新自然主义生态种植设计理念下的城市墙体自生植物在垂直绿化中的应用

刘瑞雪

许晓雪

袁 磊*

快速城市化进程导致城市环境日益恶化，出现了热岛效应、空气质量恶化和生物多样性降低等一系列生态环境问题[1]。绿地是城市生态系统的主要组成部分，具有重要的生态服务功能，能改善城市环境、维持城市生态系统的可持续发展[2]。然而城市用地紧张，绿地面积及其增速远不能满足城市发展的需要。作为对国土资源二次开发利用的垂直绿化，不仅可有效缓解城市用地紧张与绿地空间不足的矛盾，而且是维持城市生态平衡的一种有效补偿方法。垂直绿化因其适应现代城市高密度、紧凑发展的模式，已成为缓解人为影响、改善城市生态环境的重要手段[3]。

然而目前垂直绿化植物种类适应性差，受气候和城市环境影响极易死亡，为保证景观效果更换频繁；而且植物群落稳定性较差，直接影响垂直绿化的景观效果和生态功能的发挥[4]。如何营建景观效果良好、生态功能优良的垂直绿化植物群落，且满足低成本、低消耗、低维护与易管理的诉求，是当前城市垂直绿化发展必须解决的关键技术问题。

目前关于垂直绿化的研究多集中在垂直绿化植物种类筛选、栽培养护管理及植物墙的构建技术等方面，缺乏关于垂直绿化植物群落构建的研究[5]。在快速城市化和全球自然生态保护浪潮的影响下，以尊重自然规律和维持生态平衡为核心的新自然主义生态种植设计理念日益深入人心。新自然主义生态种植方式借鉴自然植物群落的基本结构作为植物配植的基本模式，尽可能选用既能适应场地环境又能与其他生物要素和非生物要素协同共生的植物种类[6-7]。新自然主义生态种植以其更好的植物群落适应性和稳定性、丰富的物种多样性及较低的种植和维护成本，为城市垂直绿化的发展提供了新思路。

城市自生植物长期被冠以“杂草”之名，在高强度的人类干扰下几乎没有容身之地。近年来，城市自发生长繁衍的“杂草”逐渐受到重视。这类植物相对于人工栽培植物可更好地适应城市环境，无须精细频繁的养护管理，且能更好地发挥生态效益。目前针对城市自生植物的研究多在生态学领域，侧重于城市化影响下的植物物种组成、群落结构、多样性和空间分布等[8-10]。在风景园林领域，对自生植物的研究多以城市绿地杂草防治为出发点，仅有个别学者对其应用潜力进行了初步探讨[11]。

本研究以典型的高密度城市建成区——广东省深圳市南山区为研究区域，以南山中心区墙体自生植物为研究对象。借助生态学的研究方法，分析墙体自生植物的物种组成、群落结构及其与墙体微环境的适应关系。并基于新自然主义生态种植设计理念，从植物种类选择和植物群落构建2个步骤来探讨墙体自生植物在城市垂直绿化中的应用潜力，以期为快速城市化进程中城市垂直绿化的发展提供新的思路与方法。

图1 研究区域地理位置图

图2 墙体自生植物实景

1 研究方法

1.1 研究区域概况

广东省深圳市地处广东中南沿海，珠江入海口之东偏北，属亚热带海洋性气候。常年主导风向为东南偏东风。年均温22.4℃。雨量充足，年均降雨量1 882.8mm。日照时间长，年均日照2 120.5h。平均每年受台风影响4～5次[12]。地带性植被为南部的热带常绿阔叶林和北部的亚热带常绿阔叶林，植物资源丰富，有野生维管植物2 800多种[13]。城市形态呈现出总体建设量大、多中心高密度建设的特点。

南山区位于深圳市西南部，是典型的高密度城市建成区。南部滨海，北部为羊台山和西丽水库，中东部为主要建筑分布区域。由于城市结构不合理，建设强度大，绿化分布不均匀，导致城市中心热岛集中，呈现南北部低、中东部高的特点。建筑类型主要为商住建筑，由低矮密集的城中村和高层商住建筑组成[14](图1)。

1.2 数据收集

对南山中心区进行实地踏查，对墙体自生植物及其生长环境进行调查与记录。调查中发现自生植物群落主要生长在挡土墙上，且以草本植物为主，因此在墙面上设置1m×1m的样方，进行墙体自生植物群落的调查(图2)。记录样方中的植物种类、数量、高度和盖度等。同时对墙体微环境进行调查记录，各因素的详细描述及测定方法见表1。实地调查于2018年6月进行，此时间段内深圳阳光与雨量充足，无台风等极端天气。

