装配式屋顶菜园结构与技术

李宏彬 罗文新 郭春华 刘莹莹

摘要：指出了装配式屋顶菜园采用坚固、耐久、抗腐蚀的围合材料，通过简易的装配方式，形成轻便的作物种植区，具有施工方便、养护简单、经济实用的特点，并且利用节水灌溉技术，是一种具有技术创新的，高效、低耗的新型屋顶菜园方式，值得发展与推广。

关键词：装配式种植池;贮水槽;节水技术

中圈分类号：TU231 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）19-0018-03

1引言

随着人们生活水平的逐渐提高，对于生态环境和绿色蔬菜有了很高的关注，追求环保、绿色、天然、低碳已经成为当今的一种潮流。新的屋顶绿色体系——屋顶菜园近年来备受大家的关注，它将生态环境保护，农作物生产和景观休闲非常融洽地结合在一起，对于城镇居民有很大的吸引力。但是目前屋顶菜园技术上还存在一些问题：家庭式屋顶菜园采用种植盆种植作物，空间太小，管理困难，而公共屋顶大面积种植主要使用砖砌围护结构，成本较高，自重较大，极大地增加了屋顶荷载，且施工工期较长，对环境影响大。因此，探索施工简便、高效，生态化的屋顶菜园形式极为必要。

2种植池结构与技术

2.1材料

装配式屋顶菜园采用板式结构的种植池，轻便、简单。选用围护板材需满足以下要求：①围护材料承受着种植基质与植物的压力，应有足够强度，坚固不变形;②板材与种植基质直接接触，需耐水湿，并能抵抗酸雨腐蚀、化肥腐蚀、植物与昆虫分泌液腐蚀等;③室外屋顶温度晴朗夏季能达到80℃，北方地区冬天室外温度能长期低于20℃，板材应具有耐高温、耐严寒特性;④板材常年暴晒于阳光之下，紫外线辐射强烈，需抗晒而不易老化，以延长使用年限。因此，装配式屋顶菜园选用的板材主要有以下几种。

（1）塑木板。塑木板为近年在全球新兴的工程材料，通过将植物纤维与塑料高分子材料结合而成。具有质坚、量轻、防腐蚀、耐潮湿、防虫蛀、耐酸碱、防火、防水、保温、无毒害、无污染、不长真菌等特性。

（2）硬聚氯乙烯板。具有质坚、量轻、耐腐蚀、耐火阻燃、较耐热、防紫外线、绝缘、吸水率低、不变形、易加工、抗拉、抗弯、抗压和抗冲击等特性。

（3）不锈钢板。具有塑性好、韧性好、耐腐蚀、耐酸碱、耐高温、抗氧化、机械强度大、不易生锈等特性。

（4）耐候钢板。耐候钢板近年在户外景观工程中应用广泛，其施工工艺、相关特性等均与普通钢板相近。由于有表面致密的氧化物膜的保护，不需进行防锈和除锈的相关工序，施工维护简便;相对于不锈钢，其成本更低。耐候钢板自然的锈色和独特的纹理，具有特殊的艺术效果。

2.2结构

装配式种植池有2种结构形式（图1、2）。

2.2.1“墩一板”形式

利用厚重的石墩固定围护板形成种植池（图la），石墩选用花岗岩等石材，其质地坚硬、强度高、抗风化、耐腐蚀、吸水性低。石墩的侧面设置凿槽，凿槽内插入围护板。安装时将石墩摆放于指定位置，石墩通过自重稳定于屋顶表面，将围护板从上往下插入槽中。为了加强防水效果，也可于种植池底部均匀铺设防水膜，将防水膜边缘拉直紧贴围护板内侧。

围护板高度根据种植基质的厚度确定，因此固定围护板的石墩亦按高度分为3个级别：小石墩高300～400mm，长宽均为200mm×200mm;中石墩高400～500mm，长宽均为250mm×250mm;大石墩高600mm，长宽均为300mm×300mm。为保证稳定，石墩高宽比不超过2。用切机在石墩上凿槽，槽宽根据所用围护板厚度而定，一般25mm，槽深为30mm，槽长等同于石墩高度。石墩的表面可根据设计需要进行火烧、抛光、锤击等不同处理，形成不同外观效果。围护板采用各种耐久性好的板材，各种板材使用规格为：塑木板长500～1500mm，宽100～150mm，厚25mm;硬聚乙烯板长500～1500mm，宽250～900mm，厚25mm。

2.2.2“板一板”形式

利用各种板材通过焊接或螺栓（图lb）、卡口（图2）连接方式形成种植池。

焊接或螺栓连接所用围护板一般用金属板，板材厚度一般选用5～10mm，可根据实际工程需要切割出所需尺寸。焊接方式结构简单，直接在板材交接处电焊连接牢固;“角钢+螺栓”的连接方式要求角钢两边宽度为100mm，厚为5～10mm，纵向长度等于所用钢板宽度，角度根据种植区板材相接角度而变，在角钢上钻间隔约200mm，直径为16mm的孔，采用8.8级M16公制六角头螺栓穿过与C级M16六角螺母连接。不锈钢板或耐候钢板可直接使用，也可将板材表面进行处理。不锈钢板表面可使用化学法进行本色白化处理和着色处理。耐候钢板表面可采用耐候性涂膜、氧化物涂膜、带锈涂层氮化及新型表面处理剂等处理方式，使耐候钢板尽早形成氧化物膜。

