13種常用室內(nèi)綠墻植物生態(tài)效益研究

羅旭榮

(深圳市方格生態(tài)環(huán)境有限公司,廣東深圳 518000)

2021年的中央經(jīng)濟(jì)工作會議強(qiáng)調(diào)將“碳達(dá)峰、碳中和”作為八項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)之一,即通過采取有力的政策和措施,于2030年二氧化碳的排放量達(dá)到峰值,在2060年之前實(shí)現(xiàn)碳中和[1]。而建筑業(yè)的碳排放量占總排放量的主要部分,因此,如何在建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”是重點(diǎn)考慮的方向。不斷有綠色建筑、被動式建筑、零碳建筑的概念出現(xiàn),主要是使用低碳材料,減少碳排放。而在建筑體內(nèi)增加綠化植被可以提高建筑碳匯,打造建筑微生態(tài),提高建筑碳匯,降低建筑周邊環(huán)境的熱島效應(yīng)[2]。狄育慧等[3]通過實(shí)測和模擬對西安市某酒店有無植物墻的溫濕度及氣流場進(jìn)行了定性和定量研究,得出有綠色植物墻的走廊空氣溫度比無植物墻的低0.7 ℃,空氣相對濕度在11:00 有植物墻空間比普通空間相差29%,分析發(fā)現(xiàn),植物墻降低空氣溫度與植物的蒸騰作用及栽培基質(zhì)中水分的蒸發(fā)作用有關(guān)。學(xué)者對屋頂綠化、外立面墻體綠化對環(huán)境產(chǎn)生的生態(tài)效益進(jìn)行研究,結(jié)果表明,植物能夠很好地改善環(huán)境質(zhì)量[4]。目前對室內(nèi)植物生態(tài)效益的研究較少,而室內(nèi)環(huán)境的改善一直受消費(fèi)者的追捧,尤其是大型商場、辦公樓、機(jī)場、酒店、餐廳等公共場所,由少量盆栽的擺放到多種植物的組景及目前流行的各種綠墻[5]。植物可以吸收空氣中的二氧化碳產(chǎn)生氧氣,增加空氣中的濕度,降低溫度,提高人群在環(huán)境中的舒適感。筆者對常用室內(nèi)綠墻植物的生態(tài)效益值進(jìn)行量化研究,并對如何提高室內(nèi)綠墻生態(tài)效益進(jìn)行了探討。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)對象以13種常用室內(nèi)綠墻植物為試驗(yàn)材料(表1),植物種類來源于天安云谷20樓鐵漢一方辦公室內(nèi)綠墻生長穩(wěn)定后的主要植物種類。其中,百合科、胡椒科、龍舌蘭科、?？?、鐵角蕨科各1種,五加科2種,天南星科6種,主要為觀葉植物。

表1 13種試驗(yàn)植物

1.2 試驗(yàn)方法試驗(yàn)在深圳市鐵漢一方環(huán)境科技有限公司室內(nèi)進(jìn)行。于2021年8月對室內(nèi)3面綠墻上的13種植物使用LI-6400光合儀進(jìn)行測量。綠墻于2017年完工,經(jīng)過4年的養(yǎng)護(hù)管理,保留適應(yīng)性強(qiáng)的植物種類。補(bǔ)光采用LED植物生長燈,每盞燈為18 W,2盞補(bǔ)光燈的標(biāo)準(zhǔn)距離為0.35 m。含植物生長所需的紅橙光和藍(lán)紫光光譜,50%接近自然光,400～840 nm全光譜區(qū)間,開燈時間為8:30—18:30,12:00—14:00午休時間關(guān)燈,共8 h,室內(nèi)溫度為26.5 ℃,濕度70%。

1.3 測定內(nèi)容與計算方法

1.3.1光響應(yīng)曲線和瞬時氣體交換參數(shù)。參考曾紅等[6]的試驗(yàn)方法,對每種植物在綠墻上不同的位置隨機(jī)選5株,在每株植物的第 3 位至第 4 位功能葉間選取1枚健康葉片,使用 Li-6400 便攜式光合系統(tǒng)分析儀在開放氣路下使用紅藍(lán)葉室進(jìn)行光響應(yīng)曲線(Pn-PAR)、凈光合速率(Pn) 和蒸騰速率(Tr) 測定。每片葉子測定1次,取5個瞬時光合速率值作為重復(fù)。測定時間為每日 9:00—11:30,每天進(jìn)行 3 次重復(fù)。 對光響應(yīng)曲線的測定采用自動程序進(jìn)行,光強(qiáng)由 LI-6400XT 紅藍(lán)光源控制,CO2濃度由 LI-6400XT 的 CO2泵控制,設(shè)置 400 μmol/mol。在測定過程中光合測定儀的流速均設(shè)定為 500 μmol/s,光合有效輻射(PAR)為2 000、1 800、1 500、1 200、1 000、800、600、400、200、150、100、50、20、0 μmol/(m2·s)14 個水平[7]。

