3种植物和基材在种植槽式墙面绿化中的研究

罗先林, 叶建军, 吴亚蒙

(湖北工业大学土木建筑与环境学院，湖北 武汉 430068)

随着我国高度“压缩型”的城镇化进程加快，“井喷式”的开发建设致使城市趋于高密度发展，城市原有的生态平衡被打破，近年来大中城市出现的内涝、空气污染、“热岛效应”、雾霾和噪音等环境问题愈演愈烈[1-2]。怎样有效地应对和缓解这些环境问题，是当代城市绿色可持续发展亟待解决的难题之一。墙面绿化作为一种创新的城市绿化方式，享有“垂直花园”的美誉，不仅有净化空气、吸尘降噪、美化环境、提升景观、拓展观赏空间等诸多生态及社会效益，还具有节约资源、开发和带动一系列绿色产业链发展等经济效益，正越来越受到社会各界的广泛关注[3-4]。墙面绿化技术是墙面绿化应用及发展的关键和难点，常用的墙面绿化有种植槽式[5]、铺贴式[6]、水培式[7]、模块式[8]、攀爬式[9]等技术。其中种植槽式墙面绿化具有结构安全可靠、基材装量大、植物组合多样性等优势，是广泛采用的技术。然而，墙面绿化的外墙裸露于建筑物外，终年受风吹日晒，冰霜雨雪。因此，通常对应用于墙面绿化的植物、基材有严格的要求，植物必须具有耐寒、耐高温、抗倒伏等特性，基材必须具有保水肥、抗侵蚀、抗冲刷等特性。这些局限性对墙面绿化有一定的技术挑战性，影响了墙面绿化的广泛发展和应用。因此，如何正确选择适宜的植物、基材并有效地提高墙面绿化效果，是墙面绿化发展面临的重难点问题。

为此，以种植槽式墙面绿化为基础，选用亚热带常见的3种植物：佛甲草(SedumlineareThunb.)、麦冬(Ophiopogonjaponicas(L.f.)Ker-Gawl.)和葱兰(Zephyranthescandida.)，3种代表性的专利基材：泵送轻质基材[10]、种植块[11]和建筑垃圾[12]基材，进行试验研究，在6个月内对比观测不同墙面种植槽里植物的生长状态、盖度和高度变化，以对比3种植物和3种基材在种植槽式墙面绿化中的应用效果。

1 材料与方法

1.1 试验材料与基材配比

1.1.1 试验材料木板：购于湖工大东门外木料店。钉子、吸水条：购于湖工大南门外红星商场。锯子、卷尺、记号笔等工具：自备。表土：取自湖工大土建楼附近的表土。建筑垃圾：取自湖工大土建楼附件废弃的砖块、砼块，经铁锤捣碎。有机质：取自湖工大校园园林绿化植物(香樟和水杉)的枯枝落叶，经晒干后剪成碎片。陶粒、河沙、泥炭土、复合肥：购于南湖花木城。墙面绿化植物见表1。

1.1.2 基材配比采用上述材料配制3种墙面绿化基材，分别为种植块、建筑垃圾和泵送轻质基材。3种基材分别搅拌充分后待用。种植块基材：干燥骨料为浮石、陶粒、膨胀页岩组合，粒径5～40 mm，干燥水泥土为水泥与表土 (体积比) 15%∶85%；建筑垃圾基材：碎砖与碎混凝土(体积比)为85%∶15%混合物。泵送轻质基材：粗骨料为陶粒，细骨料为陶砂或珍珠岩砂，粘结料为泥炭土或改性粘土。基材配比见表2。

表1 墙面绿化植物表

表2 试验基材配方表

1.2 试验方法与现场试验

1.2.1 试验方法利用CAD，按照墙面绿化相关标准及规范画出种植槽式墙面绿化立面示意图，然后利用SU(草图大师)建模模拟墙面绿化试验(图1)。此试验仅研究墙面，模型屋顶不作研究。墙面绿化模型的尺寸为：长×宽×高1500 mm×1200 mm×2000 mm,东、南、西每面墙上分别设计安装3层种植槽，槽深100 mm，上下两层种植槽间距为400 mm。最后计算出模型所需材料的尺寸(长、宽)及种植槽的体积，并计算出所需基材量，形成完整可操作的试验设计方案。后期按照试验设计方案在指定时间(2019年3月23日、5月23日、7月23日、9月23日)对试验进行取样观测。

