全 文 ：脉冲电场作用对植物释放负离子的影响∗
吴仁烨１　 邓传远２　 杨志坚３　 翁海勇４　 朱帖俊容３　 郑金贵３∗∗
（ １福建农林大学作物科学学院， 福州 ３５０００２； ２福建农林大学园林学院， 福州 ３５０００２； ３福建农林大学农产品品质研究所， 福
州 ３５０００２； ４福建农林大学机电工程学院， 福州 ３５０００２）
摘　 要　 在脉冲电场作用下对蟹爪兰等 １０种植物释放负离子的能力进行研究．结果表明：在
自然状态下，１０种植物释放负离子的能力很弱，吊兰和绯牡丹的 ２４ ｈ 浓度均值最高，为 ４３
ｉｏｎ·ｃｍ－３，金边龙舌兰最低，为 １９ ｉｏｎ·ｃｍ－３，当适当强度的脉冲电场作用在植物的根际土壤
时，１０种植物较自然状态下（未刺激）释放负离子的能力均大幅提高，以脉冲电压 ２．０×１０４ Ｖ、
脉冲频率 １ Ｈｚ、脉冲宽度 ５０ ｍｓ的脉冲电场效果最佳，１０ 种植物中释放负离子浓度最高的为
寒兰，达 １４５４９６７ ｉｏｎ·ｃｍ－３，是自然状态下的 ４８４９８．９ 倍；最低为蟹爪兰为 ３４５６７ ｉｏｎ·ｃｍ－３，
是自然状态下的 ８４３．１倍．在不同强度脉冲电场作用下，植物释放负离子的能力差异显著．
关键词　 植物； 负离子； 脉冲电场； 电刺激法
文章编号　 １００１－９３３２（２０１５）０２－０４１９－０６　 中图分类号　 Ｑ６⁃３； Ｓ３２６　 文献标识码　 Ａ
Ｎｅｇａｔｉｖｅ ａｉｒ ｉｏｎｓ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｐｌａｎｔｓ ｕｐｏｎ ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｓｏｉｌ． ＷＵ
Ｒｅｎ⁃ｙｅ１， ＤＥＮＧ Ｃｈｕａｎ⁃ｙｕａｎ２， ＹＡＮＧ Ｚｈｉ⁃ｊｉａｎ３， ＷＥＮＧ Ｈａｉ⁃ｙｏｎｇ４， ＺＨＵ Ｔｉｅ⁃ｊｕｎ⁃ｒｏｎｇ３， ＺＨＥＮＧ
Ｊｉｎ⁃ｇｕｉ３ （１Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｒｏｐ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｆｕｊｉａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｆｕｚｈｏｕ ３５０００２， Ｃｈｉ⁃
ｎａ； ２Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌａｎｄｓｃａｐｅ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ， Ｆｕｊｉａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｆｕｚｈｏｕ ３５０００２，
Ｃｈｉｎａ； ３Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｆｕｊｉａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｆｕｚｈｏｕ
３５０００２， Ｃｈｉｎａ； ４Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｆｕｊｉａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｆｕｚｈｏｕ ３５０００２， Ｃｈｉｎａ） ． ⁃Ｃｈｉｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｅｃｏｌ．， ２０１５， ２６（２）： ４１９－４２４．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｐｌａｎｔｓ （ Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒａ ｔｒｕｎｃａｔａ， Ａｌｏｅ ｖｅｒａ ｖａｒ．
ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ， Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｔｕｍ ｃｏｍｏｓｕｍ， Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒａ ｂｒｉｄｇｅｓｉｉ， Ｇｙｍｎｏｃａｌｙｃｉｕｍ ｍｉｈａｎｏｖｉｃｈｉｉ ｖａｒ．
ｆｒｉｅｄｒｉｃｈｉｉ， Ａｓｐｉｄｉｓｔｒａ ｅｌａｔｉｏｒ， Ｃｙｍｂｉｄｉｕｍ ｋａｎｒａｎ， Ｅｃｈｉｎｏｃａｃｔｕｓ ｇｒｕｓｏｎｉｉ， Ａｇａｖｅ ａｍｅｒｉｃａｎａ ｖａｒ．
