基于物联网技术的植物环境因素及其对夜间氧气消耗的...

基于物联网技术的植物环境因素及其对夜间氧气消耗的影响研究

作者：杨丰宁 北京师范大学第二附属中学国际部

摘要
      本研究采用物联网技术，观察植物在不同光照条件下对氧气和二氧化碳浓度的影响，以验证夜间在卧室中放置植物是否对居住环境健康产生影响。实验结果表明，光照强度、温度、湿度和二氧化碳浓度等环境因素在植物的呼吸作用中起到重要作用，而夜间植物的氧气消耗量相对较小，证明在卧室放置植物对空气质量的负面影响可忽略不计。研究为室内植物配置提供了理论依据，也为室内空气质量管理提供了参考。

关键词

物联网技术，植物，氧气消耗，光照，温度，湿度，二氧化碳浓度，室内环境，呼吸作用

引言

      随着人们对室内空气质量日益关注，越来越多的家庭选择在卧室等室内空间中摆放植物。植物不仅能美化环境，还被认为能够改善空气质量。然而，关于植物在夜间是否会消耗氧气并影响室内空气质量的问题，仍存在不同看法。本研究通过物联网技术，监测植物在不同环境条件下的生长状态和呼吸过程，探讨植物是否会在夜间对氧气浓度产生显著影响，尤其是在卧室等封闭环境中，是否会影响居住者的健康。

研究背景

      植物在白天通过光合作用吸收二氧化碳并释放氧气，但在夜间，植物进行呼吸作用，吸入氧气并释放二氧化碳。许多人担心夜间植物的呼吸作用会导致室内氧气浓度下降，影响居住者的健康。现有研究多集中于植物的光合作用与环境因素的关系，而对于植物夜间呼吸的研究较少，尤其是如何利用物联网技术进行长时间、精确的监测。本研究结合物联网技术，提出一种实时监测植物环境与氧气消耗的实验设计。

实验设计与方法

1.实验目标：

      观察植物在不同光照条件下，温度、氧气浓度、湿度和二氧化碳浓度等环境因素之间的关系，并探讨夜间植物的氧气消耗情况。

2.实验设备：

行空板M10	温湿度传感器	氧气浓度传感器	环境传感器

o 物联网传感器（温湿度传感器、氧气浓度传感器、二氧化碳浓度传感器、光照强度传感器）
o 微控制器（行空板）
o 数据存储与可视化平台（AIOT）

3.实验设计
o 选择不同种类的植物（例如常见室内植物：吊兰、绿萝等）。
o 将植物分别放置于不同光照条件下（强光、弱光、无光）。
o 在实验室环境中设置不同的温度、湿度和二氧化碳浓度（模拟卧室的常见环境）。(本实验具体操作是在卫生间完成，因为卫生间相对封闭，易于控制环境因素，而且空间狭小，密封性好，效果明显。)
o 通过物联网传感器实时监测光照、温度、湿度、氧气浓度和二氧化碳浓度的变化。所以选择联网模式是因为要避免实验中人为的干扰。
o 数据采集周期：24小时，分为白天和夜间两个阶段。

实验植物	实验器材

可视化数据采集

行空板屏幕

4.程序

5.数据处理
    o 通过物联网设备实时采集数据，建立数据模型。
    o 计算不同环境条件下植物的夜间氧气消耗量，并与白天的光合作用过程进行比较。
    o 结合温度、湿度、二氧化碳浓度等因素，分析其对植物呼吸作用的影响。

实验结果：
光强：

温度：

CO2：

湿度：

O2：

1.对检测数据的讨论：
    o 光照条件：在强光和无光条件下，氧气浓度没有大的变化。说明夜晚即使有呼吸作用并不会对氧气浓度有大的影响，进一步实验可以增加植物密度或延长无光时间来获取明显的效果。
    o 温度：本实验中温度有一明显变化，未能得到原因。可以在以后的实验中进行观察。
    o 湿度：本实验中湿度同样明显下降，可以进行一个对比实验以排除温湿度传感器性能对结果的影响。
    o 二氧化碳浓度：无论是在有光还是无光环境下，二氧化碳浓度都持续降低，但是降低速度有所不同，考虑可能是临时增加了植物密度造成的结果，可以延长实验时间以获得更多数据。

2.夜间氧气消耗情况：
      夜间，尽管植物进行呼吸作用，但氧气消耗量相对较小，植物对室内氧气浓度的消耗在卧室环境中几乎可以忽略不计

结论：
1.植物夜间呼吸作用的影响：
      研究结果表明，虽然植物在夜间进行呼吸作用，但其氧气消耗量远低于白天光合作用产生的氧气量，因此植物在夜间的氧气消耗对室内空气质量影响较小。
2.环境因素的交互作用：
      不同环境因素之间存在一定的交互作用，光照和温度是影响植物呼吸作用的重要因素。适当的光照和温湿度条件可能影响植物的生理活动，从而影响室内氧气和二氧化碳的浓度。
结论
      本研究通过物联网技术，探究了夜间植物的氧气消耗对卧室环境健康的影响，发现植物夜间的氧气浓度保持稳定，对室内空气质量几乎没有影响。因此，卧室中放置植物不仅不会危害健康，反而有助于改善室内空气质量。本研究为室内植物配置和环境管理提供了科学依据，并为未来基于物联网的环境监测技术应用提供了参考。