）对苯的净化率最低，为7.04%；

9种实验植物对苯净化率按大小排序为白鹤芋（X8）＞金边虎尾兰（X7）＞鸟巢蕨（X9）＞绿萝（X5）＞吊竹梅（X4）＞吊兰（X1）＞吸毒草（X6）＞金边吊兰（X2）＞银心吊兰（X3）。

综合3种浓度苯胁迫下9种实验植物对苯净化率的总体效果表明：随着苯浓度的升高，9种实验植物对苯的净化率均呈下降趋势；净化效果最好的植物是白鹤芋，其次为金边虎尾兰，银心吊兰净化效果最差。

2.2 9种室内植物对室内苯污染单位面积净化量的研究

由式（3）得出9种植物对不同浓度苯的单位面积净化量见表10。

表10 9种植物对不同浓度苯的单位面积净化量/（mg·m-2·h-1）

将植物种类和苯浓度作为两个控制因素，对9种实验植物的不同浓度苯单位面积净化量进行双因素方差分析，结果见表11。

表11 9种植物对不同浓度苯的单位面积净化量方差分析

从表11可以看出，植物种类、苯浓度及两因素的交互效应，对9种实验植物的苯单位面积净化量的影响均达极显著水平。F值60.938＞40.938，说明两种因素相比较而言，植物种类对植物的苯单位面积净化量的影响更显著。

2.2.1 15 mg/m3浓度苯胁迫下植物单位面积净化量

对9种实验植物在15 mg/m3浓度苯胁迫下的苯单位面积净化量作植物种类的单因素方差分析，见表12。

表12 15 mg/m3浓度苯胁迫下9种植物的单位面积净化量方差分析

从表12可以看出，在15 mg/m3浓度苯胁迫下，9种实验植物对苯污染的单位面积净化量存在极显著的差异。9种实验植物对苯污染单位面积净化量的多重比较结果见表13。

表13 15 mg/m3苯浓度下植物单位面积净化量多重比较

多重比较结果表明：当苯浓度为15 mg/m3时，除鸟巢蕨（X9）、金边吊兰（X2）、吊兰（X1）、银心吊兰（X3）相互之间，绿萝（X5）与吊兰（X1）、鸟巢蕨（X9）之间，吊竹梅（X4）与吸毒草（X6）之间无显著性差异，绿萝（X5）与银心吊兰（X3）、金边吊兰（X2）、吊竹梅（X4）、吸毒草（X6）之间，吸毒草（X6）与吊兰（X1）、鸟巢蕨（X9）之间，白鹤芋（X8）与金边虎尾兰（X7）、吊竹梅（X4）之间差异显著外，其它植物种类对苯污染的单位面积净化量存在极显著差异。

在15 mg/m3浓度苯胁迫下，金边虎尾兰（X7）对苯的单位面积净化量最高，为3.9243 mg/（m2·h）；白鹤芋（X8）次之，为2.9907 mg/（m2·h）；银心吊兰（X3）对苯的单位面积净化量最低，为0.6225mg/（m2·h）。

9种实验植物对苯单位面积净化量按大小排序为：金边虎尾兰（X7）＞白鹤芋（X8）＞吊竹梅（X4）＞吸毒草（X6）＞绿萝（X5）＞鸟巢蕨（X9）＞吊兰（X1）＞金边吊兰（X2）＞银心吊兰（X3）。

2.2.2 30 mg/m3浓度苯胁迫下植物单位面积净化量

对9种实验植物在30 mg/m3浓度苯胁迫下的苯单位面积净化量作植物种类的单因素方差分析，见表14。

表14 30 mg/m3浓度苯胁迫下9种植物的单位面积净化量方差分析

从表14可以看出，在30 mg/m3浓度苯胁迫下，9种实验植物对苯污染的单位面积净化量存在极显著的差异。9种实验植物对苯污染单位面积净化量的多重比较结果见表15。

表15 30 mg/m3苯浓度下植物单位面积净化量多重比较

多重比较结果表明：当苯浓度为30 mg/m3时，除吊兰（X1）、绿萝（X5）、金边吊兰（X2）银心吊兰（X3）、鸟巢蕨（X9）相互之间，吸毒草（X6）与鸟巢蕨（X9）、吊竹梅（X4）之间，金边虎尾兰（X7）与白鹤芋（X8）之间无显著差异，吸毒草（X6）与银心吊兰（X3）、金边吊兰（X2）、绿萝（X5）、吊兰（X1）之间，吊竹梅（X4）与吊兰（X1）、鸟巢蕨（X9）、白鹤芋（X8）之间差异显著外，其它植物种类对苯污染的单位面积净化量存在极显著差异。

