植生牆淨化空氣品質能力與維護管理研究

前言

台積電自十二廠四期以來新建廠區皆設置了室內立體植生牆，面積與規模越來越大。用意是希望透過植生牆能達到室內空氣淨化效果，同時綠美化辦公環境，提供員工舒適的工作場所。許多文獻研究都指出室內擺放盆栽可改善鼻、喉嚨、呼吸系統感染症狀，提高上班精神與效率，亦可減少疲勞。植物與外界進行的氣體交換是由高濃度往低濃度擴散，所以大氣中濃度高的空氣污染物(例如二氧化碳)會往植物體內擴散(行政院環境保護署，2010)。綠色植物除了降低二氧化碳外，還可以有效減少室內累積的多種有害人體的VOCs物質。2011年11月我國通過室內空氣品質管理法，二氧化碳已被本國列為空氣污染物質，並常為室內空氣品質的指標。

生長良好的植物具有綠美化及淨化環境中污染物的功能，且能帶給人視覺及心靈上舒適及安詳的感覺。而生長不良的植株除了淨化及綠美化能力（觀賞品質下降）不如預期外且易使人產生負面情緒，然而造成此一結果通常是植物種類選擇錯誤或環境不適合植物的生長所致，而這些也都將影響室內植生牆在維護管理上的難易程度。為了了解植生牆對淨化辦公室空氣品質效果，以及如何選用植栽達到維護最佳化，我們透過一連串的研究試驗，希望能對室內植生牆有更進一步的認識，在維護上能更得心應手。行政院環保署為推行室內空氣淨化，發行了「淨化室內空氣之植物應用及管理手冊」，文中參照近年來臺北花市銷售情況列舉了常見五十種常用室內植物，我們從這五十種中挑選了形體適合與經常使用於植生牆上的二十種植物作為試驗樣本(行政院環境保護署，2010)。本研究架構如 圖一，內容共分為三個主題，主題一為二十種室內植物淨化二氧化碳能力相關試驗，試驗項目包括：第一項為二十種室內植物淨化二氧化碳能力、第二項為光強度對室內植物淨化二氧化碳能力之影響、第三項為光質對室內植物淨化二氧化碳能力之影響；主題二為二十種室內植物養護難易度比較，試驗項目包括：第一項為植物耐陰性比較、第二項為植物耐旱性比較。根據主題一、主題二結果予以綜合比較，並將最終結果作為植生牆植栽選用及養護標準。

主題一/二十種室內植物淨化二氧化碳能力相關試驗

室內植生牆植物配置應考量植栽的淨化能力、易維護性、以及整體美觀性。而淨化能力與植物種類、光照(包含光強度、光質)及其他環境因素有關。其中光照可左右植物的單位葉面積二氧化碳淨化能力、淨光合作用速率、氣孔導度、及細胞間隙二氧化碳濃度。普遍認知為植物在光源充沛情況下可有效發揮淨化室內二氧化碳能力。本試驗利用二十種不同室內植物，於高光強度和高二氧化碳濃度條件下，觀察試驗條件對植物淨化二氧化碳能力的影響，並探討不同種室內植物對二氧化碳淨化能力之差異。

二十種室內植物淨化二氧化碳能力

本試驗統一選用盆徑9cm大小的二十種室內植物，在進入式(Walk-in type)植物生長箱中進行。生長箱中條件為：⑴冷白光燈(110W)光強度約為80±5μmol×m^-2×s^-1 (約400lux)、⑵溫度調節為25±2 ℃、⑶熏氣箱內二氧化碳濃度介於1200μL×L^-1(約1200ppm)間。利用氣相層析儀測定熏氣箱中二氧化碳濃度變化，以判斷植物淨化二氧化碳能力。

植物淨化能力除外在環境條件之外，也與本身的葉片面積及葉片數量有關，單位葉面積淨化能力佳者，有可能該種植物葉片普遍稀疏所以單盆淨化能力較差。因此，這二十種室內植物淨化二氧化碳能力經試驗量測單盆淨化能力及單位葉面積淨化能力得出淨化能力排名如 表一。由表一可以看出大岩桐、圓葉椒草、波斯頓腎蕨等，具有較高的單盆及單位葉面積的合成淨化二氧化碳能力；而非洲堇、嫣紅蔓及絨葉鳳梨等，淨化二氧化碳能力較低。

