3種植物和基材在種植槽式墻面綠化中的研究

羅先林, 葉建軍, 吳亞蒙

(湖北工業(yè)大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430068)

隨著我國高度“壓縮型”的城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，“井噴式”的開發(fā)建設(shè)致使城市趨于高密度發(fā)展，城市原有的生態(tài)平衡被打破，近年來大中城市出現(xiàn)的內(nèi)澇、空氣污染、“熱島效應(yīng)”、霧霾和噪音等環(huán)境問題愈演愈烈[1-2]。怎樣有效地應(yīng)對和緩解這些環(huán)境問題，是當(dāng)代城市綠色可持續(xù)發(fā)展亟待解決的難題之一。墻面綠化作為一種創(chuàng)新的城市綠化方式，享有“垂直花園”的美譽(yù)，不僅有凈化空氣、吸塵降噪、美化環(huán)境、提升景觀、拓展觀賞空間等諸多生態(tài)及社會效益，還具有節(jié)約資源、開發(fā)和帶動一系列綠色產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展等經(jīng)濟(jì)效益，正越來越受到社會各界的廣泛關(guān)注[3-4]。墻面綠化技術(shù)是墻面綠化應(yīng)用及發(fā)展的關(guān)鍵和難點(diǎn)，常用的墻面綠化有種植槽式[5]、鋪貼式[6]、水培式[7]、模塊式[8]、攀爬式[9]等技術(shù)。其中種植槽式墻面綠化具有結(jié)構(gòu)安全可靠、基材裝量大、植物組合多樣性等優(yōu)勢，是廣泛采用的技術(shù)。然而，墻面綠化的外墻裸露于建筑物外，終年受風(fēng)吹日曬，冰霜雨雪。因此，通常對應(yīng)用于墻面綠化的植物、基材有嚴(yán)格的要求，植物必須具有耐寒、耐高溫、抗倒伏等特性，基材必須具有保水肥、抗侵蝕、抗沖刷等特性。這些局限性對墻面綠化有一定的技術(shù)挑戰(zhàn)性，影響了墻面綠化的廣泛發(fā)展和應(yīng)用。因此，如何正確選擇適宜的植物、基材并有效地提高墻面綠化效果，是墻面綠化發(fā)展面臨的重難點(diǎn)問題。

為此，以種植槽式墻面綠化為基礎(chǔ)，選用亞熱帶常見的3種植物：佛甲草(SedumlineareThunb.)、麥冬(Ophiopogonjaponicas(L.f.)Ker-Gawl.)和蔥蘭(Zephyranthescandida.)，3種代表性的專利基材：泵送輕質(zhì)基材[10]、種植塊[11]和建筑垃圾[12]基材，進(jìn)行試驗(yàn)研究，在6個月內(nèi)對比觀測不同墻面種植槽里植物的生長狀態(tài)、蓋度和高度變化，以對比3種植物和3種基材在種植槽式墻面綠化中的應(yīng)用效果。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與基材配比

1.1.1 試驗(yàn)材料木板：購于湖工大東門外木料店。釘子、吸水條：購于湖工大南門外紅星商場。鋸子、卷尺、記號筆等工具：自備。表土：取自湖工大土建樓附近的表土。建筑垃圾：取自湖工大土建樓附件廢棄的磚塊、砼塊，經(jīng)鐵錘搗碎。有機(jī)質(zhì)：取自湖工大校園園林綠化植物(香樟和水杉)的枯枝落葉，經(jīng)曬干后剪成碎片。陶粒、河沙、泥炭土、復(fù)合肥：購于南湖花木城。墻面綠化植物見表1。

1.1.2 基材配比采用上述材料配制3種墻面綠化基材，分別為種植塊、建筑垃圾和泵送輕質(zhì)基材。3種基材分別攪拌充分后待用。種植塊基材：干燥骨料為浮石、陶粒、膨脹頁巖組合，粒徑5～40 mm，干燥水泥土為水泥與表土 (體積比) 15%∶85%；建筑垃圾基材：碎磚與碎混凝土(體積比)為85%∶15%混合物。泵送輕質(zhì)基材：粗骨料為陶粒，細(xì)骨料為陶砂或珍珠巖砂，粘結(jié)料為泥炭土或改性粘土。基材配比見表2。

