新自然主義生態(tài)種植設(shè)計理念下的城市墻體自生植物在垂直綠化中的應(yīng)用

劉瑞雪

許曉雪

袁 磊*

快速城市化進程導(dǎo)致城市環(huán)境日益惡化，出現(xiàn)了熱島效應(yīng)、空氣質(zhì)量惡化和生物多樣性降低等一系列生態(tài)環(huán)境問題[1]。綠地是城市生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分，具有重要的生態(tài)服務(wù)功能，能改善城市環(huán)境、維持城市生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展[2]。然而城市用地緊張，綠地面積及其增速遠不能滿足城市發(fā)展的需要。作為對國土資源二次開發(fā)利用的垂直綠化，不僅可有效緩解城市用地緊張與綠地空間不足的矛盾，而且是維持城市生態(tài)平衡的一種有效補償方法。垂直綠化因其適應(yīng)現(xiàn)代城市高密度、緊湊發(fā)展的模式，已成為緩解人為影響、改善城市生態(tài)環(huán)境的重要手段[3]。

然而目前垂直綠化植物種類適應(yīng)性差，受氣候和城市環(huán)境影響極易死亡，為保證景觀效果更換頻繁；而且植物群落穩(wěn)定性較差，直接影響垂直綠化的景觀效果和生態(tài)功能的發(fā)揮[4]。如何營建景觀效果良好、生態(tài)功能優(yōu)良的垂直綠化植物群落，且滿足低成本、低消耗、低維護與易管理的訴求，是當(dāng)前城市垂直綠化發(fā)展必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

目前關(guān)于垂直綠化的研究多集中在垂直綠化植物種類篩選、栽培養(yǎng)護管理及植物墻的構(gòu)建技術(shù)等方面，缺乏關(guān)于垂直綠化植物群落構(gòu)建的研究[5]。在快速城市化和全球自然生態(tài)保護浪潮的影響下，以尊重自然規(guī)律和維持生態(tài)平衡為核心的新自然主義生態(tài)種植設(shè)計理念日益深入人心。新自然主義生態(tài)種植方式借鑒自然植物群落的基本結(jié)構(gòu)作為植物配植的基本模式，盡可能選用既能適應(yīng)場地環(huán)境又能與其他生物要素和非生物要素協(xié)同共生的植物種類[6-7]。新自然主義生態(tài)種植以其更好的植物群落適應(yīng)性和穩(wěn)定性、豐富的物種多樣性及較低的種植和維護成本，為城市垂直綠化的發(fā)展提供了新思路。

城市自生植物長期被冠以“雜草”之名，在高強度的人類干擾下幾乎沒有容身之地。近年來，城市自發(fā)生長繁衍的“雜草”逐漸受到重視。這類植物相對于人工栽培植物可更好地適應(yīng)城市環(huán)境，無須精細頻繁的養(yǎng)護管理，且能更好地發(fā)揮生態(tài)效益。目前針對城市自生植物的研究多在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，側(cè)重于城市化影響下的植物物種組成、群落結(jié)構(gòu)、多樣性和空間分布等[8-10]。在風(fēng)景園林領(lǐng)域，對自生植物的研究多以城市綠地雜草防治為出發(fā)點，僅有個別學(xué)者對其應(yīng)用潛力進行了初步探討[11]。

本研究以典型的高密度城市建成區(qū)——廣東省深圳市南山區(qū)為研究區(qū)域，以南山中心區(qū)墻體自生植物為研究對象。借助生態(tài)學(xué)的研究方法，分析墻體自生植物的物種組成、群落結(jié)構(gòu)及其與墻體微環(huán)境的適應(yīng)關(guān)系。并基于新自然主義生態(tài)種植設(shè)計理念，從植物種類選擇和植物群落構(gòu)建2個步驟來探討墻體自生植物在城市垂直綠化中的應(yīng)用潛力，以期為快速城市化進程中城市垂直綠化的發(fā)展提供新的思路與方法。

