3種固化無土基質(zhì)的水肥保持效果及對立體綠化植物扦插和生長的影響

龍欣　范楚琪　房林　吳坤林　李琳　王田意　曹琪聰　黃玉源　曾宋君

關(guān)鍵詞：立體綠化；種植基質(zhì)；保水性；保肥性

中圖分類號：S688 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

城市擴(kuò)張與發(fā)展為城市人居環(huán)境和自然生態(tài)都帶來了許多危機(jī)與挑戰(zhàn)。早在第二次工業(yè)革命時期，西方各國在諸多環(huán)境破壞的壓力下，人們開始尋求在城市創(chuàng)造適意的人居環(huán)境，并開啟了“城市公園運動”，在較長一段時間內(nèi)有效地緩解了工業(yè)化需求與自然生態(tài)的矛盾[1]。但隨著城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，城市用地空間緊張與自然生態(tài)的矛盾再次引起人們的注意，以柯布西耶、霍華德等為代表的建筑規(guī)劃師開始設(shè)想一種能與建筑、城市、生態(tài)有機(jī)結(jié)合的綠化模式，經(jīng)過多年的探索與實踐，最終發(fā)展出立體綠化這一新型領(lǐng)域[2]。立體綠化實現(xiàn)在有限空間內(nèi)“見縫插綠”滿足綠化、生態(tài)需求，隨著立體綠化技術(shù)的更新迭代，越來越多的立體綠化種植模式可以滿足不同的綠化需求。根據(jù)調(diào)查，目前立體綠化多依附建筑物而構(gòu)建，多采取模塊種植式的手段[3]，在標(biāo)準(zhǔn)化的模塊中填充特定基質(zhì)并栽培植物，植物成活后將模塊固定在構(gòu)筑物垂直面上或特定平面上。這種立體綠化種植模式對基質(zhì)的各方面性質(zhì)要求更高，而植物成活與生長發(fā)育則直接取決于水肥供給和保持，因此研究基質(zhì)的水肥保持效應(yīng)對立體綠化有重要意義。

傳統(tǒng)種植所采取的森林土壤、泥炭土、椰糠等基質(zhì)，具有容重大、易松散難定型、依賴容器、保水能力和保肥能力較差等缺點[4]，并不適用于模塊式立體綠化的推廣，在此背景下，國內(nèi)外科研人員不斷尋求更加適宜立體綠化種植應(yīng)用的新型人工基質(zhì)。固化無土基質(zhì)是通過廢物利用、工業(yè)殘料再加工等手段，模擬傳統(tǒng)土壤基質(zhì)理化性質(zhì)使之更適宜植物生長發(fā)育[5]，利用不同材料的物理特性進(jìn)行不同配比研發(fā)的輕型基質(zhì)材料，多以海綿、棉花、生物炭、聚酯纖維等為原料。通過前期調(diào)研，本研究選取3 種具有發(fā)展前景的固化無土基質(zhì)壘土、保浮科樂、國產(chǎn)炭棉為主要研究對象進(jìn)行比較分析，測定其基本理化性質(zhì)，著重分析其容重、持水能力、孔隙度等以及氮磷鉀含量等指標(biāo)；設(shè)計基質(zhì)風(fēng)干實驗和淋溶實驗，進(jìn)一步分析3 種基質(zhì)在保水能力和保肥能力上的差異，通過綜合評價，篩選出最適合立體綠化模塊種植的新型基質(zhì)，并探討無土固化基質(zhì)對立體綠化發(fā)展及城市園林建設(shè)的價值和意義。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗以傳統(tǒng)栽培基質(zhì)泥炭土作為對照，選擇3 種新型固化無土基質(zhì)（壘土、保浮科樂、國產(chǎn)炭棉）作為立體綠化基質(zhì)篩選材料。其中對照為德國大漢貝斯莎柏翠泥炭土，品目編號7-03，基質(zhì)A 為壘土，是日本國立岡山大學(xué)環(huán)境學(xué)博士戚智勇研發(fā)的高分子材料與其他基質(zhì)有機(jī)結(jié)合的新型基質(zhì)，規(guī)格為45 cm×45 cm[6]，由廣東偉晟生態(tài)環(huán)境建設(shè)有限公司提供；基質(zhì)B 為進(jìn)口的日本三得利公司生產(chǎn)的海綿狀固化無土輕基質(zhì)“保浮科樂”（pafcall），從上海豐田三得利美都園藝有限公司購得；基質(zhì)C 為國產(chǎn)生物炭棉基質(zhì)，購自廣東佛山太農(nóng)園藝有限公司，主要原料為聚醚-聚酯多元醇、竹質(zhì)生物炭、異氰酸酯等[7]，以下簡稱“國產(chǎn)炭棉”，為上端面6 cm×6 cm 方形，下端面4.5 cm×4.5 cm 方形，高度5 cm 的規(guī)格，從中間劃開一字型深2.5 cm 的開口以便種植植株。

