Текст книги "Фитодизайн. Как вырастить здоровый воздух в офисе и дома"

Дыхание

Дыхание – это процесс, при котором углеводы (сахара) соединяются с кислородом и окисляются («сгорают»), выделяя энергию и тепло. Дыхание является фундаментальным химическим процессом окисления или химического горения. Он отличается от горения тем, что процесс идет медленно, без быстрого выделения чрезмерного тепла. Во время дыхания кислород и сахара потребляются для получения энергии, необходимой для производства других веществ, требуемых для роста и развития растений. Кроме того, многие образующиеся при этом промежуточные продукты используются в качестве составных компонентов для синтеза различных соединений, необходимых растительной клетке. Углекислый газ и вода являются побочными продуктами дыхания и выделяются в атмосферу.

Часто встречается заблуждение: если в комнате имеется много растений, то ночью, во время дыхания, они поглотят весь кислород, и людям станет плохо. Немецкими учеными было доказано, что растения потребляют всего 1–2% кислорода, который производят. Очень хорошим примером может служить дача в лесу, там вообще растений в процентном соотношении во много раз больше, чем в квартире. Однако самочувствие и сон в таком месте во много раз лучше, чем в комнате.

Транспирация

Испарение воды с поверхности листьев растения называется транспирацией. Восковое покрытие на поверхности листьев ограничивает испарение, поэтому большинство водяных паров, кислород, углекислый газ и другие газообразные вещества должны проходить через устьица. Эти маленькие отверстия часто находятся как на верхней, так и на нижней поверхности листьев, но могут иногда встречаться только снизу. Они окружены двумя замыкающими клетками, имеющими форму боба, которые контролируют закрытие и открытие устьиц. Когда растение испытывает засуху, замыкающие клетки закрывают устьица для предотвращения дальнейшей потери воды. Если растения транспирируют воды больше, чем они могут поглотить через корни, то наблюдается их увядание.

Многие экологические факторы влияют на закрытие и открытие устьиц. У большинства растений устьица открываются на рассвете и закрываются в темноте. Однако у некоторых растений, включая большинство суккулентов, орхидных и бромелиевых, действие происходит противоположным образом: открытие их устьиц происходит ночью. Основной причиной этого обратного действия является сохранение влаги в течение жаркого, солнечного дня.

Число устьиц на 1 см² поверхности листа у огурца составляет больше 60 000, у пустынных кустарников – 15 000-30 000, у тропических вечнозеленых деревьев 2000–6000 штук. В полностью открытом виде у большинства растений устьица занимают 0,5–1,5 %, как исключение – 3 % от поверхности листьев. Испарение водяных паров из листа при открытых устьицах идет фактически с той же скоростью, как и со свободной поверхности. Также у многих растений устьица открываются при содержании углекислого газа ниже 0,03 %, т. е. ниже нормального атмосферного уровня. При низком содержании воды в растении они закрываются. В «теневых» листьях число устьиц на единицу площади обычно меньше, чем в «световых». Количество устьиц на единицу площади увеличивается при увеличении освещенности. Так, например, в интерьере общественного здания у смолосемянника толстолистного (питтоспорума) при освещенности 400 люкс (в России освещенность измеряется в люксах) наблюдается на 1 см² 34 200 шт. устьиц, при освещенности 500 люкс – 36 500 шт., а при освещенности 10 000 люкс – 41 100 шт.

Во время высокой траспирации можно наблюдать движение воздуха. Всякий раз, когда появляется значительная разница между температурой листовой поверхности и воздухом, создаются конвекционные потоки, в результате чего воздух движется даже в том случае, когда нет других движений воздуха. Это важно для растений, живущих под плотным пологом леса, где практически нет другого движения воздуха. Некоторые из этих растений, включая множество растений, которые мы выращиваем как комнатные, имеют необычно высокий уровень фотосинтеза. Это позволяет им процветать в слабо освещенной чаще джунглей. Уровни тра-спирации большинства этих растений также являются высокими.

Возможность производить движение воздуха сильно помогает комнатным растениям при удалении токсинов из помещений. Вследствие того, что кондиционированный воздух внутри зданий обычно является сухим, высокие траспирационные уровни помогают движению токсиносодержащего воздуха в корневую зону, где микроорганизмы почвы разлагают токсичные газы.

