屋頂綠化研究進展

楊雪　吳煜　鄭玉賢

摘要：綜述了屋頂綠化近幾年的研究現狀，包括屋頂綠化的分類、功能及屋頂綠化植物的抗性篩選研究。重點針對屋頂綠化植物的抗性篩選研究進行了展望。

關鍵詞：屋頂綠化；功能；植物；研究

中圖分類號：TU985文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）10011803

1引言

城市在給人類社會帶來深刻變革的同時也產生了諸多負面影響。過于密集的城市建筑群使得城市熱島效應日趨顯現，同時大面積的綠地銳減也導致了環境污染、城市內澇等一系列城市生態環境問題的頻繁發生。目前，城市生態環境的惡化已經對人們生活乃至生存環境構成了嚴重威脅。因此，如何充分利用有限的空間來實現綠化面積最大化，對城市綠地進行補償越來越受到人們的關注，而作為城市“第五立面”的屋頂也逐漸進入到人們的視野中。

屋頂綠化作為一種新型綠化形式，在西方發達國家已有廣泛的應用。大量研究顯示屋頂綠化在緩解城市熱島效應，節約能源，延長建筑使用壽命，改善日趨惡化的人類生存環境等方面具有重要意義[1]。目前，利用各建筑屋頂進行綠化已經成為最具發展前景，恢復綠地最經濟有效，最直接的措施。

2屋頂綠化的概念及分類

廣義的屋頂綠化可以定義為在各類建筑物、構筑物、城墻、橋梁（立交橋）等的屋頂、露臺、天臺、陽臺或大型人工假山山體上進行造園，種植植物的總稱。狹義的屋頂綠化概念即屋頂花園，是指一切以建筑物屋頂為依托的綠化形式。它與傳統地面綠化的最大區別在于它不與大地土壤相連，而是通過將園林綠化元素搬至建筑物之上，利用人工合成基質來栽種綠化植物的一種獨特綠化方式。相較于地面，屋頂包括光照、溫度、濕度、土壤等在內的生態環境都與之具有巨大差異。

國外的屋頂綠化主要分為粗放型、半集約型及集約型三種。根據德國景觀研究發展建設協會（FLL）的標準，可將屋頂綠化分為三種類型：拓展型屋頂綠化、半密集型屋頂綠化及密集型屋頂綠化。拓展型屋頂綠化是屋頂綠化最為簡單的一種屋頂綠化形式，其特點是建成速度快、成本低、養護簡單。這類屋頂綠化通常采用草坪、地被植物、小型灌木等耐貧瘠的植物進行綠化。德國等西方國家多采用景天科植物，國內則多采用草坪，且目前國內的大部分屋頂綠化均屬于這種類型。半密集型屋頂綠化則是一種介于拓展型與密集型之間的形式，其特點是屋頂載荷較大，需要定期維護，植物選擇范圍較廣，但仍然無法種植高大喬木。密集型屋頂綠化即通常所說的屋頂花園，其特點在于養護需求更高，植物選擇方面更為多樣，高大喬木也可選擇，屋頂載荷能力也最強。

國內眾多學者就屋頂綠化進行了分類，從屋頂綠化的建筑使用功能、屋頂開敞程度、建筑屋頂載荷能力、綠化布局形式等不同角度可將屋頂綠化分為多種類型。針對綠化布局形式可分為地毯式、擺盆花式、棚架式和園林式4種類型[2，3]。

3屋頂綠化的功能

3.1生態效益

3.1.1凈化空氣

屋頂綠化植物可以通過吸附、固定大氣中的有害氣體、灰塵，并吸收、降解空氣中的氮氧化物等有害物質，提高空氣濕度和負離子濃度，從而提高城市空氣質量，達到凈化空氣的目的。在地面綠化面積有限的情況下，通過在屋頂大量種植植物可以過濾并改善空氣污染狀況，屋頂綠化在立面空間中形成一個天然過濾層，其在空間發揮的凈化作用是地面綠化所無法實現的。研究顯示，相較于空白屋頂，城市實現全部屋頂綠化時空氣中二氧化碳的濃度會下降85%[4]。屋頂綠化對大氣中灰塵的減少作用主要表現為兩個方面：一方面是植物群落降低風速使灰塵降落，另一方面是綠色植物依靠表面的絨毛或分泌的粘液來阻擋、吸附各種塵埃顆粒。據統計，北京市屋頂綠化年吸收二氧化硫量約為3.1g/m3，年滯塵量約為150g/m2，屋頂綠化無疑對空氣污染嚴重的北京具有積極深遠的影響[5]。

