光熱復(fù)合作用下夏季重慶城區(qū)住宅南向陽臺植物生長狀態(tài)研究

劉 煒

(四川美術(shù)學(xué)院 建筑與環(huán)境藝術(shù)學(xué)院，重慶 401331)

1 重慶城區(qū)氣候與光、熱氣候特點(diǎn)

重慶主城區(qū)5月—7月氣候溫和多雨，7月中旬—8月中旬酷熱多伏旱，氣溫多在27～38℃之間，最高極限氣溫可達(dá)43.8 ℃，夏季高溫對植物生長會產(chǎn)生熱脅迫作用，住宅南向陽臺受室外綜合溫度影響，其溫度比同時(shí)期住宅周邊綠地的溫度更高，對部分花卉植物造成不同程度的損傷，特別是一些不耐高溫的植物，如君子蘭、龍船花、蟹爪蘭、繡球、梔子花、杜鵑花等長勢較差，甚至無法在夏季高溫時(shí)段存活。在光氣候方面，重慶是中國日照最少的城市之一，年日照時(shí)數(shù)1 000～1 400 h，年均日照1 259.5 h，但夏季日照時(shí)數(shù)相對較多，圖1為重慶全年日照時(shí)數(shù)及云量分布圖，7月—8月日照時(shí)數(shù)略高，月均日照時(shí)數(shù)230 h，最大值在7月中旬[1]。因此，有些喜陽植物花卉在重慶的氣候、光照條件下不能達(dá)到最佳的生長和開花狀態(tài)，一些在福建、海南、廣東等地開花繁茂的三角梅、炮仗花、凌霄等花卉，在日照時(shí)數(shù)相對較少的重慶市區(qū)開花量明顯不足，盛花期也較短。如三角梅，照度在45 000 lx以上才能快速生長，開花緊密，包片著色良好[2]，相較重慶，7月—8月福州日照時(shí)數(shù)553.3 h，廈門為534.9 h，夏季這兩地的三角梅花勢遠(yuǎn)比重慶繁茂。據(jù)夏季時(shí)段全國日照時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)，重慶日照時(shí)數(shù)較海南、廣東、福建、臺灣、云南南部等地少100～300 h[3]。

圖1 全年日照時(shí)數(shù)及云量分布

2 夏季南向陽臺熱環(huán)境特點(diǎn)分析

植物高于正常最適生長溫度(15～28 ℃)稱為熱脅迫。熱脅迫能破壞細(xì)胞內(nèi)的穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致植物生長發(fā)育的嚴(yán)重延遲甚至死亡[4]。重慶夏季高溫，住宅陽臺受室外綜合溫度的影響導(dǎo)致該區(qū)域溫度高于住宅周邊綠地溫度，據(jù)觀測，晴天或多云天南向陽臺的溫度比地面植被土表溫度高12～27 ℃，這對于陽臺植物的枝葉及盆土較淺的植物根際來說無疑是難以煎熬的溫度。總體看，南向陽臺夏季一天中最熱的13：00—15：00時(shí)段太陽直射時(shí)間少于西向陽臺，因此，南向陽臺植物受熱脅迫影響的生長環(huán)境優(yōu)于西向陽臺，但由于陽臺周邊墻體的熱反射作用，加之通風(fēng)不暢，該時(shí)段南向陽臺植物生長環(huán)境較住宅周邊綠地差。

以2020年5月5日—2020年8月30日部分日期15時(shí)左右作為研究時(shí)間段，對重慶大學(xué)城虎溪花園某棟住宅南向陽臺植物光熱環(huán)境進(jìn)行分析，住宅樓層為18層，由于受地面植被及周邊住宅的影響，南向陽臺得熱量分段式升高，1～4層陽臺溫度較低，圖2為住宅不同樓層南向陽臺熱成像圖(觀測時(shí)間5月5日15時(shí))和基于rhino7的ladybug插件的模擬圖(模擬時(shí)間8月22日)。由此可見，夏季晴天或多云天南向陽臺溫度較高，部分區(qū)域較同期氣溫高出12 ℃以上。圖3為住宅南向陽臺植物種植分布圖及盆土溫度觀測圖，盆土測試時(shí)間為6月5日14時(shí)，當(dāng)日為多云有陽光直射，氣溫為22～33 ℃，陽臺部分區(qū)域溫度達(dá)48 ℃，干燥盆土根際溫度達(dá)44 ℃，實(shí)測地面植被土下0.3 m溫度為29 ℃。圖4為測試時(shí)段內(nèi)氣溫及住宅17層南向陽臺形態(tài)及陽臺植物布置圖。圖5為觀測時(shí)間段氣溫及相關(guān)溫度實(shí)測圖。