扦插和生長試驗中，選取鴨跖草科錦竹草屬洋竹草的商業(yè)品種胭脂云錦竹草（Callisia repens‘Pink Lady）為實驗材料，該品種從美國引進(jìn)，已在華南、香港地區(qū)歸化栽培。胭脂云錦竹草為多年生草本植物，莖匍匐，葉片呈墊狀，多分枝，節(jié)生根。葉片卵形，小圓蠟狀，光滑無毛，基部抱莖，近心形或鈍，先端漸尖。葉面呈綠色至奶油色、粉紅色過渡的斑紋，葉背面為粉紫色，極具觀賞價值。喜溫暖、濕潤環(huán)境，對土壤要求不高，耐貧瘠、耐旱、耐高溫，是一種適用于大灣區(qū)立體綠化的種植材料[8]。該植物易獲取、扦插易活、生根迅速，是檢驗3 種固化無土基質(zhì)種植性能的理論試驗材料。試驗時，剪取長勢健壯、無病蟲害的胭脂云枝條約3.5 cm，5 枝一簇分別扦插在預(yù)先設(shè)置不同基質(zhì)的花盆中。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗地位于廣東省廣州市華南植物園科研區(qū)（23°10′46.4″N， 113°21′9.1″E）。該地區(qū)由于季風(fēng)氣候的影響，年均溫約21.5 ℃，年降水量約1900 mm，其中4—9 月的降水量占全年的80%左右，平均相對濕度77%[9]?；|(zhì)理化性質(zhì)實驗在科研區(qū)實驗室進(jìn)行，參照土壤國標(biāo)設(shè)計試驗，于2021 年10 月首先進(jìn)行2 種傳統(tǒng)基質(zhì)與3 種固化物圖基質(zhì)的基本物理性質(zhì)測定，2021 年11 月在專業(yè)實驗室開展3 種固化無土基質(zhì)的養(yǎng)分含量測定實驗，主要測定指標(biāo)為有機(jī)質(zhì)含量、全氮、全磷、全鉀含量，同時設(shè)計3 種固化無土基質(zhì)控水30 d 內(nèi)的保水性實驗，記錄0～30 d 的基質(zhì)相對含水率（RWC）。2022 年12 月在實驗室進(jìn)行淋溶實驗，研究3 種固化無土基質(zhì)的保肥性。每個實驗測定指標(biāo)設(shè)置平行重復(fù)3 次。

2022 年1 月在玻璃溫室進(jìn)行3 種固化無土基質(zhì)的盆栽實驗，分為測定基質(zhì)固化性能和種植性能2 個實驗?zāi)康?，基質(zhì)的固化定型檢驗標(biāo)準(zhǔn)為：扦插的植物枝條在基質(zhì)中生根后脫盆，手提起植物上部分而基質(zhì)不松散脫落、不與植物分離則視為完成固化定型[10]。各設(shè)計3 種基質(zhì)，每種基質(zhì)設(shè)置10 個重復(fù)，每個處理選取5 枝扦插苗，即設(shè)計30 個重復(fù)的單因素完全隨機(jī)實驗。