ｍａｒｇｉｎａｔａ， Ａｓｐａｒａｇｕｓ ｓｅｔａｃｅｕｓ） ｔｏ ｇｅｎｅｒａｔｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ａｉｒ ｉｏｎｓ （ＮＡＩ） ｕｎｄｅｒ ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ
ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｓｉｎｇｌｅ ｐｌａｎｔ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｌｏｗ ａｍｏｕｎｔｓ ｏｆ ＮＡＩ ｉｎ ｎａｔｕｒａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．
Ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ Ｃ． ｃｏｍｏｓｕｍ ａｎｄ Ｇ． ｍｉｈａｎｏｖｉｃｈｉｉ ｖａｒ． ｆｒｉｅｄｒｉｃｈｉｉ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｍｏｓｔ ＮＡＩ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ
ａｂｏｖｅ ｔｅｎ ｓｐｅｃｉｅｓ， ｗｉｔｈ ａ ｄａｉｌｙ ａｖｅｒａｇｅ ｏｆ ４３ ｉｏｎ·ｃｍ－３ ． Ｔｈｅ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｗａｓ Ａ． ａｍｅｒｉｃａｎａ ｖａｒ． ｍａｒ⁃
ｇｉｎａｔａ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ １９ ｉｏｎ·ｃｍ－３ ． Ｗｈｅｎ ｐｒｏｐｅｒ ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ
ｓｏｉｌ， ｔｈｅ ＮＡＩ ｏｆ ｔｅｎ ｐｌａｎｔ ｓｐｅｃｉｅｓ ｗｅｒｅ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ． Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｕ３ （ａｖｅｒ⁃
ａｇｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｐｅｒｉｏｄ ｗａｓ ２．０×１０４ Ｖ， ｐｕｌｓｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｗａｓ １ Ｈｚ， ａｎｄ ｐｕｌｓｅ ｄｕｒａｔｉｏｎ ｗａｓ
５０ ｍｓ） ｗａｓ ｔｈｅ ｇｒｅａｔｅｓｔ． Ｔｈｅ ｍｅａｎ ＮＡＩ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃ． ｋａｎｒａｎ ｗａｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ １４５４９６７
ｉｏｎ·ｃｍ－３， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ４８４９８． ９ ｔｉｍｅｓ ａｓ ｍｕｃｈ ａｓ ｔｈａｔ ｉｎ ｎａｔｕｒａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ ｏｎｅ ｗａｓ
Ｓ． ｔｒｕｎｃａｔａ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ３４５６７ ｉｏｎ·ｃｍ－３， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ８４３．１ ｔｉｍｅｓ ａｓ ｍｕｃｈ ａｓ ｔｈａｔ ｉｎ ｎａｔｕｒａｌ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｐｌａｎｔｓ ｔｏ ｇｅｎｅｒａｔｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ａｉｒ ｉｏｎ ｖａｒｉｅｄ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒ⁃
ｅｎｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｐｌａｎｔ； ｎｅｇａｔｉｖｅ ａｉｒ ｉｏｎ； ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ； ｅｌｅｃｔｒｏｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ．
