廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化植物篩選及其評(píng)價(jià)

張繼方 張俊濤 劉文 王偉 賀漫媚 李許文 代色平

摘 要 通過對(duì)廣州地區(qū)廣泛收集引種的鄉(xiāng)土植物，以及現(xiàn)有栽培的地毯式屋頂綠化植物種類品種的栽培觀察，初步篩選適合廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化的植物共39科65屬85個(gè)種類品種。利用自行構(gòu)建的廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)85個(gè)種類品種進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中有21個(gè)種類品種適合在廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化中大規(guī)模推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 地毯式屋頂綠化 ；植物篩選 ；評(píng)價(jià) ；廣州

分類號(hào) TU986

隨著城市居民生活水平與文化水平的不斷提高，人們對(duì)居住環(huán)境的要求也日益明顯，從而對(duì)城市綠化提出了更高的要求。為了緩解城市綠化用地的嚴(yán)重不足，作為向空間索取綠化面積的屋頂綠化成了提高城市綠化覆蓋率的一條重要途徑[1]，得到了越來越多的重視。根據(jù)屋頂綠化選用的植物類型和景觀特點(diǎn)，屋頂綠化的模式有花園式、棚架式、地毯式等3種[2]。而地毯式（指在屋頂種植各種低矮的地被植物或草坪草）具有低重量、低成本、臺(tái)風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)小、綠化效果好、管理粗放等優(yōu)點(diǎn)，是目前廣州市屋頂綠化的主要模式。

盡管廣州市的屋頂綠化在國(guó)內(nèi)起步較早，但對(duì)于地毯式屋頂綠化植物的篩選，仍集中在一些景天科植物的研究上，品種相對(duì)單一，色彩單調(diào)、群落多樣性低，同時(shí)也帶來了一些如病蟲害、黃化斑點(diǎn)等負(fù)面問題[3]。為豐富廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化植物種類多樣性和穩(wěn)定性，本研究通過對(duì)廣州地區(qū)廣泛收集引種的鄉(xiāng)土植物以及現(xiàn)有栽培的種類品種的栽培觀察，初步篩選出表現(xiàn)良好的植物種類，并通過層次分析法（Analytic Hierarchy Process， 簡(jiǎn)稱AHP）對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[4]，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造了屋頂綠化植物綜合評(píng)價(jià)模型，進(jìn)一步提高廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化植物篩選的有效性、可靠性和可行性，為今后廣州地區(qū)屋頂綠化建設(shè)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化植物篩選依據(jù)

1.1.1 廣州地區(qū)的氣候概況

廣州市地處南亞熱帶，位于北緯23°05′～23°20′，東經(jīng)113°20′～113°35′，總面積約7 434.4 km2，其氣候?qū)倌蟻啛釒У湫偷募撅L(fēng)海洋性氣候，具有溫暖多雨、光熱充足、溫差較小、夏季長(zhǎng)、霜期短等氣候特征。年平均氣溫為21.9～22.8℃，年極端最高氣溫為38.6～39.3 ℃，年極端最低氣溫為0.0～2.3 ℃，年降水量在1 384.4～2 278.3 mm[5]。雨季較長(zhǎng)，一般從3～10月份，其中5、6月份雨量最多。另外廣州每年6～11月都不同程度受臺(tái)風(fēng)的影響，以8、9月居多，臺(tái)風(fēng)過后常為連續(xù)數(shù)天大雨[3]。因此，廣州的氣候特點(diǎn)可以用熱、濕、風(fēng)來概括。

1.1.2 屋頂綠化的立地條件

屋頂受到各種自然條件的限制，其生態(tài)環(huán)境與地面有明顯的不同，在光照、溫度、濕度、土壤基質(zhì)等方面均有很大的差異[6]。

1.1.2.1 屋頂種植基質(zhì)輕且薄

受建筑荷重的限制，屋頂綠化一般要求種植層的厚度較淺，而且基質(zhì)較輕，這將對(duì)屋頂綠化植物的篩選有一定的約束，除了考慮植物自身可能的自重外，還需考慮植物的高度和根系，防止植物倒伏以及根系對(duì)屋面的穿透影響。

