بهبود کیفیت هوای محیط خانه با حذف دی اکسیدکربن و افزایش رطوبت نسبی، توسط گیاهان آپارتمانی

پیش گفتار

این آزمایش توسط گروه شیمی دانشگاه ریندینگ انگلستان، انجمن سلطنتی بخش علوم باغبانی باغ ویسلی انگلستان، دانشکده کشاورزی، سیاست و توسعه دانشگاه ریندینگ انگلستان درسال 2016 انجام شد و توسط انجمن سلطنتی باغبانی و شورای تحقیقات مهندسی وفیزیک انگلستان حمایت شد.

مفاهیم کلمات

دی اکسید کربن CO2

رطوبت نسبی  RH

میزان رطوبت بسترSMC

انتگرال نورروزانه DLI

نقطه جبران نورLCP

تبخیرو تعرقET

سطح برگLA

تبخیرو تعرق درواحد سطح برگETL

چکیده

غلظت بالای دی اکسیدکربن داخلی ورطوبت نسبی کم درمحیط های بسته مانند خانه ها، ادارات، شرکت ها و کلاس های مدارس و دانشگاه ها، سلامت انسان را تحت الشعاع قرارمی دهد. بنابراین ارزیابی پتانسیل گیاهان آپارتمانی به عنوان یک رویکرد کم هزینه برای حذف دی اکسیدکربن وافزایش رطوبت نسبی محیط های بسته بسیارمهم است.

عوامل محیطی مانند خشک یا مرطوب بودن، جذب خالص، ازدست دادن بخارآب، برای 7 گونه گیاهان آپارتمانی معمولی بررسی شد.

نوع برگ، متابولیسم و اندازه آن ها، توانایی آن ها درجذب دی اکسیدکربن، درطیف وسیعی ازنورداخلی، مورد مطالعه قرارگرفت.

سهم بالقوه این 7گونه گیاه آپارتمانی درافزایش تبخیرو تعرق، اندازه گیری شد.

درسطوح معمولی کم نور، نرخ جذب خالص دی اکسیدکربن توسط گیاه، به طورکلی پایین بود.

گیاهان درسطوح معمولی نورداخلی، ازنظرتاثیردر سطح اتاق، تاثیرناچیزی داشتند.

ازاین 7گونه گیاه آپارتمانی دراین آزمایش استفاده شد:

Dracaena fragrans limon lime

Dracaena fragrans golden coast

Guzmania india light

Hedera helix

Spathiphyllum Wallisii Bellini

Spathiphyllum Wallisii Vedii

Zamioculas Zamiifollia

دراین آزمایش مشخص شد که این گیاهان بهترین حذف دی اکسیدکربن را فراهم می کنند:

Hedera helix پاپیتال مارپیچ

Spathiphyllumاسپاتی فیلوم هر 2 رقم

همچنین این آزمایش نشان داد گونه هایی که بیشترین جذب دی اکسیدکربن را داشتند، بیشترین سطح را هم درافزایش رطوبت نسبی داشتند( یعنی پاپیتال مارپیچ و اسپاتی فیلوم ها)

مقدمه

غلظت دی اکسیدکربن داخلی دردرجه اول به سطح فضای پرشده و میزان عرضه هوای بیرون بستگی دارد.

انسان ها دی اکسیدکربن را بازدم می کنند، یعنی دی اکسیدکربن مقدارزیادی ازفضا را می گیرد و تهویه درمحیط های بسته کم است که این باعث افزایش دی اکسیدکربن مضردر فضاهای بسته مانند خانه ها می شود.

حتی زمانی که درمحیط ازتهویه استفاده می شود بازهم ممکن است مشکلات درآن زیاد شود.

غلظت دی اکسیدکربن، نسبت به گذشته 40درصد افزایش پیداکرده است.

دریک تحقیق که توسط انجمن مهندسین گرمایش و تبرید و تهویه مطبوع آمریکا صورت گرفت، غلظت دی اکسیدکربن دردفاتربسته اداری( مثلا دردفاتری با 29اتاق جلسه) حتی به 2000 تا 2500 پی پی ام هم می رسد و می تواند بیشتر هم شود( حتی تا5000)

حتی غلظت معمولی دی اکسیدکربن درداخل ساختمان هم منجربه مشکلات سلامتی درانسان می شود مانند گلودرد، خشکی چشم، عطسه و مشکلات تنفسی. ضمن این که یادگیری دانش آموزان را هم کاهش می دهد.