圖1 研究區(qū)域地理位置圖

圖2 墻體自生植物實景

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

廣東省深圳市地處廣東中南沿海，珠江入?？谥畺|偏北，屬亞熱帶海洋性氣候。常年主導(dǎo)風(fēng)向為東南偏東風(fēng)。年均溫22.4℃。雨量充足，年均降雨量1 882.8mm。日照時間長，年均日照2 120.5h。平均每年受臺風(fēng)影響4～5次[12]。地帶性植被為南部的熱帶常綠闊葉林和北部的亞熱帶常綠闊葉林，植物資源豐富，有野生維管植物2 800多種[13]。城市形態(tài)呈現(xiàn)出總體建設(shè)量大、多中心高密度建設(shè)的特點。

南山區(qū)位于深圳市西南部，是典型的高密度城市建成區(qū)。南部濱海，北部為羊臺山和西麗水庫，中東部為主要建筑分布區(qū)域。由于城市結(jié)構(gòu)不合理，建設(shè)強度大，綠化分布不均勻，導(dǎo)致城市中心熱島集中，呈現(xiàn)南北部低、中東部高的特點。建筑類型主要為商住建筑，由低矮密集的城中村和高層商住建筑組成[14](圖1)。

1.2 數(shù)據(jù)收集

對南山中心區(qū)進行實地踏查，對墻體自生植物及其生長環(huán)境進行調(diào)查與記錄。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)自生植物群落主要生長在擋土墻上，且以草本植物為主，因此在墻面上設(shè)置1m×1m的樣方，進行墻體自生植物群落的調(diào)查(圖2)。記錄樣方中的植物種類、數(shù)量、高度和蓋度等。同時對墻體微環(huán)境進行調(diào)查記錄，各因素的詳細描述及測定方法見表1。實地調(diào)查于2018年6月進行，此時間段內(nèi)深圳陽光與雨量充足，無臺風(fēng)等極端天氣。

1.3 數(shù)據(jù)分析

維管植物種類的鑒定使用《深圳植物志》和《中國植物志》[13，15]；根據(jù)《植被生態(tài)學(xué)》中對植物生活型的分類，對墻體自生植物的生活型組成進行分析[16]；鄉(xiāng)土植物、外來植物和入侵物種的鑒定通過查詢植物志和相關(guān)文獻確定[17-18]。

以樣方為單位，計算植物群落中每一物種的重要值，以物種重要值為基礎(chǔ)，建立樣方—物種矩陣。使用雙向指示種分析(TWINSPAN)進行植物群落類型的劃分，使用指示種分析(INSPAN)鑒別各植物群落類型的優(yōu)勢種；使用除趨勢典范對應(yīng)分析(CCA)來研究墻體自生植物與墻體微環(huán)境因素的關(guān)系，使用999次Monte Carlo隨機置換檢驗來檢測環(huán)境因素的解釋能力。所有數(shù)據(jù)分析都由PCORD 5.0完成。

2 研究結(jié)果

2.1 城市中心區(qū)墻體自生植物種類

調(diào)查中共記錄墻體自生維管植物49種，隸屬于27科44屬。其中蕨類植物4科4屬5種，被子植物23科40屬44種。含3種種類以上的科有5科，依次為菊科(10屬10種)、禾本科(4屬4種)、大戟科(3屬4種)、桑科(2屬4種)和茜草科(2屬3種)，僅含有1種植物種類的科有20科，占所有科的74.07%。

通過對植物生活型分類，墻體自生植物中木本植物7種(12.29%)，草本植物42種，包括蕨類植物5種(10.2%)，一、二年生草本植物17種(34.69%)，多年生草本植物20種(40.82%)。