1.3 数据分析

维管植物种类的鉴定使用《深圳植物志》和《中国植物志》[13，15]；根据《植被生态学》中对植物生活型的分类，对墙体自生植物的生活型组成进行分析[16]；乡土植物、外来植物和入侵物种的鉴定通过查询植物志和相关文献确定[17-18]。

以样方为单位，计算植物群落中每一物种的重要值，以物种重要值为基础，建立样方—物种矩阵。使用双向指示种分析(TWINSPAN)进行植物群落类型的划分，使用指示种分析(INSPAN)鉴别各植物群落类型的优势种；使用除趋势典范对应分析(CCA)来研究墙体自生植物与墙体微环境因素的关系，使用999次Monte Carlo随机置换检验来检测环境因素的解释能力。所有数据分析都由PCORD 5.0完成。

2 研究结果

2.1 城市中心区墙体自生植物种类

调查中共记录墙体自生维管植物49种，隶属于27科44属。其中蕨类植物4科4属5种，被子植物23科40属44种。含3种种类以上的科有5科，依次为菊科(10属10种)、禾本科(4属4种)、大戟科(3属4种)、桑科(2属4种)和茜草科(2属3种)，仅含有1种植物种类的科有20科，占所有科的74.07%。

通过对植物生活型分类，墙体自生植物中木本植物7种(12.29%)，草本植物42种，包括蕨类植物5种(10.2%)，一、二年生草本植物17种(34.69%)，多年生草本植物20种(40.82%)。

在物种来源方面，乡土植物38种(77.55%)，如狗牙根(Cynodon dactylon)、海金沙(Lygodium japonicum)、黄鹌菜(Youngia japonica)、牛白藤(Hedyotis hedyotidea)、耳草(Hedyotis auricularia)等。外来物种11种，除火龙果(Hylocereus undatus)以外，其余10种都是对我国华南地区产生严重危害的入侵物种，包括落葵薯(Anredera cordifolia)、落地生根(Bryophyllum pinnatum)、马缨丹(Lantana camara)、钻叶紫菀(Aster subulatus)和薇甘菊(Mikania micrantha)等。

图3 132个墙体自生植物群落TWINSPAN分类图

图4 墙体自生植物种类与环境变量的CCA排序图

2.2 城市中心区墙体自生植物群落类型

调查中共记录植物群落样方132个。以样方-物种矩阵为基础，使用TWINSPAN对132个植物群落进行群落类型的划分。采取第4级水平的划分将132个植物群落分为8种植物群落类型(图3)。根据INSPAN的结果，使用每种植物群落类型中的优势种对群落类型进行命名，分别是：1)马缨丹-狗牙根+一点红群落；2)鬼针草群落；3)牛白藤群落；4)海芋群落；5)酢浆草群落；6)苣买菜群落；7)叶下珠群落；8)雾水葛群落。

2.3 城市中心区墙体自生植物与微环境因素的关系

调查中发现自生植物群落主要分布在毛石堆砌水泥砂浆勾缝的挡土墙面上，瓷砖、水泥和玻璃等材质的建筑墙面上仅有少量植物生长。因此，本文的132个墙体自生植物群落样方均取样自挡土墙。因此墙面材质不纳入统计分析。为了消除环境因素之间多重共线性的影响，采用Spearman相关性检验来检测环境因素之间的相关性。综合分析结果，将植物繁殖体来源这一因素从分析中移除。

以样方—物种矩阵为基础，结合墙体微环境因素，对132个植物群落进行CCA排序(表2)，前4个典范轴解释了植被变化的12.2%。Monte Carlo置换检验表明，所有的典范特征轴与植物群落物种组成变化都是极显著相关(P=0.002)。CCA排序前两轴的特征值明显高于第3、4轴，说明前两轴是解释墙体植物变化的主要典范轴，因此采用前两轴的数据绘制CCA排序图(图4)。

根据图4可知，沿着第1轴从左到右，墙体周边用地分别是绿地、废弃地、硬质场地、人行道和车行道，从绿地过渡到车行道，所受人为干扰程度逐渐增强；墙面苔藓面积占样方面积的比率逐渐减少，墙面潮湿程度降低。沿着第2轴从下至上，日照时长逐渐减少、墙面朝向南转向北、垂直墙面破损程度逐渐严重、墙面湿度增加，反映墙面破损老化且阴暗潮湿程度逐渐增加。

