用于改善空气质量和人类福祉的室内绿墙：以意大利都灵的一所小学为例

《Natural Hazards Research》：Indoor green walls for improving air quality and human well-being: a case study from a primary school in Turin (Italy)

　　本研究在意大利都灵某小学实施室内垂直绿化墙（IGW），通过多部门合作验证其环境和社会心理效益。结果显示IGW有效降低PM浓度（PM₁₀年负荷达18.4μg/cm²），但对VOCs去除有限。学生环保行为有所提升但效果低于预期，合作治理和植物选择是关键影响因素。研究揭示了实际场景中监测与实施的挑战，为后续NbS项目提供参考。

　　室内绿墙（Indoor Green Walls, IGWs）作为基于自然的解决方案（Nature-based Solutions, NbS）的一种创新形式，被广泛认为是改善室内空气质量与提升人类健康和心理福祉的有效工具。这项研究通过一个在意大利都灵市一所小学中的实际案例，探索了IGWs在教育和环境方面的潜在益处，并揭示了在实际应用中可能遇到的挑战和限制。研究不仅评估了IGW对空气质量的改善效果，还通过问卷调查评估了其对儿童环境态度和行为的影响，从而为未来基于自然的解决方案在教育机构中的推广提供了重要参考。

### 项目背景与研究目标

随着城市化进程的加快，人们在室内环境中度过的时间越来越多，室内空气质量因此成为影响健康的重要因素。研究表明，空气中的细颗粒物（PM）和挥发性有机化合物（VOCs）对人类健康，尤其是儿童群体，具有显著的负面影响。与此同时，人类的心理状态与自然环境密切相关，接触自然元素可以带来认知功能的提升、情绪的改善以及压力的缓解。因此，室内绿墙作为一种将自然元素引入建筑内部的创新设计，被认为可以在改善空气质量的同时，提升人的心理和社交福祉。

本研究的目标是评估IGW在实际环境中的综合效益，包括其对空气质量的改善以及对儿童心理和社会行为的影响。为了实现这一目标，项目团队与学校、地方行政机构以及相关公司合作，采用了一种多方协作的设计和管理策略，以确保IGW能够真正发挥其潜在作用。此外，研究还关注了在实际应用中如何克服可能的障碍，如公众参与度、管理维护成本以及环境监测的复杂性。

### 实施过程与合作机制

在实施过程中，研究团队采用了“自下而上”的协作模式，鼓励学校、市政部门、企业以及学术界之间的紧密合作。这种合作模式有助于提高项目的透明度和公众接受度，同时也能够确保在设计和实施过程中考虑到不同利益相关者的实际需求和期望。在项目开始前，研究团队与学校管理者、安全风险控制部门以及教育工作者进行了多次讨论，以明确IGW的安装地点、设计需求以及预期目标。

最终，IGW被安装在学校的走廊区域，面积达24平方米，由多种植物组成，包括：Marantha leuconera（56株）、Chamaedorea elegans（104株）、Pilea peperomioides（65株）、Chlorophytum comosum（97株）、Calathea amabilis（86株）、Calathea ornata（12株）和Calathea orbifolia（12株）。这些植物被选择的原因在于它们对室内空气质量的改善效果以及其对人类心理健康的潜在积极作用。为了确保IGW的长期运行，团队制定了每月的维护计划，包括检查灌溉系统、清洁叶片以及必要时更换植物。

此外，为了促进公众对IGW的认知和参与，研究团队在学校的走廊中设置了信息海报，向学生和教师介绍绿墙的结构和功能。同时，学校还组织了一系列与环境教育相关的活动，包括与植物互动、生态知识讲座以及小组讨论，以提高学生的环境意识和参与度。这种互动式的教育方式有助于学生更好地理解自然与社会之间的关系，并增强他们对环境保护的责任感。

### 环境效益评估

为了评估IGW对空气质量的影响，研究团队在两个不同的时间段对空气中的VOCs、醛类化合物和二氧化氮进行了监测。第一个监测周期是在IGW安装之前（2020年12月），第二个则是在安装之后（2021年1月）。通过比较这两个时间段的数据，可以更清晰地了解IGW在改善空气质量方面的实际效果。

研究发现，大多数VOCs的浓度在安装前后均低于检测限值，表明IGW对这些污染物的去除效果有限。然而，对于某些特定的VOCs，如甲醛、乙醛、苯、甲苯和二甲苯，其浓度在安装后有所下降，但整体变化并不显著。这可能与学校内部的污染源有关，例如建筑材料、清洁剂、家具以及师生的日常活动。此外，疫情期间的通风要求也对结果产生了影响，因为为了确保安全，学校必须保持较高的通风率，这可能会稀释IGW的净化效果。

在PM去除方面，研究团队通过扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱分析（EDX）对叶片上沉积的PM进行了详细的分析。结果显示，不同植物对PM的去除能力存在显著差异。例如，Chlorophytum comosum（蜘蛛草）在一年内对PM的去除效率最高，其叶片上PM的沉积量增加了约155%。相比之下，Marantha leuconeura（彩叶美人蕉）的PM去除效率最低，仅增加了约2%。这种差异可能与植物的叶面结构、叶片表面积以及其对不同颗粒物的吸附能力有关。