درمحیط هایی با رطوبت نسبی کم یعنی زیر30درصد، تحریک چشم و خشکی پوست اتفاق می افتد و رطوبت نسبی کمتراز 10درصد باعث خشکی غشای محافظی بینی می شود و می تواند احتمال انتقال آنفولانزا را افزایش دهد.

رطوبت نسبی بالای 60درصد هم می تواند باعث ایجاد کپک و قارچ درمحیط شود.

تکنیک های مختلفی درمحیط، برای کنترل و تنظیم سطوح دی اکسیدکربن، ساخته شده است که شامل رویکرد مهندسی شده برای تهویه و فن آوری پایین آوردن دی اکسیدکربن می باشد که استفاده ازگیاهان آپارتمانی هم می تواند یکی ازاین رویکردها باشد.

مطالعاتی روی گیاهان آپارتمانی برای جداسازی دی اکسیدکربن ازمحیط های داخلی انجام شد.

طیف وسیعی ازمطالعات، توانایی گیاهان آپارتمانی را درجداسازی دی اکسیدکربن درخانه، مدرسه و محیط های اداری بررسی کردند.

تنوع مختلفی ازگیاهان آپارتمانی، به طورکلی غلظت دی اکسیدکربن اتاق را کاهش داده و رطوبت نسبی را افزایش می دهند، با این حال مطالعات انجام شده، به ندرت، تعداد دقیق گیاهان و انواع گیاهان را مشخص و معرفی می کنند.

سطوح نورو رطوبت بستر، عوامل کلیدی موثربرتبادلات گازی گیاه هستند.

محیط هایی با نورکم و بسترهایی خشک، توانایی گیاهان آپارتمانی، برای جذب دی اکسیدکربن را کاهش می دهند و هم به افزایش رطوبت نسبی محیط ازطریق تعرق کمک می کنند.

سطح نوردر محیط های بسته، حتی دریک روزتابستانی صاف، حداقل 100 برابر کمترازفضای باز است.

نورداخلی، محدود کننده ترین عامل برای جذب دی اکسیدکربن محیط است.

این آزمایش، سهم ثبت گیاهان آپارتمانی را درکاهش سطح دی اکسیدکربن وافزایش رطوبت نسبی محیط، بیان می کند.

گیاهان، دی اکسیدکربن محیط را جذب می کنند و با حداکثرظرفیت خود بخارآب را آزاد می کنند.

با این حال، چالش اصلی برای حفظ عملکرد گیاه درمحیط های بسته، سطوح کم نورداخلی و مسائل ناشی از مدیریت گیاهان آپارتمانی می باشد( مسائلی مانند مقدارآبیاری درست)

شرایط مرطوب و خشک، درارقام مختلف گیاهان آپارتمانی هم بررسی شد که مطالعه ای جالب بود.

این آزمایش نشان داد که درادارات دولتی، مقداردی اکسیدکربن جذب شده توسط گیاهان، بسته به اندازه گیاهان،

متفاوت است.

درمحیط های کنترل شده، اکثرگونه ها جذب کربن ثبت شده را دریک دوره 10هفته ای نشان دادند.

این مطالعه نشان داد که درهردو محیط، گیاهان چوبی، نسبت به گیاهان علفی، دی اکسیدکربن بیشتری را جذب کردند.

هدف ازاین آزمایش این بود که بفهمیم کدام گونه گیاهی و کدام ارقام و کدام نورو شرایط رطوبتی، برای تنظیم دی اکسیدکربن و رطوبت نسبی محیط های بسته، مناسب هستند.

به طورکلی اهداف مطالعه تعیین شد:

1-تاثیربسترخشک و مرطوب برظرفیت حذف دی اکسیدکربن توسط گونه های مختلف گیاهان آپارتمانی

2-تاثیرسطوح نوربرجذب خالص دی اکسیدکربن گونه ها (یعنی آزمایش پتانسیل بهبود عملکرد با تکمیل سطوح نورداخلی)

3-نرخ تبخیربه تعرق و سهم بالقوه آن ها درافزایش رطوبت نسبی داخلی

مواد و روش ها

ازگیاهان اسپاتی فیلوم (2رقم)، پاپیتال مارپیچ، گازمانیا( ستاره آتشین)، دراسنا پرچمی(2رقم) و زامیفولیا برای این آزمایش استفاده شد.