图1 墙面绿化示意图

1.2.2 现场试验现场试验分3个阶段：制作墙面绿化主体结构、配制填充绿化基材、栽种植物。第1阶段，制作墙面绿化主体结构：于2019年3月1日在湖北工业大学土建楼试验区开始，按照试验设计方案，将提前准备好的材料(木板、钉子等)，利用木工工具(锯子、锤子、卷尺、记号笔等)制作出现场的试验模型，于2019年3月5日完成。第2、3阶段，配制填充绿化基材和栽种植物：于2019年3月6日开始，按照试验设计方案，将吸水条连通每个种植槽，最后引至中层的储水槽中，中层储水槽通过吸水条向每个种植槽输送水分。同时将准备好的基材材料(表土、陶粒、河沙、有机质等)按试验方案分别配制成种植块、建筑垃圾和泵送轻质基材，用铁锹充分拌和待用，泵送轻质、建筑垃圾和种植块基材分别填充至对应的东、西和南墙的种植槽；将准备好的佛甲草、葱兰、麦冬分别栽种至对应的种植槽(每个种植槽各20株)，最后在每个种植槽里浇适量的水，于2019年3月8日完成(图2)。

图2 墙面绿化现场试验

1.3 测试指标与方法

1.3.1 植物生长状态观测植物生长状态是通过植物的根、茎、叶、花和果等表现出来的特征，不同时期有不同生长的特征，根据植物生长状态(叶片色泽、枯叶数、萎蔫等)可分为5个等级[13]。植物生长状态观测及评定方法：分别对试验模型的东、南、西墙面上种植槽里的佛甲草、麦冬、葱兰的实际生长情况进行观测，按表3进行综合评定、分级。

表3 植物生长状态评价

1.3.2 植物盖度测量盖度指植物地上部分投影面积占地面的比率，佛甲草成坪速度快慢反应盖度变化见文献[14]。盖度测量方法：在试验模型的东、南、西3面墙，9个种植槽的正上方，垂直高度约30 cm，向下拍照。采用PS软件对观测照片进行分析，计算相应种植槽里的佛甲草、麦冬、葱兰，在基材上的投影面积，然后计算其盖度。

1.3.3 植物高度测量植物高度一般指从地面到植物顶部的平均高度，是植物最为直接和简单的特征[14]。高度测量方法：在试验模型的东、南、西3面墙，9个种植槽里的佛甲草、麦冬、葱兰分别用直尺进行测量，并归类记录，计算相应种植槽里的佛甲草、麦冬、葱兰的平均高度。

2 结果与分析

2.1 植物生长状态

第1次(2019年3月23日，下同)观测时，东、南和西墙：佛甲草、麦冬、葱兰已种植15 d，3墙差异不明显，3种植物叶色逐渐恢复绿色，萎蔫状态逐渐消退，主茎恢复挺立。第2次(2019年5月23日)观测时，东、南和西墙：佛甲草均开了黄色小花，尤其南墙建筑垃圾基材的佛甲草开花最旺盛。第3次(2019年7月23日)测量时，东、南和西墙：佛甲草、麦冬和葱兰茎叶粗壮、叶色鲜绿，尤其西、南墙的植物长势最佳。第4次(2019年9月23日)测量时的植物生长状态见表4，东、南和西墙：麦冬、葱兰均枯死，佛甲草有不同程度的萎蔫、倒伏，其中：南墙种植槽的佛甲草生长状态良好。

表4 试验植物生长状态评价(第4次观测)

2.2 3种植物盖度变化情况

3种植物在种植槽式墙面绿化的盖度变化情况见图3，图中横轴表示测量时间，纵轴表示指标的数量大小，每次取样时间间隔2个月。第1次测量时，建筑垃圾基材、种植块、泵送轻质基材上相应的佛甲草、麦冬、葱兰盖度均较小，分别为：40.4%、25.1%和12.6%。第3次测量时，每个种植槽里的佛甲草、麦冬、葱兰盖度达最大，其中：建筑垃圾基材的佛甲草盖度达100%，泵送轻质基材的麦冬盖度达78.8%，种植块的葱兰盖度达61.8%。第4次测量时，种植槽里的佛甲草的盖度有所下降，麦冬、葱兰的盖度为0(死亡)。

