广州市轻荷载建筑屋顶绿化生态设计模式的探讨

李慧明

摘要：目前，广州市老城区十年楼龄以上住宅屋顶绿化中，研究和实施较多的是3-5cm厚覆土的景天植物屋顶绿化种植模式，这种模式在城市环境改善方面还存在着不足。针对广州市政府提出的大面积推广屋顶绿化政策，本文拟筛选出适合广州轻荷载建筑屋顶绿化种植的植物种类以及基质，整合出一套较为合理的屋顶生态绿化模式，有效解决城市生态环境恶化问题。

关键词：广州 屋顶绿化 模式

Abstract: at present, guangzhou is ten years old above residential roof afforestation, the study and implementation of the more is 3-5 cm thick turns the soil view of roof afforestation plants grow day model that in urban environment improvement still have some defects. In guangzhou government proposed the widespread roof afforestation policy, this paper screen for guangzhou light load building roof afforestation plant plant species and the matrix, the integration of out a more reasonable the roof ecological greening model, effectively solve the worsening ecological environment problems.

Keywords: guangzhou roof afforestation model

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

正文：目前，屋顶绿化植物耐旱耐热性研究较多，一些学者和专家通过实验选出了部分耐旱耐热品种，如景天科植物的佛甲草、绿景天、中华景天、胭脂景天等。广州屋顶绿化也不例外，在一些粗放式的屋顶绿化中主要应用的是景天植物，而且这些植物所依赖生长的土层也只需3-5cm厚，基本可以满足各类建筑屋顶的承重条件。但是从生态意义上来说，这种绿化模式有它的不足之处。景天植物不管是覆盖厚度还是叶面积指数，对于固碳释氧、滞尘净化空气方面有所不足；3-5cm的土层对屋顶环境的降温效果也不明显；而且长期单一品种所暴露的虫害和病害问题等，需要我们寻求更佳的绿化模式。那么究竟选多厚的土层、选哪种基质，既可以带来最佳的降温效果又可以满足低承重屋顶的要求；第二，究竟选何种植物如何配置可以充分发挥其绿化植物的生态效应（如固碳释氧、降尘除噪、净化空气）呢？这是本文考虑之处，并且希望通过这些方面的研究能总结出一套具有良好生态效益的粗放型屋顶绿化模式，为广州实施大面积屋顶绿化提供一些参考。

一、屋顶绿化基质的选择

屋面楼板荷载有限，要承受上面的种植土、园林植物、园林建筑及其它构筑物，如果再采用传统的种植土壤（如田园土），很难满足屋顶的荷载要求，其重量为1500-1800 kg／m3，如覆土厚度为0.15m，其增加荷载约225-270kg／m2，往往超过了一些旧式建筑承重的设计允许值。因此近年来一些有关屋顶花园基质的研究相继出现，采用人工配方制作出轻型基质来减少种植土的重量，同时保证植物在屋顶上能良好生长。

目前广州立体绿化运用最多的就是园林植物废弃物堆制的复合型立体绿化专用栽培基质，重量为500-600 kg／m3，如覆土厚度为0.15m，其增加荷载约75-90kg／m2，这是大多数低荷载建筑屋顶可以承受的重量。

国外经常使用的人工介质有多孔页岩、板岩或多孔粘土，和国内相比这些材料蓄水能力更强，营养更丰富，而且价格低廉。另外使用较多的土壤改良剂还有硅藻土，这种介质目前国内也开始出现。与多孔页岩一样可以吸收并保存植物所需养料和水分且不易分解。这种介质习水性好、质地疏松，并能通过毛细作用向土壤层上方输送富含养料的水分，因而使用硅藻上进行培育的植物，体积可以增大40%。这一优点是同类型产品所无法比拟的。

种植基质的种类和覆盖厚度直接影响屋顶绿化的景观效果，除此之外，基质的厚薄将会对建筑屋顶降温效果带来差异。如冯雅、陈启高的研究结论，当土壤深度大于0.15m后，白天屋内温度趋于稳定，因此种植屋面土壤的厚度宜控制在0.2m以内，以减少屋面结构荷载。0.2m厚土层可以满足较多低矮灌木的生长需求，使屋顶绿化植物多样化。