1.1.2.2 屋頂種植基質(zhì)水分保持差

屋頂綠化的下墊面大都是混凝土，種植土被建筑物完全與大地隔離，所需的水分只能完全依靠自然降水和澆灌；在雨季，雨量過多，屋頂排水緩慢，土壤有短時(shí)間積水，植物易因不耐濕而死亡；在旱季，加上屋頂白天的高溫，植物又容易出現(xiàn)脫水而枯萎[7]。

1.1.2.3 屋頂種植基質(zhì)溫度變幅大

屋頂外表面材料多以水泥鋼筋等硬質(zhì)材料為主，其熱容量小，缺少了大地土壤的調(diào)節(jié)，易吸熱也易散熱，使得基質(zhì)的溫度變化幅度大。盡管晝夜溫差大有利于植物的營(yíng)養(yǎng)積累，但一旦溫差的變化幅度和變化速度超過植物的承受能力，則容易造成夏天溫度特別高，會(huì)灼傷植物根部；而冬季溫度特別低，又會(huì)使植物根部受到冷害。

1.1.2.4 屋頂風(fēng)力較大

建筑屋頂位置高，空氣流暢，風(fēng)力大過地面風(fēng)速，空氣濁度比地面低，有利的方面是利于屋頂綠化植物的通風(fēng)透氣；不利的方面是風(fēng)力過大時(shí)，較大枝干繁茂的植物容易倒伏和折斷，加上種植的基質(zhì)層薄且輕，使得屋頂植物抗風(fēng)能力弱，尤其是在多臺(tái)風(fēng)季節(jié)。

1.1.2.5 屋頂種植基質(zhì)中的養(yǎng)分更易流失

由于屋頂日照強(qiáng)度和風(fēng)力大，植物的蒸騰作用強(qiáng)烈，基質(zhì)的水分蒸發(fā)也快，因此灌溉次數(shù)比地面種植要更多，加上廣州地區(qū)的雨季時(shí)間長(zhǎng)，這樣就導(dǎo)致基質(zhì)中的營(yíng)養(yǎng)元素也更易流失，植物也就更易出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)不足的現(xiàn)象。

1.2 廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化植物選擇標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)廣州地區(qū)的氣候特點(diǎn)和屋頂立地條件的限制，廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化篩選的植物最好具有下列特點(diǎn)。

1.2.1 抗逆性強(qiáng)，養(yǎng)護(hù)管理粗放

由于屋面環(huán)境較為特殊，要求植物具有耐旱、耐寒、耐高溫、耐水濕、耐貧瘠、耐強(qiáng)風(fēng)、耐強(qiáng)光照、抗病蟲害、能忍受夏季高熱風(fēng)、冬天能露地越冬等特點(diǎn)。為了減少養(yǎng)護(hù)管理成本，除了抗逆性強(qiáng)外，還要求植物移栽容易成活、不需怎么修剪或耐修剪等。

1.2.2 根系淺，穿透力弱，擴(kuò)張能力強(qiáng)

地毯式屋頂綠化使用的植物主要是低矮的多年生草本和灌木，要求其根系為須根系或淺根性，能夠適宜淺薄的基質(zhì)層，并且以廣州地區(qū)的鄉(xiāng)土品種或是引種馴化成功的現(xiàn)有栽培品種為佳。草本類的還要求分蘗能力強(qiáng)，或者具有匍匐莖或地下橫走的根莖，以使植株能更快地覆蓋地面。

1.2.3 觀賞性狀良好，抗污染

地毯式屋頂綠化植物要求四季常綠，株型整齊緊湊，有觀花價(jià)值更佳，面積較大的盡量選擇幾種植物進(jìn)行景觀組合、色塊搭配等。鑒于目前空氣污染比較嚴(yán)重的情況，所選擇的植物還要求具有較強(qiáng)的抵抗空氣污染和吸附PM2.5的能力。

1.3 廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化植物綜合評(píng)價(jià)方法

1.3.1 地毯式屋頂綠化植物評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、資料調(diào)研和專家咨詢法，初步得到的廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化植物所需評(píng)價(jià)指標(biāo)有17個(gè)，分別是耐旱性（P1）、耐熱性（P2）、耐寒性（P3）、耐陽性（P4）、耐濕性（P5）、耐貧瘠性（P6）、抗風(fēng)性（P7）、抗病蟲害性（P8）、蓋度（P9）、葉期（P10）、花期（P11）、繁殖難易程度（P12）、成坪速度（P13）、根系性狀（P14）、種植層厚度（P15）、耗能程度（P16）和管理養(yǎng)護(hù)程度（P17）。

