刘悦明 孙苗苗 余铭杰
城市的快速发展导致城市绿化用地缺乏,为了缓和钢筋水泥带来的压迫感,通过垂直绿化增加绿化面积,是近些年绿化研究和应用的主要方向。墙面垂直绿化(以下简称“绿墙”)形式独特、土地利用率高、艺术表现效果出色。尽管近年来垂直绿化已经广泛应用于各大城市,但我国绿墙的应用还属于初级阶段,只有在上海、深圳、香港、台湾等城市和地区发展较快[1],其中,上海世博会主题馆的植物绿墙,单面长近200 m,高约26 m,总面积达5 000 m2,是世界上已建的面积最大的植物绿墙[2]。
广州市的绿墙多用于室外,光照条件差异较大。高大建筑物的背面,光照一般为6 000~8 000 Lux,立交桥下外侧面,光照在4 000 Lux以下,最低只有1 000 Lux。庞灿[3]等在研究广州市绿墙的应用中发现,在缺乏阳光的绿墙上,由于植物选择不当造成枯萎的现象较为严重。因此,开展绿墙植物耐荫性的研究,筛选耐荫的植物用于光照较弱的绿墙,是提高绿墙观赏效果、延长观赏期的重要技术关键。本文选取13种绿墙植物研究其耐荫性,为广州市绿墙的耐荫植物筛选与应用提供理论依据。
试验于2017 年5—10 月在广州市林业和园林科学研究院东平基地(38°39′27″N,104°04′58″E)进行,该地属亚热带季风气候,年平均温度21.8℃,1 月份平均温度13.3℃,7 月份平均温度28.7℃,日平均温度超过25℃主要集中于5—9 月;降雨量为1 600 mm,4—9 月降雨量占全年的81.8%,有明显的旱季和雨季之分。
试验材料为鹅掌藤Schefflera arboricola、 红 背 桂Excoecariacochinchinensis、红花檵木Loropetalum chinensevar.rubrum、 肾 蕨Nephrolepis cordifolia、彩虹竹芋Calathea roseopicta、波 士 顿 蕨Nephrolepis exaltata、 孔雀 竹 芋Calathea makoyana、 吊 兰Chlorophytum comosum、天门冬Asparagus cochinchinensis、红边龙血树Dracaena marginata‘Colorama’、 花 叶 小 蜡Ligustrum sinense、 山 菅 兰Dianella ensifolia、 络 石Trachelospermum jasminoides共13 种植物。其中鹅掌藤为生长25 d 的扦插苗,其他植物为生长2~3 月的植株。各种植株之间长势一致,生长健壮,栽培土壤为常用的泥炭与黄泥混合绿墙栽培基质,养护为常规养护管理。
表1 不同光照处理下13 种植物叶厚度的结果分析表(单位:mm)
用不同规格的遮荫网,设置1个对照和3 个处理。处理Ⅰ(对照):100%全光照,不搭遮阳网,测得光照强度为33 000~50 000 Lux。处理Ⅱ:50%光照,用遮光度为50%的遮阳网搭建,光照强度为18 000~26 000 Lux。处理Ⅲ:25%光照,用遮光度为75%的遮阳网搭建,光照强度为7 500~12 000 Lux。处理Ⅳ:10%光照,用2 层遮光度为45% 的遮阳网搭建,光照强度为3 400~4 600 Lux。
试验期间每天早中晚测量1 次各个遮荫处理的光照度,每种植物各个处理3 次重复,每个重复20 盆,共60 盆。试 验 从2017 年5 月8 日开始,将买回的植物进行扦插,幼苗进行分苗,放入到各个处理,从2017 年7 月10 日—9 月10 日,对植物的表型进行跟踪观测,处理结束后对数据进行采集,采集时间为9月10 日、9 月25 日和10 月10 日(叶面积、叶厚度当天采集当天测量,叶绿素当天采集后马上放入干冰到实验室测量),采集数据后进行分析。
1.4.1 叶厚度、叶面积的测定
将每种植物的每个处理随机选取8 株,共24 株作为样本,每个样本植株上选取顶芽以下第5 片成熟叶片,或由内向外的第5片成熟叶片,用游标卡尺测量其叶厚度值,精确到0.01 mm,将叶片置于扫描仪上扫描,将得到的图形,利用AutoCAD软件统计每片叶面积,取平均值作为叶面积的值,精确到0.01 cm2。
1.4.2 叶绿素含量测定
将每个处理下的每种植物的叶片剪成宽1 mm 的细条,用80%丙酮提取叶绿素,室温下置于暗处保存,待叶片完全发白,用紫外可见分光光度计TU1800 对提取液在663 nm 和645 nm 波长下进行测定,叶绿素a和叶绿素b 的值由2 个波长下的吸光度决定,每个处理3 次重复[4]。