∗国家科技支撑计划项目（２０１３ＢＡＤ０１Ｂ０５）和福建省自然科学基金
项目（２０１２Ｊ０５０４５）资助．
∗∗通讯作者． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｊｉｎｇｕｉｚｈｅｎｇ＠ １２６．ｃｏｍ
２０１４⁃０６⁃２３收稿，２０１４⁃１２⁃１０接受．
　 　 空气负离子（ｎｅｇａｔｉｖｅ ａｉｒ ｉｏｎ， ＮＡＩ）被誉为空气
中的“维生素”、“生长素”和“长寿素” ［１－２］，在空气
中主要以 Ｏ２
－（Ｈ２Ｏ） ｎ和（ＯＨ）
－（Ｈ２Ｏ） ｎ２ 种形态存
在［３－５］ ．空气负离子被世界卫生组织列为衡量空气质
量的一个重要指标，并规定清新空气的标准为负离
子浓度为 １０００～１５００ ｉｏｎ·ｃｍ－３ ．空气负离子具有预
防疾病，增强人体免疫力的功效，呼吸富含负离子的
应 用 生 态 学 报　 ２０１５年 ２月　 第 ２６卷　 第 ２期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｆｅｂ． ２０１５， ２６（２）： ４１９－４２４
空气，能促进人体健康和提高人体舒适度［６－８］ ．若空
气中缺少负离子可使人体功能出现紊乱．
不同环境中空气负离子浓度差异很大，如在密
闭的空调房、办公室、手术室以及办公设备旁，负离
子浓度低至 ３００～６００ ｉｏｎ·ｃｍ－３，污染空气中的负离
子浓度甚至可以低至 ０ ｉｏｎ·ｃｍ－３，而森林公园等景
区的负离子浓度均值可达 １．９×１０４ ｉｏｎ·ｃｍ－３ ［１，６－９］ ．
景区环境中负离子浓度高，主要原因之一是绿色植
物的光合作用［１０－１１］；此外，某些绿色植物的叶片呈
针状，曲率半径较小，在大气电场的作用下，使空气
发生电离，也可增加负离子浓度［１２－１３］ ．目前，关于植
物群落释放负离子方面已有大量研究［１４－２２］，而对单
株植物释放负离子的研究较少．单株植物在自然状
态下能够产生负离子，但是其产生负离子的能力很
弱［２３－２４］，其浓度无法达到人体健康需要的标准，而
对植物进行高压电刺激［９，２５－２７］、强光照度照射［２８］，
植物释放的负离子浓度比其在自然状态下高出许多
倍．光照胁迫可以提高单株植物释放负离子的能力，
但产生高浓度负离子时对植物会造成巨大伤害［２８］ ．
为此，本文选取蟹爪兰 （ Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒａ ｔｒｕｎｃａ⁃
ｔａ）、芦荟（Ａｌｏｅ ｖｅｒａ ｖａｒ． ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ）等 １０种常见、易于
种植，且价格低廉的植物为研究对象，对其施加不同
强度的脉冲电场刺激，研究不同强度的电场刺激对植
物释放负离子浓度的影响，为植物释放负离子倍增效
应特有的有效电场研究奠定基础，从而研制出“植物
源负离子发生器”，提高室内空气的负离子浓度．
１　 材料与方法
１􀆰 １　 供试材料
供试植物为蟹爪兰、芦荟、吊兰、仙人指、绯牡
丹、一叶兰、寒兰、金琥球、金边龙舌兰和文竹等 １０
种植物，见表 １．设 ２ 个对照组：植物栽培盆土（无植
物，ｐ０）和空白对照组（无土壤、无植物，ＣＫ）．
　 　 供试植物均选购于福建漳州百花村花卉交易市
场，每种植物选取外形、长势一致的植株各 ３ 株，作
为 ３个重复，种植在塑料花盆（外口径 ２３ ｃｍ、高 １９
ｃｍ、底 １５ ｃｍ）中，每种植物种植在最适合其生长的
土壤中，采取统一管理和养护的方法．
１􀆰 ２　 负离子浓度检测
采用福建农林大学机电学院研制的高压脉冲刺
激仪产生不同强度脉冲电场，该仪器平均脉冲输出
电压 Ｕｍ ＝ ０．８×１０４ ～２．０×１０４ Ｖ，脉冲频率 ｆ ＝ １ Ｈｚ，脉
冲宽度 τ＝ ５０ ｍｓ．负离子浓度采用 ＤＬＹ⁃４Ｇ⁃２３２型大
气离子测量仪进行监测，测量精度为 １ ｉｏｎ·ｃｍ－３ ．
表 １　 供试植物
Ｔａｂｌｅ １　 Ｔｅｓｔｅｄ ｐｌａｎｔｓ
代号
Ｃｏｄｅ
物种
Ｓｐｅｃｉｅｓ
株龄
Ａｇｅ
株高×冠幅
Ｐｌａｎｔ ｈｅｉｇｈｔ×
ｃｒｏｗｎ ｂｒｅａｄｔｈ
（ｃｍ）
ｐ１ 蟹爪兰 Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒａ ｔｒｕｎｃａｔａ １年 ３个月 １５×３０
ｐ２ 芦荟 Ａｌｏｅ ｖｅｒａ ｖａｒ． ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ ９个月 ２０×１５
ｐ３ 吊兰 Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｔｕｍ ｃｏｍｏｓｕｍ １年 １个月 ３０×３９
ｐ４ 仙人指 Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒａ ｂｒｉｄｇｅｓｉｉ ８个月 １２×９
