成都市墻體自生植物資源調(diào)查及應(yīng)用研究

孟郝蕾, 毛穎, 何婧怡, 胡昂

四川大學(xué) 建筑與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610065

當(dāng)前，人口城市化加深，大量綠地被硬化，同時(shí)城市綠地建設(shè)時(shí)傾向于使用外來(lái)的園藝物種，造成本土植物的減少和城市植物區(qū)系的同質(zhì)化[1]，破壞了原有的生態(tài)平衡。垂直綠化則能夠在不改變用地結(jié)構(gòu)的前提下，有效緩解當(dāng)前城市面臨的生物多樣性喪失、生態(tài)系統(tǒng)破壞等生態(tài)問(wèn)題，是國(guó)土資源的二次開(kāi)發(fā)利用[2]。然而，目前垂直綠化所使用的植物，其適應(yīng)性和群落穩(wěn)定性都較差，且管理養(yǎng)護(hù)要求較高，極易死亡，需經(jīng)常更換。墻體上自然生長(zhǎng)的植物為垂直綠化植物的選擇提供了新的思路。墻體生境具有尺寸小、微氣候波動(dòng)劇烈、土壤沉積較差的特點(diǎn)，并且常位于受人為干擾較大的地區(qū)[3]。正是由于墻體生境條件的惡劣性，墻體上自然生長(zhǎng)的植物往往具有耐瘠薄、耐旱等優(yōu)良特性，與人工栽培的外來(lái)園藝品種相比對(duì)城市環(huán)境的適應(yīng)能力更強(qiáng)[2]。因此，使用墻體自生植物進(jìn)行垂直綠化設(shè)計(jì)能夠減少綠地景觀對(duì)人工管理的依賴性，提高生物多樣性。

墻體自生植物在垂直綠化中的應(yīng)用研究對(duì)城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有重要意義。當(dāng)前關(guān)于垂直綠化的研究?jī)?nèi)容涉及垂直綠化植物調(diào)查、應(yīng)用和評(píng)價(jià)[4,5,6]，但研究對(duì)象大多為園藝植物品種，較少關(guān)注垂直綠化的生態(tài)性和可持續(xù)性。同時(shí)，關(guān)于墻體自生植物的研究?jī)?nèi)容也大多為墻體植物資源調(diào)查[7,8,9]，而未進(jìn)行更深層面的研究。因此本文以成都市中心城區(qū)為例，以城市墻體上自然生長(zhǎng)的植物群落作為研究對(duì)象，分析其物種組成以及物種分布與濕度、坡向等環(huán)境因子的關(guān)系，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行墻體植物在垂直綠化中的應(yīng)用研究，探尋生態(tài)化垂直綠化配置模式，以期為城市垂直綠化設(shè)計(jì)和生態(tài)系統(tǒng)維護(hù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

成都市中心城區(qū)建成時(shí)間較早，老舊墻體上有許多自然生長(zhǎng)的植物，且墻體生境類型豐富，因此選擇成都市中心城區(qū)作為本研究的研究范圍。成都市位于四川省中部（102°54’—104°53’E、30°05’—31°26’N），面積12 121hm2。境內(nèi)平原為主，占40.1%。氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫為15.2～16.6℃；最冷（1月）平均氣溫5.6℃，最熱月（7—8月）平均氣溫25.0～25.4℃，年降水量為900～1 300 mm，年總?cè)照諘r(shí)數(shù)為1 042～1 412 h[10]。成都市自然植被屬于亞熱帶常綠闊葉林地帶，植被分布受水熱等條件的影響出現(xiàn)水平地帶性特征，且植被垂直地帶性突出[11]。

1.2 樣地調(diào)查

在2020年12月—2021年1月進(jìn)行預(yù)調(diào)查，在此基礎(chǔ)上，于2021年3—4月在成都市中心城區(qū)對(duì)公園、校園、居住區(qū)和廢棄地等各種用地類型內(nèi)的墻體進(jìn)行實(shí)地調(diào)查。為排除邊緣效應(yīng)的影響，墻體邊緣10cm以內(nèi)的區(qū)域不納入研究范圍。同時(shí)研究過(guò)程中忽略地衣和苔蘚等非維管植物。依據(jù)不同墻體的物種分布均勻度、豐富度和尺寸隨機(jī)設(shè)置1～4個(gè)小樣方，由于墻體植物多為草本植物，因此樣方大小設(shè)置為1m×1m。共調(diào)研植物群落樣方106個(gè)，記錄樣方中植物的種類、數(shù)量和蓋度等指標(biāo)，并對(duì)墻體環(huán)境因子信息進(jìn)行記錄，墻體環(huán)境因子及測(cè)度方式見(jiàn)表1。

