浅析夜景照明对植物生长的影响

王 荷，张蓓蓓，张 辉，王 朋

（陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室/宝鸡文理学院地理与环境学院，陕西宝鸡721013）

浅析夜景照明对植物生长的影响

王 荷，张蓓蓓，张 辉，王 朋

（陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室/宝鸡文理学院地理与环境学院，陕西宝鸡721013）

文章首先简述了城市夜景照明的概念及城市主要绿化植物的种植和分布，依据城市空间分布将夜间照明和城市植物进行了简单划分，以光源为出发点，归纳了光照（光质、光时和光强）在植物光合作用、生长代谢等方面的作用。综合分析了当前国内外在该方向的研究进展，指出了目前城市夜景照明和城市绿化植物两者之间相互结合相对欠缺的研究现状。提出了具体化研究想法：采用实地调查及试验方法统计分析夜景照明对城市绿化植物的现状，并以新型光源LED为入手点将两者结合研究。最后，对合理安排规划城市夜景照明和保护绿地植物提出意见。

城市夜景照明；植物；光时；光质；光强

0 引言

目前，从设计到规划，城市夜景照明系统都有了迅速发展，每个城市都在利用各种照明方式打造不同的城市形象。夜间照明对城市有美化的作用，对居民的居住环境也有所改善，同时也保证了城市旅游观光业的发展，它给城市带来美感的同时，也产生了很大的经济效益和社会效益[1]。目前，有关城市夜景照明的研究主要集中在规划、设计、照明方式、亮度标准及在建筑或景观观赏中的应用等问题上，而夜景照明对景观植物生长发育影响方面的研究并不多。笔者就现有的针对景观植物的研究做一综述，分别从城市夜景照明、城市常用公共植物及光照对景观植物的影响等几个方面进行阐述，最后对以后夜景照明对景观植物的影响研究提出一些意见或建议。

1 城市夜景照明简述

国内城市夜景照明开始于1989年上海外滩的建筑照明[2]，现已成为城市景观中不可缺少的部分。城市夜景照明是指城市区域所有室外活动的空间或景物的夜间照明；常见的有夜景景观照明、道路与交通照明、广场或工地照明、广告标志照明和园林山水照明等[3]。常见的夜景照明光源有白炽灯、汞灯、荧光灯、金属卤化物灯、高强度气体放电灯、LED灯等。在城市的规划建设过程中会常常会将照明和绿化植物结合起来进行安排和建造。根据环境不同，植物和光源有不同的搭配，以达到夜间照明及美化的作用[4]。

2 城市常用公共植物简述

植物在城市公共空间中扮演着重要的社会和生态角色，对公共空间的美化起到一定的作用[5]。城市常用公共植物不仅要适应当地的气候和土壤条件，还需要具有一定的观赏价值。其中，树木、花卉及草坪景观是最常见的植物景观[6]，这3种形态的景观以不同的组合分布于各个城市的公共空间。城市公共植物分为城市广场植物、城市公园植物及城市街道植物等。

2.1 城市广场植物

根据前人研究发现，城市广场绿地覆盖率在50%～80%时能取得较好的景观、生态和游憩效果，形成适宜人居的小气候，营造不同景色的变化。国内各地城市地理位置差异、气候差异及土壤类型差异造成城市广场植物的种类也是各异的，这里以长沙市为例列举城市广场应用较多的植物[7]：常见乔木包括白皮松、榕树、银杏、广玉兰、囯槐、棕榈、云杉、红枫、油松等；常见灌木包括罗汉松、大叶黄杨、金丝桃、海桐、金叶女贞、南天竹、水栀子、腊梅、海棠等；草木包括中华细叶结缕草、狗牙草、冬麦等[8-9]。

2.2 城市公园植物

运用乔木、灌木、藤本、竹类、花卉、草本等植物为材料，创造出与周围适应的环境被称为城市公园植物景观[10]。不同主题的公园会选择合适的植物材料搭配来衬托主题。

2.3 城市街道植物

街道植物的作用是创造一个和谐优美的城市环境，街道植物的选取常以各地的本土植物为骨干树种，再辅以绿地木本植物，比如与乔、灌、花、草等相互搭配，形成最终的景观模式[11]。

3 光照对景观植物的影响

光照对植物的生长发育过程中有着很重要的作用，是绿色植物赖以生存的必要条件之一。光照作为能源控制着光合作用，影响植物生长发育的各个阶段；同时光照作为一种触发信号，影响着植物的光形态建成。