在物種來源方面，鄉(xiāng)土植物38種(77.55%)，如狗牙根(Cynodon dactylon)、海金沙(Lygodium japonicum)、黃鵪菜(Youngia japonica)、牛白藤(Hedyotis hedyotidea)、耳草(Hedyotis auricularia)等。外來物種11種，除火龍果(Hylocereus undatus)以外，其余10種都是對我國華南地區(qū)產(chǎn)生嚴(yán)重危害的入侵物種，包括落葵薯(Anredera cordifolia)、落地生根(Bryophyllum pinnatum)、馬纓丹(Lantana camara)、鉆葉紫菀(Aster subulatus)和薇甘菊(Mikania micrantha)等。

圖3 132個墻體自生植物群落TWINSPAN分類圖

圖4 墻體自生植物種類與環(huán)境變量的CCA排序圖

2.2 城市中心區(qū)墻體自生植物群落類型

調(diào)查中共記錄植物群落樣方132個。以樣方-物種矩陣為基礎(chǔ)，使用TWINSPAN對132個植物群落進行群落類型的劃分。采取第4級水平的劃分將132個植物群落分為8種植物群落類型(圖3)。根據(jù)INSPAN的結(jié)果，使用每種植物群落類型中的優(yōu)勢種對群落類型進行命名，分別是：1)馬纓丹-狗牙根+一點紅群落；2)鬼針草群落；3)牛白藤群落；4)海芋群落；5)酢漿草群落；6)苣買菜群落；7)葉下珠群落；8)霧水葛群落。

2.3 城市中心區(qū)墻體自生植物與微環(huán)境因素的關(guān)系

調(diào)查中發(fā)現(xiàn)自生植物群落主要分布在毛石堆砌水泥砂漿勾縫的擋土墻面上，瓷磚、水泥和玻璃等材質(zhì)的建筑墻面上僅有少量植物生長。因此，本文的132個墻體自生植物群落樣方均取樣自擋土墻。因此墻面材質(zhì)不納入統(tǒng)計分析。為了消除環(huán)境因素之間多重共線性的影響，采用Spearman相關(guān)性檢驗來檢測環(huán)境因素之間的相關(guān)性。綜合分析結(jié)果，將植物繁殖體來源這一因素從分析中移除。

以樣方—物種矩陣為基礎(chǔ)，結(jié)合墻體微環(huán)境因素，對132個植物群落進行CCA排序(表2)，前4個典范軸解釋了植被變化的12.2%。Monte Carlo置換檢驗表明，所有的典范特征軸與植物群落物種組成變化都是極顯著相關(guān)(P=0.002)。CCA排序前兩軸的特征值明顯高于第3、4軸，說明前兩軸是解釋墻體植物變化的主要典范軸，因此采用前兩軸的數(shù)據(jù)繪制CCA排序圖(圖4)。

根據(jù)圖4可知，沿著第1軸從左到右，墻體周邊用地分別是綠地、廢棄地、硬質(zhì)場地、人行道和車行道，從綠地過渡到車行道，所受人為干擾程度逐漸增強；墻面苔蘚面積占樣方面積的比率逐漸減少，墻面潮濕程度降低。沿著第2軸從下至上，日照時長逐漸減少、墻面朝向南轉(zhuǎn)向北、垂直墻面破損程度逐漸嚴(yán)重、墻面濕度增加，反映墻面破損老化且陰暗潮濕程度逐漸增加。

CCA排序圖顯示了這些自生植物在墻體上的空間分布與環(huán)境變量的關(guān)系，物種在排序空間中的位置反映了該物種的生態(tài)習(xí)性。鉆葉紫菀、垂葉榕、龍葵位于排序第1軸的最右端，即這些物種主要生長在周邊人為活動干擾較大的墻面上，與墻面相接的土地利用多為車行道；毛蕨、車前、落葵薯、草胡椒、井欄邊草、牛膝菊、鳳尾蕨等位于排序第2軸的上部，即這些物種主要生長在破損老化嚴(yán)重且陰暗潮濕的墻面上；耳草、黃葛樹、酢漿草和薇甘菊位于第1軸的右側(cè)，說明這些物種多生長在有輕微人為干擾的墻面上；其他大部分物種都位于第1軸的左邊和第2軸的中下部，如狗牙根、霧水葛、鐵莧菜、馬唐、葉下珠、牛筋草、雞矢藤、楝等，反映出這些物種主要分布在人為干擾較少、日照情況較好的墻面上。