表 1 墻體環(huán)境因子及測(cè)度方式Tab. 1 Wall environmental factors and determination methods

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 重要值計(jì)算

采用重要值反應(yīng)各物種在群落中的優(yōu)勢(shì)程度[12]。根據(jù)樣方中物種的蓋度、多度及頻度等信息，計(jì)算物種的重要值[13]。

計(jì)算公式為：重要值=（相對(duì)蓋度+相對(duì)多度+相對(duì)頻度）/3

1.3.2 CCA排序

建立樣方-物種重要值矩陣，使用Canoco5軟件對(duì)墻體植物和環(huán)境因子進(jìn)行排序分析。首先對(duì)物種數(shù)據(jù)進(jìn)行去趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析（DCA），所有軸的梯度長(zhǎng)度最大為7.05，大于3，因此選擇單峰模型CCA進(jìn)行排序分析。使用前向選擇法（Forward Selection）篩選出對(duì)墻體自生植物分布具有顯著影響的墻體環(huán)境因子，使用蒙特卡洛（Monte Carlo）隨機(jī)置換檢驗(yàn)來(lái)檢測(cè)墻體環(huán)境因子的解釋能力。

2 結(jié)果與分析

2.1 墻體植物的組成與特征

2.1.1 植物科屬種組成

在本次調(diào)研過(guò)程中記錄墻體植物40科71屬84種。其中，蕨類植物有7科7屬9種，種子植物有33科64屬75種。包含3種及以上植物的科有菊科Asteraceae（15種）、蕁麻科Urticaceae（5種）、禾本科Poaceae（5種）、十字花科Brassicaceae（4種）、毛茛科Ranunculaceae（4種）、鐵線蕨科Adiantaceae（3種）。出現(xiàn)頻率較高的物種有蜈蚣鳳尾蕨Pteris vittata（52.8%）、黃鵪菜Youngia japonica（41.5%）、一年蓬Erigeron annuus（27.4%）、酢 漿 草Oxalis corniculata（25.5%）、鼠 曲草Pseudognaphalium affine（23.6%）等。

2.1.2 植物生活型特征

從生活型來(lái)看，墻體上生長(zhǎng)有各種生活型的植物，其中草本植物占絕大部分。一、二年生草本有33種，占39.3%；多年生草本有27種，占32.1%；喬木有5種，占6%；灌木有5種，占6%；蕨類植物有10種，占11.9%；藤本植物有2種，占2.4%。

2.1.3 外來(lái)入侵植物種類

在成都市中心城區(qū)墻體植物中，外來(lái)入侵植物有10種，占總種數(shù)的11.9%，包括原產(chǎn)美洲的紅花酢漿草（Oxalis corymbosa）、一年蓬、鬼針草（Bidens pilosa）、喜 旱 蓮 子 草（Alternanthera philoxeroides）；原產(chǎn)歐洲的阿拉伯婆婆納（Veronica persica）、白 車 軸 草（Trifolium repens）、細(xì)葉旱芹（Cyclospermum leptophyllum）、苦苣菜（Sonchus oleraceus）；原產(chǎn)西亞的婆婆納（Veronica polita）；原產(chǎn)南美洲的小葉冷水花（Pilea microphylla）。來(lái)自歐洲和美洲外來(lái)入侵種共占據(jù)了外來(lái)入侵種的80%。

2.2 環(huán)境因子對(duì)物種分布的影響

以樣方-物種矩陣和樣方-環(huán)境因子矩陣為基礎(chǔ)，對(duì)106個(gè)植物群落進(jìn)行CCA分析，在分析過(guò)程中利用Canoco5 軟件中的向前選擇程序剔除坡向、材料、人為干擾程度、連接縫類型、苔蘚/地衣覆蓋度、功能6個(gè)不顯著（P＞0.05）的環(huán)境因子（見(jiàn)表2）。

表 2 向前選擇結(jié)果Tab. 2 Forward selection results

剔除不顯著環(huán)境因子后再次進(jìn)行CCA分析，結(jié)果表明：所選取的6個(gè)環(huán)境因子對(duì)物種分布的解釋量為9.7%。蒙特卡洛置換檢驗(yàn)表明，物種分布與選擇的環(huán)境因子間存在顯著的關(guān)系（p=0.002）。CCA排序結(jié)果表明，第1、2軸的特征值明顯高于第3、4軸（見(jiàn)表3），能更好地反應(yīng)墻體植物與墻體環(huán)境因子的關(guān)系，因此采用第1、2軸數(shù)據(jù)進(jìn)行排序圖繪制。

表 3 CCA排序軸的特征值和累積百分比Tab. 3 Eigenvalue and cumulative percentage of the CCA ordination axes