1.2.2 指標(biāo)測定 （1）基質(zhì)基本物理性質(zhì)測定。參照《中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》（LY/T 1215—1999）的實驗規(guī)范，以環(huán)刀法測算基質(zhì)容重、通氣孔隙度、總孔隙度、持水孔隙度等基質(zhì)物理性質(zhì)；烘干法測含水率。

（2）3 種基質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)測定。參照國標(biāo)及林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合基質(zhì)實際情況采取常規(guī)方法對3 種固化無土基質(zhì)的養(yǎng)分含量進(jìn)行測定。其中pH采用電位測定法（NY/T 1121.2—2006），1∶5 的基質(zhì)水比，利用酸度計完成。根據(jù)預(yù)實驗結(jié)果分析，3 種固化無土基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)以及氮磷含量較高于一般森林土壤，選擇減少樣本質(zhì)量，并用重鉻酸鉀-硫酸加熱氧化法測定無土基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)含量；分光光度法-靛酚藍(lán)比色法測全氮含量；采用分光光度法-堿熔-鉬銻抗比色法測全磷含量。通過硝酸-高氯酸消煮法消煮樣品后，由于3 種基質(zhì)全鉀含量趨于一般森林土壤，選擇土壤指標(biāo)測定方法，用原子吸收分光光度計法測定全鉀含量（乙炔空氣火焰）[11]。于2022 年1 月在廣州市中國科學(xué)院華南植物園科研區(qū)實驗室內(nèi)完成實驗指標(biāo)的測定工作。

（3）基質(zhì)保水性測定。試驗場地設(shè)計在中國科學(xué)院華南植物園玻璃溫室中，取相等體積為200 mL的3 種固化無土基質(zhì)裝入等容量約為250 mL 規(guī)格的塑料育苗杯盛滿各10 杯，并分別稱重并記為a，2021 年11 月8 日起記為d1，使基質(zhì)浸泡吸水至飽和狀態(tài)，分別稱重記錄，從11 月8 日起至12 月3 日止，共計25 d 均在固定時間上午10：00 對每杯基質(zhì)進(jìn)行稱重并記錄。有3 種基質(zhì)，設(shè)置25 個處理各10 個重復(fù)，共計750 個樣本數(shù)。統(tǒng)計分析基質(zhì)保水性樣本數(shù)據(jù)， 計算從0～25 d 基質(zhì)控水的相對含水率（RWC）。

（4）基質(zhì)保肥性測定。設(shè)計如圖1 的淋溶模擬裝置，采用聚氯乙烯瓶底部鉆5 個孔自制簡易的淋溶過濾器，過濾器內(nèi)徑為50 mm，高100 mm，下方放置200 mL 的燒杯，用于收集淋溶液。過濾器內(nèi)依次鋪墊濾紙、紗布、石英砂50 mL、待測土柱300 mL、濾紙、紗布、石英砂50 mL，以獲得較為清澈的淋溶液樣品，并通過0.7 mm×24 mm 規(guī)格的輸液器控制去離子水流速，每種基質(zhì)各設(shè)計3 個以上淋溶裝置，分別收集壘土、保浮科樂、國產(chǎn)炭棉的淋溶液，從2022 年4 月3 日起每5 d 收集1 次，共收集8 次，每種基質(zhì)3 個重復(fù)，共計72 個樣品。采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測各樣品淋溶液的氮含量，采用堿溶-鉬銻抗比色法測磷含量[12]。

（5）在不同基質(zhì)上的盆栽扦插實驗。在中國科學(xué)院華南植物園玻璃溫室內(nèi)苗床上布置250 mL 規(guī)格的塑料育苗杯，分別裝入壘土、保浮科樂、國產(chǎn)炭棉3 種基質(zhì)，每種基質(zhì)各10 杯，并剪取相同長度、部位的長勢健壯、無病蟲害的長約3.5 cm 的胭脂云錦竹草枝條，每5 枝為一簇分別扦插在預(yù)先設(shè)置不同基質(zhì)處理組的育苗杯中。適當(dāng)澆水，定期觀察，并監(jiān)測溫室實時溫度、濕度等氣候條件，記錄每盆扦插苗生根、生長發(fā)育狀態(tài)。從2022 年1 月10 日起，待胭脂云錦竹草扦插苗完全生根發(fā)育并與基質(zhì)結(jié)合后，從育苗杯中脫盆，用手提著植物上部，如果基質(zhì)與植株不松散分離則視為完成脫盆固化，記錄每盆所需的基質(zhì)固化時間。2022 年3 月取出扦插苗，測量扦插植株的根長、根數(shù)、質(zhì)量等指標(biāo)。