CCA排序图显示了这些自生植物在墙体上的空间分布与环境变量的关系，物种在排序空间中的位置反映了该物种的生态习性。钻叶紫菀、垂叶榕、龙葵位于排序第1轴的最右端，即这些物种主要生长在周边人为活动干扰较大的墙面上，与墙面相接的土地利用多为车行道；毛蕨、车前、落葵薯、草胡椒、井栏边草、牛膝菊、凤尾蕨等位于排序第2轴的上部，即这些物种主要生长在破损老化严重且阴暗潮湿的墙面上；耳草、黄葛树、酢浆草和薇甘菊位于第1轴的右侧，说明这些物种多生长在有轻微人为干扰的墙面上；其他大部分物种都位于第1轴的左边和第2轴的中下部，如狗牙根、雾水葛、铁苋菜、马唐、叶下珠、牛筋草、鸡矢藤、楝等，反映出这些物种主要分布在人为干扰较少、日照情况较好的墙面上。

3 基于新自然主义生态种植设计理念的墙体自生植物在城市垂直绿化中的应用

3.1 城市垂直绿化植物种类选择

目前华南地区垂直绿化所应用的植物主要集中在天南星科、百合科、竹芋科、鸭跖草科等，多是原产于热带的观叶植物，如绿萝、肾蕨、吊兰、网纹草等，具有耐热、耐阴、耐湿及抗旱的特点[4]。相比于这些植物，本研究所发现的墙体自生植物更能适应墙体环境恶劣、营养缺乏、微气候极端和人为干扰强烈的城市环境。随着城市化的扩张和全球气候变化的影响，城市的原生植物逐渐退化，这些植物种类处于即将消失的困境中。对自生植物最好的保护是应用，将它们挖掘、培育、推广、应用，创造出既能适应城市环境、丰富城市景观，又可保护物种、维持城市生物多样性的植物景观。

在选择垂直绿化的物种时，应优先选择乡土物种。乡土物种能良好地适应当地的生态气候环境，抗性较强。在墙体营养缺乏且微气候恶劣的环境下可生长良好并且不会对其他物种产生危害。本研究通过调查得到墙体自生植物49种，其中包括入侵物种10种。即使有些入侵物种观赏价值较好，如小叶冷水花、藿香蓟和马缨丹等，也不可作为备选物种。桑、楝、小叶榕、垂叶榕、黄葛树等木本植物虽然以幼苗的形式在墙体上出现，但墙体难以持续提供其生长所需营养和生存环境，且逐渐长大的木本植物会对墙体本身造成伤害，因此也不宜作为垂直绿化的备选物种。32种乡土草本植物在墙体上长势较好，可作为华南地区城市垂直绿化的备选物种。菊科、大戟科、禾本科和蕨类植物为墙体自生植物中的优势种，是值得研究和推广应用的重点，如凤尾蕨、海金沙、毛蕨、叶下珠、珠子草、狗牙根、牛筋草、黄鹌菜和一点红等。其中菊科植物具有较高的优势度，但其种子多且萌发力强，在应用时不宜大面积使用，可作为适当点缀。多年生草本植物是值得优先选用的物种，因为其具有较长的生命周期，所形成的植物群落可以长期稳定发展，能更好地发挥生态功能。

在物种选择时，观赏价值也是需要重点考虑的因素之一。蕨类植物具有鲜明的观赏特性，其形态纤细柔韧，素有“无花之美”之称。在垂直绿化中可作为主景成片种植，也可作为点缀起到点睛之笔的作用。本研究中发现的5种蕨类植物中优先推荐海金沙和凤尾蕨这2种叶片观赏性更佳的植物。除了蕨类植物，海芋、酢浆草、车前的叶片以及马唐、狗牙根和牛筋草等禾本科的线性叶片也具有较好的观赏性。一点红、海芋、黄鹌菜、酢浆草、白子菜、苣荬菜、酸模叶蓼和栝楼等的花朵具有较好的观赏价值，黄鹌菜、酢浆草、白子菜、苣荬菜花色为黄色，一点红、酸模叶蓼花色为红色，海芋花色为白色。栝楼和火龙果的果实，可作为观果植物使用，且其果实可食用，能够成为鸟类、小型哺乳动物和昆虫等生物的食物来源，促进保护和增加城市生物多样性。尽量不使用有奇怪气味的物种，例如天胡荽和鸡矢藤。

表1 墙体微环境因素描述及测定方法

表2 墙体自生植物群落CCA排序

城市墙体环境恶劣，营养物质缺乏。同时墙体环境的光照、水分、温度、风等微气候受人工环境影响较大且极不稳定。通过CCA排序可知(图4)，轴1和轴2交点附近的植物均可以在普通城市墙体环境中生长，而分布在环境变量极值处的物种较能适应极端环境。如当墙面靠近车行道、人行道等易受到人为活动干扰严重的环境时，垂直绿化植物种类可优先选择龙葵、酢浆草、耳草、海金沙等；当墙面阴暗潮湿，缺少光照时，珠子草、贯众、白子菜、天胡荽、凤尾蕨、牛筋草、一点红等依然能够生长良好；酢浆草、耳草、海金沙和一点红可以适应轻微人为干扰，并且周边环境遮挡严重，缺少阳光的墙面环境。

