保持中度生长势成为建筑外表面绿化的选择策略

王红兵, 秦 俊, 胡永红,3*

(1.上海师范大学 生命与环境科学学院 植物种质资源开发协同创新中心,上海 200234;2.上海辰山植物园,上海 201602; 3.中科院上海辰山植物科学研究中心,上海 201602)

保持中度生长势成为建筑外表面绿化的选择策略

王红兵1, 秦 俊2, 胡永红2,3*

(1.上海师范大学 生命与环境科学学院 植物种质资源开发协同创新中心,上海 200234;2.上海辰山植物园,上海 201602; 3.中科院上海辰山植物科学研究中心,上海 201602)

针对建筑外表面绿化的特殊性提出了中度生长势概念,分析了生长势和绿化寿命的影响因素并提出了概念模型,进一步结合实验探讨了中度生长势的判定.研究结果将补充和丰富城市特殊生境绿化条件下的植物栽培养护理念,为实现节约、可持续的栽培养护模式,延长绿化生命周期提供指导.

园艺; 园林; 城市特殊生境绿化; 绿化寿命; 概念模型

在园艺生产活动中,除了为促进果实生长、复壮而控制生长外,往往要求园艺作物生长旺盛,枝繁叶茂.无论根用类、茎用类、叶用类还是花类园艺产品,均要求加强土肥水管理,以便获得高产优质的园艺产品[1].而好的生长势是一个重要评价指标,城市园林绿地管理中更是把好的生长势作为一个重要标准.比如,《绿化养护等级质量标准》划分了三级养护质量标准,其中一级要求的主要条件就包括好的生长势,即生长超过该树种该规格的平均生长量,叶健壮,叶大而肥厚,枝干健壮等.二级和三级分别要求生长势、叶、枝干均正常和基本正常[2].北京市地方标准《城市园林绿化养护管理标准》(DB11/T213-2003)把养护质量标准分为三级,其中“生长健壮”为最高级.《上海市园林绿化园艺养管标准》中的街道绿地划分了三级标准,把生长茂盛和健壮作为一级标准的主要内容.可见,追求好的生长势成为普遍的选择,这应该是为了快速成景.因为好的生长势不仅生长速度较快,能尽快地形成园林景观,而且株型优美、色泽纯正,基本没有影响观感的枯枝干叶,观赏性强,能够最佳地表现园林景观.总之,无论园林还是园艺生产,追求好的生长势对地面种植绿化和一年生、个体小的容器种植是合理的.前者根系与自然土壤融合,一般不存在限制生长的问题;后者生命周期较短,有限的土肥和生长空间往往只可满足植物需求.但是,面对根系生长空间非常有限的建筑外表面绿化则需另行讨论.

建筑外表面绿化包括屋顶绿化和垂直绿化.一些研究注重屋顶绿化好的生长势[3-9],但由于建筑荷载的限制,建筑外表面绿化对植物类型、介质容重和厚度均有严格的要求.屋顶绿化介质一般选容重小的轻型配方材料,兼具保水肥和排水性,一般厚度在几厘米到数十厘米之间,植物以灌木和草本为主,有时可选少量的小乔木.如果采用容器拼装式绿化屋顶,介质厚度和空间更小.垂直绿化除了传统的藤本植物覆盖外,还可采用拼装式绿化,即先固定结构支架,再把容器苗分别置于架上,形成绿化覆盖墙体的效果,具有快速成景和更换方便的优点,也增加了垂直绿化植物种的多样性.显然,这类建筑外表面绿化的根系生长空间非常有限,介质和营养也很有限.如果按照地面绿化标准要求,会带来一系列问题.生长旺盛意味着:1)消耗营养速度快,会很快导致介质养分的缺乏;2)根系很快充满介质,造成进一步生长空间的缺失;3)地上生物量快速增加,乔木和大灌木个体过大,增加建筑物荷载负担,也增加了被大风刮倒的风险;4)人工管理成本增加,补施肥水、修剪的频次增多;5)不断补施肥水导致更多的沥出物污染径流水;6)缩短了绿化生命周期,增加更换次数,提高了绿化成本.那么,建筑外表面绿化应该选择怎样的生长势策略？其实,屋顶绿化规范中已经提及类似的理念.比如,北京市地方标准《屋顶绿化规范》(DB11/T 281-2005)指出应该选择生长缓慢的植物;上海市地方标准《屋顶绿化技术规范》(DB 31/T493-2010)指出可采取控制肥水或生长抑制技术,控制植物生长,以降低建筑荷载和养护成本.本文作者提出中度生长势概念,并探讨建筑外表面特殊绿化形式下的植物栽培养护理念,为延长绿化生命周期,实现节约、可持续的栽培养护模式提供参考.