本研究中，采用市場上常用的3 種固化無土基質(zhì)的商品，即保浮科樂和國產(chǎn)炭棉都是已經(jīng)完成塑形的海綿狀結(jié)構(gòu)直接裝入育苗杯中種植植物，而壘土則是從大塊狀基質(zhì)上取下碎絮狀裝入育苗杯中，原始狀態(tài)較為松散，以植物根系與基質(zhì)結(jié)合，手提植物上部基質(zhì)不與植株分離且不松散視為完成固化，并記錄每種基質(zhì)完成固化所需天數(shù)。所采用的插條的大小、數(shù)量、生長狀況一致，記錄扦插生根發(fā)育后的枝條根數(shù)、根長、株高及鮮重等指標(biāo)。觀察3 種固化無土基質(zhì)扦插的胭脂云枝條生根及發(fā)育情況并記錄拍照，定期觀測基質(zhì)的固化表現(xiàn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 軟件統(tǒng)計實驗數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理分析，通過SPSS Statistics 26 軟件對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，采用單因素方差分析（one-way ANOVA）比較分析各項指標(biāo)的差異顯著性，并用Duncan法（新復(fù)極差法）多重比較分析各處理間的差異顯著性；相關(guān)分析采用皮爾斯雙側(cè)檢驗法（Person）。

2 結(jié)果與分析

2.1 3 種固化無土基質(zhì)的物理性質(zhì)比較

立體綠化的特色種植需求對基質(zhì)有不同的物理性質(zhì)需求，受限于構(gòu)筑物承重能力要求立體綠化基質(zhì)有更小的容重；為便于長期養(yǎng)護(hù)管理，立體綠化基質(zhì)需要更好透氣性和保水性。通過實驗測定4 種固化無土基質(zhì)的容重、總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度、氣水孔隙比、持水能力等指標(biāo)如表1，可反映基質(zhì)保水性、透氣性和疏松程度、支撐能力。

2.1.1 容重 植物根系生長及植株的固定依賴于固體基質(zhì)的固定作用，常用容重反映固體基質(zhì)質(zhì)量要求， 一般植株種植基質(zhì)的干容重范圍為0.1～0.8 g/cm3，且應(yīng)用于屋頂綠化的基質(zhì)干容重應(yīng)<0.5（LY/T 1970—2011），基質(zhì)容重越小則說明該種基質(zhì)材料越輕質(zhì)。由表1 可知，壘土的容重最小約為0.14 g/cm3，對比保浮科樂、國產(chǎn)炭棉有顯著差異，保浮科樂次之，而國產(chǎn)炭棉容重在三者比較中最大，作為對照的傳統(tǒng)基質(zhì)泥炭土的容重很大，難以滿足立體綠化對承重的需求。壘土作為輕質(zhì)固化無土栽培基質(zhì)，可應(yīng)用于對構(gòu)筑物承重有較高要求的垂直綠化及屋頂綠化有一定優(yōu)勢。

2.1.2 持水能力 通過含水率、持水孔隙度、總孔隙度等指標(biāo)可以反映基質(zhì)的持水能力。壘土的含水率顯著高于保浮科樂和國產(chǎn)炭棉，而3 種基質(zhì)的持水孔隙度差異不大。綜合表1 來看，3 種固化無土基質(zhì)的持水能力都顯著優(yōu)于對照泥炭土，其中壘土的持水能力最好，其次為國產(chǎn)炭棉，保浮科樂較差。應(yīng)用于立體綠化的基質(zhì)總孔隙度應(yīng)在55%～96%之間，70%～90%則更為理想[13]，3種固化無土基質(zhì)均介于理想范圍之間，其中壘土的總孔隙度最大，其次是國產(chǎn)炭棉，保浮科樂較小。