ｐ５ 绯牡丹 Ｇｙｍｎｏｃａｌｙｃｉｕｍ ｍｉｈａｎｏｖｉｃｈｉｉ
ｖａｒ． ｆｒｉｅｄｒｉｃｈｉｉ
４个月 １２×８
ｐ６ 一叶兰 Ａｓｐｉｄｉｓｔｒａ ｅｌａｔｉｏｒ ２年 ５０×４５
ｐ７ 寒兰 Ｃｙｍｂｉｄｉｕｍ ｋａｎｒａｎ ２年 ４９×４０
ｐ８ 金琥球 Ｅｃｈｉｎｏｃａｃｔｕｓ ｇｒｕｓｏｎｉｉ １年 ６个月 １２×１２
ｐ９ 金边龙舌兰 Ａｇａｖｅ ａｍｅｒｉｃａｎａ ｖａｒ．
ｍａｒｇｉｎａｔａ
１年 １１个月 ４６×３８
ｐ１０ 文竹 Ａｓｐａｒａｇｕｓ ｓｅｔａｃｅｕｓ １年 １个月 ４５×５０
　 　 采用厚度为 ４ ｍｍ的玻璃制成的规格为 ８０ ｃｍ×
８０ ｃｍ×８０ ｃｍ的密封玻璃室，在玻璃室的一个侧面
截取 １０４ ｍｍ×１０４ ｍｍ 小窗口，其大小与 ＤＬＹ⁃４Ｇ⁃
２３２型空气离子测量仪的测量进风口相吻合，未测
量时用玻璃挡板封闭窗口，见图 １．
　 　 ２０１３年 ４—５月选择晴天进行试验．调节盆栽植
物中心，使其与玻璃室中心重叠，以保持空气离子测
量仪进气口的中心与株顶处于同一水平．空气离子
测量仪每秒读取一个数据，每次待测量仪的数据稳
定后，连续读取有效时间 １００ ｓ，即 １００个有效数据，
取 １００个数据的平均值作为该植株释放的负离子浓
度值，３ 组重复的负离子浓度的平均值作为该种植
物在该脉冲电场强度作用下释放的负离子浓度值．
在测量施加脉冲电场刺激下植物释放负离子的浓度
前，将高压脉冲刺激仪的探针在离株茎外围 ５ ｃｍ处
埋入土壤５ ｃｍ深．试验设自然状态下植物释放负离
图 １　 在密闭玻璃室内测量植物释放负离子浓度示意图
Ｆｉｇ．１　 Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｎｅｇａｔｉｖｅ ａｉｒ ｉｏｎｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｂｙ
ｐｌａｎｔ ｉｎ ａ ｓｅａｌｅｄ ｇｌａｓｓ ｃｈａｍｂｅｒ．
ａ） 空气离子测量仪 Ａｉｒ ｉｏｎｓ ｄｅｔｅｃｔｏｒ； ｂ） 离子测量口 Ｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ
ｍｏｕｔｈ； ｃ） 密闭玻璃室 Ｓｅａｌｅｄ ｇｌａｓｓ ｃｈａｍｂｅｒ； ｄ） 植物 Ｐｌａｎｔ； ｅ） 花盆
Ｆｌｏｗｅｒｐｏｔ； ｆ） 脉冲探针 Ｐｕｌｓｅ ｐｒｏｂｅ； ｇ） 探针孔 Ｐｒｏｂｅ ｈｏｌｅ； ｈ） 高压
脉冲刺激仪 Ｈｉｇｈ⁃ｖｏｌｔａｇｅ ｐｕｌｓｅｄ ｓｔｉｍｕｌａｔｏｒ．
０２４ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
子的浓度值，每小时测量一次，每次测量数据的记录
方法同脉冲电场作用下记录植物释放负离子的浓度
值一致，３ 组重复的负离子浓度平均值作为自然状
态下该种植物在该时段释放的负离子浓度值，２４ 个
时段的负离子浓度均值作为该种植物在自然状态下
２４ ｈ的浓度均值．
１􀆰 ３　 数据处理
采用 Ｅｘｃｅｌ ２０１０ 和 ＳＰＳＳ ２０．０ 软件对数据进行
统计分析．采用单因素方差分析法（ ｏｎｅ⁃ｗａｙ ＡＮＯ⁃
ＶＡ）和 ＬＳＤ法进行方差分析和多重比较（α ＝ ０．０５）．
利用 Ｅｘｃｅｌ ２０１０软件作图．
２　 结果与分析
２􀆰 １　 自然状态下植物释放负离子浓度的日变化
由图 ２可知，对照、植物栽培盆土所释放的负离
子浓度在全天的变化较平稳，其中，对照全天释放负
离子浓度的最小值为 １６ ｉｏｎ·ｃｍ－３，最大值为 ２０
ｉｏｎ·ｃｍ－３ ．１０ 种植物全天释放负离子浓度的变化趋
势均表现出相同的趋势，白天时段（７：００—１９：００）
释放的负离子浓度均高于夜晚时段（１９：００—次日
７：００），且最高值均出现在 １１： ００—１４： ００ 时段，
２２：００至凌晨时段降至全天的最低值．
　 　 自然状态下，１０种植物释放负离子的能力均很
弱，从全天释放负离子浓度的最大值来看，以吊兰在
１５：００释放的负离子浓度最大，为 ６５ ｉｏｎ·ｃｍ－３，是
对照（ＣＫ）的 ３． ４ 倍，是植物栽培盆土（ ｐ０）的 ３． １
倍；金琥和金边龙舌兰分别在 ９：００和 ００：００ 释放负
离子浓度最小，均为 １２ ｉｏｎ·ｃｍ－３ ．１０ 种植物释放负
离子浓度均值为 ３３ ｉｏｎ·ｃｍ－３，吊兰和绯牡丹全天
释放负离子的浓度均值最大，为 ４３ ｉｏｎ·ｃｍ－３，以金
边龙舌兰的值最小，为 １９ ｉｏｎ·ｃｍ－３，与对照（ＣＫ）
相同．除金琥外，其余植物在白天释放负离子的浓度
均值均高于夜间均值，其中以绯牡丹最为明显，相对
增幅为 ５３％；相对增幅最小的为文竹，仅为 ４％．
２􀆰 ２　 不同脉冲电场刺激下植物释放负离子浓度
