新技術(shù)在立體綠化中的應(yīng)用

唐桂蘭+馬大慶

摘要：指出了立體綠化能夠改善城市生態(tài)環(huán)境，如凈化空氣、緩解溫室效應(yīng)等，伴隨著新技術(shù)、新材料、新理念等在立體綠化中的推廣應(yīng)用，屋頂綠化和墻面綠化等綠化形式也在不斷地發(fā)展進(jìn)步。通過(guò)資料搜集、實(shí)地參觀學(xué)習(xí)等方式，對(duì)目前立體綠化中使用的新技術(shù)進(jìn)行了歸納總結(jié)，并探討了部分具有代表性的技術(shù)措施，包括節(jié)水灌溉技術(shù)、補(bǔ)光技術(shù)、新型栽培介質(zhì)、廢物利用技術(shù)等，以期人們能對(duì)新技術(shù)在建筑綠化中的應(yīng)用有更深入的了解，推廣新技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：立體綠化；新技術(shù)；節(jié)水灌溉

中圖分類號(hào)：S731.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2017）07-0040-06

1 引言

城市的發(fā)展隨著土地資源的緊缺、環(huán)境條件日益惡劣等問(wèn)題面臨瓶頸，城市建設(shè)用地和綠化用地之間的矛盾愈演愈烈，尋求新的城市綠化途徑變得愈發(fā)重要。立體綠化作為一種節(jié)能節(jié)地、美觀環(huán)保的綠化形式逐漸受到人們的關(guān)注，主要包括屋頂?shù)木G化、墻面的綠化和公共設(shè)施的綠化等[1～3]。

立體綠化的發(fā)展很大的程度上依賴技術(shù)水平的提升，從種植基盤、種植袋等植物載體和支撐結(jié)構(gòu)組成的墻面綠化系統(tǒng)，到模塊化組裝或整體鋪設(shè)的屋頂綠化系統(tǒng)，從節(jié)水灌溉系統(tǒng)到手機(jī)物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)控制，從中水、雨水回用技術(shù)到屋頂花園生態(tài)鏈微循環(huán)系統(tǒng)等。各種新技術(shù)在立體綠化中的應(yīng)用，使綠化資材更加輕質(zhì)高效，植物選擇和養(yǎng)護(hù)管理更加科學(xué)合理，灌溉系統(tǒng)更加精確和節(jié)水，同時(shí)也拓寬了立體綠化的適用范圍。

2 立體綠化新技術(shù)概述

2.1 節(jié)水灌溉技術(shù)

由于立體綠化植物生長(zhǎng)環(huán)境相對(duì)惡劣，大風(fēng)和強(qiáng)烈的光照容易導(dǎo)致植物缺水狀況，因此立體綠化的灌溉需要大量水分，這將帶來(lái)較高的耗水量和灌溉成本。由此可見(jiàn)，節(jié)水灌溉及其新技術(shù)在立體綠化中的應(yīng)用非常必要。

2.1.1 自動(dòng)灌溉系統(tǒng)

自動(dòng)灌溉系統(tǒng)是適用于立體綠化的節(jié)水灌溉措施，系統(tǒng)由水箱、自動(dòng)控制箱、灌溉管網(wǎng)和排水系統(tǒng)組成。

自動(dòng)控制箱是整個(gè)自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的核心部位（圖1、2），在控制箱內(nèi)一般有自動(dòng)控制器、過(guò)濾器、施肥器、肥料桶、截止閥、電磁閥等部件，有的控制箱還連有濕度傳感器。傳感器固定在栽培基質(zhì)或無(wú)土種植毯中，當(dāng)基質(zhì)含水量約低于正常濕度20%時(shí)，自動(dòng)控制器會(huì)發(fā)出指令，自吸泵提水進(jìn)行自動(dòng)灌溉。此外還有雨水感應(yīng)器，在有降水的情況下，不進(jìn)行滴灌。