圖2 住宅不同樓層南向陽臺熱成像圖及模擬圖

圖3 住宅南向陽臺植物種植分布圖及盆土溫度觀測圖

圖4 某住宅17層南向陽臺形態(tài)及陽臺植物布置圖

一般植物根系比植物地上部分要求的溫度略低，而且根系的適溫范圍較窄(15～25 ℃)，多數(shù)植物的根際溫度超過25 ℃, 植株的生長就會受到影響。根際高溫不僅使植株的光合速率降低，而且增加了呼吸消耗，使植株的碳消耗超過了碳生產(chǎn)[5]，另一方面，植物枝葉溫度幾乎與陽臺溫度同步，陽臺植物在夏季高溫下首先受到高溫脅迫的是枝葉，高溫、強(qiáng)光更容易傷及植物的幼葉。通常植物葉片會通過蒸騰作用降溫，因此，在高溫、強(qiáng)光時(shí)段，保持盆土適當(dāng)?shù)臐穸扔欣诰S持植物葉片蒸騰降溫的作用。圖3、圖5觀測到的根際溫度遠(yuǎn)高于地表植物的根際溫度值，因而，夏季晴天或多云天陽臺花盆內(nèi)的植物根際受到較嚴(yán)重的高溫脅迫。

注：地表土溫測試點(diǎn)為地面種植區(qū)域地表下0.3 m深度

3 夏季南向陽臺光環(huán)境特點(diǎn)分析

光照強(qiáng)度主要影響植物的光合速率(PR)，光照強(qiáng)度需達(dá)到其光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)才能有干物質(zhì)的積累，光合速率隨光照強(qiáng)度的增加而提高，直至達(dá)到光飽和點(diǎn)(LSP)而停止。對于喜陽植物，光照強(qiáng)度對植物的生長發(fā)育及形態(tài)結(jié)構(gòu)的形成有重要作用，在強(qiáng)光環(huán)境中生長發(fā)育健壯，陽性植物的光飽和點(diǎn)在20 000～25 000 lx，有些陽性植物甚至測不到光飽和點(diǎn)，例如，三角梅、石榴、牽?；?、菊花、太陽花等屬喜陽植物，其中三角梅的光飽和點(diǎn)非常高；耐陰植物是在光照條件好的地方生長好，但也能耐受適當(dāng)?shù)氖a蔽，或者在生育期間需要較輕度遮陰的植物，如天竺葵、繡球、玉簪、礬根、酢漿草、球蘭等；喜陰植物是耐陰性強(qiáng)，在適度蔭蔽下生長良好的植物，不能忍耐強(qiáng)烈的直射光線，在完全日照下生長不良或不能生長，喜陰植物約在5 000～10 000 lx就達(dá)到光飽和，如鐵線蕨、散尾葵、龍血樹等。

陽臺植物的種植宜采用可移動花盆，這類花盆可調(diào)整植物受光方向，防止植物長偏。同時(shí)，植物在夏季高溫時(shí)段受陽光直射時(shí)可移至遮蔭處，避免高溫脅迫的影響，但也帶來另一個(gè)問題，就是植物光合作用變?nèi)?，葉片稀疏、枝條徒長，而且頻繁移動不利于植物生長。圖6為觀測時(shí)間段內(nèi)南向陽臺植物放置范圍內(nèi)的照度變化情況，測試時(shí)間固定在觀測日的15時(shí)，共設(shè)定了33個(gè)觀測日，其中照度大于20 000 lx的觀測次數(shù)為14次，占比42.4%，由圖6可見，進(jìn)入7月下旬白天直射時(shí)數(shù)增多，光照環(huán)境達(dá)到了部分植物的光飽和點(diǎn)。