1.3.2 屋頂綠化植物評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

各具體指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)是在對(duì)篩選出的地毯式屋頂綠化植物的生物學(xué)特性、觀賞性及生長(zhǎng)適應(yīng)性充分觀察的基礎(chǔ)上，通過參考前人評(píng)價(jià)體系并咨詢專家意見，制定評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（表1）。該評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)的分值采用10分制[4]，以10、8、6、4、2分值分別代表好、較好、中等、差、極差。

1.3.3 綜合評(píng)價(jià)的計(jì)算方法

充分利用相關(guān)專家、學(xué)者、技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)和判斷，對(duì)屋頂綠化中定量和非定量因素進(jìn)行統(tǒng)一測(cè)度，通過兩兩比較方案或目標(biāo)的相對(duì)重要性，構(gòu)造判斷矩陣，計(jì)算判斷矩陣的最大特征根和特征向量，進(jìn)而得到方案或目標(biāo)相對(duì)重要性的定量化描述。采用絕對(duì)評(píng)定選擇法[8]，通過matlab 7.0 軟件計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)層（P）相對(duì)于目標(biāo)層（A）的總排序權(quán)值（W）的加權(quán)綜合，綜合評(píng)價(jià)值計(jì)算公式：A=P1×W1+P2×W2+...+P12×W12。

1.3.4 判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)

由matlab7.0軟件計(jì)算P層各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)于所屬準(zhǔn)則層（C層）的加權(quán)值后，再與C層對(duì)A層的加權(quán)值進(jìn)行加權(quán)綜合，即可得P層相對(duì)于A層的總排序權(quán)值。根據(jù)總目標(biāo)A的要求并借鑒前人成熟的綜合評(píng)價(jià)模型[9-10]，首先構(gòu)造判斷矩陣，按照1、3、5、7、9比率標(biāo)度使之定量比，進(jìn)一步通過兩兩比較，得出第2層因素相對(duì)于第1層的比較判斷矩陣A～C；第3層因素相對(duì)于第2層的比較判斷矩陣C～P，共4個(gè)判斷矩陣，得出P層對(duì)C層、C層對(duì)A層的排序權(quán)值，并通過檢驗(yàn)保證判斷矩陣的一致性。根據(jù)AHP理論，當(dāng)平均隨機(jī)一致性指標(biāo)CR<0.1時(shí)，層次總排序具有滿意的一致性，否則需對(duì)原判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整。本研究計(jì)算結(jié)果4個(gè)矩陣CR都小于0.1，具有滿意的一致性（表2）。

1.4 廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化植物綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)上述層次分析，參考前人評(píng)價(jià)體系并咨詢專家意見，對(duì)本研究評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整和判斷矩陣分析，得到廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化植物綜合評(píng)價(jià)模型（表3）。該模型包括目標(biāo)層（A）、準(zhǔn)則層（C）、標(biāo)準(zhǔn)層（P）和最底層（D）。選出對(duì)目標(biāo)層約束最強(qiáng)的3個(gè)因素構(gòu)成準(zhǔn)則層，即生態(tài)適應(yīng)性（C1）、觀賞性狀（C2）和開發(fā)應(yīng)用潛力（C3）。

2 結(jié)果與分析

2.1 廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化植物的篩選

根據(jù)地毯式屋頂綠化植物的選擇標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合氣候相似性原則以及現(xiàn)有的研究報(bào)道[8-9，11-12]，通過對(duì)野外廣泛收集引種的以及現(xiàn)有栽培的種類品種的觀察，初步篩選可能適合廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化優(yōu)良的植物共39科65屬85個(gè)種類品種（表4），其中廣州地區(qū)草本鄉(xiāng)土植物28個(gè)種類品種。

2.2 廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化植物的評(píng)價(jià)

對(duì)上述85個(gè)種類品種利用廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化綜合評(píng)價(jià)模型進(jìn)行了評(píng)分，其綜合評(píng)價(jià)值在5.64～9.13，其中綜合評(píng)價(jià)值在7.0 以上的植物見表5。

