光热复合作用下夏季重庆城区住宅南向阳台植物生长状态研究

刘 炜

(四川美术学院 建筑与环境艺术学院，重庆 401331)

1 重庆城区气候与光、热气候特点

重庆主城区5月—7月气候温和多雨，7月中旬—8月中旬酷热多伏旱，气温多在27～38℃之间，最高极限气温可达43.8 ℃，夏季高温对植物生长会产生热胁迫作用，住宅南向阳台受室外综合温度影响，其温度比同时期住宅周边绿地的温度更高，对部分花卉植物造成不同程度的损伤，特别是一些不耐高温的植物，如君子兰、龙船花、蟹爪兰、绣球、栀子花、杜鹃花等长势较差，甚至无法在夏季高温时段存活。在光气候方面，重庆是中国日照最少的城市之一，年日照时数1 000～1 400 h，年均日照1 259.5 h，但夏季日照时数相对较多，图1为重庆全年日照时数及云量分布图，7月—8月日照时数略高，月均日照时数230 h，最大值在7月中旬[1]。因此，有些喜阳植物花卉在重庆的气候、光照条件下不能达到最佳的生长和开花状态，一些在福建、海南、广东等地开花繁茂的三角梅、炮仗花、凌霄等花卉，在日照时数相对较少的重庆市区开花量明显不足，盛花期也较短。如三角梅，照度在45 000 lx以上才能快速生长，开花紧密，包片着色良好[2]，相较重庆，7月—8月福州日照时数553.3 h，厦门为534.9 h，夏季这两地的三角梅花势远比重庆繁茂。据夏季时段全国日照时数统计，重庆日照时数较海南、广东、福建、台湾、云南南部等地少100～300 h[3]。

图1 全年日照时数及云量分布

2 夏季南向阳台热环境特点分析

植物高于正常最适生长温度(15～28 ℃)称为热胁迫。热胁迫能破坏细胞内的稳态，导致植物生长发育的严重延迟甚至死亡[4]。重庆夏季高温，住宅阳台受室外综合温度的影响导致该区域温度高于住宅周边绿地温度，据观测，晴天或多云天南向阳台的温度比地面植被土表温度高12～27 ℃，这对于阳台植物的枝叶及盆土较浅的植物根际来说无疑是难以煎熬的温度。总体看，南向阳台夏季一天中最热的13：00—15：00时段太阳直射时间少于西向阳台，因此，南向阳台植物受热胁迫影响的生长环境优于西向阳台，但由于阳台周边墙体的热反射作用，加之通风不畅，该时段南向阳台植物生长环境较住宅周边绿地差。

以2020年5月5日—2020年8月30日部分日期15时左右作为研究时间段，对重庆大学城虎溪花园某栋住宅南向阳台植物光热环境进行分析，住宅楼层为18层，由于受地面植被及周边住宅的影响，南向阳台得热量分段式升高，1～4层阳台温度较低，图2为住宅不同楼层南向阳台热成像图(观测时间5月5日15时)和基于rhino7的ladybug插件的模拟图(模拟时间8月22日)。由此可见，夏季晴天或多云天南向阳台温度较高，部分区域较同期气温高出12 ℃以上。图3为住宅南向阳台植物种植分布图及盆土温度观测图，盆土测试时间为6月5日14时，当日为多云有阳光直射，气温为22～33 ℃，阳台部分区域温度达48 ℃，干燥盆土根际温度达44 ℃，实测地面植被土下0.3 m温度为29 ℃。图4为测试时段内气温及住宅17层南向阳台形态及阳台植物布置图。图5为观测时间段气温及相关温度实测图。

图2 住宅不同楼层南向阳台热成像图及模拟图

图3 住宅南向阳台植物种植分布图及盆土温度观测图

图4 某住宅17层南向阳台形态及阳台植物布置图

一般植物根系比植物地上部分要求的温度略低，而且根系的适温范围较窄(15～25 ℃)，多数植物的根际温度超过25 ℃, 植株的生长就会受到影响。根际高温不仅使植株的光合速率降低，而且增加了呼吸消耗，使植株的碳消耗超过了碳生产[5]，另一方面，植物枝叶温度几乎与阳台温度同步，阳台植物在夏季高温下首先受到高温胁迫的是枝叶，高温、强光更容易伤及植物的幼叶。通常植物叶片会通过蒸腾作用降温，因此，在高温、强光时段，保持盆土适当的湿度有利于维持植物叶片蒸腾降温的作用。图3、图5观测到的根际温度远高于地表植物的根际温度值，因而，夏季晴天或多云天阳台花盆内的植物根际受到较严重的高温胁迫。