二、屋顶绿化的生态效应及植物选择

2.1屋顶绿化降温增湿能力

①降低“热岛”效应

屋顶绿化不仅起到美化城市的作用，当屋顶綠化的规模达到一定程度时，它将在城市上空形成巨大的绿色生态网络，利用植物对热量的缓冲作用，通过蒸发水分散热功能，可以很大程度地降低“城市热岛”温度。

笔者于2010年7月选择一个有部分绿化的十层住宅楼顶进行了温度测试（如图1），在距绿化屋面的不同高度分别布置不同测点，得出结果：绿化屋顶温度的日变化，跟太阳辐射有着密切的关系。随着太阳辐射的增大，气温升高，铺装屋面和绿化屋面的表面温度均升高，但由于热容量的不同，铺装屋面的温差最大，绿化屋面的变化最小；在午后的高温时段，绿化屋面的降温效应最为明显，并随着时间的推移进入一个平稳的降温阶段；从14：00开始，随着气温开始下降，水泥屋面温度下降迅速，而绿化屋面的表面温度也持续缓慢下降。绿化屋面的这种表面温度变化特点可以形成一个良好的冷却面。

据计算，绿地面积增加1%，城市气温可降低0.1℃；当全市屋顶绿化面积达到6-7%后，预计热岛效应可减弱20%。目前广州市区内有屋顶面积约4000万平方米，如能尽可能地将城市建筑屋顶绿化起来进行绿化，那么城市上空的温湿度将有很大程度的改善。

屋顶绿化的降温效率不仅与绿地面积成正相关，还与屋顶绿化覆盖层的厚度有一定关系，即与植物的生物量有关。因此研究绿化屋顶结构和生物量的降温效果，对进一步推广屋顶绿化有着积极的意义。屋顶绿化时，在可能承重的条件下，尽量选择乔灌木混搭结构配植，增加绿地的绿量；在选择相同类型的植物时，应选择绿量大的植物，这对于更好地发挥植被屋面的降温作用有着积极的效果。比如灰莉、桂花、金脉爵床、连翘、鸭脚木等灌木的叶片较为茂盛，单位面积植物绿量相对较大，在配植时可优先考虑。

②调节空气湿度

由于蒸腾作用，植物的根系从土壤中吸收的液态水变成气态水向空气中散发，从而提高周围空气的湿度。据测定，在干旱的季节里，每平方米面积的树林，每天能向空中散发大约6kg的水。同时，这些所蒸腾的水汽在空中凝聚，生成降水，直接地增加湿度。

2.2屋顶绿化固碳释氧能力

植物通过光合作用将简单的无机物(CO2和H2O)合成碳水化合物，然后再转化为蛋白质、多糖等复杂的有机物质；通过呼吸作用吸入CO2释放O2，维持了自然界的碳氧平衡。不同类型的地被植物，其固碳释氧量是不同的。从总趋势看，灌木类地被植物光合速率值比草本和藤本地被植物高。不同类型地被植物之间，其固碳释氧能力存在着差异，原因可能与叶片接受光照的多少及叶片的结构有关；即使同一类型地被植物，其固碳释氧能力也是不同的。通过综合分析，本文选出固碳释氧能力较强的灌木地被类植物品种，如簕杜鹃、扶桑、马缨丹、金叶假连翘、金脉爵床、海桐、蜘蛛兰等，其单位叶面积年固碳量大于6000g/m2·a。

2.3屋顶绿化净化空气能力

广州城市上空SO2、NO2等呈显著上升趋势，综合污染指数增大，SO2质量浓度超过二级标准的0.32倍 [1]，致使酸雨频率加大，甚至高达68.9%；CO、PM10、PM2.5等指标仍保持在二级环境质量标准以下，按照WTO对发达国家PM2.5最严格的安全标准，即超过0.01mg/m3即为“不健康”计算，广州2011年11月15日子夜时数据已达到0.137mg/m3，超过近13倍之多。这些悬浮颗粒物粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长，输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。城市上空另一种污染物就是街道空气中挥发性有机物（如苯的化合物），主要表现为单环芳烃和卤代烃等烃类化合物。