2.1.3 透氣性 基質(zhì)保障植物生長一方面需要有足夠的水肥供給，另一方面也需要有較好的透氣性以供植物根系生長及植株生長發(fā)育。通過通氣孔隙度和氣水孔隙比能反映植物的通氣性能和持水能力的關(guān)系。一般改良基質(zhì)的通氣孔隙度要求為≥15%（LY/T 1970—2011），3 種基質(zhì)的通氣孔隙度差異不大，其中壘土為14.87%較接近這個目標(biāo)。通氣孔隙與持水孔隙比例在1∶1.5～1∶4 之間時視為較好的性質(zhì)[14]，壘土和保浮科樂的氣水孔隙比為0.21 較接近目標(biāo)，而國產(chǎn)炭棉和泥炭土接近為0.14 在3 種基質(zhì)中透氣性較差。總體而言，3 種固化無土基質(zhì)和泥炭土在透氣性方面均不太理想，壘土和保浮科樂較好，但一般立體綠化種植技術(shù)上可以通過保留植株空隙彌補這一缺陷。

2.2 3 種固化無土基質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)分析比較

基質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)分析一般包括pH 的比較及緩沖性能分析、養(yǎng)分供給能力分析包括有機(jī)質(zhì)含量測定、氮磷鉀含量的測定。通過測定得到3 種固化無土基質(zhì)的養(yǎng)分含量指標(biāo)如表2。

2.2.1 酸堿度及緩沖性能 土壤溶液酸堿度體現(xiàn)了土壤膠體保持質(zhì)子平衡的能力，一般植物在土壤基質(zhì)pH 為4.5～8.2 的范圍內(nèi)生長良好（LY/T1970—2015），pH 也影響到土壤養(yǎng)分的形態(tài)和有效含量，多數(shù)元素有效率在基質(zhì)pH 為5.0～8.0 范圍時更高[15]，壘土、國產(chǎn)炭棉接近對照泥炭土的pH，4 種基質(zhì)都處于大多數(shù)植物生長的土壤pH范圍（5.5～7.5）。

2.2.2 有機(jī)質(zhì)含量 有機(jī)質(zhì)是土壤多種養(yǎng)分元素的來源和存在形式，還包含刺激植物生長的胡敏酸，對基質(zhì)的保肥性和緩沖性有很大影響，是碳源和重要能源[16]。由于3 種固化無土基質(zhì)是人工合成物質(zhì)且多數(shù)含有生物炭材料，含碳量總體高于一般的自然土壤。通過重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定得出有機(jī)質(zhì)含量，根據(jù)結(jié)果3 種固化無土基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)含量均遠(yuǎn)超過一級土壤有機(jī)質(zhì)40 g/kg 的標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)相關(guān)研究表明，高產(chǎn)水稻土的有機(jī)質(zhì)含量一般在25～50 g/kg 范圍[17]，其中泥炭土由于沉積大量植物殘體累積，其有機(jī)質(zhì)含量較高，3 種固化無土基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)含量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自然土壤的有機(jī)質(zhì)含量，完全足夠滿足植物生長需求，尤其是國產(chǎn)炭棉的有機(jī)質(zhì)含量十分豐富。

