对十种屋顶绿化基质的理化分析

张鹏骞，白加德，谷林林，刘艳菊，姚延梼，朱明淏

（1.北京生物多样性保护研究中心，北京 100076；2.晋西工业集团有限责任公司，山西 太原 030027；3.山西农业大学林学院，山西 太谷 030801）

1 前言

屋顶绿化被形象地比作城市的 “第五面” 绿化，是城市园林绿化发展的延伸，是改善城市生态环境的重要途径，是海绵城市建设的主要方法之一。基质作为支撑植物提水、气、肥的重要媒介[1]，对屋顶绿化植物的成活率起到了决定作用[2]。无论是“密集型” 还是 “开敞型” 屋顶绿化形式[3]，基质的含氮量、含磷量、含钾量、有机质含量及水分因子等影响肥力的因素成为衡量基质应营养供给能力的重要特性。

2 轻型固态基质研究概述

基质作为一个较宽泛的概念，一般理解为能够为植物提供营养的物质，有别于土壤的是基质往往有多种物质构成。从相态来区分，基质可分为固态基质和液态基质两种。基于屋顶绿化的操作实践，轻型固态基质为最佳选择。

龙腾等[4]对桉树扦插育苗研究表明：以炭化木糠和黄心土以2:1 的容积比获得的轻型基质，干重和湿重最轻。韦小丽等[5]则选用炉渣、锯木屑、树皮粉、蔗糖渣、稻草粉及泥炭等6 种常见材料对湿地松进行栽培试验，发现树皮粉效果最佳，锯木屑效果最差。贾宏炎等[6]以黄心土和森林表土以容积比1:1 配比基质对马尾松和湿加松育苗试验，结果表明松皮粉是促进幼苗苗高、地径的主要因素。蒙彩兰[7]、黎明[8]和吴光枝等[9]以不同树种容器苗为实验材料对轻型基质进行测定时发现松皮粉、锯末、炭化锯末、沤制锯末等材料进行配比可获得较好的效果。沈云等[10]以椰糠、泥炭土及黄心土作为桉树扦插的轻型基质，试验表明以容积比为椰糠、泥炭土、黄心土以2:4:2 的容积配比可有效提升幼苗升生根率、平均根数、每株根长度等生理指标。刘德朝等[11]通过降香黄檀容器扦插育苗技术试验研究，表明以泥炭、木屑、树皮、红心土以3:3:3:1 的容积配方最佳，扦插生根率高且生根数多。

《北京市地方标准——屋顶绿化规范》[12]中对屋顶绿化基质的选用提出了建议，即选用田园土、轻质骨料、腐叶土、蛭石、沙土、草炭、松针土、珍珠岩等材料按照不同配比形成改良土。谭天鹰[13]对北京屋顶绿化配置提出了经济环保、适宜植物生长、施工简便的三原则，并归纳了北京屋顶绿化轻型基质常用材料为牛羊粪、蘑菇菌种或城市垃圾粉碎、经高温杀菌发酵后形成的有机肥、草炭土和田园土等。

3 材料与方法

3.1 试验地概况

本次试验在北京生物多样性保护研究中心——“生物多样性保护研究实验室” 内开展，位于北京市大兴区南海子地区(39.78N, 116.47E)，平均海拔约27m，属于暖温带半湿润大陆季风气候，四季分明。

3.2 基质配比

本试验以前人研究为基础[14]，利用生产生活中常见的醋渣、松针、菇渣等材料为基质的主要组成材料，将上述材料经粉碎并充分腐熟；再分别与粉煤灰、树皮粉、锯末、羊粪等以不同的体积比混合而成（见表1）。其中，粉煤灰、树皮粉和锯末过2.0 mm 土筛。

10 种不同基质按照表1 配比而成，经过充分混合后，分别置于直径15 cm×高20 cm 的塑料制植物栽植盆中。每种基质盛放30 盆作植物栽植试验（A 组）；其余10 盆用作理化分析测定（B 组）。

表1 不同基质配比表Table 1 The different substrates proportions

3.3 植物选择及移植

3.3.1 葛萝槭扦插苗

葛萝槭具有独特的观赏特性，对葛萝槭进行开发利用，对城市园林建设具有重要的意义[15]。本试验选用健康无病虫害的一年生葛萝槭扦插苗为实验材料。于2016 年3 月在北京生物多样性保护研究中心生态学实验室内将扦插苗移植于盛放有不同基质的栽植盆内，每种基质栽植10 株×3 次重复。

3.3.2 扦插苗移植

移植时先在栽植盆底部装填少许基质；将已经修好根的苗木摆在栽植盆中央，每盆栽1 株；一手持苗，一手将剩余基质填入，装填基质的同时不断敲击栽植盆，使基质与苗木根系紧密接触；填满土后轻提苗木，使根系舒展开；从上面将土压实，土面略低于袋口；最后浇定根水，使基质水分达到饱和。