3.1 光时对景观植物的影响

光时对植物的影响体现在昼夜光照时间的周期性变化，其中受影响较大的是植物的开花、结果、休眠和落叶等。根据植物对光照时间的生理响应可将植物大致分为长日照植物、短日照植物及日中性植物3种类型。城市夜景照明无疑增加了植物的光照时间，会影响植物生长发育过程。

3.1.1 光时对景观植物种子萌发和幼苗生长影响 光周期对植物和植物组织培养都有重要的影响[12-13]。光照时间影响着种子的发芽，长日照条件下种子的发芽率会高于自然条件下种子的发芽率，这是由于长日照条件下有更多的同化产物向种子分配和积累[14]。目前城市公共空间种植的植物基本都是移栽而来的，从生长地到移栽地，不同植物的光周期被统一，可能会对某些景观植物的幼苗以及种子形成造成一定的影响。

3.1.2 光时对景观树木育苗的影响 树是城市绿化的主要植物，承担了净化空气、吸收温室气体、营造宜居环境的重任。根据前人对某些树种研究发现，延长光照时间能够促进苗木生长及抑制休眠，反之，缩短光照时间则能抑制苗木生长和促进顶芽形成，因此给某些苗木补光可以促进其生长缩短育苗时间，提高育苗效率[15]。龙作义等[16]给红皮云杉苗木延长光照时间促进了该树木的生长。城市道路两旁的绿化树常常会跟路灯间隔安排，路灯能够照射到的树木叶子跟阴影区树木叶子的生长状况是有所差别，这种差别因树木的种类而有所不同。

3.1.3 光时对景观植物花芽分化及开花的影响 对于不同植物来说，光照和黑暗时间的差异会导致不同植物有不同的反应。其中，某些植物对光照和黑暗的反应非常灵敏，通过黑夜的长短来控制开花和落叶，长时间、大量的夜间人工光照射，会导致一些植物花芽过早分化，或者抑制另外一些植物的花芽分化[17]。花芽分化是不仅植物从生长阶段进入生殖阶段的标志，而且可以直接影响到景观植物的开花数量与质量。植物能够灵敏的感知光照时间的变化，因为光周期是决定植物开花的一个重要环境因子。有研究表明每天接受光源辐射的时间如果超过确定的临界值，菊花便不会开花，风铃草则只会开花不会结果[18]。Imaizumu等[19]研究发现植物开花和光周期有密切联系，很多植物只有在适宜的光周期下一段时间才能开花，否则将会一直处于营养生长状态。徐祖明等[20]在研究松果菊时发现，光时会对松果菊的生长发育产生影响，花芽也因光时的不同而产生变化，最适光时能够使花芽提早分化且产生的种子品质高。

3.2 光质对景观植物的影响

城市夜景照明的光质不同于太阳辐射，太阳辐射的波长范围是150～4000 nm，其中380～780 nm属于可见光部分，可见光对植物的生长发育最为重要。人工光源的波长不同于太阳辐射的波长，它们发出不同波长的光质对植物产生的作用不同，不适宜波长呈现出的灯光颜色会使植物的生命活动发生紊乱，甚至死亡。表1比较了几种光源发出的光谱对植物生长的影响[3]。其中以高压钠灯和白炽灯对植物潜在的影响较大，而荧光灯、汞灯等对植物的潜在影响较小。

表1 常见人工光源光谱对植物潜在的影响比较

光质对植物的生长发育至关重要，它除了作为一种能源控制光合作用之外，还作为一种触发信号影响植物的生长[21]。植物感知光照靠的是光受体对光照的吸收，这一过程将光照的物理能量转化为化学能量[22-23]。不同光质可激发不同的受光体，进而影响植物的光合特性、生长发育、抗逆性等[24-26]。光质对光合作用的调控主要包括可见光对植物气孔器运动、叶片生长、叶绿体结构、光合色素及其编码基因和光合碳同化等的调节，以及紫外光对植物光系统Ⅱ的影响[27]。