گیاهان منتخب،گیاهانی 2ساله بودند و زمان خرید آن ها جولای سال 2016 بود که ارتفاعی بین 10 تا 60 سانتی متر داشتند.

این گیاهان درمحیط رشد سیلوامیکس، نگهداری شدند، درظروفی 3لیتری با کودآهسته رها شونده

سطح نورکم دریک محیط اداری سرپوشیده درآزمایشگاهی درگلخانه دردانشکده کشاورزی سیاست و توسعه دردانشگاه ریندینگ انگلستان، محل آزمایش این گیاهان بود.

ازآنالیزورگازمادون قرمزبرای این آزمایش ها استفاده شد.

ازبرگ ثابت(یعنی سومین برگ کاملا بازشده ازنوک گیاه) دردمای 16.6 الی 21.8 درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی بیشتراز35درصد، درسطوح نورکم و بالا درمحیط بسته استفاده شد.

برای افزایش نور، از یک هالوژن خارجی استفاده شد.

میزان رطوبت نسبی بستربراساس حجم آب، به ازای هرحجم بسترروزانه، برای هریک اندازه گیری شد.

ازدستگاه های پیشرفته، برای آبیاری بهینه گیاهان استفاده شد.

درشرایط نورکم ونورزیاد و خشک و مرطوب، اندازه گیری دی اکسیدکربن انجام شد.

سطوح بالای نورتوسط 2چراغ و باسنسورنورکالیبره شده، اندازه گیری شد.

اندازه گیری ها حدود یک هفته انجام شد.

شرایط محیطی به این صورت بود:

RH=35-45

CO2=400-450

با درجه حرارت 145درجه کنترل شده در25درجه

منحنی های پاسخ نور، براساس یک معادله پیشنهاد شده تولید شدند.

مصرف آب ازگونه های گیاهی، با اندازه گیری های متوالی وزن گیاه و گلدان، با دقت اندازه گیری شد.

سطح برگ مورد ارزیابی قرارگرفت.

تجزیه وتحلیل آماری

داده های تجربی ( پارامترهای تبادل گازو اتلاف آب) تجزیه و تحلیل شدند(با استفاده ازجنستات)

برای مقایسه دراین آزمایش، ازآنالیزواریانس استفاده شد.

داده های مربوط به هدررفت آب گیاهان، ثبت شد.

نتایج و بحث ها

محیط داخلی کم نورو خشک، ازنظرآماری، بیشترین تنفس را داشت و بنابراین تنها شاخصی بود که تفاوت های قابل توجهی را بین بسترخشک و مرطوب، اندازه گیری کرد.

دربسترخشک، ازنظرآبیاری تفاوت معناداری درجذب دی اکسیدکربن بین ارقام، اندازه گیری شد.

تفاوت معناداری دردی اکسیدکربن، بین هیچ یک ازگونه های مورد مطالعه( هر7 گیاه آپارتمانی) وجود نداشت.

در نورداخلی بالا فقط این گیاه آپارتمانی، تفاوت های آماری معنی داری را بین محیط خشک اندازه گیری کرد:

Spathiphyllum Wallisii Vedii

این گل آپارتمانی هم بیشترین میزان تنفس را داشت:

Hedera Helix

تفاوت معنی داری درجذب خالص، بین سایرگونه های موردمطالعه اندازه گیری نشد.

همه گونه ها دی اکسیدکربن را جذب می کردند و پاپیتال مارپیچ، بالاترین میزان جذب را داشت.

بعدازپاپیتال، جذب خالص دی اکسیدکربن دراسپاتی فیلوم ها( 2رقم) از سایر گیاهان مانند دراسناها، گازمانیا و زامیفولیا بیشتربود.

تبخیرو تعرق درپاپیتال مارپیچ از سایرگیاهان بیشتربود و تفاوت های معناداری دراین مورد بین سایرگیاهان وجودداشت.

ازنظرتبخیرو تعرق درهرسطح برگ درروز، زمانی که به خوبی آبیاری شوند، این میزان برای پاپیتال مارپیچ از همه بیشتربود.

زمانی که میزان رطوبت بستربه 20درصدکاهش یافت، کاهش تبخیرو تعرق بین 7 تا 63درصد بود.

این مطالعه نشان داد که پتانسیل کمی توسط گیاهان آپارتمانی مورد مطالعه، به تنهایی برای کاهش دی اکسیدکربن ارائه می شود.

تنفس عموما درگیاهان آپارتمانی رشدیافته دربسترخشک اتفاق می افتد.