2.2.3 氮、磷、鉀含量 氮、磷、鉀是植物生長必須的三大營養(yǎng)元素，也是研究立體綠化基質(zhì)水肥保持的關(guān)鍵內(nèi)容，氮是植物細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸和葉綠素的組成成分，磷參與了植物呼吸作用、光合作用及能量轉(zhuǎn)換過程，而鉀與植物的新陳代謝、生長發(fā)育、抗逆性息息相關(guān)[18]。據(jù)魯如坤研究，我國土壤氮含量范圍為0.04%～0.38%，磷含量是0.017%～0.11%，鉀含量是0.05%～2.5%，并認(rèn)為低于0.2%的氮含量土壤為缺氮，磷含量低于10 mg/kg 則視為缺磷[13]。本研究所測定的基質(zhì)氮、磷、鉀均為全氮、全磷、全鉀含量。由表2 可知，即使是含氮量相對較低的壘土全氮含量（5.97 g/kg）也達(dá)到了一級土壤含氮量標(biāo)準(zhǔn)，其氮含量接近自然界中營養(yǎng)物質(zhì)豐富的東北黑土，而保浮科樂和國產(chǎn)炭棉接近泥炭土的含氮量，顯著偏高。但3 種固化無土基質(zhì)的含磷量和含鉀量均低于六級基質(zhì)要求，處于比較低的水平[19]，3種固化無土基質(zhì)含磷量、含鉀量較高于泥炭土，但在使用這3 種基質(zhì)過程中仍需要適當(dāng)增施磷鉀肥以保證水肥平衡。

2.3 3 種固化無土基質(zhì)和泥炭土保水性比較分析

水分的供給和保持是決定植物能否在基質(zhì)中存活的直接因素，基質(zhì)保水性主要包括基質(zhì)的吸水能力和持水能力兩方面[20]。本研究以時間變化為變量，記錄各種基質(zhì)從吸飽水的相對含水率到逐漸風(fēng)干的變化，記錄持續(xù)25 d，如圖2 所示，起始吸水飽和狀態(tài)時，壘土的相對含水率（RWC）為251%，顯著高于其他2 種基質(zhì)，控水3 種基質(zhì)RWC 均逐漸降低，12 d 前壘土的RWC 均高于保浮科樂和國產(chǎn)炭棉，12 d 后國產(chǎn)炭棉和壘土持水能力相對一致，對照泥炭土在17 d 的RWC 為1.40%已近乎干燥，保浮科樂RWC 在23 d 時近乎為0，這2 種基質(zhì)的保水性能較差。而國產(chǎn)炭棉和壘土直到25 d 仍未完全失水，尤其是壘土在25 d 時RWC 仍能保持7.3%，與其他3 種基質(zhì)的保水性相比有顯著優(yōu)勢。3 種固化無土基質(zhì)在保水性方面都優(yōu)于對照泥炭土，在立體綠化的實際應(yīng)用中，受限于灌溉難度大，后期維護(hù)成本高、建筑物不能長期受到水流沖蝕等因素，基質(zhì)具有更好的保水性有利于立體綠化種植應(yīng)用的推廣。

2.4 3 種固化無土基質(zhì)保肥性分析

傳統(tǒng)土壤淋溶作用是雨水透過土壤水平向下滲透，將土壤內(nèi)容物從上層運輸?shù)礁蛯覽21]。無論是屋頂綠化還是垂直綠化基質(zhì)在降雨中都會因淋溶作用產(chǎn)生一定程度的氮磷流失，一方面對基質(zhì)的肥力保持造成一定影響，一方面淋溶液所帶出的氮磷等元素可能造成水體富營養(yǎng)化對環(huán)境產(chǎn)生污染[22]，研究基質(zhì)的淋溶作用正是為了探究其肥力保持能力和對環(huán)境負(fù)面影響的可能性。

以不同淋溶次數(shù)收集到溶液中的氮、磷濃度為指標(biāo)研究基質(zhì)保肥性。整體而言，3 種固化無土基質(zhì)淋溶結(jié)果的淋出氮、磷含量都極低（圖3，圖4），基本不會因此造成水體富營養(yǎng)化對環(huán)境產(chǎn)生影響。從圖3 的氮素淋失表現(xiàn)來看，對照泥炭土的氮淋出總量顯著超過其他3 種固化無土基質(zhì)，對照單次淋失量也在其余3 種基質(zhì)水平之上，其原因可能是泥炭土的結(jié)構(gòu)松散，其通氣孔隙度較大，土壤基質(zhì)的膠體吸附性較差，較容易發(fā)生氮素淋失現(xiàn)象，泥炭土中含大量腐殖質(zhì)對氮淋出量影響較大[4]。3 種固化無土基質(zhì)整體上氮淋出總量較少且峰值均出現(xiàn)在第二次淋溶結(jié)果上，尤其是壘土的氮淋失總量最少。其中國產(chǎn)炭棉的氮素淋失結(jié)果在第二次淋溶峰值顯著高于其他2 種基質(zhì)。但對比8 次累計淋溶結(jié)果則是保浮科樂的淋失氮含量最高為30.29 mg/L，其次為國產(chǎn)炭棉27.01 mg/L，壘土相對較低為20.47 mg/L。