研究结果表明(表1),不同光照强度处理下,多数植物的叶片厚度在p=0.05 水平上存在显著差异,其中络石、花叶小蜡、红花檵木差异较大,而山菅兰、天门冬、红背桂没有显著差异。有研究表明大部分植物经遮荫处理后叶片会变薄,变薄越多且差异明显则说明耐荫性越强[5]。在这13 种植物中,孔雀竹芋、吊兰、肾蕨、鹅掌藤的叶厚度都随着光照的减弱不断变薄,在光照强度为10%时最薄,且与其他处理具有显著差异,表明它们的耐荫性都较强。波士顿蕨和彩叶竹芋的叶厚度在4 个处理下有波动,波士顿蕨在处理Ⅱ到处理Ⅲ叶面厚度有增加,但差异不大,它的最强光照和最弱光照的叶片厚度相差0.1 mm,是所有植物里相差最大的,说明它耐荫性最强。彩叶竹芋的叶厚度在处理Ⅱ下比在处理Ⅰ下厚,是由于处理Ⅰ下叶片被阳光灼伤变薄,在后面的弱光处理下不断变薄,说明它耐荫性较强。部分植物存在叶厚度随着光照的减弱而增加的情况,如络石、花叶小蜡、红花檵木、红边龙血树,说明它们耐荫性较差。
研究数据分析(表2)可知,除山菅兰、花叶小蜡、红花檵木外,大部分植物的叶面积在不同光照处理下存在显著差异。有研究表明,耐荫性强的植物为适应弱光,其茎不会徒长,而是尽量扩大叶片,因此,在光照不断减弱的情况下,叶面积增大明显说明它们耐荫性越强[6]。孔雀竹芋的叶面积在Ⅳ处理下最大,说明它最耐荫。络石、吊兰、肾蕨、天门冬、波士顿蕨、红背桂、彩虹竹芋在遮荫处理下叶面积不断增大,在Ⅲ处理下叶面积最大,但在Ⅳ处理下叶面积变小,说明它们较耐荫,但不能适应极弱光环境。红边龙血树的叶面积在全日照下最大,说明它耐荫性较弱。
由于叶绿素a 在红光带吸收长光波方面较多,叶绿素b 在蓝紫光带吸收短波较多,故荫生植物的叶绿素b 含量相对阳生植物较高,叶绿素a/b 的值也相对较小,能提高植物在弱光环境中吸收远红外光的能力,因此在光照不断减弱的情况下,耐荫植物的叶绿素a/b 会不断减小,减小多且差异明显的植物较耐荫[7]。由研究数据(表3)可知,大部分植物的叶绿素a/b 值随着光照的减弱不断减小,而且在不同光照处理下存在显著差异,其中孔雀竹芋下降幅度最大,为29%,说明孔雀竹芋最耐荫;红边龙血树下降最小,其下降幅度为8%,说明红边龙血树最不耐荫。因此,若以在弱光区(即Ⅳ处理)植物叶绿素a/b 的比值来判断耐荫性,可判断这些绿墙植物的耐荫性由强到弱的顺序为:孔雀竹芋>络石>彩虹竹芋>红背桂>肾蕨>波士顿蕨>鹅掌藤>吊兰>山菅兰>红花檵木>天门冬>花叶小蜡>红边龙血树。
表2 不同光照处理下13 种植物叶面积的结果分析表(单位:cm2)
经过3 个月的生长,不同光照处理下的13 种植物形态特征发生了很大变化(表4)。在全光照处理下,由于光照太强,很多植物的叶片被阳光灼伤。波士顿蕨和肾蕨的叶片被阳光灼伤严重并干枯,彩虹竹芋和孔雀竹芋的叶片出现黄斑,吊兰的叶子卷曲。处理Ⅱ下所有植物的观赏性能良好,尤其是肾蕨、波士顿蕨、孔雀竹芋和彩虹竹芋,叶片大而薄,且叶色鲜嫩,与表1 和表2中的数据相吻合。少部分植物的形态变差,红背桂、花叶小蜡长势变差,叶片变少。Ⅳ处理下很多植物长势变差,花叶小蜡和红花檵木的叶子严重脱落,而孔雀竹芋和波士顿蕨长势却较好,有少许新叶。鹅掌藤在4 个光照处理下长势都较好,变化不明显。
表3 不同光照处理下13 种植物叶绿素a/b 比较
表4 不同光照处理下13 种植物的形态观测记录表
遮荫对植物的影响常表现在植物的形态、生理、生化等众多指标上,因此对植物耐荫性的评价,应该是对其观察指标进行综合分析判断,才可以更加准确[8]。本文选择了与植物耐荫性相关的叶厚度、叶面积、叶绿素a/b 和外观形态特征等多个指标进行综合分析,将每个指标的排序进行加和求平均值,得到13 种植物的耐荫性,由强到弱为:孔雀竹芋>波士顿蕨>络石>鹅掌藤>彩虹竹芋>红背桂>肾蕨>吊兰>天门冬>山菅兰>红花檵木>花叶小蜡>红边龙血树。
结合实践应用分析,孔雀竹芋、波士顿蕨、络石在光照极弱的10%光照处理下依然能存活,在综合指标里排名前3位,说明它们极其耐荫,是光照不足5 000 Lux 的绿墙首选植物。彩虹竹芋、红背桂、肾蕨的综合指标排名在中上位置,表型观测在Ⅱ处理和Ⅲ处理下形态生长良好,但在Ⅳ处理下变差,说明它们较耐荫但不能适应极弱光环境,可以运用于光照6 000~8 000 Lux 高大建筑物的背面。红花檵木、花叶小蜡、红边龙血树综合指标排名倒数3 位,生长状况在全光照下最好,在遮光条件下生长较差,因此在绿墙运用中,可结合其艳丽色彩,种植在阳光较充足的地方为绿墙做点缀。鹅掌藤在4 个光照处理下生长状况都较好,而且差异不明显,说明鹅掌藤可适应光照范围很广,在实际运用中也证明,鹅掌藤不仅可以适应各种光照强度,其他的适应性也非常强,不用经常更换,是广州绿墙植物的首选。吊兰在耐荫性综合评价中耐荫性较强,但在Ⅱ处理和Ⅲ处理下生长都较差,还大量死亡,可能是因为摆放过于紧密造成的,有研究表明吊兰性喜温暖湿润、通风、凉爽的半荫环境,不宜摆放于光照强烈的地方[9],但绿墙大多种植紧密,所以吊兰不太适合作为绿墙植物。