表1 墻面綠化植物表

表2 試驗(yàn)基材配方表

1.2 試驗(yàn)方法與現(xiàn)場試驗(yàn)

1.2.1 試驗(yàn)方法利用CAD，按照墻面綠化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范畫出種植槽式墻面綠化立面示意圖，然后利用SU(草圖大師)建模模擬墻面綠化試驗(yàn)(圖1)。此試驗(yàn)僅研究墻面，模型屋頂不作研究。墻面綠化模型的尺寸為：長×寬×高1500 mm×1200 mm×2000 mm,東、南、西每面墻上分別設(shè)計(jì)安裝3層種植槽，槽深100 mm，上下兩層種植槽間距為400 mm。最后計(jì)算出模型所需材料的尺寸(長、寬)及種植槽的體積，并計(jì)算出所需基材量，形成完整可操作的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。后期按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案在指定時間(2019年3月23日、5月23日、7月23日、9月23日)對試驗(yàn)進(jìn)行取樣觀測。

圖1 墻面綠化示意圖

1.2.2 現(xiàn)場試驗(yàn)現(xiàn)場試驗(yàn)分3個階段：制作墻面綠化主體結(jié)構(gòu)、配制填充綠化基材、栽種植物。第1階段，制作墻面綠化主體結(jié)構(gòu)：于2019年3月1日在湖北工業(yè)大學(xué)土建樓試驗(yàn)區(qū)開始，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，將提前準(zhǔn)備好的材料(木板、釘子等)，利用木工工具(鋸子、錘子、卷尺、記號筆等)制作出現(xiàn)場的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?019年3月5日完成。第2、3階段，配制填充綠化基材和栽種植物：于2019年3月6日開始，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，將吸水條連通每個種植槽，最后引至中層的儲水槽中，中層儲水槽通過吸水條向每個種植槽輸送水分。同時將準(zhǔn)備好的基材材料(表土、陶粒、河沙、有機(jī)質(zhì)等)按試驗(yàn)方案分別配制成種植塊、建筑垃圾和泵送輕質(zhì)基材，用鐵鍬充分拌和待用，泵送輕質(zhì)、建筑垃圾和種植塊基材分別填充至對應(yīng)的東、西和南墻的種植槽；將準(zhǔn)備好的佛甲草、蔥蘭、麥冬分別栽種至對應(yīng)的種植槽(每個種植槽各20株)，最后在每個種植槽里澆適量的水，于2019年3月8日完成(圖2)。

圖2 墻面綠化現(xiàn)場試驗(yàn)

1.3 測試指標(biāo)與方法

1.3.1 植物生長狀態(tài)觀測植物生長狀態(tài)是通過植物的根、莖、葉、花和果等表現(xiàn)出來的特征，不同時期有不同生長的特征，根據(jù)植物生長狀態(tài)(葉片色澤、枯葉數(shù)、萎蔫等)可分為5個等級[13]。植物生長狀態(tài)觀測及評定方法：分別對試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臇|、南、西墻面上種植槽里的佛甲草、麥冬、蔥蘭的實(shí)際生長情況進(jìn)行觀測，按表3進(jìn)行綜合評定、分級。

表3 植物生長狀態(tài)評價

1.3.2 植物蓋度測量蓋度指植物地上部分投影面積占地面的比率，佛甲草成坪速度快慢反應(yīng)蓋度變化見文獻(xiàn)[14]。蓋度測量方法：在試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臇|、南、西3面墻，9個種植槽的正上方，垂直高度約30 cm，向下拍照。采用PS軟件對觀測照片進(jìn)行分析，計(jì)算相應(yīng)種植槽里的佛甲草、麥冬、蔥蘭，在基材上的投影面積，然后計(jì)算其蓋度。