3 基于新自然主義生態(tài)種植設(shè)計理念的墻體自生植物在城市垂直綠化中的應(yīng)用

3.1 城市垂直綠化植物種類選擇

目前華南地區(qū)垂直綠化所應(yīng)用的植物主要集中在天南星科、百合科、竹芋科、鴨跖草科等，多是原產(chǎn)于熱帶的觀葉植物，如綠蘿、腎蕨、吊蘭、網(wǎng)紋草等，具有耐熱、耐陰、耐濕及抗旱的特點[4]。相比于這些植物，本研究所發(fā)現(xiàn)的墻體自生植物更能適應(yīng)墻體環(huán)境惡劣、營養(yǎng)缺乏、微氣候極端和人為干擾強烈的城市環(huán)境。隨著城市化的擴張和全球氣候變化的影響，城市的原生植物逐漸退化，這些植物種類處于即將消失的困境中。對自生植物最好的保護是應(yīng)用，將它們挖掘、培育、推廣、應(yīng)用，創(chuàng)造出既能適應(yīng)城市環(huán)境、豐富城市景觀，又可保護物種、維持城市生物多樣性的植物景觀。

在選擇垂直綠化的物種時，應(yīng)優(yōu)先選擇鄉(xiāng)土物種。鄉(xiāng)土物種能良好地適應(yīng)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)氣候環(huán)境，抗性較強。在墻體營養(yǎng)缺乏且微氣候惡劣的環(huán)境下可生長良好并且不會對其他物種產(chǎn)生危害。本研究通過調(diào)查得到墻體自生植物49種，其中包括入侵物種10種。即使有些入侵物種觀賞價值較好，如小葉冷水花、藿香薊和馬纓丹等，也不可作為備選物種。桑、楝、小葉榕、垂葉榕、黃葛樹等木本植物雖然以幼苗的形式在墻體上出現(xiàn)，但墻體難以持續(xù)提供其生長所需營養(yǎng)和生存環(huán)境，且逐漸長大的木本植物會對墻體本身造成傷害，因此也不宜作為垂直綠化的備選物種。32種鄉(xiāng)土草本植物在墻體上長勢較好，可作為華南地區(qū)城市垂直綠化的備選物種。菊科、大戟科、禾本科和蕨類植物為墻體自生植物中的優(yōu)勢種，是值得研究和推廣應(yīng)用的重點，如鳳尾蕨、海金沙、毛蕨、葉下珠、珠子草、狗牙根、牛筋草、黃鵪菜和一點紅等。其中菊科植物具有較高的優(yōu)勢度，但其種子多且萌發(fā)力強，在應(yīng)用時不宜大面積使用，可作為適當(dāng)點綴。多年生草本植物是值得優(yōu)先選用的物種，因為其具有較長的生命周期，所形成的植物群落可以長期穩(wěn)定發(fā)展，能更好地發(fā)揮生態(tài)功能。