卡口连接方式所用围护板一般用150mm宽、25mm厚的塑木板，根据所种植作物的需要，竖向上以2～4块板搭接至300～600mm高度。种植池和屋顶板之间设有蓄排水板，蓄排水板上铺设无纺布，种植池内填种植土。种植池由垂直相交的2块塑木板分别开上、下槽口相互卡接。种植池4个角外侧分别用加固方木条固定上下板。

2.3节水技术

为了节约用水，在种植池中可以加设贮水槽，贮水槽间隔设置于种植池中，将种植池分为种植区域和贮水区域（即贮水槽）。贮水槽的底部和侧壁贴附防水布，其下部填掺有有机肥的泥炭土，上部填种植土。贮水槽能将降水和浇灌的多余水分储存在贮水区，当种植池土壤干燥时，贮水槽内水分通过其中的泥炭土和上部种植土的毛細管，不断地渗润到种植池的种植土中，使种植池土壤长期保持湿润。由于贮水槽中泥炭土掺有有机肥，在其水分向种植池渗润过程中，也将有机肥中养分补充到种植土中，起到长效缓释肥的作用。

屋顶菜园的作物和土壤能够对雨水起到过滤作用，还可有效截留雨水，减少雨水径流，减轻城市水涝压力。屋顶菜园还可设计雨水利用灌溉系统进行雨水的收集与再利用，为屋顶作物生长提供水资源。该系统包括屋顶雨水收集、沉淀和过滤等环节，最终将清洁的雨水储存在清水池中以供作物灌概、地面冲洒等使用。在私人种植的屋顶菜园灌溉时，还可以将生活用水二次利用，如洗菜水、淘米水等用于灌溉，使水资源得到多次利用，减少了建筑供水，同时节约了一系列的能源消耗。

3种植池垂直结构

装配式种植池是作物种植区域，技术要求较高，一整套完整的屋顶菜园绿化系统包括植被层、隔离过滤层、排（蓄）水层、隔根层（防穿刺层）、离滑动层、防水层等。考虑蔬菜根系穿透能力不强，蓄排水板可起到隔根层的作用，故种植池内部垂直结构在屋面板之上主要包括疏排水层、过滤层、种植土层。

3.1疏排水层

疏排水层的作用是收纳基质层中渗透下来的水分，将其疏导到屋顶排水系统中。疏排水层为15～20cm厚度的陶粒或碎石等颗粒碎料，要求快速排水时厚度不小于20cm。陶粒质轻，而碎石太重，增加了屋顶荷载，但造价低。新型的屋顶菜园排水层采用2～4cm厚的蓄排水板，重量輕、厚度小，且板面设有凹孔，既能做到迅速排水，又有贮水功能，有利于植物生长;另外，还具有阻挡植物根系刺穿的功能。

3.2过滤层

过滤层的作用是通过土工布等材料的过滤作用，将基质中的细小颗粒阻挡，而允许降水或灌溉时多余水分渗入疏水层中排走，既能保护基质，又能防止排水管被泥沙淤积。

3.3种植土层

屋顶菜园的种植土需要一定的厚度，但又不能给屋顶带来过大的荷载，所以土层必须具备轻质、透气、保水、保肥等特点，合适的种植土密度为500kg/m³～800kg/m³。用锯末、废菌渣、有机垃圾加1%～2%的复合肥制成营养土，不仅重量比纯泥土轻57.3%，而且比泥土更疏松透气，有利于使植物根系发展的更加发达。有研究认为屋顶休闲菜园种植基质建议选用配方为泥炭60%，珍珠岩10%，椰康10%，堆肥20%，安全环保效果好Ⅲ。南京晓庄学院附属中学体育馆屋顶设计的科普农园，用木板围合种植圃地，采用30cm厚种植基质，配方为东北草炭土、腐熟的锯屑、微生物有机肥、珍珠岩按5：3：3：1的比例组合，堆密度为200kg/m³，饱和湿堆密度为450kg/m³。由此可见，轻质的泥炭土配合一定比例的有机肥和珍珠岩等是理想的蔬菜种植基质。种植土层厚度取决于种植的作物种类，但从屋顶菜园的种植经验来看，30～50cm较为适宜，既能保证植物所需的营养和水分，同时又不会增加过多的房屋荷载。

4结语

屋顶菜园是合理利用资源，自给自足生产，保护生态环境的循环经济生产模式，兼具生产、观赏、休闲功能于一体，不仅具有传统屋顶花园的功能，还具有产出蔬果等农产品、改善生态环境的经济效益和社会效益，是一种可持续发展的绿色模式。屋顶菜园自己种植蔬菜水果，能确保食物的绿色环保和新鲜的品质，满足城市居民的生活需求，又可以作为休闲娱乐场所，使居民能在城市中享受到农耕生活，综合效益良好。装配式屋顶菜园采用独特的板式围护结构，降低了屋顶荷载;“墩一板”式和“板一板”式围护结构装配工艺简单，施工方便;利用贮水设计，可以有效地节约用水，具有很好的发展前景。