1 中度生长势的概念图

图1 建筑外表面绿化寿命与生长势关系概念图

生长势是指植物生长发育的旺盛程度,如新稍生长的长度和粗度、叶片大小、厚度和色泽,有否稍条和枯枝枯叶等.生长量越大、越快说明生长势越强、越好,反之越弱、越差.植物栽培学通常把生长势分为5级,目测判定.其判定标准是:强,枝叶茂密,生长旺盛;较强,叶较密,发育良好;中等,叶色正常,萌发较慢;较弱,枝叶稀疏,发育不良;弱,枝叶早衰,开花稀少[10],可分别量化为1～5级.所谓中度生长势(Intermediate growth),指生长势等级中等(3级),表现为枝叶生长正常,虽有少量的非正常叶,但不影响开花和结果,也不降低正常的观赏性,特点是生长比较缓慢,降低了养分消耗速度,延长了肥效.综合比较不同等级的生长势,强的生长势虽然有利于生长速度、观赏性和产量品质,但消耗养分快,外源营养供给不足会导致土壤养分在较短时间内耗尽,生长势急剧逆转,最终缩短绿化寿命,增加更换的频次和成本.研究还发现,植物在有利于生长的条件下获得强的生长势,在突发环境胁迫时容易丧失抗性.比如,在水分充足环境中增加有机质可使植物旺长,一旦发生干旱就易遭受损害[11].所以不宜提供优越的生长条件,以增强其抗性.另一方面,弱的生长势消耗养分速度慢,理论上有利于延长绿化寿命,但不利于植物的正常生长发育、观赏性也较差,还会导致植物早衰、过早枯死.可见,只有中度生长势具有可持续性.为此,提出了建筑外表面绿化寿命与生长势关系概念图(图1).图中A、B、C三个三角形分别代表了强、中、弱三类生长势,它们面积相等,表示一定体积土壤的养分含量是一样的.生长势越强,生长速度越高,绿化寿命则越短;生长势越弱,生长速度越低,潜在的绿化寿命就可能越长;中度生长势无论生长速度还是绿化寿命居中.图中的G线为生长势-寿命曲线,呈横轴单峰状而不是递减曲线,是因为弱的生长势往往导致植物过早死亡,表现为绿化寿命的急剧缩短.可见,绿化寿命的峰值在中度生长势阶段,反映了中度生长势的优势.

2 生长势-绿化寿命曲线的影响因素概念模型

图2 生长势-寿命曲线的影响因素概念模型(虚线为生长势中值)