光強度對室內植物淨化二氧化碳能力之影響

試驗環境條件同二十種室內植物淨化二氧化碳能力試驗，選用盆徑9cm大小的二十種室內植物，在進入式植物生長箱中進行，生長箱中條件為：⑴冷白光燈(110W)光強度分別設定為5、10、20、40、80μmol×m^-2×s^-1(1μmol×m^-2×s^-1相當於50lux);⑵溫度調節為25±2℃;⑶熏氣箱內二氧化碳濃度介於1200μL×L^-1(約1200ppm)間，利用氣相層析儀測定熏氣箱中二氧化碳濃度變化。以大岩桐為例進行說明，如 圖二，光強度為5μmol×m^-2×s^-1(約250lux)情況下，9小時內單盆淨化CO2能力為-2.32μL×L^-1(光照強度不足光合作用效率差)，10μmol×m^-2×s^-1 (約500lux)時為38.36μL×L^-1，當光強度調整至10μmol×m^-2×s^-1 (約500lux)以上時，單盆淨化二氧化碳能力始上升，在光強度80μmol×m^-2×s^-1 (約4000lux)時表現最佳。

但植物對光強度承受亦有上限，如 圖三大岩桐光補償點之光強度為7.2μmol×m^-2×s^-1，光飽和點之光強度為383.1μmol×m^-2×s^-1，亦即當光強度在7.2μmol×m^-2×s^-1時淨光合作用速率(即光合作用速率減去呼吸作用速率)為零，表示植物生理狀態是在可維持生命的最低標準下，提供光源後，在383.1μmol×m^-2×s^-1時達到最大淨光合速率上限。整體而言，室內光強度建議維持在15μmol×m^-2 ×s^-1 (約750lux)以上才有較佳的二氧化碳淨化效果，目前十二廠四期植生牆環境光強度約在20μmol×m^-2×s^-1(約1000 lux)，相當充足。

光質對室內植物移除二氧化碳能力之影響

試驗環境條件同二十種室內植物淨化二氧化碳能力試驗，選用盆徑9cm大小的二十種室內植物，在進入式植物生長箱中進行，生長箱中條件為：⑴溫度調節為25±2℃;⑵光強度約為80±5μmol×m^-2×s^-1 (約4000lux左右) ;⑶熏氣箱內二氧化碳濃度介於1200μL×L^-1(約1200ppm)間，利用氣相層析儀測定熏氣箱中二氧化碳濃度變化。

光為影響植物光合作用重要因素，但光有不同光質，如紅、藍、或其他混合光質，一般室內照明是由不同光質混合出的光照。本項目在生長箱內配置LED燈(110W)人工光源來試驗不同光質比例(W、R、B、7R2B、5R4B、2R7B，請對照 表二)對植物移除二氧化碳能力的影響。

以大岩桐為例，不同光質對二氧化碳性化能力影響如 圖四及 表三所示，試驗發現當光質比例在紅光:藍光7:2 (7R2B)比例下具有最高的淨化二氧化碳能力，於藍光下則具有最低的淨化二氧化碳能力。其他植物試驗結果同樣在紅光:藍光7:2 (7R2B)比例下淨化二氧化碳能力最好。目前十二廠四期植生牆使用照明光質比約為4R2B，若欲達到最佳生長狀態，尚須選用光質比較適合的照明燈光。

主題二/二十種室內植物養護難易度比較

淨化空氣品質效果較佳的植物，不一定都適合於植生牆栽種，且植生牆除了淨化空氣品質用途之外，同時兼具室內環境美化功能，甚至當作室內大型裝置藝術，所以為考量植生牆易維護性與美觀性，此部分試驗針對室內植物的耐陰性與耐旱性做比較，接下來就是這部分的試驗與說明。