圖6 觀測時(shí)間照度圖

4 夏季光熱協(xié)同作用下的植物生長狀況

重慶城區(qū)陽臺植物更容易受到高溫脅迫的作用，陽臺植物有別于地面種植植物，其獲得的熱量除來自太陽直射外，還來自陽臺及周邊環(huán)境的大量熱輻射，并且通風(fēng)狀況也不如地面，散熱能力差。由于種植陽臺植物的花盆相對較小，根際土壤更容易受到環(huán)境的影響，因而陽臺植物根際溫度明顯高于地面植物所處的環(huán)境，表1為夏季觀測植物種類及生長狀況評價(jià)，陽臺植物在重慶炎熱的夏季生長環(huán)境較為惡劣，受陽光直射的南向陽臺區(qū)域溫度可達(dá)58 ℃。

表1 樣本植物夏季生長狀況對比

在5月—8月的觀測時(shí)間段內(nèi)，南向陽臺陽光直射時(shí)間以夏至日為最短，其直射深度也最小，前后以夏至日為中心點(diǎn)對稱分布。從氣溫和光照狀況來看，夏至前晴天較少，氣溫相對較低，南向陽臺陽光直射區(qū)域大于38 ℃(極端溫度)的時(shí)段積累相對較少，植物處于良好的生長環(huán)境。夏至之后溫度漸高，晴天漸多，植物生長進(jìn)入光飽和點(diǎn)時(shí)段及受到熱脅迫時(shí)段不斷增加，其生長環(huán)境不斷變差，部分植物出現(xiàn)停止生長、葉片發(fā)黃、干枯或整株死亡的現(xiàn)象，但也有一些植物在高溫、高光照的環(huán)境下生長狀態(tài)良好。圖7為夏季觀測時(shí)段植物枝條生長長度圖，圖8為太陽直射下的花盆高溫?zé)岢上駡D，圖7、圖8反映了南向陽臺植物受光、熱影響的程度。如表1中的三角梅(多品種)、九里香、雙色茉莉等在高溫時(shí)仍然保持較為良好的生長狀態(tài)。7月下旬后，部分耐陰、喜陰植物可搬至庇蔭場所減少陽光直射，但是陽臺的高溫難以改變，部分植物如繡球、龍船花、蟹爪蘭、杜鵑、桂花、綠蘿等植物生存困難，甚至難以存活，還有一部分植物如月季、凌霄、梔子花等除受高溫、強(qiáng)光、高濕影響外，陽臺通風(fēng)差也是影響植物生長的重要因素，導(dǎo)致該類植物病蟲害嚴(yán)重，相比之下，這些植物在屋頂花園長勢良好，雖然屋頂同樣高溫、高濕、強(qiáng)光，但種植土質(zhì)較厚，根際溫度相對較低，且屋頂通風(fēng)良好，屋頂植物生長環(huán)境優(yōu)于南向陽臺，能存活的植物種類也多于南向陽臺。

圖7 夏季觀測時(shí)段植物枝條生長長度

圖8 太陽直射下的花盆高溫?zé)岢上駡D

5 結(jié)論

重慶城區(qū)夏季南向陽臺的室外綜合溫度高于住宅周邊綠地溫度，陽臺部分區(qū)域太陽直射最高溫度甚至可達(dá)58 ℃，相較地面植物，陽臺植物生長環(huán)境則較為惡劣。夏至之前極端溫度和強(qiáng)光累積較少，植物生長環(huán)境較佳，但夏至之后溫度漸高，晴天漸多，植物生長進(jìn)入光飽和點(diǎn)時(shí)段及受到熱脅迫時(shí)段不斷增加，因此，南向陽臺植物的選擇應(yīng)考慮耐高溫的品種，其中，喜陽耐熱植物可布置在陽臺邊緣受光較好部位，喜陰耐熱植物布置在陽光直射較少的位置，耐陰耐熱植物介于中間位置，而不耐熱的植物在南向陽臺較難存活，同時(shí)，植物的選擇還應(yīng)考慮不易受病蟲害影響的品種。