按照屋頂或墻面綠化植物水分需求設(shè)置灌溉管網(wǎng)的間距和灌溉頻率。例如通常情況下，南方墻面綠化項(xiàng)目在夏天和干燥天氣1 d灌溉2次，冬天則一周2～3次，使用精確灌溉系統(tǒng)，用水量每天為1～2 L/m3。

由于植物的需水量不同，各建筑朝向?qū)е碌墓庹蘸屯L(fēng)條件的差異也會(huì)對(duì)植物需水量產(chǎn)生影響，這需要在立體綠化植物設(shè)計(jì)階段就予以考慮?？筛鶕?jù)外界條件進(jìn)行立體綠化的區(qū)域劃分，劃定區(qū)域滴灌面積10～50 m2，具體可根據(jù)實(shí)際情況而定，同一區(qū)域內(nèi)選擇需水量相似的植物種類。在采取的區(qū)域濕度感應(yīng)預(yù)警系統(tǒng)中，各個(gè)區(qū)域設(shè)置濕度感應(yīng)器，而不同區(qū)域設(shè)置的灌溉臨界點(diǎn)不同，灌溉量有所區(qū)分，這樣能最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉。

屋頂綠化通過(guò)排蓄水板將多余的水分排到排水管道中，墻面綠化則通過(guò)水分層層向下滲透，最終滴落在排水槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)排水。收集這些排出的水到水箱中回用于灌溉，可以實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用，盡量減少水源浪費(fèi)。灌溉用水通常是市政管網(wǎng)的水，也可以是將灰水、黑水經(jīng)過(guò)處理回收利用的水，其中雨水是澆灌植物最理想的水源。通過(guò)雨水收集系統(tǒng)，將屋頂綠化積蓄的水源儲(chǔ)藏在水箱內(nèi)，通過(guò)計(jì)算該立體綠化項(xiàng)目中植物每日的總需水量，采用適當(dāng)容量的水箱，至少保證24 h水量充足。

2.1.2 水肥一體化灌溉

立體綠化可采用水肥一體化的灌溉模式，將液態(tài)肥料按照一定比例混于灌溉水中，在給植物灌溉的同時(shí)進(jìn)行施肥，補(bǔ)充立體綠化植物所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。利用水動(dòng)力肥料泵能夠?qū)崿F(xiàn)澆水和施肥操作的自動(dòng)化。

水動(dòng)力肥料泵（又稱比例加藥泵）目前已在墻面綠化灌溉中使用，工作原理是由管路中水流的動(dòng)能驅(qū)動(dòng)加藥泵工作。在帶壓水流的驅(qū)動(dòng)下，按比例定量將濃藥劑吸入，然后再與作為動(dòng)力的水結(jié)合。由于吸入的藥劑始終同進(jìn)入肥料泵的肥料體積直接成比例，而與管路中水壓及水量的變化無(wú)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)直接流量比例混合及投加。例如南京紫東國(guó)際創(chuàng)意園屋頂菜園（圖3）、杭州大華華領(lǐng)室內(nèi)植物墻（圖4）采用的就是水肥一體化灌溉的方式。

2.1.3 節(jié)水灌溉措施：滴灌、微噴、滲灌和痕量灌溉技術(shù)

目前滴灌系統(tǒng)在墻面綠化和屋頂菜園、屋頂花園的應(yīng)用已經(jīng)比較普遍。滴灌是將水通過(guò)直徑約10 mm毛管上的孔口或滴頭送到植物根部進(jìn)行局部灌溉。它是非常有效的一種節(jié)水灌溉方式，水的利用率可達(dá)95%。一種壓力補(bǔ)償?shù)晤^—PCJ補(bǔ)償?shù)晤^目前也被使用在立體綠化滴灌系統(tǒng)中，壓力補(bǔ)償系統(tǒng)保持在不同的進(jìn)口壓力（在建議的工作壓力范圍內(nèi)）條件下的均勻出流量，保證了水、肥的精確分布；借助水流壓力使彈性硅膠片改變水口斷面，調(diào)節(jié)流量、使水流穩(wěn)定。