1.3.3 植物高度測量植物高度一般指從地面到植物頂部的平均高度，是植物最為直接和簡單的特征[14]。高度測量方法：在試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臇|、南、西3面墻，9個種植槽里的佛甲草、麥冬、蔥蘭分別用直尺進(jìn)行測量，并歸類記錄，計(jì)算相應(yīng)種植槽里的佛甲草、麥冬、蔥蘭的平均高度。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物生長狀態(tài)

第1次(2019年3月23日，下同)觀測時，東、南和西墻：佛甲草、麥冬、蔥蘭已種植15 d，3墻差異不明顯，3種植物葉色逐漸恢復(fù)綠色，萎蔫狀態(tài)逐漸消退，主莖恢復(fù)挺立。第2次(2019年5月23日)觀測時，東、南和西墻：佛甲草均開了黃色小花，尤其南墻建筑垃圾基材的佛甲草開花最旺盛。第3次(2019年7月23日)測量時，東、南和西墻：佛甲草、麥冬和蔥蘭莖葉粗壯、葉色鮮綠，尤其西、南墻的植物長勢最佳。第4次(2019年9月23日)測量時的植物生長狀態(tài)見表4，東、南和西墻：麥冬、蔥蘭均枯死，佛甲草有不同程度的萎蔫、倒伏，其中：南墻種植槽的佛甲草生長狀態(tài)良好。

表4 試驗(yàn)植物生長狀態(tài)評價(第4次觀測)

2.2 3種植物蓋度變化情況

3種植物在種植槽式墻面綠化的蓋度變化情況見圖3，圖中橫軸表示測量時間，縱軸表示指標(biāo)的數(shù)量大小，每次取樣時間間隔2個月。第1次測量時，建筑垃圾基材、種植塊、泵送輕質(zhì)基材上相應(yīng)的佛甲草、麥冬、蔥蘭蓋度均較小，分別為：40.4%、25.1%和12.6%。第3次測量時，每個種植槽里的佛甲草、麥冬、蔥蘭蓋度達(dá)最大，其中：建筑垃圾基材的佛甲草蓋度達(dá)100%，泵送輕質(zhì)基材的麥冬蓋度達(dá)78.8%，種植塊的蔥蘭蓋度達(dá)61.8%。第4次測量時，種植槽里的佛甲草的蓋度有所下降，麥冬、蔥蘭的蓋度為0(死亡)。

2.3 3種植物高度變化情況

3種植物在種植槽式墻面綠化的高度變化情況見圖4，第1次測量時，建筑垃圾基材、 種植塊、 泵送輕質(zhì)基材上相應(yīng)的佛甲草、 麥冬、 蔥蘭高度均較小，分別為： 5.2 cm、8.1 cm和4.7 cm。 第3次測量時，每個種植槽里的佛甲草、麥冬、蔥蘭高度達(dá)最大，其中：建筑垃圾基材的佛甲草高度最大(32.1 cm)、 泵送輕質(zhì)基材的麥冬高度最大(29 cm)、 種植塊的蔥蘭高度最大(21.5 cm)。 第4次測量時，種植槽里的佛甲草的高度有所下降，麥冬、 蔥蘭的高度為0(死亡)。

(a)佛甲草高度變化

(b)麥冬高度變化

(c)蔥蘭高度變化圖 4 植物在基材上的高度變化情況

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)以種植槽式墻面綠化為基礎(chǔ)，選用了3種常見植物和3種代表性的專利基材進(jìn)行試驗(yàn)，半年內(nèi)4次對墻面綠化種植槽里的3種植物進(jìn)行觀測，得到以下結(jié)論：相比于麥冬、蔥蘭，佛甲草在種植槽式墻面綠化的效果更好；3種植物在種植槽式墻面綠化的蓋度排序：佛甲草>麥冬>蔥蘭；佛甲草在建筑垃圾基材上生長最優(yōu)，麥冬在泵送輕質(zhì)基材上生長最優(yōu)，蔥蘭在種植塊基材上生長最優(yōu)；南墻種植槽的佛甲草生長最佳，西墻種植槽的麥冬、蔥蘭生長最佳。