在物種選擇時，觀賞價值也是需要重點考慮的因素之一。蕨類植物具有鮮明的觀賞特性，其形態(tài)纖細柔韌，素有“無花之美”之稱。在垂直綠化中可作為主景成片種植，也可作為點綴起到點睛之筆的作用。本研究中發(fā)現(xiàn)的5種蕨類植物中優(yōu)先推薦海金沙和鳳尾蕨這2種葉片觀賞性更佳的植物。除了蕨類植物，海芋、酢漿草、車前的葉片以及馬唐、狗牙根和牛筋草等禾本科的線性葉片也具有較好的觀賞性。一點紅、海芋、黃鵪菜、酢漿草、白子菜、苣荬菜、酸模葉蓼和栝樓等的花朵具有較好的觀賞價值，黃鵪菜、酢漿草、白子菜、苣荬菜花色為黃色，一點紅、酸模葉蓼花色為紅色，海芋花色為白色。栝樓和火龍果的果實，可作為觀果植物使用，且其果實可食用，能夠成為鳥類、小型哺乳動物和昆蟲等生物的食物來源，促進保護和增加城市生物多樣性。盡量不使用有奇怪氣味的物種，例如天胡荽和雞矢藤。

表1 墻體微環(huán)境因素描述及測定方法

表2 墻體自生植物群落CCA排序

城市墻體環(huán)境惡劣，營養(yǎng)物質(zhì)缺乏。同時墻體環(huán)境的光照、水分、溫度、風(fēng)等微氣候受人工環(huán)境影響較大且極不穩(wěn)定。通過CCA排序可知(圖4)，軸1和軸2交點附近的植物均可以在普通城市墻體環(huán)境中生長，而分布在環(huán)境變量極值處的物種較能適應(yīng)極端環(huán)境。如當(dāng)墻面靠近車行道、人行道等易受到人為活動干擾嚴(yán)重的環(huán)境時，垂直綠化植物種類可優(yōu)先選擇龍葵、酢漿草、耳草、海金沙等；當(dāng)墻面陰暗潮濕，缺少光照時，珠子草、貫眾、白子菜、天胡荽、鳳尾蕨、牛筋草、一點紅等依然能夠生長良好；酢漿草、耳草、海金沙和一點紅可以適應(yīng)輕微人為干擾，并且周邊環(huán)境遮擋嚴(yán)重，缺少陽光的墻面環(huán)境。

3.2 城市垂直綠化植物群落模式構(gòu)建

在高密度城市中，生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)穩(wěn)定性低、自我調(diào)節(jié)能力弱、生態(tài)系統(tǒng)易被破壞的特點?，F(xiàn)有的墻體垂直綠化多是完全人造的生態(tài)系統(tǒng)，不僅具有以上問題，還面臨養(yǎng)護管理成本高、病蟲害嚴(yán)重等問題。新自然主義生態(tài)種植設(shè)計理念在植物景觀的營造上強調(diào)模擬自然界中生態(tài)與觀賞效果俱佳的植物群落的基本原則。因此在構(gòu)建垂直綠化植物群落時，以生態(tài)學(xué)的自然植被和群落演替的基本理論為依據(jù)，遵從自然規(guī)律，選擇適應(yīng)性強的鄉(xiāng)土植物，模仿自然植物群落的構(gòu)建方式。墻體自生植物群落是城市環(huán)境中自然形成的植物群落，穩(wěn)定性強，適宜城市環(huán)境，是進行城市垂直綠化植物群落構(gòu)建的優(yōu)良模板。

城市垂直綠化的植物群落構(gòu)建一般以草本植物為主體，在滿足植物生長發(fā)育和生態(tài)習(xí)性的基礎(chǔ)上，依據(jù)整體環(huán)境布局，借助其他垂直綠化設(shè)施，對垂直墻面進行植物裝飾。依據(jù)上文植物選擇結(jié)果，以調(diào)查所得8種墻體自生植物群落類型為模板，建立適宜華南地區(qū)氣候條件、以生態(tài)穩(wěn)定性為主兼具觀賞性的垂直綠化植物群落模式，設(shè)計出6種垂直綠化植物群落模塊，模塊尺寸為60cm×60cm(圖5)。

1)狗牙根、牛筋草+一點紅群落，以狗牙根和牛筋草為背景，一點紅點綴其中，夏季觀賞其紅色或紫色花。此植物群落不僅可以在普通城市墻體上生長，而且可以在潮濕的極端條件下生存，如墻面雨水管、空調(diào)排水管周邊等。