由CCA排序圖（見(jiàn)圖1）可以看出，海拔與第1排序軸的相關(guān)性最強(qiáng)，其次是遮陰度。沿第1軸從左到右，海拔升高，墻頂透水性增加，遮陰度降低，濕度降低，坡度降低，風(fēng)化程度降低。而與第2排序軸的相關(guān)性最強(qiáng)的是坡度，其次是風(fēng)化程度和墻頂透水性。沿第2軸從下到上，坡度增加，遮陰度增加，風(fēng)化程度降低，濕度降低，海拔降低，墻頂透水性降低。

物種的生活區(qū)域的環(huán)境因子決定了其在CCA排序圖中的位置，也反映了其生態(tài)習(xí)性，生態(tài)習(xí)性相似的物種多分布在同一區(qū)域。蕨類植物和水麻（Debregeasia orientalis）等植物多分布于第1軸的負(fù)方向，說(shuō)明這些植物多生長(zhǎng)于濕度較高，光照條件較好的墻體上，而第1軸正方向上的澤漆（Euphorbia helioscopia）、馬桑（Coriaria nepalensis）、附地菜（Trigonotis peduncularis）等植物則多生長(zhǎng)于濕度較低，光照條件較差的墻體上，對(duì)不良生存環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)。相應(yīng)的，匙葉合冠鼠麴草（Gamochaeta pensylvanica）、毛花點(diǎn)草（Nanocnide lobata）等分布于第2軸負(fù)方向的植物多生長(zhǎng)在坡度較緩、破損老化程度較高的墻面上，而苦苣菜、馬桑、長(zhǎng)萼堇菜（Viola inconspicua）等分布于第2軸的正方向的植物則多生長(zhǎng)在坡度較陡、破損老化程度較低的墻面上，能適應(yīng)較為貧瘠的環(huán)境條件。

圖 1 墻體植物CCA排序圖Fig. 1 CCA sorting diagram of wall spontaneous plants

所有環(huán)境因子中，濕度對(duì)墻體植物分布的影響最大（見(jiàn)表4），同時(shí)墻頂透水性也在一定程度上反映了墻體濕度，因此在進(jìn)行墻體綠化景觀營(yíng)造時(shí)，墻體的濕度是要考慮的首要因素。其次是坡度，坡度通過(guò)影響水分、土壤養(yǎng)分、土壤厚度等來(lái)對(duì)植被分布產(chǎn)生影響，坡度越大，水分、土壤越難集聚和儲(chǔ)存。本研究中，坡向沒(méi)有對(duì)墻體植物的分布產(chǎn)生顯著的影響，這是由于在大尺度范圍內(nèi)，坡向?qū)邓?、溫度和光照等產(chǎn)生分異作用，使植被的分布受到顯著影響，而在小尺度范圍內(nèi)，墻體坡向的變化對(duì)降水和溫度的影響較小，且墻體通常較為低矮，易受到植物、建筑物遮擋，不同的坡向的墻體，其光照條件也可能相同。

表 4 環(huán)境因子對(duì)墻體植物分布的解釋能力Tab. 4 Explanatory power of environmental factors on the distribution of wall spontaneous plants

2.3 墻體植物在垂直綠化中的應(yīng)用

2.3.1 垂直綠化植物種類選擇

目前，成都市垂直綠化植物選擇以鵝掌柴、綠蘿、吊蘭等外來(lái)種為主，由于垂直墻體或建筑墻面本身生境條件較惡劣，加之外來(lái)種對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件適應(yīng)性差，導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)管理需求增加，造成人力、財(cái)力、物力的浪費(fèi)。而墻體植物通常具有耐旱、耐貧瘠、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，在城市垂直綠化營(yíng)建時(shí)選擇這些植物，不僅能營(yíng)造野趣的意境，減少養(yǎng)護(hù)管理，同時(shí)能夠維護(hù)地區(qū)生物多樣性。

在選擇垂直綠化植物材料時(shí)，應(yīng)首先考慮選用鄉(xiāng)土植物，這類植物能夠增加生物多樣性、維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡[14]，而應(yīng)避免使用紅花酢漿草、白車軸草、阿拉伯婆婆納等外來(lái)入侵植物。但黃鵪菜、擬鼠麹草等菊科植物雖然是鄉(xiāng)土物種，其繁殖力較強(qiáng)，易對(duì)已營(yíng)造的植物景觀形成較大的干擾，應(yīng)謹(jǐn)慎使用。其次，綠黃葛樹（Ficus virens）、水麻等木本植物根系較健壯，易對(duì)墻體造成破壞，大戟科植物如澤漆和蕁麻科蕁麻族植物如毛花點(diǎn)草等通常含有刺激性化學(xué)成分，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不利影響，以上兩類植物也應(yīng)避免選用。從植物的觀賞性方面考慮，花朵較大或花朵密集且花色艷麗的觀花植物和葉形獨(dú)特的觀葉植物比較適宜作為墻體綠化的備選物種。根據(jù)以上分析，從調(diào)查得到的84種植物中篩選出37種適用于墻體綠化的植物，并對(duì)這些植物的觀賞部位和觀賞特性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)表5）。