鉴于中度生长势在建筑外表面绿化中的优势,应努力实现中度生长势的栽培模式.影响中度生长势的因素很多,如土壤、水、光、病虫害等.除了生长势外,其他影响绿化寿命的因素也应考虑,比如,植物生长速度、土壤厚度和根系生长空间.根据这些因素与生长势和绿化寿命的关系,提出概念模型(图2).分别解释如下:1)土壤物理性状包括土壤的质地、结构、容重、孔隙度等物理指标,反映保水保肥能力与透水性的平衡.容重小是建筑外表面绿化的主要约束性指标.这些指标综合反映了物理性状的优劣,进而制约生长势.一般地,物理性状越优越有利于植物生长,提高生长势,在达到强的生长势之后会出现相对稳定状态;2)土壤肥力包括潜在肥力和有效肥力,后者能为植物即时利用,直接影响植物生长,是生长势的关键因素之一.一般,生长势会随着有效肥力的增加而增强.但如果有效肥力过大,会发生肥害,反而导致生长势的下降;3)由于栽培土壤容积非常有限,养分也有限,所以养分缓释性非常重要,成为实现中度生长势、延长绿化寿命的关键因素之一.缓释性越优,维持中度生长势的时间越长.差的缓释性会造成有效养分的暂时性缺失而降低生长势;4)水分是除肥力外另一个制约生长势的关键因素.水分胁迫往往会降低植物生长势,甚至导致枯死.随着含水量的增加,生长势会不断增强.但含水量过多时会发生积水,导致生长势下降,甚至死亡.强的生长势在面对水分胁迫时更容易发生生长势的急剧下降,所以适度偏紧的含水量能维持中度生长势;5)不同植物对光强的适应性是不同的.喜光植物在光照充足的地方生长良好,但在光照不足的地方则降低生长势;耐荫植物与之相反,在阴地可维持正常生长势,在光照强的地方反而生长不良;中性植物介于二者之间,对光照具有较广的适应性;6)病虫害直接危害植物的正常生长,降低生长势,观感下降,严重的会导致植物衰弱,甚至死亡.轻度的病虫害虽然影响强的生长势,但会维持中度生长势;7)在建筑外环境绿化特殊条件下,植物生长速度直接关系到绿化寿命.生长速度越快,单位时间消耗的养分越多,越容易导致养分耗尽,根系充斥容器,植物体过重,结果不得不更换,使得绿化寿命缩短.反之,生长速度越慢,越能维持久的植物稳定生长状态,延长绿化寿命;8)屋顶花园土壤薄成为主要的限制因子.土壤厚度越薄,越不利于植物后期生长,缩短绿化寿命.反之,厚的土壤有助于植物养分的持续供应和根系生长,可延长绿化寿命.土壤厚度增加到一定程度后,植物不再进一步增加生长优势,绿化寿命曲线会变得平缓;9)与土壤厚度的影响原理类似,根系生长空间太小时,植物后期生长受抑制,绿化寿命缩短.只有足够的生长空间才能满足植物的持续生长,延长绿化寿命.当空间增大到满足植物根系所需后,空间的进一步增加不再增加生长优势.容器绿化空间非常有限,往往成为根系持续生长的限制因子,从而严重影响绿化寿命.

实现中度生长势、延长绿化寿命需要从以上因素综合做出决策.选择慢生植物;添加有机质、珍珠岩等以改善介质理化性质,降低容重;添加保水剂等缓释性材料,增加养分缓释性能;减少速效肥的使用;控制含水量,适度偏少;根据土壤厚度和容器大小选择合适的植物;根据光照强度选择合适植物;控制病虫害,允许轻度发生率,等等.

3 实验设计和分析

图3 对匍枝亮绿忍冬的三种处理的不同时间的生物量比较

目前很多屋顶绿化和拼装式垂直绿化生长后期介质土和养分缺失,植物不得不更换,缩短了绿化寿命,增加了绿化成本.为了探索城市高架等低光照条件下轻型介质土配方,在上海师范大学奉贤校区种质资源开发中心开展了相关实验.从2016年秋季至今做了两次实验,均采用四因素三水平正交试验设计,包括有机质、EM菌、保水剂和耐荫植物,均为三种材料或三个等级水平.另外添加了珍珠岩、椰丝等材料.低光照环境为覆盖两层遮荫网的大棚内,光照强度均小于500 lux,重复30盆,容重0.35×103kg/m3.对照为园林上常用的轻型介质(不含微生物和保水剂),容重0.8×103kg/m3.由于实验各个处理之间表现出介质养分、活性、缓释性等指标的量化差异,具有可重复性,并使结果具有可比性.以葡枝亮绿忍冬为例,从2017年5月28日始,每隔20 d取样进行生物量测定,每个处理重复3次,先后测定鲜重、风干重和烘干重,4个阶段的生物量如图3所示,不同处理表现为不同趋势,其中11号几乎呈递减趋势,15号呈单峰曲线,19号前后变化不大,几乎呈水平趋势.