將所得綜合評(píng)價(jià)值分為3個(gè)等級(jí)（每級(jí)不包括上限）：Ⅰ級(jí)（≥8.0），即在廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化中開發(fā)應(yīng)用價(jià)值高，可大規(guī)模應(yīng)用及推廣，共有21種；Ⅱ級(jí)（≥7.5），即在廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化中開發(fā)應(yīng)用價(jià)值較高，可適度應(yīng)用，共有21種；Ⅲ級(jí)（≥7.0），即在廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化中有一定的應(yīng)用價(jià)值，可作為配植，共有17種；綜合評(píng)價(jià)值在7.0以下的植物多為對(duì)環(huán)境要求較高，在地毯式屋頂綠化中適應(yīng)性較差，可暫不應(yīng)用。

3 討論

由于目前屋頂綠化的技術(shù)五花八門，難于形成嚴(yán)格執(zhí)行的技術(shù)規(guī)范；另外，一些具有地方特色的鄉(xiāng)土植物及外來新優(yōu)植物等資源開發(fā)的速度相對(duì)滯后，使得自然界中很多優(yōu)良植物材料尚未被開發(fā)應(yīng)用。相信在科研人員的不懈努力下，隨著植物資源的不斷開發(fā)，屋頂綠化對(duì)建筑物的荷重、防滲漏等技術(shù)方面的不斷提高，適合于屋頂綠化的植物種類必將會(huì)越來越豐富。

構(gòu)建廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化植物綜合評(píng)價(jià)體系，并運(yùn)用AHP層次分析法對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以使視覺美感、生態(tài)應(yīng)用開發(fā)潛力的程度、功能性等一些抽象性評(píng)價(jià)的因素定量化，從而具有相對(duì)較為全面、客觀及科學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，這為提高廣州地區(qū)地毯式屋頂綠化植物的篩選起到一定的指導(dǎo)作用。同時(shí)，本研究的評(píng)價(jià)體系也存在著一定的局限性，因?yàn)閱我坏脑u(píng)價(jià)體系并不能完全客觀地反映出不同植物的開發(fā)價(jià)值，如隨著屋頂綠化相關(guān)配套實(shí)施的改進(jìn)，使原本不大適合在屋頂種植的植物也具有一定的開發(fā)應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 西奧多·奧斯曼德森. 屋頂花園歷史·設(shè)計(jì)·建造[M]. 林韻然，鄭筱津譯.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

[2] 陸文妹，張?jiān)粕? 我國(guó)屋頂綠化發(fā)展綜述[J]. 生物學(xué)教學(xué)，2005，30（9）： 53-55.

[3] 湯 聰. 廣州地區(qū)草坪式屋頂綠化植物篩選及栽培基質(zhì)研究[D]. 廣州：仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，2013.

[4] 唐東芹，楊學(xué)軍，徐東新. 園林植物景觀評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用[J]. 浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，18（4）：394-397.

[5] 張繼方，賀漫媚，劉 文，等. 廣州木棉種質(zhì)資源調(diào)查及其評(píng)價(jià)[J]. 廣東林業(yè)科技，2013，29（6）：47-53.

[6] 林夏珍. 論屋頂環(huán)境與屋頂綠化[J]. 浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，1998，15（1）：91-95.

[7] 金 莉. 桂林地區(qū)屋頂綠化植物選擇研究[D]. 桂林： 桂林理工大學(xué)，2009.

[8] 黃柳菁，邢福武，周勁松，等. 廣州野生觀賞種子植物資源調(diào)查與觀賞評(píng)價(jià)[J]. 福建林業(yè)科技，2010，37（2）：82-89.

[9] 朱 純，代色平. 廣東野生觀賞植物資源開發(fā)利用的綜合評(píng)價(jià)[J]. 廣東園林，2008，30（4）：9-131.

[10] 劉迎春，王蓮英. 芍藥品種的數(shù)量分類研究根據(jù)[J]. 武漢植物學(xué)研究，1995，13（2）：116-126.

[11] 秦建橋，馮志堅(jiān)，陳 波，等. 廣州地區(qū)鄉(xiāng)土紅葉植物資源調(diào)查[J]. 廣東林業(yè)科技，2009，25（1）：52-57.

[12] 簡(jiǎn)曙光，謝振華，敖惠修，等. 廣州市屋頂自然生長(zhǎng)的植物[J]. 中國(guó)野生植物資源，2004，23（6）：35-37.