Во время процесса, называемого нитрификацией, определенные виды микроорганизмов в почве могут улавливать атмосферный азот и переводить его в нитраты, т. е. соединения, которые растения используют в пищу.

Поглощение токсических веществ

Листья растений не только производят жизненно важный для человека кислород, но также играют большую роль в поддержании здоровья как растения, так и его прикорневых микроорганизмов. Поглощение листьями углекислого газа и передвижение различных веществ из одной части растения в другую является необходимой существенной функцией растения.

Передвижение веществ по растению происходит по двум тканевым системам: ксилеме и флоэме. Главная функция ксилемы состоит в передвижении минеральных солей и воды из корней в листья. Сахара и другие растворенные продукты питания из листьев растения движутся ко всем незеленым клеткам растения по флоеме.

Научные исследования показали, что некоторые органические вещества, поглощенные листьями, перемещаются не только в корни, но и даже в окружающую их почву. Производство промышленных системных инсектицидов и их применение основано на этой способности растений поглощать и перемещать химические вещества.

Органические соединения, которые были перемещены из воздуха в корневую зону (ризосферу), оказывают влияние на виды и количество микроорганизмов, находящихся в почве вокруг растения. Эти важные положения демонстрируют возможности листьев комнатных растений поглощать летучие органические соединения (ЛОС) из окружающего воздуха и перемещать некоторые из этих веществ без изменений в корневую зону, где они будут разрушаться микроорганизмами. Ряд органических веществ, поглощенных растениями из атмосферы, разрушаются в результате собственных биологических процессов, без участия почвенных микроорганизмов.

Микробы в почве

Различные виды микроорганизмов живут в почве. Они отвечают за выработку питательных веществ для растений, освобождают (расщепляют) почвенные минералы, разрушают органические остатки и детоксицируют многие ядовитые вещества, которыми богата почва. Эта работа является жизненно важной для почвенного плодородия и роста растений. Однако не все почвенные микроорганизмы являются полезными для растений. Некоторые из них вызывают болезни растений и даже конкурируют с растением за питательные вещества.

Зона почвы около корней растения называется ризосферой. Она содержит больше микроорганизмов, чем другие участки почвы. Многие органические соединения, выделяемые из корней, или отмершие участки корня служат пищей для микроорганизмов. Выделения из корней оказывают различное избирательное действие на микроорганизмы, стимулируя определенные группы, в то же время подавляя другие. Причем у каждого вида растения имеются свои определенные виды и количество микроорганизмов, необходимых для жизнедеятельности растения.

Микроорганизмы используют несколько способов, чтобы сохранить здоровье и благополучие растения-хозяина. Они работают как защитники, отпугивая другие микробы, которые могут повредить растения. Микробы перерабатывают опавшие листья и другие органические остатки, находящиеся около корней растений, производя пищу для растений. Корневые выделения растений стимулируют быстрое размножение, смерть и распад микробов. Эти сгнившие микроорганизмы также служат источником пищи для растений.

Микроорганизмы являются высокоадаптивными существами, обладают способностью образовывать мутации в короткий промежуток времени, чтобы справиться с изменениями окружающей среды. В частности, некоторые бактерии, часто живущие в ризосфере ряда растений, адаптировались, чтобы иметь возможность разлагать различные окружающие загрязнители. Поэтому ясно, что кооперативные связи между растениями и микроорганизмами не только важны для жизни растения, но также являются необходимыми для создания здоровой окружающей среды для человека и других живых существ.

Как растения чистят воздух

Комнатные растения и химия

Растения оказались важными союзниками человека потому, что они поглощают из воздуха углекислый газ и выделяют кислород в процессе фотосинтеза. Исследования Американского агентства по аэронавтике (НАСА) показали, что растения также работают в симбиотических отношениях, чтобы удалить из воздуха загрязняющие вещества, произведенные другими растениями, человеком и промышленностью. Химические соединения из атмосферы поглощаются и разлагаются листьями и корнями растений, почвой и микроорганизмами.

Ученые только сравнительно недавно обнаружили то, что давно знали любители растений: выращивание растений может снять стресс, помочь очистить окружающую среду. Все большее число исследований показывает, что выращивание растений как в помещениях, так и в открытом грунте, может быть лучшим доступным лекарством для улучшения психического и физического здоровья в любом возрасте.