圖4 為淋溶后磷素流失結(jié)果，壘土和保浮科樂的8 次淋溶結(jié)果磷素淋失極低，顯著區(qū)別于對照泥炭土，尤其是壘土磷素結(jié)果近乎為零。將3種固化無土基質(zhì)的磷素流失結(jié)果作一張小尺度的圖5，可以更顯著地發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)炭棉磷素淋失高于其他2 種基質(zhì)，3 種基質(zhì)的磷素淋失和氮素淋失結(jié)果一樣峰值出現(xiàn)在第二次淋溶，猜測可能和各種基質(zhì)內(nèi)部毛管持水以及膠體性質(zhì)有關(guān)。8 次累計淋溶結(jié)果的磷素淋失量最高的是國產(chǎn)炭棉為2.59 mg/L，其次是保浮科樂0.23 mg/L，壘土最低，為0.18 mg/L。綜上所述，3 種固化無土基質(zhì)都在水肥保持上有突出表現(xiàn)，且不會對環(huán)境造成不良影響，其中壘土在3 種基質(zhì)中具有更顯著的優(yōu)勢。

2.5 盆栽扦插和種植效果分析

2.5.1 基質(zhì)固化性能分析 以泥炭土為對照組（CK），A 壘土、B 保浮科樂、C 國產(chǎn)炭棉完成固化所需平均時間分別為對照15 d，A 組9 d，B組7 d，C 組6 d。在第20 天將育苗杯中的盆栽植株脫盆進(jìn)行固化檢測試驗發(fā)現(xiàn)，如圖6 所示，對照泥炭土還是容易出現(xiàn)松散、基質(zhì)與植株分離的情況，而壘土、保浮科樂和國產(chǎn)炭棉均與植物根系結(jié)合密切，保持不松散、不脫離狀態(tài)。基質(zhì)的固化效果有助于立體綠化植物應(yīng)對極端天氣，以上3 種基質(zhì)相較于傳統(tǒng)基質(zhì)應(yīng)用于立體綠化有明顯優(yōu)勢，而壘土同時兼具傳統(tǒng)基質(zhì)的松散、易塑形的優(yōu)點，又能在短期內(nèi)與植物根系之間實現(xiàn)固化效果，是立體綠化的理想材料。

2.5.2 不同基質(zhì)對扦插植物生根和生長的影響胭脂云枝條在4 種基質(zhì)中扦插易生根成活，除了國產(chǎn)炭棉生根率較差約為88.89%外，其余基質(zhì)扦插生根率均為100%。從生根數(shù)量來看，使用壘土作為基質(zhì)的扦插苗能迅速生根并在基質(zhì)中多方向扎根且生根數(shù)量顯著多于其他3 種基質(zhì)，其次為泥炭土，保浮科樂略少，國產(chǎn)炭棉則出現(xiàn)部分扦插苗生根少甚至不生根的表現(xiàn)。從主根長來看，以壘土、泥炭土和國產(chǎn)炭棉為基質(zhì)的扦插苗主根長均顯著長于以保浮科樂為基質(zhì)的扦插苗主根長（表3）。3.5 cm 的扦插枝條25 d 后均有明顯生長變化，其中壘土扦插苗的平均株高最高，保浮科樂扦插苗最矮，泥炭土、壘土和保浮科樂扦插苗鮮重均顯著高于國產(chǎn)炭棉，其中壘土和泥炭土扦插苗表現(xiàn)茁壯，葉片茂盛，保浮科樂和國產(chǎn)炭棉相對葉片較少，長勢一般?？傮w來說壘土扦插苗株高最高，泥炭土、國產(chǎn)炭棉次之，植株鮮重壘土、國產(chǎn)炭棉與泥炭土扦插苗差別不大，保浮科樂扦插苗鮮重較輕。