植物耐陰性比較

根據植物對光照強度的需求，通常將植物分成陽性植物(sun plant)、陰性植物(shade plant)及中性植物(sun-shade plant)。「陽性植物」是指在全日照下生長良好而難以忍受遮蔽的植物，一般需光度約為全日照的70%以上；「陰性植物」是指在較弱的光照下比在全日照下生長良好的植物，一般需光度約為全日照的5%~20%，不能忍受太強的光照；而「中性植物」是指生長環境介於陽性及陰性植物需光條件之間的植物種類(蘇雪痕，1994)。而一般我們所謂的室內觀賞植物大多屬於中性或陰性植物。

根據過去研究顯示，葉片厚度可作為植物耐陰程度的指標，植物為克服光度之不足，會以增加葉面積的方式，來提高對於光的截留量，亦即增加光合作用面積，以提高光量子效能(Levitt, 1980)，此過程造成葉片面積增加厚度減少，但耐陰性強的植物種類，此一變化較不明顯。除此之外，葉片易隨溫度變化的植物，有較高的耐陰潛能（胡婧楠、劉桂華，2010），因耐陰植物吸光性強，吸光同時亦吸收較多的輻射熱，所以有較大的葉片溫度變化，故也可作為耐陰程度的指標之一。

根據以上文獻，本項試驗將針對葉片厚度、及葉片溫度變化量測來判斷植物耐陰性程度。試驗環境條件為統一選用盆徑9cm大小的二十種室內植物，溫度調節為25±2℃、二氧化碳濃度為一般大氣濃度(本試驗無特別設定，為一般室內空間濃度，約400~500ppm間)，分別使用厚度計測量剛完全展開葉之葉片厚度讀值變化之情形，以及紅外線熱像儀測量葉片溫度。

葉片厚度試驗

光強度條件為0 μmol×m^-2×s^-1之黑暗環境，結果發現如下 表四所示，圓葉椒草、密葉竹蕉、絨葉鳳梨等三種植物葉片於黑暗下呈現仍持續增厚生長的趨勢，其中又以絨葉鳳梨的生長量最大，代表其對此試驗的環境耐受性強或是不敏感所致。於黑暗處理下黛粉葉‘白玉’葉片變薄的情形最嚴重，代表在二十種室內觀賞植物中其對低光環境的耐受最差。

葉片溫度試驗

光強度條件部分，原為0μmol×m^-2×s^-1之黑暗環境，後將植物移至全日照強光下，結果發現馬拉巴栗、密葉竹蕉、蔓綠絨“金圓”、黑葉觀音蓮等的溫度變化較大，代表較耐陰(如 表五)，但原在葉片厚度變化觀察中，獲五顆星的圓葉椒草及絨葉鳳梨，在葉片溫度變化量測結果卻不盡理想，

但於一般實際的栽培中此兩種植物耐陰能皆屬中上之姿，故可推測此兩種植物對環境的忍受性較強，甚至可說是對環境的變化不敏感所致。綜合以上兩項量測結果比較，得 表六二十種室內植物耐陰性綜合比較。

植物耐旱性比較

過去研究發現，植物在缺水逆境下，Fv/Fm值(註1，螢光參數，正常的植物應維持在0.8~0.85之間)讀值顯著降低（楊等，2012），NDVI數值(註2)也有下降情況（張等，2010），這些數值的降低代表在該栽培介質（土壤）水分含量下生長已經受到阻礙，因此當Fv/Fm值低於0.8~0.85時必須提供水分以維持植物生長的最低需求，所以在缺水狀況發生之前進行澆灌管理可以達到最大的水分利用效率及讓植物對環境有更佳的適應性。本項試驗環境條件為統一選用盆徑9cm大小的二十種室內植物，溫度調節為25±2℃、二氧化碳濃度為一般大氣濃度(本試驗無特別設定，為一般室內空間濃度，約400~500ppm間)，唯光強度設定為10μmo×m^-2×s^-1(約500lux)，分別使用土壤水分測定儀進行介質含水量量測、多通道連續監測螢光儀測量Fv/Fm值。