Растения не только добавляют красоты в комнату, но также делают ее дружественным, привлекательным местом для жилья и работы: они оказывают успокаивающее, умиротворяющее действие на большинство людей. Люди чувствуют расслабление вблизи или при уходе за растениями. Бизнесмены проводят озеленение интерьеров офисов для увеличения рабочей производительности и снижения усталости персонала. Отели, рестораны, магазины и другие используют растения для привлечения клиентов-посетителей.

Изучение растений учеными НАСА(NASA)

При разработке планов пилотируемых лунных станций ученые НАСА начали изучать возможность закрытых экологических жизнеобеспечивающих систем. Деятельность космических лабораторий выявила дополнительные проблемы, стоящие перед жителями закрытых объектов. Анализ воздуха внутри космического корабля показал, что качество воздуха вызывает серьезную озабоченность Используя высокочувствительную газожидкостную хроматографию вместе с масс-спектрометром обнаружили более трехсот летучих органических соединений (ЛОС) в воздухе космического корабля с экипажем.

В 1980 г. ученые НАСА под руководством профессора Волвертона показали, что комнатные растения могут удалять ЛОС из замкнутых экспериментальных боксов (камер). В дальнейшем американские ученые доказали способность комнатных растений поглощать формальдегид, бензол, трихлорэтилен. Учитывая важность проведенных исследований, Ассоциация ландшафтных фирм Америки провела совместное с НАСА финансирование исследований по изучению возможностей удаления из воздуха экспериментальных боксов этих токсикантов двенадцатью наиболее распространенными комнатными растениями.

Как и большинство научных открытий, эти данные были подвергнуты критике некоторыми учеными. Большинство критиков утверждало, что эти экспериментальные исследования в боксах нельзя экстраполировать на реальные жизненные условия. Чтобы решить эту и другие похожие проблемы, НАСА создало небольшое герметически изолированное сооружение «Биодом».

«Биодом» имел футуристический дизайн с максимальной изоляцией от внешней среды. Так как его интерьер был изготовлен из различных синтетических материалов, то ожидалось выделение (эмиссия) многих ЛОС из этих материалов. Люди, помещенные в «Биодом», ощущали типичные симптомы «синдрома больных зданий», такие как жжение глаз и горла, проблемы с дыханием. Пробы воздуха забирались до и после подсадки комнатных растений и активированного карбонового растительного фильтра. В дом были поставлены шесть больших филодендронов и один золотистый эпипремнум в горшке с вентилируемым активным карбоновым фильтром. После нескольких дней образцы воздуха снова были взяты, и в них обнаружено существенное снижение ЛОС. Однако окончательным доказательством в пользу растений служило то, что у людей, помещенных в «Биодом», не наблюдались симптомы «синдрома больных зданий». Таким образом, было доказано, что растения могут играть значительную роль в очищении воздуха внутри герметически закрытых помещений.

Поглощение токсических газов растениями

Формальдегид является наиболее распространенным вредным газообразным соединением, встречающимся в воздухе помещений.

Поглощение формальдегида комнатными растениями за двадцать четыре часа

Из таблицы видно, что растения могут поглощать из воздуха довольно большие количества формальдегида. Однако в связи с тем, что поглощение токсических газов зависит от площади листовой поверхности, чем она больше, тем интенсивнее идет поглощение. Итого – показателем эффективности является поглощение того или иного вещества на единицу площади листьев.

Поглощение комнатными растениями бензола низких концентраций из воздуха в течение двадцати четырех часов

Это количество бензола удаляется при наличии низких концентраций в воздухе (0,033-0,156 мг/м³). Если увеличить количество подаваемого в камеру бензола в сотни раз, например до концентрации в воздухе 160 мг/м³, то растение может поглотить и большее количество этого токсичного соединения.

Поглощение растениями бензола высоких концентраций из воздуха за двадцать четыре часа

Австралийскими учеными в результате экспериментальных исследований по поглощению бензола различным количеством растений было отмечено, что существует непосредственная зависимость возрастания поглощения этого токсиканта от увеличения числа растений от одного до двух.