1.3.2光合數(shù)據(jù)計算。將測量的數(shù)據(jù)輸入光合曲線擬合軟件Photosynthesis進(jìn)行擬合,同時得出光飽和點(diǎn)(LSP)和光補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)據(jù)(LCP)。

1.3.3固碳釋氧、增濕降溫值計算。參考文獻(xiàn)[8]中的計算方法進(jìn)行計算,根據(jù)光合作用反應(yīng)方程 CO2+4H2O →CH2O+3H2O+O2(CO2摩爾質(zhì)量為44,O2摩爾質(zhì)量為32)可知,單位葉面積固碳量WCO2[g/(m2·d)]、單位葉面積釋氧量WO2[g/(m2·d)]、單位葉面積增濕量EH2O[g/(m2·d)]和單位葉面積降溫量QO[kJ/(m2·d)]計算公式如下:

WCO2=P×44/1 000

WO2=P×32/1 000

EH2O=Tr×18/1 000

QO=EH2O×2 435.5

根據(jù)莫惠芝等[9]在室內(nèi)垂直綠化植物生態(tài)效益研究中的描述,室內(nèi)植物在不同測量時間點(diǎn)的光合效率差異較小,又由于測量環(huán)境穩(wěn)定,光照保持在200 μmol/(m2·s)左右,結(jié)合補(bǔ)光燈時間,在計算植物生態(tài)效益值時取光照200 μmol/(m2·s)對應(yīng)的光合速率合和蒸騰速率進(jìn)行計算,每天按8 h重復(fù)計算,設(shè)定這8 h內(nèi)植物的光合作用穩(wěn)定在同一水平。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計使用 Excel 2020進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析及圖表制作,用 SPSS 20單因素方差分析( One-way ANOVA)對結(jié)果進(jìn)行分析 。

2 結(jié)果與分析

2.1 光飽和點(diǎn)與光補(bǔ)償點(diǎn)由表2可知,室內(nèi)環(huán)境下,光飽和點(diǎn)由高到低依次為鴨腳木、黃金葛、金鉆、銀邊吊蘭、紅鉆、豆瓣綠、白掌、綠蘿、花葉鴨腳木、鳥巢蕨、如意粗勒草、黑金剛、密葉朱蕉,光飽和點(diǎn)越高代表該植物光能利用率越高,產(chǎn)物更多,能夠適應(yīng)更強(qiáng)的光照[10]。而光飽和點(diǎn)越低,則代表對強(qiáng)光的適應(yīng)性不強(qiáng)。光補(bǔ)償點(diǎn)越低,則代表對弱光的適應(yīng)性越強(qiáng),光飽和點(diǎn)和補(bǔ)償點(diǎn)之間的差值越大,植物能吸收的光能更多,代表植物對光的適應(yīng)性越強(qiáng)。從圖1可以看出,鴨腳木、黃金葛和金鉆的差值明顯高于其他植物。13種植物長時間適應(yīng)室內(nèi)環(huán)境,測量的光飽和點(diǎn)和補(bǔ)償點(diǎn)均較低,鴨腳木對光的適應(yīng)性最強(qiáng),是密葉朱蕉的100倍以上。從圖2可以看出,在 200 μmol/(m2·s)光照強(qiáng)度下,鴨腳木的凈光合速率明顯高于其他植物,是鳥巢蕨的6倍以上。

圖1 13種植物光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)差值Fig.1 Difference between light saturation point and light compensation point of 13 plants

圖2 200 μmol/(m2·s)光強(qiáng)下13種植物凈光合速率Fig.2 Net photosynthetic rate of 13 plant species at 200 μmol/(m2·s) light intensity

表2 13種植物光飽和點(diǎn)與補(bǔ)償點(diǎn)

2.2 室內(nèi)綠墻植物固碳釋氧效益由表3可知,單位葉面積固碳釋氧值最高為鴨腳木,固碳值為7.77 g/(m2·d),釋氧值為5.65 g/(m2·d),單位葉面積固碳釋氧值最小為鳥巢蕨,固碳值為0.56 g/(m2·d),釋氧值為0.41 g/(m2·d),2組數(shù)據(jù)之間相差12倍以上,且兩者之間存在顯著差異。單位葉面積固碳釋氧能力由高到低依次為鴨腳木、金鉆、豆瓣綠、銀邊吊蘭、黃金葛、綠蘿、黑金剛、紅鉆、白掌、花葉鴨腳木、如意粗勒草、密葉朱蕉、鳥巢蕨。

表3 13種植物固碳釋氧值

2.3 室內(nèi)綠墻植物增溫降濕效益由表4可知,單位葉面積降溫增濕能力由高到低依次為鴨腳木、花葉鴨腳木、金鉆、黃金葛、豆瓣綠、白掌、紅鉆、黑金剛、綠蘿、銀邊吊蘭、如意粗勒草、密葉朱蕉、鳥巢蕨。單位葉面積日降溫增濕量最大和最小的分別為鴨腳木和鳥巢蕨,鴨腳木的增濕值為1 380.93 g/(m2·d),降溫值為3 363.25 kJ/(m2·d),是鳥巢蕨的20倍左右。這說明鴨腳木在室內(nèi)綠墻上使用時降溫增濕效益能力遠(yuǎn)大于鳥巢蕨。從數(shù)值來看,鴨腳木降溫增濕的能力遠(yuǎn)大于其他植物,比排第2位的花葉鴨腳木的數(shù)值也要高近2倍。除鴨腳木、花葉鴨腳木、密葉朱蕉和鳥巢蕨4種植物外,其余9種植物的值相對接近。