研究还发现，PM的沉积量与颗粒物的化学成分密切相关。例如，粗颗粒物（PM2.5-10）主要由土壤和岩石风化产生的矿物元素（如硅、铝、镁和铁）组成，而超细颗粒物（PM0.2-1）则可能来源于交通排放和工业活动。因此，在设计IGW时，应根据目标污染物的类型选择合适的植物种类，以最大化其去除效率。

### 社会心理影响评估

为了评估IGW对儿童心理和社会行为的影响，研究团队设计了一份问卷，用于测量学生在安装IGW前后对环境的态度和行为变化。问卷包括14个关于环境态度的问题和9个关于环境行为的问题，涵盖了学生对自然的关心程度、可持续消费实践、对环境保护的兴趣以及参与相关活动的频率。此外，还使用了“感知恢复量表”（Perceived Restorativeness Scale, PRS）的改编版，以评估学生在接触自然元素后是否感受到心理上的恢复效果。

研究结果显示，尽管IGW在某些方面对学生的环境态度和行为产生了一定的积极影响，但整体效果并不如预期那样显著。例如，在4A班中，学生的环境行为得分有所提高，而在其他班级中则没有明显变化。这一结果可能受到多种因素的影响，包括学生在项目开始前已有的环境意识、项目实施过程中受到的外部限制（如疫情期间的活动受限）以及问卷设计的局限性。

此外，研究还发现，学生对自然的敏感度和兴趣在近年来有所提升，这可能与社会对环境问题的关注度增加有关。因此，在未来的IGW项目中，应考虑采用更加个性化的评估方法，以更好地捕捉不同群体之间的差异。同时，学校作为严格的监管环境，对所有涉及儿童的活动都提出了较高的要求，这也增加了项目的实施难度。

### 实验方法与数据分析

为了全面评估IGW的效果，研究团队采用了多种实验方法。首先，通过问卷调查收集了学生在安装前后对环境的态度和行为数据。其次，通过空气采样和实验室分析评估了VOCs和PM的浓度变化。最后，通过SEM/EDX技术分析了叶片上沉积的PM的物理和化学特性。

在空气质量监测方面，研究团队使用了两种采样方法：主动采样和被动采样。主动采样主要用于测量醛类化合物，采用标准采样协议（如NIOSH 2016和NIOSH 2018），并在不同的采样点进行测量。被动采样则用于测量其他VOCs和二氧化氮，通过Radiello?被动采样器进行一周的连续监测。这些数据被用于比较IGW安装前后空气污染物的变化情况。

在PM监测方面，研究团队选择了五种植物进行分析，并在两个不同的时间点（2021年10月和2022年10月）对叶片上的PM沉积量进行了测量。通过SEM/EDX技术，团队能够确定PM的颗粒大小、化学成分以及沉积模式。结果显示，不同植物对PM的吸附能力存在显著差异，且PM的沉积量与颗粒物的化学成分密切相关。

为了进一步揭示植物与PM之间的关系，研究团队进行了主成分分析（PCA）。PCA结果显示，植物对PM的吸附能力与其叶面特征密切相关，如叶片的表面积、表面结构以及化学成分。因此，在未来的设计中，应优先选择具有较大叶面积和特定化学成分的植物，以提高PM的去除效率。

### 研究结论与未来展望

本研究的结论表明，室内绿墙在改善空气质量方面具有一定的潜力，特别是在去除PM方面。然而，其对VOCs的去除效果较为有限，这可能与学校内部的污染源以及通风条件有关。此外，尽管IGW在提升学生的环境意识方面取得了一定的成效，但整体效果并不显著，这可能与学生的初始环境意识水平以及项目实施的限制有关。

在社会心理方面，研究团队发现，IGW的实施虽然促进了学生之间的互动和合作，但未能显著改变他们的环境态度和行为。这可能是因为学生在项目开始前已经具备了一定的环境意识，或者问卷的设计未能充分捕捉到心理变化的细微差别。因此，未来的项目应考虑采用更加个性化的评估方法，以更好地了解不同群体的反应。

此外，研究还发现，IGW的实施过程中存在一些挑战，包括公众参与度的不足、行政程序的复杂性以及环境监测的困难。这些挑战可能影响项目的实际效果，因此在未来的实施中，应加强多方协作，提高公众的参与度，并采用更加灵活和适合实际环境的监测方法。

总的来说，这项研究为未来在教育机构中推广基于自然的解决方案提供了重要的实证依据。通过合理的植物选择、有效的社区参与以及科学的监测方法，可以进一步提升IGW在改善空气质量和社会心理福祉方面的效果。同时，研究也强调了在实际应用中需要克服的挑战，如如何在严格的行政环境中实施项目、如何提高学生的参与度以及如何优化监测方法以适应不同的环境条件。这些经验教训对于未来的NbS项目具有重要的参考价值。