对植物栽培盆土（无植物）和植物施加３个不
图 ２　 自然状态下 １０种植物释放负离子浓度的日变化
Ｆｉｇ．２　 Ｄｉｕｒｎａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＮＡＩ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎ ｐｌａｎｔ ｕｎｄｅｒ ｎａｔｕｒａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．
ＣＫ： 对照 Ｃｏｎｔｒｏｌ； ｐ０： 植物栽培盆土 Ｓｏｉｌ ｗｉｔｈｏｕｔ ｐｌａｎｔ； ｐ１： 蟹爪兰 Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒａ ｔｒｕｎｃａｔａ； ｐ２： 芦荟 Ａｌｏｅ ｖｅｒａ ｖａｒ． ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ； ｐ３： 吊兰 Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙ⁃
ｔｕｍ ｃｏｍｏｓｕｍ； ｐ４： 仙人指 Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒａ ｂｒｉｄｇｅｓｉｉ； ｐ５： 绯牡丹 Ｇｙｍｎｏｃａｌｙｃｉｕｍ ｍｉｈａｎｏｖｉｃｈｉｉ ｖａｒ． ｆｒｉｅｄｒｉｃｈｉｉ； ｐ６： 一叶兰 Ａｓｐｉｄｉｓｔｒａ ｅｌａｔｉｏｒ； ｐ７： 寒兰
Ｃｙｍｂｉｄｉｕｍ ｋａｎｒａｎ； ｐ８： 金琥球 Ｅｃｈｉｎｏｃａｃｔｕｓ ｇｒｕｓｏｎｉｉ； ｐ９： 金边龙舌兰 Ａｇａｖｅ ａｍｅｒｉｃａｎａ ｖａｒ． ｍａｒｇｉｎａｔａ； ｐ１０： 文竹 Ａｓｐａｒａｇｕｓ ｓｅｔａｃｅｕｓ．
１２４２期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 吴仁烨等： 脉冲电场作用对植物释放负离子的影响　 　 　 　 　 　
表 ２　 自然状态下植物释放负离子浓度的分析
Ｔａｂｌｅ ２　 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＮＡＩ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｐｌａｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ２４ ｈ ｉｎ ｎａｔｕｒａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
试验材料
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｍａｔｅｒｉａｌ
日最小值
２４ ｈ
ｍｉｎｉｍｕｍ
日最大值
２４ ｈ
ｍａｘｉｍｕｍ
日均值
２４ ｈ
ｍｅａｎ
白天均值
Ｄａｙｔｉｍｅ
ｍｅａｎ
（７：００ ａｍ—
７：００ ｐｍ）
夜间均值
Ｎｉｇｈｔ ｔｉｍｅ
ｍｅａｎ
（７：００ ｐｍ—
７：００ ａｍ）
最大值 ／
最小值
Ｍａｘ ／ ｍｉｎ
白天均值 ／
全天均值
Ｄａｙ ｍｅａｎ ／
ｍｅａｎ
白天均值 ／
夜间均值
Ｄａｙ ｍｅａｎ
／ ｎｉｇｈｔ ｍｅａｎ
（最大值－
最小值） ／
最小值
（Ｍａｘ⁃Ｍｉｎ）
／ ｍｉｎ
（白天均值－
夜间均值） ／
夜间均值
（Ｄａｙ ｍｅａｎ⁃
Ｎｉｇｈｔ ｍｅａｎ）
／ ｎｉｇｈｔ ｍｅａｎ
ＣＫ １６ ２０ １９ｆ １９ １９ １．２５ １．００ １．００ ０．２５ ０．００
ｐ０ １２ ２６ ２１ｆ ２１ ２０ ２．１７ １．００ １．０５ １．１７ ０．０５
ｐ１ １８ ６４ ４１ａｂ ４６ ３６ ３．５６ １．１２ １．２８ ２．５６ ０．２８
ｐ２ ２０ ６３ ３８ｂｃ ４５ ３２ ３．１５ １．１８ １．４１ ２．１５ ０．４１
ｐ３ １９ ６５ ４３ａ ５０ ３６ ３．４２ １．１６ １．３９ ２．４２ ０．３９
ｐ４ １７ ５０ ３２ｄ ３８ ２７ ２．９４ １．１９ １．４１ １．９４ ０．４１
ｐ５ ２３ ６３ ４３ａ ５２ ３４ ２．７４ １．２１ １．５３ １．７４ ０．５３
ｐ６ １８ ５５ ３４ｃｄ ４０ ２９ ３．０６ １．１８ １．３８ ２．０６ ０．３８
ｐ７ １７ ５１ ３０ｄ ３６ ２４ ３．００ １．２０ １．５０ ２．００ ０．５０
ｐ８ １２ ４０ ２６ｅ ２２ ２９ ３．３３ ０．８５ ０．７６ ２．３３ －０．２４
ｐ９ １２ ２６ １９ｆ ２０ １７ ２．１７ １．０５ １．１８ １．１７ ０．１８
ｐ１０ １４ ４７ ２６ｅ ２７ ２６ ３．３６ １．０４ １．０４ ２．３６ ０．０４