Поглощение трихлорэтилена комнатными растениями за двадцать четыре часа

Корейскими учеными было доказано, что концентрация загрязнителей воздуха уменьшилась, когда количество растений (аглаонема, фикус бенджамина, пахира водяная) увеличилось и когда растения были помещены в солнечном месте (у окна); это также отмечает и Волвертон.

Удаление растениями нескольких токсикантов и больших концентраций токсичных соединений

Разумеется, растения могут одновременно удалять из воздуха не одно, а несколько токсичных летучих соединений. Причем скорость поглощения того или иного токсиканта различается, что связано с его химической структурой и биологическим воздействием на организм растения. Многие комнатные растения были изучены на возможность поглощения летучих соединений. В таблице показаны уровни снижения формальдегида, бензола и трихлорэтилена пятью разными растениями. Хуже всего растения поглощают трихлорэтилен.

Удаление химических веществ комнатными растениями из экспериментального бокса во время двадцатичетырехчасового периода воздействия, % от первоначального уровня

В закрытой комнате (камере) с филодендроном копьевидным был обнаружен 1,1-дибром-2-хлоро-2-флуороциклопропан, а в такой же закрытой комнате без растения были обнаруж ны: 1,1,1-трихлорэтан, гексанол, этилбензол, 1,2-диметилбензол, 1,4-диметилбензол, октаметилциклотетразилоксан, гексадеценоевая кислота, декаметилциклопентазилоксан, додекаметилциклогексазилоксан.

После опубликования вышеуказанных результатов некоторые ученые решили: если растения постоянно будут поглощать токсины из воздуха, то однажды когда будет достигнута предельная емкость их поглощения, растения умрут или станут выделять токсины обратно в воздух. Для решения этой задачи было в дальнейшем проведено множество экспериментов с разными растениями и химическими соединениями.

И если ученый НАСА Волвертон и его коллеги проводили эти исследования в 1990-е годы с более низкими концентрациями летучих органических соединений в относительно короткие промежутки времени, то австралийские ученые во много раз увеличили изучаемые концентрации ЛОС и время воздействия их на растения. Так, в одном из них спатифиллум сорта «Sweet Chico» и драцена деремская «Janet Craig», вместе и поодиночке, были помещены в экспериментальные боксы. В эти боксы вводился ксилол и толуол четырех концентраций (0,20, 1,0, 10, 100 ppm частей этих соединений на миллион частей воздуха). Низкая концентрация (0,20 ppm) соответствовала концентрации, часто встречающейся в офисах. Воздух помещений с такой концентрацией считается воздухом «хорошего качества». Промежуточные концентрации ЛОС (1,0 и 10 ppm), относятся к уровням, которые могут спровоцировать жалобы находящихся в помещении людей, на качество атмосферного воздуха. Наиболее высокие концентрации (100 ppm) превышают встречаемые в помещениях уровни содержания этих соединений.

Спатифиллум и драцена не только поглощали пары толуола и ксилола, но и скорость удаления этих токсикантов вырастала с увеличением их концентрации. Видимых повреждений растений не было зафиксировано. Ввод в боксы других химических веществ показал, что комнатные растения могут быстро наращивать свои возможности по удалению токсинов из закрытых боксов.

Поглощение толуола и ксилола из воздуха в экспериментальных камерах (по данным Burshett 2009)

Многочисленные эксперименты доказывают, что в удалении из воздуха различных летучих органических веществ участвуют как сами растения, так и бактерии, обитающие в почвенной смеси. То есть надо рассматривать комнатное растение в горшке как небольшой микрокосм-микромир.

Результаты исследований показывают, что этот микромир горшечных комнатных растений имеет очень надежный потенциал для сокращения концентрации ЛОС в воздухе помещений. Это не удивительно, так как участвующие в разложении этих токсикантов бактерии горшечной почвенной смеси аналогичны тем, которые регулярно выращиваются для использования в биоремедиации (биовосстановление) земель после разливов нефти и загрязнения подземных вод. Они способны реагировать на появление ЛОС относительно быстро и использовать значительные концентрации в воздухе летучих органических соединений, токсических с человеческой точки зрения, в качестве питательных веществ.