注：地表土温测试点为地面种植区域地表下0.3 m深度

3 夏季南向阳台光环境特点分析

光照强度主要影响植物的光合速率(PR)，光照强度需达到其光补偿点(LCP)才能有干物质的积累，光合速率随光照强度的增加而提高，直至达到光饱和点(LSP)而停止。对于喜阳植物，光照强度对植物的生长发育及形态结构的形成有重要作用，在强光环境中生长发育健壮，阳性植物的光饱和点在20 000～25 000 lx，有些阳性植物甚至测不到光饱和点，例如，三角梅、石榴、牵牛花、菊花、太阳花等属喜阳植物，其中三角梅的光饱和点非常高；耐阴植物是在光照条件好的地方生长好，但也能耐受适当的荫蔽，或者在生育期间需要较轻度遮阴的植物，如天竺葵、绣球、玉簪、矾根、酢浆草、球兰等；喜阴植物是耐阴性强，在适度荫蔽下生长良好的植物，不能忍耐强烈的直射光线，在完全日照下生长不良或不能生长，喜阴植物约在5 000～10 000 lx就达到光饱和，如铁线蕨、散尾葵、龙血树等。

阳台植物的种植宜采用可移动花盆，这类花盆可调整植物受光方向，防止植物长偏。同时，植物在夏季高温时段受阳光直射时可移至遮荫处，避免高温胁迫的影响，但也带来另一个问题，就是植物光合作用变弱，叶片稀疏、枝条徒长，而且频繁移动不利于植物生长。图6为观测时间段内南向阳台植物放置范围内的照度变化情况，测试时间固定在观测日的15时，共设定了33个观测日，其中照度大于20 000 lx的观测次数为14次，占比42.4%，由图6可见，进入7月下旬白天直射时数增多，光照环境达到了部分植物的光饱和点。

图6 观测时间照度图

4 夏季光热协同作用下的植物生长状况

重庆城区阳台植物更容易受到高温胁迫的作用，阳台植物有别于地面种植植物，其获得的热量除来自太阳直射外，还来自阳台及周边环境的大量热辐射，并且通风状况也不如地面，散热能力差。由于种植阳台植物的花盆相对较小，根际土壤更容易受到环境的影响，因而阳台植物根际温度明显高于地面植物所处的环境，表1为夏季观测植物种类及生长状况评价，阳台植物在重庆炎热的夏季生长环境较为恶劣，受阳光直射的南向阳台区域温度可达58 ℃。

表1 样本植物夏季生长状况对比

在5月—8月的观测时间段内，南向阳台阳光直射时间以夏至日为最短，其直射深度也最小，前后以夏至日为中心点对称分布。从气温和光照状况来看，夏至前晴天较少，气温相对较低，南向阳台阳光直射区域大于38 ℃(极端温度)的时段积累相对较少，植物处于良好的生长环境。夏至之后温度渐高，晴天渐多，植物生长进入光饱和点时段及受到热胁迫时段不断增加，其生长环境不断变差，部分植物出现停止生长、叶片发黄、干枯或整株死亡的现象，但也有一些植物在高温、高光照的环境下生长状态良好。图7为夏季观测时段植物枝条生长长度图，图8为太阳直射下的花盆高温热成像图，图7、图8反映了南向阳台植物受光、热影响的程度。如表1中的三角梅(多品种)、九里香、双色茉莉等在高温时仍然保持较为良好的生长状态。7月下旬后，部分耐阴、喜阴植物可搬至庇荫场所减少阳光直射，但是阳台的高温难以改变，部分植物如绣球、龙船花、蟹爪兰、杜鹃、桂花、绿萝等植物生存困难，甚至难以存活，还有一部分植物如月季、凌霄、栀子花等除受高温、强光、高湿影响外，阳台通风差也是影响植物生长的重要因素，导致该类植物病虫害严重，相比之下，这些植物在屋顶花园长势良好，虽然屋顶同样高温、高湿、强光，但种植土质较厚，根际温度相对较低，且屋顶通风良好，屋顶植物生长环境优于南向阳台，能存活的植物种类也多于南向阳台。

图7 夏季观测时段植物枝条生长长度

图8 太阳直射下的花盆高温热成像图

5 结论

重庆城区夏季南向阳台的室外综合温度高于住宅周边绿地温度，阳台部分区域太阳直射最高温度甚至可达58 ℃，相较地面植物，阳台植物生长环境则较为恶劣。夏至之前极端温度和强光累积较少，植物生长环境较佳，但夏至之后温度渐高，晴天渐多，植物生长进入光饱和点时段及受到热胁迫时段不断增加，因此，南向阳台植物的选择应考虑耐高温的品种，其中，喜阳耐热植物可布置在阳台边缘受光较好部位，喜阴耐热植物布置在阳光直射较少的位置，耐阴耐热植物介于中间位置，而不耐热的植物在南向阳台较难存活，同时，植物的选择还应考虑不易受病虫害影响的品种。