3.2 城市垂直绿化植物群落模式构建

在高密度城市中，生态环境呈现稳定性低、自我调节能力弱、生态系统易被破坏的特点。现有的墙体垂直绿化多是完全人造的生态系统，不仅具有以上问题，还面临养护管理成本高、病虫害严重等问题。新自然主义生态种植设计理念在植物景观的营造上强调模拟自然界中生态与观赏效果俱佳的植物群落的基本原则。因此在构建垂直绿化植物群落时，以生态学的自然植被和群落演替的基本理论为依据，遵从自然规律，选择适应性强的乡土植物，模仿自然植物群落的构建方式。墙体自生植物群落是城市环境中自然形成的植物群落，稳定性强，适宜城市环境，是进行城市垂直绿化植物群落构建的优良模板。

城市垂直绿化的植物群落构建一般以草本植物为主体，在满足植物生长发育和生态习性的基础上，依据整体环境布局，借助其他垂直绿化设施，对垂直墙面进行植物装饰。依据上文植物选择结果，以调查所得8种墙体自生植物群落类型为模板，建立适宜华南地区气候条件、以生态稳定性为主兼具观赏性的垂直绿化植物群落模式，设计出6种垂直绿化植物群落模块，模块尺寸为60cm×60cm(图5)。

1)狗牙根、牛筋草+一点红群落，以狗牙根和牛筋草为背景，一点红点缀其中，夏季观赏其红色或紫色花。此植物群落不仅可以在普通城市墙体上生长，而且可以在潮湿的极端条件下生存，如墙面雨水管、空调排水管周边等。

2)凤尾蕨、贯众+一点红、黄鹌菜、叶下珠、牛至、耳草群落，以凤尾蕨和贯众蕨类植物为主景，依据植物高度和花色合理配置，将不同的观花植物穿插其中，营造灵活多变的视觉效果。此植物群落可以在阴暗潮湿的墙面环境中生长，因此可以布置在建筑的北面或西面墙体上。

3)海金沙、狗牙根、马唐群落，全部为观叶植物，划分不同的区域整齐种植，与墙体相互配合呼应。此植物群落在普通墙体环境中可生长，不适宜种植在缺少阳光、潮湿等极端环境中。

4)海芋+酢浆草、马唐、叶下珠、井栏边草、车前群落，以海芋为主景，酢浆草作为点缀，可四季观叶观花。海芋下层种植马唐、井栏边草等观赏植物，丰富生态结构层次，增加观赏效果。该植物群落在普通墙体环境中均可生长，对于光照、水分等环境条件没有特殊要求。

5)酢浆草、叶下珠、黄鹌菜、鸡眼草、耳草群落，观花和观叶植物以分区域整齐式种植，充分发挥各自独立的观赏价值。该植物群落的物种均能够适应人为干扰较大的环境中，因此该群落可应用于靠近人行道或车行道一侧的墙体上。

6)苣荬菜、酢浆草、海金沙+一点红、叶下珠、海芋、鸡眼草群落，海金沙叶形特殊且植株较高，作为背景，前景种植苣荬菜、酢浆草等较低矮可近距离欣赏的植物，中间穿插一点红，鸡眼草等。该植物群落以海金沙、苣荬菜和酢浆草为主，可以在阴暗潮湿，人为干扰大的恶劣环境中生长，当墙体环境条件较差时可以优先考虑该群落。

这些植物群落种植模式虽然没有传统植物景观的整齐有序，但却有着自然野趣、可持续、稳定性好和低维护的重要优点。而且基于生态学原理拟自然化的植物群落设计可有效实现其生态功能，是我国生态城市建设和城市可持续发展不可或缺的重要元素。

图5 6种垂直绿化植物群落模式示意图

4 结语

目前我国城市景观的设计对植物配植关注不足，导致出现植物群落适应性与稳定性差、多样性低、生态功能不足、景观形式单调且同质性高等问题。新自然主义生态种植设计理念为营造结构稳定、功能高效多样且观赏价值高的城市景观植物群落提供了新方向。本文尝试以墙体自生植物为研究对象，借助生态学的研究方法，从植物种类选择和植物群落构建2个步骤来探索构建城市垂直绿化中自然主义植物景观的设计策略。研究尚处于起步探索阶段，研究体系仍需不断完善。例如城市环境复杂，但由于各种条件限制，目前的研究区域较小，尚不能完全反映城市墙体自生植物的现状。而且研究中发现的乡土植物种类绝大多数尚未进行驯化试验，离投入应用还有漫长的道路。这些不足之处在以后的研究中将继续探寻适宜的解决方法。

注：文中图片均由作者拍摄或绘制。