Влияние растений на качество воздуха в помещениях

Проведенные австралийскими учеными эксперименты в шестидесяти офисах размером 10–12 м² с высотой потолка три-четыре метра, т. е. объемом 30–50 м³, показали, что три напольных растения драцены деремской «Janet Craig» в тридцатисантиметровых горшках чистят воздух хуже аналогичных шести растений всего на 5-10 %. Следующий вывод, который они сделали, – что шесть настольных растений в горшках по двадцать см (пять спатифиллумов Уоллиса «Петит» и одна драцена «Janet Craig») так же эффективны при удалении токсических ЛОС, как и три большие напольные драцены в тридцатисантиметровых горшках. Кроме того, ими было отмечено, что растения начинали удалять ЛОС, когда концентрация всех летучих соединений в помещении превышала уровень ста частей этих соединений на миллиард частей воздуха, поэтому содержание газообразных токсикантов в озелененных офисах поддерживалось ниже этого уровня. Исследования показали, что концентрация токсических соединений в воздухе офисов уменьшается на 50–75 % при наличии любых трех изученных комнатных растений (драцены или спатифиллума).

Комнатные растения были одинаково эффективны в офисах при наличии кондиционера и без кондиционера.

Аэроионизация

Растения изменяют не только химический состав воздуха, увеличивая количество кислорода и уменьшая количество углекислого газа, но и физическое состояние его молекул, ионизируют их, что необходимо для здоровья человека. Установлено, что присутствие легких ионов в воздухе является необходимым и может рассматриваться как показатель его чистоты. Одним из природных свойств воздуха является степень его ионизации и содержание легких аэроинов, от концентрации которых зависят многие показатели, определяющие энергетический обмен человека, функции внешнего дыхания, реологические и биохимические свойства крови, показатели системы перекисного окисления липидов.

В природных условиях процесс ионизации в определенной степени связан с летучими биологически активными веществами растений. Так, в воздухе над лесом в 1 см³ содержится 1500–5000 легких ионов, в атмосфере без леса – до 900, а в городских квартирах – только 200700. Ионизация атмосферного воздуха наиболее значительна в горах, долинах рек, лесах, на морских побережьях.

По многочисленным научным данным, отрицательные легкие ионы возбуждают слизистую поверхность дыхательных путей, мерцательного эпителия, обонятельных рецепторов, нервных окончаний в слизистых оболочках, влияют на активность дыхательных ферментов, обмен веществ, кислотно-щелочное равновесие в крови, снижают артериальное давление и обладают успокаивающим действием, задерживают развитие гипоксии, повышают мышечную силу, улучшают сопротивляемость и выносливость организма к различным неблагоприятным факторам внешней среды.

Загрязненный атмосферный воздух городов беден легкими ионами, поэтому более половины жителей нашей страны, являясь горожанами, сталкиваются с «электрическим голодом», который приводит к понижению сопротивляемости организма к инфекциям, ослаблению здоровья, снижению трудоспособности. При кондиционировании хотя и создается более оптимальная зона комфорта (по температуре, влажности), однако воздух, лишенный энергии, становится «мертвым». Поэтому у людей появляются неприятные ощущения от пребывания в помещениях с работающими кондиционерами – вялость, сонливость, повышенная утомляемость, головные боли и т. п. Часто люди жалуются на духоту, недостаток воздуха не только в помещениях с недостаточным естественным воздухообменом, но и в помещениях, оборудованных разными видами вентиляции, включая системы кондиционирования воздуха.

Анализ состояния здоровья служащих ряда организаций, сделанный российскими учеными, выявил, что после переезда в другие здания с герметически закрытыми окнами, с системой кондиционирования наблюдалось возрастание числа заболевших сотрудников как по количеству случаев, так и по числу дней нетрудоспособности по сравнению со временем, когда служащие работали в старых зданиях без кондиционирования.

Советский ученый А. Л. Чижевский и другие исследователи установили, что наружный воздух, проходя через элементы систем вентиляции и кондиционирования, лишается большинства легких аэроионов вследствие их поглощения на поверхностях устройств этих систем, и чем длиннее воздуховоды, тем меньшее количество легких аэроионов атмосферного воздуха они доносят до помещения. В системах кондиционирования атмосферный воздух подвергается множественной обработке, в результате физических и химических процессов он трасформируется, изменяются его природные свойства, прежде всего количественный и качественный состав аэроионов.