在30mg/m3浓度苯胁迫下，金边虎尾兰（X7）对苯的单位面积净化量最高，为5.2936 mg/（m2·h）；白鹤芋（X8）次之，为4.6538mg/（m2·h）；银心吊兰（X3）对苯的单位面积净化量最低，为1.1146mg/（m2·h）。

9种实验植物对苯单位面积净化量按大小排序为：金边虎尾兰（X7）＞白鹤芋（X8）＞吊竹梅（X4）＞吸毒草（X6）＞鸟巢蕨（X9）＞吊兰（X1）＞绿萝（X5）＞金边吊兰（X2）＞银心吊兰（X3）。

2.2.3 60 mg/m3浓度苯胁迫下植物单位面积净化量

对9种实验植物在60 mg/m3浓度苯胁迫下的苯单位面积净化量作植物种类的单因素方差分析，见表16。

表16 60 mg/m3浓度苯胁迫下9种植物的单位面积净化量方差分析

从表16可以看出，在60 mg/m3浓度苯胁迫下，9种实验植物对苯污染的单位面积净化量存在极显著的差异。9种实验植物对苯污染单位面积净化量的多重比较结果见表17。

表17 60 mg/m3苯浓度下植物单位面积净化量多重比较

多重比较结果表明：当苯浓度为60 mg/m3时，除银心吊兰（X3）、金边吊兰（X2）吸毒草（X6）、吊兰（X1）之间，绿萝（X5）与吊兰（X1）、鸟巢蕨（X9）相互之间，吊竹梅（X4）与鸟巢蕨（X9）之间，金边虎尾兰（X7）与白鹤芋（X8）之间无显著差异，绿萝（X5）与银心吊兰（X3）、金边吊兰（X2）、吸毒草（X6）、吊竹梅（X4）之间，鸟巢蕨（X9）与吊兰（X1）、金边虎尾兰（X7）、白鹤芋（X8）之间，吊竹梅（X4）与金边虎尾兰（X7）、白鹤芋（X8）之间差异显著外，其它植物种类对苯污染的单位面积净化量存在极显著差异。

在60 mg/m3浓度苯胁迫下，金边虎尾兰（X7）对苯的单位面积净化量最高，为5.3596 mg/（m2·h）；白鹤芋（X8）其次，为5.2414 mg/（m2·h）；银心吊兰（X3）对苯的单位面积净化量最低，为1.2272 mg/（m2·h）。

9种实验植物对苯单位面积净化量按大小排序为：金边虎尾兰（X7）＞白鹤芋（X8）＞吊竹梅（X4）＞鸟巢蕨（X9）＞绿萝（X5）＞吊兰（X1）＞吸毒草（X6）＞金边吊兰（X2）＞银心吊兰（X3）。

综合3种浓度苯胁迫下9种实验植物对苯单位面积净化量的总体效果表明：随着苯浓度的升高，9种实验植物对苯的单位面积净化量均呈下降趋势；净化效果最好的植物为金边虎尾兰，其次为白鹤芋，银心吊兰净化效果为最差。

2.3 9种室内植物对室内苯污染净化能力的综合评定

采用隶属函数值法综合评定9种室内植物对室内苯污染的净化能力，9种实验植物对苯污染的净化率和单位面积净化量隶属函数值及其平均值见表18。平均值越大，表示植物对苯的净化能力越强。

表18 9种植物对苯污染净化能力的综合评定

根据平均隶属函数值综合评定9种实验植物对苯污染的净化能力大小排序为：金边虎尾兰（X7）＞白鹤芋（X8）＞吊竹梅（X4）＞鸟巢蕨（X9）＞绿萝（X5）＞皱叶薄荷（X6）＞吊兰（X1）＞金边吊兰（X2）＞银心吊兰（X3）。

3 结论

通过上述研究可知：

（1）植物种类、苯浓度及两因素的交互效应对9种实验植物的苯净化率、单位面积净化量的影响均达极显著水平；就两种因素相比较而言，苯浓度对植物的苯净化率影响更显著，植物种类对植物的苯单位面积净化量影响更显著。

（2）随着苯浓度的升高，室内植物对苯污染的净化率均呈下降趋势。

在15 mg/m3和60mg/m3浓度苯胁迫下，白鹤芋（X8）对苯污染的净化率最高，分别为65.98%、38.41%；金边虎尾兰（X7）次之，分别为64.12%、36.68%；银心吊兰（X3）对苯污染的净化率最低，分别为25.06%、7.04%。

在30 mg/m3浓度苯胁迫下，白鹤芋（X8）对苯污染的净化率最高，为55.16%；鸟巢蕨（X9）次之，为52.10%；银心吊兰（X3）对苯污染的净化率最低，为16.57%。