3.2.1 光质对景观植物光合作用的影响 光质通过叶绿素对植物的光合作用产生影响，叶绿素含量体现了植物对光能的吸收和转化能力，是评价植物生长发育状况的一项重要指标[28-29]，不同光质对植物叶绿素含量的影响是不同的。很多研究显示，白光和红光促进植物叶绿素含量的升高，而蓝绿光抑制植物叶绿素含量的升高[30-33]。但是也有研究显示某些植物蓝光处理下叶绿素的含量高于红光处理[34-36]。因此光质对植物叶绿素含量的影响因植物的种类及组织器官等不同而有所不同。

此外，光合速率是表征光合作用的重要指标。一些研究显示蓝光可提高菊花叶片净光合速率的值，而红光会使得光合速率的值降低[37]；还有一些研究结果表明红光促进植物叶片光合作用，而蓝光抑制植物叶片的光合[38]。分析结果可能因所选物种对光质的适应程度不同而造成光质对叶片光合作用的影响不同。

3.2.2 光质对植物生长及代谢的影响 研究显示，红光可促进某些植物幼苗的生长，促进横向分枝及分蘖，延迟花芽分化，而远红光可消除该效应[39-40]；蓝光可以抑制植物叶片的生长，减小叶面积，降低植物的生长速率[41-42]。植物内部碳氮代谢物质含量也受光质的影响，研究显示蓝光有助于蛋白质的合成而红光有助于碳水化合物的增加[43]。谢宝东等[44]对银杏叶研究得出光质对植物此生代谢物含量影响显著，短波段利于黄酮和内酯类物质的积累而长波段有利于生长。

3.3 光强对景观植物的影响

光照强度是一种环境信号，它通过植物体的光敏色素来影响植物的生长发育。由于夜间照明存在，植物叶片接收到的光照强度不同于自然状态下的光强，因此会对植物生长产生直接的影响。植物对光照强度的需求有一个上限，即光饱和点[14]。光照强度达到上限时光合作用达到最强，超过上限时就会使植物产生光抑制从而降低植物的光合作用。由于城市亮化的需要，城市夜景照明往往会提供给城市绿化植物较强的光照强度，其中阴生和偏阴性植物受到的影响最大。

3.3.1 光照强度对景观植物的光合作用影响 光强对植物的光合作用影响也是通过叶绿体进行的，植物体内的叶绿体是植物捕获光能的重要载体，其中叶绿素a含量反映了植物对光照的利用能力，而叶绿素总量尤其是叶绿素b含量可以直接反映植物对光照的捕获能力，不同光照强度对植物光合作用的影响主要是通过植物对光照的捕获利用能力来实现的[45]。研究显示，降低光照强度可以降低高山杜鹃叶片叶绿素a的含量，而叶绿素b的含量增加，叶绿素a/b降低，叶绿素a/ b的降低有利于吸收环境中的红光，维持光系统Ⅰ(PSⅠ)与光系统Ⅱ(PSⅡ)之间的能量平衡，是植物对弱光环境的生态适应[46-47]。此外，强光环境下，过剩光能会引发氧化胁迫，对光合作用反应中心、光合色素和光合膜产生巨大伤害，植物容易产生光抑制。有研究显示强光条件下金花茶幼苗的叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总含量都减少；分析发现强光破坏了叶绿体的PSⅡ系统，使光合作用的原初反应过程受到抑制，影响光合电子链的传递，从而对植株正常生长产生抑制作用[48]。

3.3.2 光照强度对植物代谢的影响 碳氮代谢是植物生长发育的最基本代谢。光合作用是碳代谢的重要部分，其强度与碳代谢呈正相关[49]。在一定的范围内，光照强度增加，促进植物的光合作用，碳代谢增强；光照强度减小，抑制植物的光合作用，碳代谢减弱。植物的氮素营养状况以及氮素的吸收和光照强度在一定程度上也有联系，曾希柏等[50]以葛芭为材料，结果表明光照强度增加作物吸收氮素的速度较快、吸氮量增加、产量高。分析原因为强光下植株的硝酸还原酶活性、谷氨酸脱氢酶活性以及叶片中的可溶性蛋白质的含量较高，具有较高的氮素同化能力[51]。植物的黄酮形成和积累最能体现出光强对植物体内酚类化合物含量的影响，前人通过研究发现不同光强下银杏体内的黄酮含量有所差异[52]，说明光照强度对植物体黄酮的形成有一定的作用。