2.3 3种植物高度变化情况

3种植物在种植槽式墙面绿化的高度变化情况见图4，第1次测量时，建筑垃圾基材、 种植块、 泵送轻质基材上相应的佛甲草、 麦冬、 葱兰高度均较小，分别为： 5.2 cm、8.1 cm和4.7 cm。 第3次测量时，每个种植槽里的佛甲草、麦冬、葱兰高度达最大，其中：建筑垃圾基材的佛甲草高度最大(32.1 cm)、 泵送轻质基材的麦冬高度最大(29 cm)、 种植块的葱兰高度最大(21.5 cm)。 第4次测量时，种植槽里的佛甲草的高度有所下降，麦冬、 葱兰的高度为0(死亡)。

(a)佛甲草高度变化

(b)麦冬高度变化

(c)葱兰高度变化图 4 植物在基材上的高度变化情况

3 结论与讨论

本试验以种植槽式墙面绿化为基础，选用了3种常见植物和3种代表性的专利基材进行试验，半年内4次对墙面绿化种植槽里的3种植物进行观测，得到以下结论：相比于麦冬、葱兰，佛甲草在种植槽式墙面绿化的效果更好；3种植物在种植槽式墙面绿化的盖度排序：佛甲草>麦冬>葱兰；佛甲草在建筑垃圾基材上生长最优，麦冬在泵送轻质基材上生长最优，葱兰在种植块基材上生长最优；南墙种植槽的佛甲草生长最佳，西墙种植槽的麦冬、葱兰生长最佳。

本研究发现种植槽式墙面绿化的3种植物的形态呈现：“萎蔫-恢复正常-枝叶繁茂-萎蔫”的趋势，尤其是麦冬、葱兰表现明显。产生此现象的原因可能是：植物栽种后萎蔫，移栽时根有一定程度的损伤，无法正常的从基材里吸收养分来供给各器官；植物恢复正常，经过一段适应时间，植物各器官(根、茎、叶等)恢复正常功能，吸收养分、运输能量、进行光合、呼吸作用等；植物枝叶繁茂，随着植物各器官不断的吸取养分，根部发达、茎叶粗壮，新陈代谢旺盛，生长茂盛；植物最终萎蔫，2019年夏季持续的高温，加上罕见的干旱天气，植物缺水严重致死。表明进行墙面绿化时，要配备适合的浇灌系统(如：滴灌)[15]。

本研究发现佛甲草、葱兰和麦冬分别在建筑垃圾、种植块和泵送轻质基材的生长最佳(茎叶粗壮，叶色鲜绿)。产生此现象的原因可能是：建筑垃圾基材里的碎红砖、碎砼颗粒相对大，且表面孔隙、裂纹较多，团粒结构好，可储藏水分和养分，佛甲草须根发达，能快速吸取养料，生长迅速[16]；种植块有陶粒和少量的水泥土，基材空间结构好，排水通畅，且有一定的黏性，尤适葱兰生长；泵送轻质基材里有小粒径的陶粒、粘结料和有机料，基材呈微碱性，有一定的和易性，肥沃湿润，尤适麦冬生长。表明进行墙面绿化时，不同的植物要专门配制满足其生长习性的特殊基材。

本研究发现南墙种植槽的佛甲草、麦冬和葱兰的形态、盖度和高度最佳，西墙次之，东墙最次。产生此现象的原因可能是：在北半球中纬度地区的建筑物，一天中，南墙获得太阳光照射时间最长，西墙太阳辐射强，东墙太阳辐射次之，而植物在生长期，需吸收大量阳光，进行光合作用，满足各器官(根、茎、叶等)的生长[17]。表明进行墙面绿化时，针对建筑物不同墙面获取阳光时长及辐射强弱的差异，有针对性的对不同墙面应用喜光或喜阴的植物。

笔者主要从华中亚热带气候区对佛甲草、葱兰和麦冬在不同基材的种植槽式墙面绿化中的应用进行了研究。墙面绿化植物生长的优劣取决于很多因素，不仅与种植基材、水分、植物类型等因素有关，还与通风性、光照、温度等因素密切相关。北半球亚热带气候区，建筑物夏季东、南墙受东南风影响大，冬季西、北墙受西北风影响大；建筑物不同朝向的墙面光照时间、太阳辐射强度在一年中的不同时间段(尤其夏、冬季)有较大差异(上文中有讨论)[18]。本墙面绿化试验由于场地限制，与实际的建筑物墙面绿化存在一定的差异，后期结合实际墙面绿化项目，进一步探讨其中规律。其适用性还可从其他不同气候区、墙面绿化类型等方面进行探讨，有待后续拓展研究。