结合它们的生长势目测结果(图4),11号生长势较弱(4级)、15号呈中度生长势(3级)、19号呈较强的生长势(2级)、对照呈较弱的生长势(4级).可见,三种处理和对照尽管初始生长状态基本一致,但经过4个多月的生长发生分异.其中11号在前两个月生长势较强,但在后两个月发生了逆转,表现较差,生物量下降显著,显然是不可持续的.19号虽然生物量比较稳定,但生长势较强,特别是长枝生长速度很快(生长量数据表现突出),如图4(c)所示,势必消耗更多养分,在可预见的未来会因为养分不足而发生生长势的逆转(由于时间局限,有待进一步测定验证).15号始终维持中度生长势,主要表现为短枝生长较慢,株型紧凑,其生物量在前三次呈递增趋势(除了7月28日).几乎所有的处理都表现为7月28日的生物量减少,可能与2017年7月上海连续多日高温有关.总之,15号处理可维持中度生长势,有利于延长植物的持续性生长.从中度生长势的影响因素模型看,15号具有优良的介质物理属性、没有添加速效肥、添加了保水剂、人工控制含水量、低光照环境、几乎没有病虫害、耐荫中生植物等,有利于实现中度生长势.2号保水剂在三水平中表现最优,3号EM菌表现最优,而15号就包含2号保水剂和3号EM菌.

图4 葡枝亮绿忍冬不同处理的生长势表现(摄于2017年7月28日).(a) 11号;(b) 15号;(c) 19号;(d) 对照

4 结 语

阐述了中度生长势概念,在建筑外表面绿化中应贯彻该理念,即控制生长势,选择中度生长势策略.分析了有关的影响因素,包括土壤、肥力、水、光、病虫害和植物等,明确了中度生长势对延长绿化生命周期的意义.无论屋顶花园还是拼装式垂直绿化不能鼓励植物旺长,特别是较大植株,应维持长时间的个体状态即可[12].这是有别于一般的地面绿化管理标准的,应当明确建筑外表面绿化的生境特殊性、植物的特殊性、介质的特殊性和容器的特殊性.同时,这也是环境保护的要求,因为中度生长势意味着肥水的适度从紧,严格约束肥水供应,从而减少营养物的沥出,保护径流水质量.不过,由于实验时间较短,对生长势的进一步发展变化应继续跟踪观察.今后,将围绕中度生长势的影响因素开展进一步的研究,为实现中度生长势提供更多优质的植物种、介质配方和管理新材料、新技术.

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(责任编辑:顾浩然,包震宇)

Keepingpotentialofintermediategrowthasanoptimalstrategyofgreeningonbuildingexteriorsurface

Wang Hongbing1, Qin Jun2, Hu Yonghong2,3*

(1.Development Center of Plant Germplasm Resources,College of Life and Environmental Sciences,Shanghai Normal University,Shanghai 200234,China;2.Shanghai Chenshan Botanical Garden,Shanghai 201602,China;3.Shanghai Chenshan Plant Science Research Centre,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 201602,China)

Considering the greening particularity of building exterior surface,this study proposed the intermediate growing as an optimal strategy of greening the building exterior surface.The influencing factors of growth vigor and greening lifespan were analyzed and conceptual models were designed,while an experiment was conducted on the identification of intermediate growth.This study can supplement and enrich the ideas of plant cultivation and maintenance under the special urban habitats,and will provide guidance of economical and sustained model of cultivation and maintenance for expanded greening period.

horticulture; landscape architecture; greening of special urban habitat; lifespan of greening; conceptual model

S 688

A

1000-5137(2017)05-0702-05

2017-09-14

上海市科委项目(16DZ1204900、16DZ1204903);上海植物种质资源工程技术研究中心项目(17DZ2252700)

王红兵(1971-),男,博士,讲师,主要从事城市生态学和城市园艺学方面的研究.E-mail:whb0236@shnu.edu.cn

*

胡永红(1968-),男,博士,高级工程师,主要从事植物学、种质资源创新和城市生态修复技术方面的研究.E-mail:huyonghong@csnbgsh.cn