同列不同小写字母表示差异显著（Ｐ＜０．０５）Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｍａｌｌ ｌｅｔｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｏｌｕｍｎ ｍｅａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｔ ０．０５ ｌｅｖｅｌ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
同强度的脉冲电场：其中，脉冲频率 ｆ＝ １ ＨＺ，脉冲宽
度 τ＝ ５０ ｍｓ 均相同，组平均输出电压分别为 Ｕｍ ＝
０􀆰 ８×１０４ Ｖ （ｕ１）、１．５×１０４ Ｖ （ｕ２）、２．０×１０４ Ｖ （ｕ３）．
由表 ３可知，对植物施加电场刺激时，植物释放
负离子的能力较自然状态下均有不同程度的提高．
在脉冲电场 ｕ３作用下，除蟹爪兰外，其余 ９ 种植物
均表现出最强的释放能力，其中以寒兰（ｐ７）的释放
能力最强，负离子浓度均值达１４５４９６７ ｉｏｎ·ｃｍ－３，
表 ３　 不同强度脉冲电场刺激下植物释放负离子分析浓度
Ｔａｂｌｅ ３ 　 ＮＡＩ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｐｌａｎｔｓ ｕｐｏｎ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｉｅｓ ｏｆ ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ
（ ｉｏｎ·ｃｍ－３）
试验材料
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｍａｔｅｒｉａｌ
不同强度脉冲电场
Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ｕ１ ｕ２ ｕ３
ｐ０ ２６±４Ｄａ ４９±１４Ｆａ １３３±３Ｇａ
ｐ１ ８６５±９１Ｃｂ ３７４３１±１８５２９ＤＥＦａ ３４５６７±８４２９Ｇａ
ｐ２ ３１３６±３３３Ｂｃ １１３１２７±３５４５２Ｂｂ ３８０６００±５３４６５Ｄａ
ｐ３ １３７６３±５３１２Ａｂｃ ３８２６３±２１０８８ＤＥｂ １３８２３３±３９３７５Ｆａ
ｐ４ ７２±１２Ｄｃ ６０３５６±１０６６１ＣＤｂ ５２１７００±３９４５４Ｃａ
ｐ５ １１８±１０Ｄｃ １１０３９６±１６６０２Ｂｂ ３４３４００±２６５９８ＤＥａ
ｐ６ ５９±２４Ｄｃ ４２９９２±１６８４８ＤＥｂ １４２３８０±３１３６１Ｆａ
ｐ７ １６０±４６Ｄｂ ６７７９±２４１５ＥＦｂ １４５４９６７±１６５２０５Ａａ
ｐ８ ５５±７Ｄｃ ９０２８３±２７９６６ＢＣｂ ３２０２６７±４３３９２Ｅａ
ｐ９ １５０±２８Ｄｃ １９３２３９±５２７２２Ａｂ ７４７４６７±６９２８９Ｂａ
ｐ１０ ５６３±４９Ｃｃ １１８４２６±８８９９６Ｂｂ ５４２６３３±１６４２４０Ｃａ
ｕ１： Ｕ＝ ０．８×１０４ Ｖ， ｆ＝ １ Ｈｚ， τ＝ ５０ ｍｓ； ｕ２： Ｕ ＝ １．５×１０４ Ｖ， ｆ ＝ １
Ｈｚ， τ＝ ５０ ｍｓ； ｕ３： Ｕ＝ ２．０×１０４ Ｖ， ｆ＝ １ Ｈｚ， τ＝ ５０ ｍｓ． 不同大写字
母表示同一脉冲电场下不同品种间差异显著，不同小写字母表示同
一品种不同脉冲电场强度间差异显著（Ｐ＜０．０５）Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃａｐｉｔａｌ ｌｅｔ⁃
ｔｅｒｓ ｍｅａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｍｏｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｐｅｃｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ
ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ， ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｍａｌｌ ｌｅｔｔｅｒｓ ｍｅａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒ⁃
ｅｎｃｅ ａｍｏｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｓｐｅｃｉｅｓ ａｔ ０􀆰 ０５
ｌｅｖｅｌ．
是对照组盆土（ｐ０）的 １０９３９．６倍，是自然状态下（未
刺激）的 ４８４９８．９倍，并且与其他 ９ 种植物均存在显
著性差异；１０ 种植物中，释放负离子浓度最低的为