微噴又稱霧滴噴灌，是在總結(jié)噴灌與滴灌的基礎(chǔ)上，研制和發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)灌溉技術(shù)。由于霧滴細(xì)小，其適應(yīng)性更好，植物從苗期到衰老全過(guò)程都適用。它利用低壓水泵和管道系統(tǒng)輸水，在低壓水的作用下，通過(guò)特別設(shè)計(jì)的微型霧化噴頭，把水噴射到空中，并散成細(xì)小霧滴，灑在植物枝葉上或表土上。微噴可以增加土壤水分，保持植株葉片濕潤(rùn)，為葉面除塵，也能提高空氣濕度，起到調(diào)節(jié)小氣候的作用，尤其對(duì)墻面綠化的喜陰濕植物的補(bǔ)水特別適宜。當(dāng)利用微噴或滴灌給葉面補(bǔ)水時(shí)，微噴頭和滴頭應(yīng)略低于植物株高，不影響植物墻整體美觀。

滲灌，即地下灌溉，是利用地下管道將灌溉水輸入田間埋于地下一定深度的滲水管道內(nèi)，借助土壤毛細(xì)管作用濕潤(rùn)土壤的灌水方法。深圳大竹疊翠公司的自動(dòng)調(diào)濕滲灌系統(tǒng)（圖5），它由給水管道、控制閥門組、自動(dòng)調(diào)濕控制器、系統(tǒng)管網(wǎng)和排水-透氣口組成，整個(gè)滲灌管網(wǎng)埋在土壤層以下，植物通過(guò)毛細(xì)管作用將水分吸收。屋頂綠化采用這種方式灌溉能夠極大地節(jié)省水源。

痕量灌溉技術(shù)是以土壤的毛細(xì)管為基礎(chǔ)，依照植物的需求，緩慢、適量地為植物根系進(jìn)行供水分的一項(xiàng)技術(shù)，它是世界上最省水的灌溉技術(shù)，該技術(shù)與植物需水特點(diǎn)完全匹配，即植物需要多少水就供給多少水。

屋頂綠化適宜使用滴灌、滲灌、痕量灌溉技術(shù)；墻面綠化適宜使用滴灌、微噴技術(shù)。采用合適的灌溉系統(tǒng)對(duì)于提高灌溉效率、節(jié)省水源開支具有重要意義。此外，不管使用哪種灌溉措施，立體綠化的排水工作一定要做好，尤其是屋頂綠化，使用排蓄水板或其他排水資材都應(yīng)注意匯水問(wèn)題（圖6）。

2.1.4 手機(jī)、PC物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中常用，適合推廣應(yīng)用于立體綠化中。在立體綠化領(lǐng)域，其核心是對(duì)灌溉管網(wǎng)的水流進(jìn)行精確管理，屋面氣象站和土壤傳感器會(huì)將收集的灌溉參數(shù)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)椒?wù)器上，水流沒(méi)澆或過(guò)流等異常情況會(huì)及時(shí)報(bào)警，并反映到手機(jī)、電腦上，管理者用智能手機(jī)、個(gè)人電腦對(duì)灌溉效果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，方便快捷。常州鳳凰谷武進(jìn)影藝宮墻面綠化、南京紫東國(guó)際創(chuàng)意園屋頂菜園等案例都使用了這種技術(shù)（圖7）。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、視頻采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、無(wú)線傳輸系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等。對(duì)于立體綠化，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)裝置主要是濕度傳感器，將土壤濕度狀況實(shí)時(shí)顯示在手機(jī)或PC電腦上。視頻采集系統(tǒng)采用高精度網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和全球眼系統(tǒng)進(jìn)行緊密融合，清晰穩(wěn)定，輔助管理人員進(jìn)行實(shí)時(shí)看管。控制系統(tǒng)主要由控制設(shè)備和相應(yīng)的繼電器控制電路組成，通過(guò)繼電器可以自由控制各種灌溉設(shè)備，包括噴淋、滴灌等噴水系統(tǒng)等。無(wú)線傳輸系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器上，由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，為用戶提供分析和決策依據(jù)，用戶可隨時(shí)隨地通過(guò)電腦和手機(jī)等終端進(jìn)行查詢，給出指令[3]（圖8）。