Пребывание людей даже в вентилируемом помещении, но при недостаточном воздухообмене, существенно уменьшает содержание легких ионов, а концентрация тяжелых ионов, углекислого газа и микроорганизмов увеличивается с возрастанием количества людей в помещении.

Процессы жизнедеятельности человека и бытовые процессы существенно ухудшают ионизационный режим помещений. Так, при использовании газовых плит для приготовления пищи наблюдаются существенные изменения в ионизационном составе воздуха квартиры, концентрация легких ионов падает, а количество тяжелых ионов увеличивается по сравнению с начальным состоянием в 2–7 раз. Количество тяжелых аэроионов в воздухе кухни уже через несколько минут горения всех четырех горелок газовой плиты возрастает в десятки раз и достигает двести тысяч и более в 1 см³ воздуха.

В подавляющем большинстве рабочих мест, оборудованных компьютерами, концентрация аэроионов в зоне дыхания пользователя ниже допустимой нормы. Поэтому у людей, сидящих у компьютеров, наблюдаются жалобы на головные боли, раздражительность, быструю утомляемость, снижение работоспособности, невозможность долго концентрировать внимание.

В настоящее время в продаже появилось много приборов, генерирующих отрицательные аэроионы в помещении и оптимизирующих ионный состав внутреннего воздуха. Они различаются по размерам, производительности аэроионов, дизайну и т. п. В опытах ученых отрицательные аэроионы, производимые этими устройствами, показали положительное действие на работоспособность, активность, самочувствие и настроение человека. Кроме того, ионизация помещений способствовала очистке внутренней воздушной среды от широкого спектра токсических легколетучих, полулетучих, аэрозольных органических соединений. В результате проведения ионизации наблюдалось снижение уровней химического загрязнения в среднем в два раза. Также при применении некоторых аэроионизаторов наблюдается снижение количества бактерий в воздухе.

Но обнаружился и ряд отрицательных моментов. Так, при искусственной аэроионизации люди отмечали повышенную электризацию предметов. Искусственная ионизация воздуха в замкнутых помещениях с высокой влажностью, запыленностью, скученностью людей без достаточного воздухообмена приводила к увеличению числа тяжелых ионов. Некоторые ученые сообщают об образовании при ионизации воздуха побочных продуктов, преимущественно озона и окислов азота.

Работы российского ученого Ю. Д.Губернского и других показали, что искусственная аэроионизация не может использоваться для оздоровления воздуха закрытых помещений без осуществления мер по улучшению всех других показателей воздушной среды, а при малоквалифицированном применении ионизация воздуха может оказать даже негативное воздействие на здоровье человека. Высокие концентрации легких аэроионов (более пятидесяти тыс. в 1 см³, которые и наблюдаются при работе искусственных приборов аэроионизаторов) при длительном непрерывном воздействии вызывают у животных повышение кислородного обмена при одновременной гипоксии головного мозга, изменение высшей нервной деятельности, терморегуляции, гематологических показателей, динамики массы тела животных. Поэтому существующие в России нормативные документы считают оптимальным для здоровья человека количество легких ионов в помещении до трех тысяч легких ионов на 1 см³, а минимальное количество – одна тысяча аэроионов на 1 см³ воздуха.

В отличие от приборов растения не могут так сильно увеличить количество аэроионов в воздухе. Фитонциды повышают бактерицидную энергию воздуха, увеличивают содержание легких отрицательных ионов с одновременным снижением тяжелых. Благодаря деятельности комнатных растений в воздухе помещений количество легких аэроионов не превышает природные уровни. Причем это благоприятное действие оказывают даже срезанные органы растений. Так, в комнате с цветками белой акации (точнее, робинии лжеакации) концентрация легких ионов возросла на 68,2 %, а количество тяжелых ионов уменьшилось на 33 % по сравнению с комнатой без цветков. Аналогичный, но несколько меньший эффект наблюдается и при наличии в комнате цветков сирени обыкновенной. Летучие выделения букетов астр, нивяника, шелюги красной, пролески увеличивают концентрацию легких ионов на 47-138 %, при этом уменьшается концентрация тяжелых ионов на 24–40 %.