2)鳳尾蕨、貫眾+一點紅、黃鵪菜、葉下珠、牛至、耳草群落，以鳳尾蕨和貫眾蕨類植物為主景，依據(jù)植物高度和花色合理配置，將不同的觀花植物穿插其中，營造靈活多變的視覺效果。此植物群落可以在陰暗潮濕的墻面環(huán)境中生長，因此可以布置在建筑的北面或西面墻體上。

3)海金沙、狗牙根、馬唐群落，全部為觀葉植物，劃分不同的區(qū)域整齊種植，與墻體相互配合呼應(yīng)。此植物群落在普通墻體環(huán)境中可生長，不適宜種植在缺少陽光、潮濕等極端環(huán)境中。

4)海芋+酢漿草、馬唐、葉下珠、井欄邊草、車前群落，以海芋為主景，酢漿草作為點綴，可四季觀葉觀花。海芋下層種植馬唐、井欄邊草等觀賞植物，豐富生態(tài)結(jié)構(gòu)層次，增加觀賞效果。該植物群落在普通墻體環(huán)境中均可生長，對于光照、水分等環(huán)境條件沒有特殊要求。

5)酢漿草、葉下珠、黃鵪菜、雞眼草、耳草群落，觀花和觀葉植物以分區(qū)域整齊式種植，充分發(fā)揮各自獨立的觀賞價值。該植物群落的物種均能夠適應(yīng)人為干擾較大的環(huán)境中，因此該群落可應(yīng)用于靠近人行道或車行道一側(cè)的墻體上。

6)苣荬菜、酢漿草、海金沙+一點紅、葉下珠、海芋、雞眼草群落，海金沙葉形特殊且植株較高，作為背景，前景種植苣荬菜、酢漿草等較低矮可近距離欣賞的植物，中間穿插一點紅，雞眼草等。該植物群落以海金沙、苣荬菜和酢漿草為主，可以在陰暗潮濕，人為干擾大的惡劣環(huán)境中生長，當(dāng)墻體環(huán)境條件較差時可以優(yōu)先考慮該群落。

這些植物群落種植模式雖然沒有傳統(tǒng)植物景觀的整齊有序，但卻有著自然野趣、可持續(xù)、穩(wěn)定性好和低維護的重要優(yōu)點。而且基于生態(tài)學(xué)原理擬自然化的植物群落設(shè)計可有效實現(xiàn)其生態(tài)功能，是我國生態(tài)城市建設(shè)和城市可持續(xù)發(fā)展不可或缺的重要元素。

圖5 6種垂直綠化植物群落模式示意圖

4 結(jié)語

目前我國城市景觀的設(shè)計對植物配植關(guān)注不足，導(dǎo)致出現(xiàn)植物群落適應(yīng)性與穩(wěn)定性差、多樣性低、生態(tài)功能不足、景觀形式單調(diào)且同質(zhì)性高等問題。新自然主義生態(tài)種植設(shè)計理念為營造結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、功能高效多樣且觀賞價值高的城市景觀植物群落提供了新方向。本文嘗試以墻體自生植物為研究對象，借助生態(tài)學(xué)的研究方法，從植物種類選擇和植物群落構(gòu)建2個步驟來探索構(gòu)建城市垂直綠化中自然主義植物景觀的設(shè)計策略。研究尚處于起步探索階段，研究體系仍需不斷完善。例如城市環(huán)境復(fù)雜，但由于各種條件限制，目前的研究區(qū)域較小，尚不能完全反映城市墻體自生植物的現(xiàn)狀。而且研究中發(fā)現(xiàn)的鄉(xiāng)土植物種類絕大多數(shù)尚未進行馴化試驗，離投入應(yīng)用還有漫長的道路。這些不足之處在以后的研究中將繼續(xù)探尋適宜的解決方法。

注：文中圖片均由作者拍攝或繪制。