蟹爪兰 （ ｐ１ ），为 ３４５６７ ｉｏｎ·ｃｍ
－３，是对照组盆土
（ｐ０）的 ２５９．９ 倍，是自然状态下（未刺激）的 ８４３．１
倍．
在 ｕ２作用下，除蟹爪兰释放负离子能力较 ｕ３作
用下有所增加外（增幅为 ８．３％），其余 ９种植物释放
负离子的能力均较在 ｕ３作用下出现不同程度的减
弱，其中，以寒兰（ｐ７）的降幅最大，为 ９９．５％，降幅最
小的为绯牡丹，为 ６７．９％．其中，释放负离子能力最
强的金边龙舌兰比对照提高了 ３９４３．７ 倍，是自然状
态下（未刺激）的 １０１７０．５ 倍，并与其他植物存在显
著差异．
在场强最弱的 ｕ１作用下，各植物释放的负离子
浓度均相对最低．１０ 种植物中，以金琥释放负离子
的浓度最低，其在 ｕ３作用下释放负离子的浓度均值
是 ｕ１作用下的 ５８２３．０倍；吊兰释放负离子的浓度最
高，与其他植物释放负离子的浓度均呈显著差异．
在 ３ 种不同强度脉冲电场刺激下，对照组盆土
（ｐ０）释放负离子的浓度变化幅度较小，最大值与最
小值仅相差 １０７ ｉｏｎ·ｃｍ－３，差异不显著．１０ 种植物
中，除了蟹爪兰在场强 ｕ２和 ｕ３作用下，及吊兰和寒
兰在场强 ｕ１和 ｕ２作用下释放负离子的能力差异不
显著外，其余 ７种植物在不同强度脉冲电场作用下，
释放负离子的能力均存在显著差异．
３　 讨　 　 论
在自然状态下，１０种植物释放负离子的能力很
２２４ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
弱，对植物的根际土壤施加脉冲电场刺激，１０ 种植
物较自然状态下释放负离子的能力均大幅提高，以
脉冲电场 ｕ３（脉冲电压 ２．０×１０４ Ｖ，脉冲频率 １ Ｈｚ，
脉冲宽度 ５０ ｍｓ）的效果最大．在不同强度脉冲电场
作用下，芦荟、仙人指、绯牡丹、一叶兰、金琥球、金边
龙舌兰和文竹 ７种植物释放负离子的能力存在显著
性差异．
目前，尚未发现在自然状态下释放负离子能力
强的植物种质资源［２３－２４］，需要扩大种质资源的筛选
范围．有研究发现，小麦苗、橡皮树（Ｆｉｃｕｓ ｅｌａｓｔｉｃａ）等
植物经脉冲电场刺激释放负离子浓度大幅提
高［９，２５，２７］，这与本研究结果相似．本研究中，不同强
度的脉冲电场作用下，各种植物呈现出不同的释放
能力，在脉冲电场 ｕ３作用下，多种植物均出现最高
释放能力．可见，植株要保持高效的负离子释放能
力，所施加脉冲电场的强度必须足够大．然而，所施
加的脉冲电场并非越强越好，蟹爪兰在脉冲电场 ｕ３
作用下释放负离子的能力比在 ｕ２作用下降低了
７􀆰 ７％，因此，植物要保持高效的释放能力，需要与之
相适应的特定脉冲电场，这与习岗等［２９］提出的低频
电场生物学效应具有“域值”与“功率窗”特性的观
点一致．
１０种植物中，除绯牡丹和金琥球外，其余植物
形态各异，在自然状态下释放负离子的能力存在显
著差异，但最大的绝对差值为 ２４ ｉｏｎ·ｃｍ－３；在同一
脉冲电场作用下，释放负离子的能力差异却不显著，
如在脉冲电场 ｕ２作用下，芦荟、绯牡丹和文竹释放
负离子的能力． Ｔｉｋｈｏｎｏｖ 等［６］ 对仙人掌 （ Ｏｐｕｎｔｉａ
ｂｒｕｎｎｅｓｃｅｎｓ）等植物的研究发现，植物释放负离子的
能力主要取决于植物的生理过程，而与物理形态的
关系不紧密．
生物体在分子、细胞、组织和个体的各个层次发
生着大量的电活动，特别是在光照下叶片的光合作
用和细胞代谢过程中电子传递和细胞电位的变化尤
为强烈．植物是富含水分的良导体，聚集在植物叶片
上的阴离子和自由基可以通过植物叶片的气孔蒸腾
释放出来而形成空气负离子［６］，其释放能力随其在
叶尖处集聚浓度增高而增强．而脉冲电场刺激加剧
了这一过程，但其进程受植物自身内部结构影响．另
外，某些植物的叶片呈针状，曲率半径较小，具有尖
端放电的功能，在大气电场的作用下，使空气发生电
离，电离出的自由电子与氧气分子或水分子结合形
成了空气负离子，增加了空气负离子的浓度［９，２５，２７］ ．
因此，把植物看作导体，对其外加高压脉冲电场引起
其周围空气分子的电离，由于在黑暗中可以观察到
叶尖“闪光”现象［６，２９］，证实了这种机理的存在，而
这一过程与植物自身的叶片数量及曲率半径有关．
可望将脉冲电场作用下植物释放负离子的技术应用
于改善室内的空气质量，开发出绿色环保的“植物
源负离子发生器”以提高人们的健康水平．
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３２４２期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 吴仁烨等： 脉冲电场作用对植物释放负离子的影响　 　 　 　 　 　