綜上所述，應(yīng)用于立體綠化的植物要求根系發(fā)育良好、植株茂密、不徒長，有利于便于后期養(yǎng)護(hù)管理，壘土的扦插苗生根數(shù)最多、主根長較長，且植物生長茂密，不徒長，具有顯著優(yōu)勢（圖7）。

3 討論

立體綠化作為改善建筑物和城市可持續(xù)性發(fā)展的工具，其基質(zhì)的水肥保持性能將限制植被生長狀況，決定后期養(yǎng)護(hù)管理成本[24]。從功能性角度建立量化比較立體綠化基質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，有利于推動立體綠化產(chǎn)業(yè)發(fā)展與研究[25]。本研究通過對基質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)、水肥保持性能、扦插栽培試驗分析，基于立體綠化栽培基質(zhì)理化指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，討論3 種應(yīng)用于立體綠化栽培的固化無土基質(zhì)的性能差異，綜合結(jié)果表明壘土在容重、保水性、保肥性、栽培性能方面均優(yōu)于保浮科樂和國產(chǎn)炭棉。

本研究從立體綠化基質(zhì)實際應(yīng)用的功能角度出發(fā)，設(shè)計了控水、淋溶及扦插栽培試驗，著重考慮到基質(zhì)本身水肥保持性能、實際應(yīng)用需求及其可能對周邊環(huán)境生態(tài)產(chǎn)生的影響，綜合評價3種固化無土基質(zhì)的性能。由于立體綠化受限于特殊的種植方式，對基質(zhì)的要求也區(qū)別于傳統(tǒng)基質(zhì)，無論是屋頂綠化還是垂直綠化，在保障支撐植物的基礎(chǔ)條件下追求更輕的容重，壘土以0.14 g/cm3的容重對比其他固化無土基質(zhì)和傳統(tǒng)基質(zhì)有顯著優(yōu)越性，可以滿足更多構(gòu)筑物承載綠植的需求，使之既不破壞原有建筑物的承重結(jié)構(gòu)，也能出色完成綠化建設(shè)。立體綠化植物的生長需要基本的水肥供給則依靠基質(zhì)的理化性質(zhì)，基質(zhì)應(yīng)從透氣性好、pH 適宜、保水保肥能力強幾個角度篩選，以上研究結(jié)果表明，3 種基質(zhì)均能基本滿足植物種植需求，且pH 都在適宜植物生長良好范圍內(nèi)，透氣性方面，壘土和保浮科樂優(yōu)于國產(chǎn)炭棉，且壘土持水能力最佳，這一點在保水性實驗中得到進(jìn)一步證實。3 種固化無土基質(zhì)肥力均可滿足植物正常生長發(fā)育的基本需求，尤其是有機(jī)質(zhì)含量、含氮量均處于較高的一級土壤水平，但含磷量、含鉀量較低，需要在種植及養(yǎng)護(hù)管理過程中注意追施磷、鉀肥，有利于立體綠化植物水肥平衡。通過扦插栽培試驗結(jié)果可知，壘土基質(zhì)可塑性極強，既具備傳統(tǒng)基質(zhì)的松散結(jié)構(gòu)，可以被裝入到任何容器中使用，也能脫離容器實現(xiàn)基質(zhì)固化，可輕易通過鐵絲、布?xì)?、鋼架、網(wǎng)膜等材料使用千變?nèi)f化的結(jié)構(gòu)塑形。同時，由于壘土具有柔軟、韌性強的優(yōu)點，可以用來解決立體綠化中曲面構(gòu)架難題，是十分理想的鋪貼式立體綠化材料，早在2013 年著名建筑師安藤忠雄就曾利用壘土為基質(zhì)完成了大阪新梅田城“希望之墻”的大型立體綠化建設(shè)。除此之外，通過實驗也驗證了壘土栽培的植物具有根系發(fā)育良好、植株茂密、不徒長的優(yōu)點，也是3 種固化無土基質(zhì)中表現(xiàn)最好的。