表4 13種植物降溫增濕值

3 討論

3.1 室內(nèi)綠墻植物的生態(tài)效益從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,植物生態(tài)效益與光合作用基本表現(xiàn)為正相關(guān),對光適應(yīng)性越強(qiáng)的植物產(chǎn)生的生態(tài)效益也越好,最明顯的是鴨腳木和鳥巢蕨,固碳釋氧和降溫增濕能力的排序與光飽和點(diǎn)及補(bǔ)償點(diǎn)的排序一致。該試驗(yàn)測定已經(jīng)長期適應(yīng)深圳室內(nèi)環(huán)境的植物個體,對比張婭等[11]對西北冬季室內(nèi)鴨腳木與綠蘿光合特性來看,結(jié)果有較大差別,綠蘿在西北地區(qū)冬季的室內(nèi)環(huán)境下比鴨腳木的光合效率更高,對光照具有更強(qiáng)的利用能力, 且能在高 CO2濃度和干旱的環(huán)境下健康生長,并能對室內(nèi)環(huán)境起到較強(qiáng)的增濕效應(yīng),是西北地區(qū)冬季較為理想的室內(nèi)植物。而該試驗(yàn)中,綠蘿對光照的利用要遠(yuǎn)小于鴨腳木。而侯曉麗[12]對深圳市常用垂直綠化植物生理生態(tài)特性研究中,鴨腳木無論是在低光照強(qiáng)度和高土壤含水量環(huán)境、半開敞式或者室外環(huán)境,其生長情況都是最好,適應(yīng)能力強(qiáng),這與該研究結(jié)果一致。由此可以看出,植物的生態(tài)效益效果會根據(jù)不同環(huán)境情況產(chǎn)生變化,當(dāng)光照、溫度以及水分環(huán)境不同時,光合速率也會有較大區(qū)別,并且受綜合因素影響。此外,還與植物本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)。因此,室內(nèi)綠墻植物的生態(tài)效益與植物生長環(huán)境、植物種類、生長情況等多種因素相關(guān)。

3.2 提高室內(nèi)綠墻生態(tài)效益

3.2.1進(jìn)行環(huán)境分析,選擇合適植物種類。在進(jìn)行綠墻設(shè)計時,根據(jù)場所環(huán)境情況,盡可能選擇生態(tài)效益值較高的品種,最大化地提高綠墻對環(huán)境的改善能力。在考慮觀賞價值的同時選擇鴨腳木、花葉鴨腳木、金鉆、豆瓣綠等生態(tài)效益好的植物種類。由于室內(nèi)環(huán)境受限,在光照不充足、通風(fēng)不佳的場地則要根據(jù)實(shí)際情況選擇像鳥巢蕨、密葉朱蕉等這類能適應(yīng)低光照的植物種類,因此,需要對綠墻環(huán)境進(jìn)行合理分析,選擇最佳的植物種類進(jìn)行搭配。

3.2.2增加環(huán)境補(bǔ)光,提高植物光合速率。植物固碳釋氧、降溫增濕能力與植物的光合作用息息相關(guān),室內(nèi)環(huán)境光線較弱,植物的光合作用相對降低,條件允許的情況下,可以通過使用補(bǔ)光燈增加光照強(qiáng)度,加強(qiáng)植物的光合作用,從而提高植物帶來的生態(tài)效益性效果。

3.2.3加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理,保證植物健康生長。由于室內(nèi)環(huán)境較封閉,對大部分植物長期生長造成困難,因此,加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理顯得尤其重要,要根據(jù)植物生長情況調(diào)整灌溉系統(tǒng),加強(qiáng)通風(fēng),及時治理病蟲害及清理殘枝枯葉,保證植物健康旺盛生長。

4 結(jié)論

該試驗(yàn)的13種室內(nèi)綠墻植物對改善室內(nèi)環(huán)境有一定的作用,以鴨腳木的效果最佳。除直接固碳釋氧降溫增濕產(chǎn)生的碳匯效果以外,減少了空調(diào)的使用,間接減少碳排放。植物的生態(tài)效益與植物生理、生長環(huán)境等多種因素有關(guān),在進(jìn)行設(shè)計時選擇合適的植物品種,可以通過增加補(bǔ)光燈、新風(fēng)系統(tǒng)等措施進(jìn)行合理養(yǎng)護(hù),保證植物健康生長來提高室內(nèi)植物的生態(tài)效益,條件允許的情況下,可以增加綠墻面積,增加產(chǎn)生生態(tài)效益工作的數(shù)量,為早日實(shí)現(xiàn)碳中和作出貢獻(xiàn)。