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（王维奇）， ｅｔ ａｌ． Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｅｒｏ⁃ａｎｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｎ⁃
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ｎｅｓｅ）
［１８］　 Ｗａｎｇ Ｘ⁃Ｌ （王晓磊）， Ｌｉ Ｃ⁃Ｒ （李传荣）， Ｘｕ Ｊ⁃Ｗ （许
景伟）， ｅｔ ａｌ． Ａｉｒ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｉｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｍｏｄｅｓ ｏｆ ｃｏｕｒｔｙａｒｄ ｆｏｒｅｓｔｓ ｉｎ ｓｏｕｔｈｅｒｎ ｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓ ａｒｅａｓ
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Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ （应用生态学报）， ２０１３， ２４
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Ｙａｎｇｌｉｎｇ： Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ａ＆Ｆ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， ２００８
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社奇）， ｅｔ ａｌ． Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ⁃
ｍｅｄｉａｔｅｄ ｐｌａｎｔ ｎｅｇａｔｉｖｅ ａｉｒ ｉｏｎ ｌａｕｎｃｈｅｄ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｉｇｎｉｆｉ⁃
ｃａｎｃｅ． Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ （大学物理）， ２００９， ２８（１２）：
３９－４２ （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
［２８］　 Ｗａｎｇ Ｊ， Ｌｉ Ｓ． Ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｎｅｇａｔｉｖｅ ａｉｒ ｉｏｎｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｉｇｈｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ
ｍｏｄｅｌ ｔｏ ｒｅｌａｔｅ ｌｉｇｈｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｔｏ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｃｈａｎｇｅ． Ｊｏｕｒ⁃
ｎａｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ， ２００９， ９０： ２７４６ －
２７５４
［２９］　 Ｘｉ Ｇ （习 　 岗）， Ｙａｎｇ Ｙ⁃Ｊ （杨运经）． Ｎｏｎ⁃ｔｈｅｒｍａｌ
ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｏｎ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ
ｉｔｓ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ． Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ （大学物理）， ２００８， ２７
（１１）： ５０－５２ （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
作者简介　 吴仁烨，男，１９８３年生，博士，讲师．主要从事植物
释放负离子、农业气象学研究． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ４４２１８６９９＠ ｑｑ．ｃｏｍ
责任编辑　 孙　 菊
４２４ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