2.1.5 后備電源和停電報(bào)警系統(tǒng)

自動(dòng)灌溉系統(tǒng)可以配合后備電源和停電報(bào)警系統(tǒng)（圖9），后備電源包括在線式UPS、自吸泵和控制器，UPS（不間斷電源）在停電時(shí)依然能給逆變器供電，使電路正常運(yùn)行，不間斷地保證自動(dòng)灌溉；自吸泵不需在管路內(nèi)充水即可自動(dòng)抽水，具有操作方便、效率高等優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用在立體綠化灌溉系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)灌溉的自動(dòng)化管理。

2.1.6 中水、雨水回用系統(tǒng)

中水即再生水，是指污水經(jīng)適當(dāng)處理后，達(dá)到一定的水質(zhì)指標(biāo)，滿足某種使用要求，可以進(jìn)行有益使用的水。中水雖不能飲用，但它可以用于一些水質(zhì)要求不高的場(chǎng)合，如沖洗廁所、沖洗汽車、噴灑道路、綠化等。中水和雨水的回收利用可采用人工濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)合循環(huán)滲濾系統(tǒng)的技術(shù)原理，將凈化后的中水和雨水再接入灌溉系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)處理的中水和自然降落的雨水通過(guò)收集，在缺乏降水的天氣用于立體綠化的灌溉，是一種有效的節(jié)水措施。

雨水和中水容易殘留雜質(zhì)，可利用反沖洗過(guò)濾器（圖10）或連續(xù)偏側(cè)流雨污分離器，將固體雜質(zhì)分離。反沖洗過(guò)濾器利用濾網(wǎng)直接攔截水中的雜質(zhì)，自動(dòng)清洗過(guò)濾，自動(dòng)排污；連續(xù)偏側(cè)流雨污分離器，當(dāng)水流進(jìn)入系統(tǒng)，其自身產(chǎn)生離心力，形成強(qiáng)勁的水漩渦，可以持續(xù)的循環(huán)過(guò)濾，過(guò)濾動(dòng)力更突出。

2.1.7 屋頂綠化的蓄能腔體：灰水、黑水的回收利用

常州的“樹立方”項(xiàng)目的建筑使用多個(gè)“蓄能腔體”，即將雨水、生活用水等水體通過(guò)自然凈化儲(chǔ)存到“蓄能腔體”中，蓄能腔高為8～23 cm，能夠儲(chǔ)存水分。當(dāng)水位高于設(shè)定高度時(shí)，水將進(jìn)入到下一個(gè)蓄能腔中，從而形成了無(wú)動(dòng)力循環(huán)。蓄能腔采用高強(qiáng)度、高滲透性材料，使植物自下而上吸取水分，模擬自然界的地下水系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)，植物可以按需索取，從而實(shí)現(xiàn)水資源的按需分配，全自動(dòng)無(wú)動(dòng)力供水，避免了傳統(tǒng)的自上而下澆灌模式下的水資源的浪費(fèi)或供水不足的問(wèn)題。

生活中產(chǎn)生的灰水和黑水，灰水一般指廚房廢水、洗衣機(jī)和洗澡用過(guò)的廢水，可以直接進(jìn)入蓄能腔中，經(jīng)過(guò)自然凈化用于綠化用水。黑水即沖馬桶產(chǎn)生的污水，進(jìn)入化糞池進(jìn)行發(fā)酵、分解，經(jīng)臭氧消毒殺菌處理后，進(jìn)入蓄能腔體，給植物提供水分和養(yǎng)分，做到灰水與黑水100%及時(shí)收集、及時(shí)利用，確保生活灰水、黑水零排放。