3.4 基质取样

A 组：待葛萝槭扦插苗在栽植盆内生长10 d后，从不同基质中随机选取扦插苗，将扦插苗缓缓连根取出，再将基质混匀后装入采样袋待测。B组：基质由表层到底层依次选取，然后混合均匀，装入采样袋待测。

3.5 试验方法

基质含水量采用烘干法[16]测定；基质容重采用环刀法[17]测定。全氮采用碱解扩散法[18]测定；有机质采用重铬酸钾容量法—外加热法[19]测定；全钾采用HNO3—H2O2体系微波消解，原子吸收分光光度法（火焰法）[20,21]测定；全磷采用HCIO4—H2SO4消煮法[22]测定。

3.6 数据分析

本次试验所采集的基质物理性质数据，及葛萝槭幼苗扦插试验数据均利用SPSS 20.0 软件进行分析。并利用Excel 2010 形成表格。

4 结果与分析

4.1 不同基质物理指标的测定结果

水分是植物生长必不可少的重要肥力因子之一[23]。通过表2 可以看出，7 号基质容重最大，达到0.4495g/cm3；4 号基质容重最低，为0.2996g/cm3。生产实践中，通过降低土壤容重能够起到增加土壤孔隙度、提高土壤的渗透性能、减少蒸发、减少水土流失的效果[24]。在本研究中，基质相对含水量最高的是10 号基质，达到59.14%；反之，相对含水量最少的是3 号基质，仅有15.66%。研究表明，基质含水量与植物生长量、总蒸腾耗水量和作物水分生产率均有极显著影响[25]。通过对彩叶草和网纹甜瓜的观察，发现针对不同的植物类型应选择含水量适中的基质，以促进植物的正常生长；含水量过高或过低都有可能造成植物的死亡[26,27]。

表2 同基质容重与水分含量的测定Table 2 The measurement of different substrates bulk specific gravity and moisture content

考虑到屋顶这一特殊的植物栽植环境，基质相对含水量较大的基质如10 号、7 号、5 号及2 号可以被运用到抗旱性较差的植物栽培中；容重小的基质如4 号、6 号等则可以运用到植物根系对土壤间隙要求较低的植物栽植中。

4.2 葛萝槭栽植对基质化学性质的影响

土壤有机质和全氮是土壤肥力的重要指标[28]。研究显示，醋糟含量是影响基质全氮的关键因子[29]。通过对本研究中10 种基质的比较，3 号、6 号及8号基质所含的醋渣配比分别达到50%、55%和60%；与之对应的全氮含量分别为14.207g/Kg、13.944g/Kg 和13.155g/Kg，这一结果与前人研究一致（见表3）。葛萝槭(Acer grosseri)扦插苗在栽植前后对全氮含量具有较大影响，在大多数种基质中均体现出栽植后全氮含量下降的变化规律，这反映出幼苗移栽初期对基质中氮素需求量较大。特别是1号和6 号基质，全氮含量变化在幼苗栽植前后成分有显著差异。由表2 可以看出10 号基质的含水量及相对含水量最高，这是该基质在植物栽植前后全氮无变化的原因之一。

表3 不同基质理化性质在栽植葛萝槭前后测定结果Table 3 The determination results of physical and chemical properties on different substrates based on Acer grosseri planting

通过葛萝槭栽植实验表明，所有基质的全磷含量伴随植物生长而不断下降。相关报道指出，植物生长量与土壤全磷含量有密切相关，即地上生物量越高，土壤全磷含量越低[30]。8 号基质的全磷含量在葛萝槭栽植前后均保持较高水平，适宜用作对基质中磷含量需求较大的植物。通过对葛萝槭幼苗的栽植发现，全钾含量全部呈现为栽植前＜栽植后。这说明葛萝槭幼苗在生长的初期对钾元素需求较少，现有10 种不同基质经过长时间累积使得钾元素逐渐升高。土壤有机质是土壤的重要组成部分，土壤的许多特性，都直接或间接地与有机质的存在分不开，是评价土壤肥力高低的重要指标[31]。通过实验发现，4 号基质的有机质含量在栽植前后均呈现较高水平，为植物生长提供更多的养分。

5 结论

本配方中所用的基质材料多数属于生活生产中产生的废弃物，价低易取，具有良好的经济实用性。不同配方具有不同理化特性，鉴于北方夏季多雨、春秋少雨的气候特点，在屋顶绿化栽植过程中应根据不同的植物生长特性配比，并结合栽植植物所要求的生长环境，合理选用不同基质。本文中所述10 种不同基质，在葛萝槭栽植实验中均能够为植物幼苗提供必要的养分，从而保证植物的正常生长，可以做为栽植其他植物，特别是屋顶绿化用草本植物和小型灌木的依据。其中，4 号基质容重小，保水特性好，有机质含量高，更加适宜应用于北方屋顶绿化生产实践中。