綜合Fv/Fm值、NDVI與土壤水分測經統計分析後得結果如 表七，需供水時期代表當每一種植物栽培介質含水量剩餘此值時需予以供水，以波斯頓腎蕨為例，介質含水量剩餘8~10%時即要進行澆灌作業，而嫣紅蔓介質含水量仍剩餘有20~25%就要進行澆灌，若低於此水量則植物會發生萎凋（枯萎）的現象，故由兩植物種類作比較可知嫣紅蔓比波斯頓腎蕨不耐旱。本項試驗以需供水時期(介質含水量%)作為耐旱能力標準，含水量越高耐旱程度越低、含水量越低耐旱程度越高。

綜合比較與結論

植物就像小孩子一樣，需要我們的關心與呵護，給它水喝，因為葉子需要進行蒸散作用以達到降溫。給它飯吃，吸收二氧化碳轉化為碳水化合物作為生長能量，吃飽了還會把氣孔閉闔(停止吸收二氧化碳)。當然還要給它適當的光源以進行光合作用，不過不是無限制的提高光照強度及光照時間，因為它也需要休息睡覺，這些都是植物的生理特性，就像人一樣。也有少數的植物像夜貓族，不同一般植物呼吸作用白天吸收二氧化碳、吐出氧氣，夜間吸收氧氣、吐出二氧化碳，它的作息完全相反，白天吸收氧氣、吐出二氧化碳，夜間吸收二氧化碳、吐出氧氣，如部份的厚葉植物(仙人掌)、蘭科類植物(蘭花)。

透過以上各項試驗發現室內植生牆對室內空氣淨化效果、影響淨化能力因素、適合室內栽種易維護程度結果如下：

• 室內光強度建議維持在15μmo×m^-2×s^-1(約750lux)以上。
• 光質為紅光：藍光=7:2(7R2B)會有較佳的淨化效果。
• 植物選用配置可參考 表八，二十種室內植物淨化二氧化碳與環境適應能力比較表。

二十種室內植物淨化二氧化碳與環境適應能力比較表(表八)為前述各項試驗之綜合比較，透過該表植栽選用無疑選擇區塊1（高吸收二氧化碳，高環境適應力）的植物種類有最大的效益（效益表現由區域1>2>3，依次遞減）。但考量美觀性，植物色系配置亦須考量，否則整面植生牆只有區塊1的植物（波斯頓腎蕨、白鶴芋"帕拉斯"、圓葉椒草等為深綠色，臺灣山蘇為淺綠色，黛粉葉"白玉"為綠色邊加中間白色斑塊，黑葉觀音蓮為墨綠色的葉片加白色的葉脈，大岩桐若非花期或花期與花期之間的時間植株呈現深綠色），無顏色層次恐顯得單調乏，因此可以區塊1：區塊2：區塊3＝7：2：1比例作為植生牆圖案配置選擇。

現況十二廠四期植生牆植物共有十三種，在此表的使用情況，區塊1我們有使用波斯頓腎蕨、圓葉椒草、台灣山蘇、黑葉觀音蓮，區塊2有使用黃金葛、艷錦竹芋，區塊3使用了密葉竹蕉、合果芋，區塊4的兩種植物黛粉葉、吊竹草都有使用，共有十一種符合表列植物，但配置比例上未符合區塊1：區塊2：區塊3＝7：2：1，為提升辦公室空氣淨化效果，尚待改善調整。

以上試驗除了獲得現況改善建議作為後續的辦公區植生牆建置規劃參考之外，我們對於植物生長與照顧又多一層的認識，所以室內植生牆我們利用以上試驗建議予以改善，期待它提供更好的室內空氣品質，但它也需要我們用心呵護照料，才能有更好的回饋。

備註

1. Fv/Fm值是以多通道連續監測螢光儀(葉綠素螢光儀)測量實際光化學量子產量變化，也就是判斷光合作用下植物中的電子傳遞鏈順暢程度，作為植物生長情況指標。
2. NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)數值以攜帶式光譜儀測量植株於栽培環境下植生指數(生長數值)之變化，作為環境生長適應性評斷之標準。