4 展望

城市夜景照明对景观植物的影响研究还有待进一步研究。比如城市里的主干道，因为照明需求都会使用大功率路灯，同时考虑到照亮范围就会增高路灯的高度，此时夜间照明就会对道路两旁的城市绿化带植物产生影响。由于景观植物的种类多，各地城市的绿地植物也有所差异，因此大范围的研究是不现实的。在做这方面的研究时需要确定研究区域和研究植物，进行实地的调查与试验分析，才能够合理有效地反映夜景照明对某些景观植物的影响。

从光源方面出发，传统夜景照明的光源能耗大、运行成本高，前人的研究已经指出了这种方式的夜间照明会对植物造成严重的影响。城市光源设备的安排选用中通常会结合景观植物，但是绝大部分是出于设计和视觉方面安排的，而对植物的生长和生理的考虑是次要的；从景观植物方面出发，城市的植物景观设计的研究已经很成熟了，植物的选取要结合当地气候、居民生活以及生态环境的需求。这2个部分在整个城市的规划建设过程中有重合但并不是着重考虑的部分，所以目前将夜景照明和城市景观植物这2个部分的结合还是不够详尽，文献也较少。相较于光照对植物影响的研究，城市夜景照明这种植物额外照明方式被考虑的较少，仅有的研究也只是很宽泛的描述了光污染的影响，并没有深入到具体植物的品种、影响程度。研究内容也处于一种初期定性和某些生理指标定量化描述阶段，并没有发展到用先进技术和手段进行研究方面。

城市夜景照明已经成为城市发展中非常重要的一个环节，已有的城市照明体系可能并未考虑它对景观植物的影响，所以要改变城市夜景照明对景观植物的影响单从照明设备或者植物种类入手是难以完成的。更需要规划部门在规划设计初期将该研究纳入设计之中，既需要能让夜景照明继续发挥它的作用，也需要减少其对景观植物本身生长发育的影响。

笔者准备在此后的研究中，确定研究范围，进行实地调查取样，利用先进仪器设备采集数据（叶绿素荧光成像、热释光、热耐受等仪器），统计分析然后定量给出具体的某个城市夜间照明对不同景观植物的影响程度。先进行某个区域的研究，然后扩大进行归纳总结。考虑从LED光源入手研究，因为LED作为新型光源在植物生长领域已经有了长足的发展，城市夜景照明也在大力发展LED光源。所以分析某个地区LED光源对一些景观植物生长的影响成为笔者下一步研究的重点。

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Night Lighting Effects on Plant Growth

Wang He,Zhang Beibei,Zhang Hui,Wang Peng
(Key Laboratory of Disaster Survey and Mechanism Simulation of Shaanxi Province/ College of Geography and Environment,Baoji University of Arts and Sciences,Baoji 721013,Shaanxi,China)

Firstly,we introduced the concept of urban night lighting and common urban greening plants;then, according to urban spatial distribution,we divided the night lighting and urban plants into different categories; finally,using the light source as the starting point,we summarized the plant growth and metabolism in photosynthesis under the light treatments(lighting quality,lighting time or lighting intensity).The current domestic and foreign research progresses in this field were analyzed and the relative deficiency of research on current urban landscape lighting and urban greening plants was pointed out.In conclusion,we put forward suggestions as using field survey and experiments to understand the influence of night lighting on urban greening plants,taking into consideration of the new light source LED,and arranging the urban lighting design for protecting urban greening plants.

Urban Night Lighting;Plants;Lighting Time;Lighting Quality;Lighting Intensity

S161

：A论文编号：cjas16110027

国家自然科学基金“氮磷配施对小麦水分利用效率影响的机理研究”(41601016)；陕西省科技厅自然基金项目“渭北旱塬区果园土壤有机碳库演变及截碳深度研究”(2015JM4136)；宝鸡市科技计划项目“宝鸡市旱作冬小麦水分利用特征及抗旱性研究”(16RKX1-14)；宝鸡文理学院大学生科研项目“光胁迫对黑麦草荧光特性的影响”(2016S032)；宝鸡文理学院项目“P2P电子商务信任机制研究”(ZK2017070)。

王荷，女，1991年出生，陕西西安人，硕士研究生，从事植物生态学研究。

张蓓蓓，女，1983年出生，河南沈丘人，副教授，博士，主要从事生态学研究。通信地址：721013陕西省宝鸡市高新大道1号宝鸡文理学院新区地环学院，Tel：0917-3566337，E-mail：zbb83101@126.com。

2016-11-21，

：2016-12-26。