表 5 墻體綠化植物及其觀賞特性Tab. 5 Wall greening plants and ornamental characteristics

2.3.2 垂直綠化植物配置模式

由于濕度和坡度對(duì)墻體植物的分布影響最大，因此根據(jù)墻體不同的濕度和坡度條件，并結(jié)合CCA排序圖（見(jiàn)圖1），從上述所篩選的植物中選擇生長(zhǎng)習(xí)性相似的植物進(jìn)行垂直綠化植物配置（見(jiàn)圖2），分為以下四種配置模式。

圖 2 垂直綠化植物配置模式示意Fig. 2 Schematic diagram of vertical greening plants configuration mode

模式一：適用于濕度大、坡度小的墻體，所選植物為小花黃堇、馬蘭、毛茛、華中鐵角蕨。該植物配置模式以常綠的華中鐵角蕨為背景，以葉色灰綠的小花黃堇作為主景，并點(diǎn)綴馬蘭和毛茛。此群落四季皆有景可觀，以春季和夏季為主要觀賞季節(jié)，可觀黃色的小花黃堇、毛茛和淺紫色的馬蘭花朵。

模式二：適用于濕度大、坡度大的墻體，所選植物為揚(yáng)子毛茛、諸葛菜、打破碗花花、鐵線蕨、漸尖毛蕨。該植物配置模式為規(guī)則式，使用觀花植物與觀葉植物搭配種植，以春、夏兩季觀賞效果最好。

模式三：適用于濕度小、坡度小的墻體，所選植物為假還陽(yáng)參、灰毛風(fēng)鈴草、紫堇、蜈蚣鳳尾蕨、海金沙。該模塊以蕨類植物海金沙為背景，以紫堇為主景，搭配觀花植物假還陽(yáng)參和灰毛風(fēng)鈴草以及觀葉植物蜈蚣鳳尾蕨，營(yíng)造出層次和色彩豐富的景觀效果。

模式四：適用于濕度小、坡度大的墻體，所選植物為毛莢苜蓿、三花蕕、長(zhǎng)萼堇菜、中華苦荬菜。該模式為規(guī)則式植物配置，選用多種觀花植物進(jìn)行搭配，色彩豐富，觀賞期從1月一直延續(xù)到10月。

3 結(jié)論與討論

墻體自生植物具有抗逆性強(qiáng)的特點(diǎn)，與園藝植物相比能更好的適應(yīng)城市環(huán)境，因此使用墻體自然生長(zhǎng)的植物進(jìn)行垂直綠化景觀營(yíng)造，對(duì)城市生態(tài)保護(hù)具有重要意義。但在墻體自生植物應(yīng)用時(shí)，要根據(jù)墻體不同的生境特點(diǎn)選擇適宜的植物種類，并考慮植物的季相變化，以呈現(xiàn)出最佳的景觀效果。

研究通過(guò)對(duì)成都市中心城區(qū)墻體自生植物的調(diào)查，共記錄中心城區(qū)墻體自生植物40科71屬84種，其中一、二年生和多年生草本植物數(shù)量較多，優(yōu)勢(shì)科為菊科、蕁麻科和禾本科，這一結(jié)果與重慶主城區(qū)[15]、深圳南山區(qū)[2]、珠江三角洲[16]等大多數(shù)地區(qū)的墻體植物研究結(jié)果相似。本研究所選的12個(gè)墻體環(huán)境因子中墻體固有屬性對(duì)植物組成與分布的解釋量最大[15]，與先前學(xué)者的研究結(jié)果相同。在以上研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，將墻體環(huán)境分為四種類型，選取了花朵較大或花朵密集且花色艷麗的植物如紫堇、灰毛風(fēng)鈴草、揚(yáng)子毛茛、盾果草、三花蕕、毛莢苜蓿等植物進(jìn)行了模式化垂直綠化植物配置。未來(lái)在進(jìn)行城市墻體綠化應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)墻體環(huán)境特點(diǎn)選取不同的配置模式，該類植物配置模式亦可用于巖石邊坡和采石場(chǎng)等環(huán)境條件惡劣地區(qū)。由于客觀條件的限制，本文僅在理論上進(jìn)行了墻體植物的篩選，在以后的研究中將通過(guò)實(shí)地栽培和綜合評(píng)價(jià)等更加科學(xué)的方式對(duì)墻體植物進(jìn)行篩選，為墻體綠化提供更加多樣化的植物材料。