这些污染物达到一定浓度时将对人体健康以及植物的生长带来不利的影响。相反，植物在低浓度范围内吸收多种有毒气体和阻滞尘埃，使污染空气得到净化。屋顶绿化植物净化空气能力大小与植物个体叶面特性、树冠结构、绿地规模、种植状况有关。一般来说，对于总叶面积大、叶面粗糙、长有绒毛、皱褶和能分泌黏液的屋面植物，其阻挡、过滤和吸附空气尘埃的能力尤为显著。目前使用频度较高的地被植物如金露花、蟛蜞菊、马缨丹、地毯草、杜鹃、鸭脚木、六月雪、雪茄花、常春藤、沿阶草等，滞尘效果较好的有六月雪、雪茄花、杜鹃、马缨丹、常春藤、沿阶草等种类，其中马缨丹和杜鹃的叶片均较为粗糙并长有绒毛。另外，柏科植物的滞尘效果也是非常明显的，如龙柏的滞尘量达到4.5mg/cm2，比杜鹃、金露花等地被植物的滞尘量（在1.0mg/cm2以下）还高得多。在对毒气的吸附净化时，龙舌兰、芦荟和常春藤等低矮植物对苯和甲醛净化能力强；黄花夹竹桃、鸭脚木、灰莉等对SO2、Cl2吸收净化能力强。

三、低承重屋顶绿化种植设计模式

3.1低承重屋顶绿化种植设计模式

根据屋顶绿化植物的性能和生长特性，选择习水性好、质地疏松的硅藻土或多孔粘土，总结出低承重屋顶绿化的种植模式。在这些模式中，必须遵照承重要求，并符合相关绿化模式的构成进行规划、设计和施工。如表 (a、b)

3.2屋顶绿化种植设计模式的适用性

为了达到改善城市环境的目的，屋顶绿化既要保持一定数量的植物种类，又要克服植物恶劣生长环境以及建筑物有限的荷载。因此，根据建筑本身的结构特点，选用不同的种植形式是屋顶绿化安全、精美的保证。本文所作关于植物种植模式的探讨，只是在现有条件下，对于已建成屋顶的可能采用的绿化形式进行了初步的探讨，旨在说明，对于大部分的已建成屋顶，利用轻量材料、适宜的植物种类完全可以实现屋顶绿化，特别是模式（a）和模式（b）基本能适应广州城区大部分的建筑屋顶。本文所总结的绿化模式希望可以对于屋顶绿化的推广以及应用起到一定的作用。在实际的设计中，根据屋顶承载力及种植形式的配合和变化，通过不同的种植模式可以形成的丰富植物景观，使屋顶绿化产生不同的特色。

3.3设计实例

以下是以笔者所居住的建筑樓顶为例，综合以上内容设计开敞型轻型屋顶绿化。该楼是旧城区二十年楼龄的建筑，平均承重约250-300kg/m2，总面积约为500m2，空地面积约460m2。设计铺装面积100m2，约占总面积的22%，绿地面积260m2，约占总面积的52%，其余（水塔、梯间、排水沟）占26%。设计中综合屋顶绿化的降温增湿、净化空气、固碳释氧各方面的能力布置种植层结构和配置植物。中心地区覆基质土15cm，以佛甲草、胭脂红景天、绿景天等为主进行种植；周边及建筑梁柱附近覆基质土40-50cm，以灰莉、簕杜鹃、夹竹桃、鸭脚木、桂花、金脉爵床、五叶地锦等进行灌木地被混种。

四、小结

本文对屋顶绿化在固碳释氧、净化空气、降温增湿方面进行了初步的探讨，通过植物、基质材料和基质层厚度的选择勾勒出了一个粗放型的屋顶绿化模式。由于条件和时间的限制，加上笔者知识有限，该探讨结果还存在一定的局限性。在今后的屋顶绿化设计工作中应更好地比较植物对屋顶环境的适应情况，加强对屋顶环境的研究，特别要加强适用于屋顶绿化植物在固碳释氧方面的研究，为城市环境的改善提供有力的条件，为城市在节能减排、低碳环保的可持续发展中做出贡献。当然，面对城市化现象中如此错综复杂和多变的城市环境问题，不是仅靠一项举措就能够彻底扭转局面。城市问题的最终解决还要依靠人类理性的反思和发展科学技术来对城市进行环境综合治理，恢复和再生良性循环的城市生态。

参考文献：

[1]赵利容.广州城区街道毒害空气污染物暴露特征及其来源分析[D].中国科学院广州地球化学研究所,2005

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。