2.2 立體綠化的新型無(wú)土栽培基質(zhì)

垂直花園大師帕特里特·布蘭克（Patrick Blanc）在他的墻面綠化案例中采用了無(wú)土栽培技術(shù)，用兩層氈布作為植物扎根的基質(zhì)，采用混有液態(tài)肥料的水進(jìn)行灌溉?，F(xiàn)在這種無(wú)土栽培的方式也在我國(guó)出現(xiàn)，這種方式清潔衛(wèi)生，植物少有病蟲害[4]。隨著工藝水平的進(jìn)步，各類新栽培介質(zhì)日益涌現(xiàn)，例如玻璃輕石（圖11）和一體化有機(jī)基質(zhì)（圖12）等。

玻璃輕石是利用廢舊玻璃為原料生產(chǎn)出來(lái)的一種輕型基質(zhì)，具有良好的儲(chǔ)蓄水分的作用，1 m3的玻璃輕石可以儲(chǔ)存600～700 kg的水分。它能在屋頂綠化中作為排水層使用，也可作為基質(zhì)的組分提高基質(zhì)厚度、改善植物扎根條件，提高基質(zhì)通氣和保水、保肥能力，其作為一種廢物利用的新型優(yōu)質(zhì)基質(zhì)應(yīng)該得到推廣利用。

一體化有機(jī)基質(zhì)是由利用秸稈、木屑等為原料，添加土壤改良劑、活性炭、養(yǎng)分顆粒體等多種添加物制成。該基質(zhì)具有一體化程度高，可以模塊化鋪設(shè)種植，輕質(zhì)，良好的透氣，保水性能優(yōu)等特點(diǎn)，同時(shí)也是一種可再生的種植基質(zhì)。

日本三得利（Suntory）公司發(fā)明的專利產(chǎn)品Pafcal（圖13），可以完全替代土壤，種植植物。水與空氣并存：完全吸水狀態(tài)下，空氣含量占60%、固態(tài)13%、液態(tài)27%，空氣含量遠(yuǎn)高于土壤和普通海綿。普通海綿的保水能力到達(dá)一定程度后就會(huì)急劇下降，但是Pafcal的保水能力從下至上基本均勻。

無(wú)土栽培技術(shù)用在立體綠化中的優(yōu)勢(shì)明顯，一是保證植物健康生長(zhǎng)，由于根系內(nèi)含有足夠的空氣，故不會(huì)因水分過(guò)多而導(dǎo)致爛根；二是輕巧方便，例如Pafcal的含水狀態(tài)下約260 g，約為土壤的1/2，干燥時(shí)僅約85 g，金洋有機(jī)基質(zhì)干重14.5 kg/m3，容重為0.28 g/cm3，不到普通土壤的1/3，在承重不夠的空間和場(chǎng)所也能實(shí)現(xiàn)綠化設(shè)計(jì)；三是清潔環(huán)保，因?yàn)椴缓寥?，植物不?huì)受病蟲害，并且是成型材料，不會(huì)像土壤一樣飛散，也不會(huì)有污水產(chǎn)生，還可以重復(fù)使用。

2.3 植物墻補(bǔ)光系統(tǒng)：更科學(xué)的植物排布方案

隨著墻面綠化走進(jìn)室內(nèi)，室內(nèi)陰暗的環(huán)境衍生出給植物墻補(bǔ)光的研究方向。如今，給植物補(bǔ)光的措施，不僅僅是補(bǔ)充植物所需的光照條件，也影響了植物選擇與搭配方式，融合了美觀、時(shí)尚的觀念。室內(nèi)或室外補(bǔ)光及裝飾，使用熒光燈或LED燈進(jìn)行補(bǔ)光，要考慮最佳的紅藍(lán)光配比[5]。