综合3种浓度苯胁迫下9种室内植物对苯净化率的总体效果表明：白鹤芋对苯污染的净化效果最好，银心吊兰最差。

（3）随着苯浓度的升高，室内植物对苯污染的单位面积净化量均呈上升趋势。

在15、30、60 mg/m3浓度苯胁迫下，金边虎尾兰（X7）对苯污染的单位面积净化量最高，分别为3.9243、5.2936、5.3596 mg/（m2·h），净化效果最好；白鹤芋（X8）次之，分别为2.9907、4.6538、5. 2414 mg/（m2·h）；银心吊兰（X3）对苯污染的单位面积净化量最低，分别为0.6225、1.1146、1.2272 mg/（m2·h），净化效果最差。

（4）根据隶属函数值法综合评定9种室内植物对苯污染净化能力大小排序为：金边虎尾兰（X7）＞白鹤芋（X8）＞吊竹梅（X4）＞鸟巢蕨（X9）＞绿萝（X5）＞皱叶薄荷（X6）＞吊兰（X1）＞金边吊兰（X2）＞银心吊兰（X3）。

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（校庆约稿）

山东建筑大学风景园林学科——鲁敏教授

鲁敏教授现任《山东建筑大学学报》主编、编辑部主任。现为二级教授，享受国务院政府特贴，山东省教学名师，硕士生导师、兼职博导，校中青年学术骨干、风景园林学科带头人，山东建筑大学首席岗教授，济南市政协委员。

鲁敏教授博士毕业于中国科学院沈阳应用生态研究所，山东大学博士后。现兼任：全国一级景观设计师职业教材指导委员会专家、华东地区高等院校自然科学学报编辑协会常务理事、山东省生态学会常务理事、山东省环境科学学会常务理事、山东省林木品种审定委员会委员、山东省高校学报研究会常务理事、山东省期刊协会副秘书长等职务。

多年来从事城市生态、风景园林生态规划与设计，园林生态和环境保护等方面的研究，尤其是在生态园林与生态绿地系统、景观生态规划与生态修复、污染大气和污水的植物净化与修复及吸污防污植物的选择与应用、基于遥感和GIS技术的城市绿地生态网络规划研究、森林城市及生态城市建设与规划等方面都有创新并取得重要成果，形成了独特的研究领域。由于对生态环境建设的突出贡献，2010年被中国环境科学学会授予“全国优秀环境科技工作者”称号。

近年来主持多项省部级以上的科研教学课题，取得获奖成果10余项；撰写专著6部，主编了“十三五”规划教材和“十二五”规划5部；发表学术论文百余篇，其中：EI收录9篇，CSSCI收录5篇，2篇被CA（美国化学文摘）收录。主持完成了山东建筑大学新校区园林景观总体规划等数十项园林景观设计项目。

Research on purification capacity of nine kinds of indoor plant against benzene pollution

Lu Min1，2，Zhao Xueming2，Ding Zhen2，et al．

（1.Editorial Department of Journal of Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China；2.School of Art，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China）

Benzene，one of the three indoor invisible killers，has badly threatened life safety and health of people.Indoor plant ecological restoration technology，as a secure，stable，sustainable and efficientmethod，has become an effective way and importantmeans of purification and restoration of indoor benzene.Purification capacity of indoor plantagainst benzene pollution is the base for selection of ecological restoration plant of indoor benzene pollution.The research does the experiments with different concentrations of benzene stress for 9 indoor plants with airtight fumigation method，studies purification capacity of 9 indoor plants against benzene pollution by comprehensively analyzing the change of purification rate and purification amount per unit area of the experimental plants against benzene pollution with themethod of subordinate function values.The results show that plant species and benzene concentration and their synergy significantly affect purification rate and purification amount per unit area of9 plants against benzene pollution.Spathiphyllum floribundum has the highest purification rate against benzene pollution under benzene stress of 15 mg/m3，30 mg/m3and 60 mg/ m3，which respectively is 65.98%，55.16%and 38.41%，Chlorophytum capense var.vttatum，the lowest，which respectively is 25.06%，16.57%and 7.04%；Sansevieria trifasciata var.laurentiihas the highest purification amount per unit area against benzene pollution，which respectively is 3.9243，5.2936 and 5.3596 mg/m2·h，Chlorophytum capense var.vttatum，the lowest，which respectively is 0.6225，1.1146 and 1.2272 mg/m2·h.The result of comprehensive assessment shows that the indoor plant with the strongest purification capacity against benzene pollution is Spathiphyllum floribundum，followed by Sansevieria trifasciata var.laurentii，that with the weakest purification capacity is Chlorophytum capense var.vttatum．

indoor plant；benzene pollution；purification capacity；airtight fumigation method