本研究發(fā)現(xiàn)種植槽式墻面綠化的3種植物的形態(tài)呈現(xiàn)：“萎蔫-恢復(fù)正常-枝葉繁茂-萎蔫”的趨勢，尤其是麥冬、蔥蘭表現(xiàn)明顯。產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因可能是：植物栽種后萎蔫，移栽時根有一定程度的損傷，無法正常的從基材里吸收養(yǎng)分來供給各器官；植物恢復(fù)正常，經(jīng)過一段適應(yīng)時間，植物各器官(根、莖、葉等)恢復(fù)正常功能，吸收養(yǎng)分、運(yùn)輸能量、進(jìn)行光合、呼吸作用等；植物枝葉繁茂，隨著植物各器官不斷的吸取養(yǎng)分，根部發(fā)達(dá)、莖葉粗壯，新陳代謝旺盛，生長茂盛；植物最終萎蔫，2019年夏季持續(xù)的高溫，加上罕見的干旱天氣，植物缺水嚴(yán)重致死。表明進(jìn)行墻面綠化時，要配備適合的澆灌系統(tǒng)(如：滴灌)[15]。

本研究發(fā)現(xiàn)佛甲草、蔥蘭和麥冬分別在建筑垃圾、種植塊和泵送輕質(zhì)基材的生長最佳(莖葉粗壯，葉色鮮綠)。產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因可能是：建筑垃圾基材里的碎紅磚、碎砼顆粒相對大，且表面孔隙、裂紋較多，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)好，可儲藏水分和養(yǎng)分，佛甲草須根發(fā)達(dá)，能快速吸取養(yǎng)料，生長迅速[16]；種植塊有陶粒和少量的水泥土，基材空間結(jié)構(gòu)好，排水通暢，且有一定的黏性，尤適蔥蘭生長；泵送輕質(zhì)基材里有小粒徑的陶粒、粘結(jié)料和有機(jī)料，基材呈微堿性，有一定的和易性，肥沃濕潤，尤適麥冬生長。表明進(jìn)行墻面綠化時，不同的植物要專門配制滿足其生長習(xí)性的特殊基材。

本研究發(fā)現(xiàn)南墻種植槽的佛甲草、麥冬和蔥蘭的形態(tài)、蓋度和高度最佳，西墻次之，東墻最次。產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因可能是：在北半球中緯度地區(qū)的建筑物，一天中，南墻獲得太陽光照射時間最長，西墻太陽輻射強(qiáng)，東墻太陽輻射次之，而植物在生長期，需吸收大量陽光，進(jìn)行光合作用，滿足各器官(根、莖、葉等)的生長[17]。表明進(jìn)行墻面綠化時，針對建筑物不同墻面獲取陽光時長及輻射強(qiáng)弱的差異，有針對性的對不同墻面應(yīng)用喜光或喜陰的植物。

筆者主要從華中亞熱帶氣候區(qū)對佛甲草、蔥蘭和麥冬在不同基材的種植槽式墻面綠化中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。墻面綠化植物生長的優(yōu)劣取決于很多因素，不僅與種植基材、水分、植物類型等因素有關(guān)，還與通風(fēng)性、光照、溫度等因素密切相關(guān)。北半球亞熱帶氣候區(qū)，建筑物夏季東、南墻受東南風(fēng)影響大，冬季西、北墻受西北風(fēng)影響大；建筑物不同朝向的墻面光照時間、太陽輻射強(qiáng)度在一年中的不同時間段(尤其夏、冬季)有較大差異(上文中有討論)[18]。本墻面綠化試驗(yàn)由于場地限制，與實(shí)際的建筑物墻面綠化存在一定的差異，后期結(jié)合實(shí)際墻面綠化項(xiàng)目，進(jìn)一步探討其中規(guī)律。其適用性還可從其他不同氣候區(qū)、墻面綠化類型等方面進(jìn)行探討，有待后續(xù)拓展研究。