在進(jìn)行室內(nèi)墻面綠化植物的選擇前，先進(jìn)行光照模擬分析，測(cè)量不同高度、不同光源距離點(diǎn)的光照度，為墻面綠化的植物選擇和配置提供依據(jù)；對(duì)于室外墻面綠化，還應(yīng)考慮不同朝向的不同光照強(qiáng)度，配置喜陰、耐陰或喜陽(yáng)、耐陽(yáng)光直射的植物（圖15）。

2.4 空氣過(guò)濾水技術(shù)：提高植物墻去除甲醛、PM2.5等有害物質(zhì)的能力

對(duì)于墻面綠化，人們最關(guān)心的是健康安全性，而不是裝飾性和功能性，定量說(shuō)明最為有力。試驗(yàn)表明，通氣差會(huì)導(dǎo)致去除甲醛的能力差，流動(dòng)的空氣才能保證甲醛顆粒得到植物的凈化，而濕度低會(huì)導(dǎo)致去除PM2.5的能力差。普通室內(nèi)植物墻能去除50%的甲醛和70%的PM2.5，但是跟空氣凈化器相比，還是有差距。

采用空氣過(guò)濾水技術(shù)的植物墻，幫助室內(nèi)空氣流通、濕度變大，甲醛去除率可達(dá)到90%以上，PM2.5去除率達(dá)80%以上。如果室內(nèi)空氣較好，只用植物墻的植物去除有害氣體即可；若空氣較差，就打開空氣過(guò)濾水，1.5～2 h即可凈化室內(nèi)空氣，方便健康（圖16、17）。

2.5 利用立體綠化將固體廢物回收利用

自然界中生產(chǎn)、消費(fèi)、降解三個(gè)環(huán)節(jié)是平衡的，而現(xiàn)在人類生存的環(huán)境卻忽視了降解者的重要性，生活垃圾、污水、工業(yè)廢棄物等大量存在，成為阻礙人類社會(huì)和諧發(fā)展的一大難題。如果能像自然界那樣一切可以再生循環(huán)利用，在垃圾循環(huán)、水循環(huán)、材料循環(huán)、廢棄物循環(huán)方面實(shí)現(xiàn)微循環(huán)、微降解，就地、就近循環(huán)利用，這樣，人類生活對(duì)大自然的沖突就可盡可能降低[6]。

常州“樹立方”項(xiàng)目利用屋頂綠化承載此項(xiàng)技術(shù)，在屋頂花園中的水池養(yǎng)殖魚蝦，廚房的廢食廢物用來(lái)作為魚食，死魚和內(nèi)臟用來(lái)做蝦食，菜根、剩菜和果皮等進(jìn)行發(fā)酵分解制成肥料，供做植物肥料，而廢水通過(guò)處理也可以作為肥水給植物澆水，植物又可以成為魚類的食物，依此形成生態(tài)鏈。實(shí)現(xiàn)垃圾資源化、降低成本、減少排放，這是最理想的立體綠化生態(tài)系統(tǒng)。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)目前正在大力鼓勵(lì)綠色建筑的建設(shè)，立體綠化滿足節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材的綠建要求，例如同一棟樓屋頂綠化過(guò)的房間比沒(méi)有的房間節(jié)省約70%的空調(diào)電能；有墻面綠化的建筑，室內(nèi)空氣溫度較無(wú)綠化的低約3～5 ℃，空氣相對(duì)濕度可提高10%～20%?？梢灶A(yù)見(jiàn)，立體綠化將是城市建設(shè)發(fā)展的一大方向，是改善和深刻影響人類生活環(huán)境質(zhì)量的重要舉措，對(duì)于城市節(jié)能減排工作意義非凡。

我國(guó)的上海、北京、深圳、杭州等地已開展了立體綠化新技術(shù)的研究和應(yīng)用工作，并引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，在立體綠化構(gòu)件資材、植物生長(zhǎng)基質(zhì)、灌溉系統(tǒng)、植物選育和施工技術(shù)方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是還需進(jìn)一步地研究，立體綠化技術(shù)的大面積地使用與推廣指日可待。

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