تبادل دی اکسیدکربن خالص ثبت شده، بسیارکم است و بنابراین احتمالا تاثیرمنفی کمی برسطح دی اکسیدکربن درمقیاس اتاق خواهد داشت.

این آزمایش نشان داد که بهتراست سطح نوررا تا 300میکرومول برثانیه ازنظرفنی افزایش دهیم.

این مطالعه همچنین نشان داد که استفاده ازمکمل روشنایی، افزایش قابل توجهی درجذب دی اکسیدکربن، دراکثرگونه های مورد مطالعه ایجاد کرد.

بهترین عملکرد برای جذب دی اکسیدکربن، بیشترین سهم را درافزایش رطوبت نسبی درداخل خانه دارد.

گیاهان آپارتمانی مورد مطالعه دراین آزمایش، وقتی درمحیط های داخلی معمولی کم نوردربسترخشک، رشد می کردند، همگی تنفس می کردند.

درمحدوده سطوح نورمعمولی، مشاهده شد درداخل ساختمان، 6 گونه از 7گونه گیاه آپارتمانی مورد مطالعه، درهردوشرایط خشک و مرطوب، تنفس می کردند.

دراین مطالعه تلاش های قبلی برای تخمین حذف دی اکسیدکربن ازگیاهان آپارتمانی مورد توجه قرارنگرفت.

بهترین گونه از نظر جذب دی اکسیدکربن پاپیتال مارپیچ بود و پاپیتال و اسپاتی فیلوم دارای کمترین تعریق و تعرق درسطح برگ هستند.

این مطالعه نشان داد که اسپاتی فیلوم به صورت ذاتی آب بیشتری مصرف می کند و ازدست دادن آب خودرا درشرایط تنش آبی محدود نمی کند، بنابراین دریک بسترخشک، بیشترین سهم را دررطوبت نسبی دارد.

ازنتایج آزمایش، سهم گونه های مورد مطالعه را درافزایش رطوبت نسبی درداخل خانه تخمین زده شد.

محاسبات مقداربخارآب درهوا ازطریق معادله انجام شد و نشان داد که اسپاتی فیلوم ها یا پاپیتال های درحال رشد، بدون مالچ( پوشش روی گلدان)، دریک دوره 24 ساعته، می تواند رطوبت نسبی را از 40 تا 60درصد افزایش دهد.

انتشارمقادیرقابل توجهی ازدی اکسیدکربن، درمحیط های داخلی و تاثیرمخرب برسلامت انسان، مهم است.

ازآن جایی که هرفرددریک محیط اداری، 36گرم درساعت، دی اکسیدکربن به محیط می دهددرحالی که درشرایط معمولی نوردفترحتی برای گیاهانی که دربسترهای خشک رشد می کنند، سهم گیاهان دردی اکسیدکربن محیط ناچیزاست.

برای بیشترگونه های مورد مطالعه، اشباع نوری درحدود300میکرومول درمترمربع برثانیه رخ می دهد و افزایش فراترازاین، تفاوت کمی را درشرایط همسان سازی نشان می دهد.

نورپردازی داخلی هدفمند، می تواند برای به حداکثررساندن پتانسیل جذب دی اکسیدکربن درگیاهان آپارتمانی استفاده شود.

نتیجه گیری نهایی

جذب خالص دی اکسیدکربن درتمامی گیاهان مورد مطالعه، به طورکلی ناچیز بود و پاپیتال مارپیچف بیشترین جذب را انجام داد و بعد از آن اسپاتی فیلوم بیشترین جذب را نسبت به سایرگونه ها داشت.

درحالی که جذب دی اکسیدکربن گیاهان، دربسترمرطوب بیشترازبسترخشک بود اما ازنظرعلمی، تفاوت جذب خالص دی اکسیدکربن بین سطوح خشک و مرطوب در نورکم و نورزیاد داخلی برای گونه مورد مطالعه ناچیزبود.

نقاط جبران نوردرمحدوده نورمعمولی داخلی برای هردو گیاه اسپاتی فیلوم و پاپیتال مارپیچ بودند که نشان می دهد که این گیاهان برای تامین بیشتر حذف دی اکسیدکربن دریک محیط داخلی معمولی مناسب هستند.

علاوه براین هردوگونه پاپیتال مارپیچ و اسپاتی فیلوم، بالاترین میزان تعرق را داشت که نشان دهنده بیشترین پتانسیل برای تاثیرگذاری بر رطوبت نسبی است.