綜上所述，屋頂綠化植物在城市空氣凈化方面的確發揮著顯著的生態效應，在凈化空氣的同時，屋頂綠化也為城市實現低碳發展、綠色發展提供了一條切實可行的有效途徑。

3.1.2截留雨水

在全球水資源短缺的大背景下，雨水的收集越來越受到世界各國的重視。作為城市雨水收集的重要組成部分，屋面雨水的收集利用一直是研究者們關心的問題。屋面雨水來自降水，經過屋頂植物的過濾凈化，屋面雨水一般水質較好，稍作處理甚至不做處理即可進行回收利用。目前國內大部分城市和地區均沒有對這部分水資源的利用價值重視起來，進行相關的收集利用工作，而是將這部分水白白浪費掉了。此外，城市由于綠地面積的減少所引起的城市洪水問題也能夠通過屋頂綠化得到緩解。傳統的空白屋頂對降雨起不到任何截留作用，大部分雨水從地面流走，幾乎很少能夠滲入地下。城市排洪設施容納有限，大量降水無法在短時間內排走，則會造成城市洪水。屋頂綠化能夠為雨水截留提供儲存空間，如果將占據城市硬質表面30%左右的屋頂充分利用起來實施屋頂綠化，那么對于屋面雨水的收集和城市洪水的發生都會有明顯的改善。數據顯示，屋頂被植物覆蓋后，通過對雨水的截留作用可以使得排水強度降低70%，大大緩解了排水系統的壓力[6]。國外關于屋頂綠化在雨水收集和過濾方面的功能研究較為完善，眾多學者就屋頂綠化改善城市水環境，降低城市洪水發生頻率等方面所發揮的作用進行了研究[7]。

2012年夏季，我國廣州、北京等城市遭受嚴重暴雨襲擊，研究屋頂綠化在減輕城市洪水發生頻率、蓄積雨水等方面所發揮的功能均具有重要的現實意義。

3.1.3緩解城市熱島效應

城市熱島效應是指城市氣溫明顯高于周圍氣溫的現象。由于城市建筑密集、綠化面積縮小、通風不良引起的城市中心氣溫偏高，形成城市“熱島”，從而間接導致城市上空有害氣體的積累，形成大氣污染。進行綠化的屋頂對陽光的反射率比裸露的屋頂大，加上綠色植物的遮擋作用，其屋面輻射熱量遠小于裸露的屋頂。此外，植物自身的蒸騰作用及下墊面的蒸發作用相較于裸露屋頂而言也會消耗不少熱量。因此，大面積的屋頂綠化對降低城市熱島效應具有重要意義。endprint

國外有眾多學者就屋頂綠化在降低城市熱島效應方面的功能進行了研究，認為屋頂綠化在緩解城市熱島效應，調節室內溫濕度及節約能源方面均具有重要意義[8，9]。

2014年10月綠色科技第10期

楊雪，等：屋頂綠化研究進展園林與景觀

3.2節能效應

3.2.1調節頂樓溫度，節約能源

屋頂綠化通過植物和栽培基質的隔離，對建筑頂層有明顯的隔絕作用。在夏季利用植物自身的蒸騰作用吸熱，減少太陽對屋面的直接輻射，降低了頂層溫度，節省了空調的使用費用；在冬季由于有植物覆蓋，屋頂夜晚白天溫差變化不那么劇烈，對屋頂起到保護作用的同時也節省了暖氣的使用費用。相關研究表明，植物屋面一天中溫差最大僅為4.8℃，而裸露屋面則為10.2℃[10]。建筑周圍溫度每降低1℃，相應的空調容量則可降低6%[11]。綠色植物在夏季通過將屋頂外表面的平均輻射溫度降低，不僅使得建筑能耗尤其是建筑空調能耗大幅降低，而且進一步改善了城市的熱環境，從而形成積極的促進作用。室外溫度越高，屋頂綠化的節電效果越明顯，在很大程度上緩解了城市夏季用電矛盾。

廣州市針對屋頂綠化的生態效益測定結果顯示，屋頂綠化可節省空調20%～40%的耗電量，僅這一項生態效益每年就可節約數千萬元[12]。

3.2.2節約建筑資源

屋頂的破壞多數來自于屋頂溫度的劇烈變化所引起的膨脹和收縮導致的裂縫、雨水滲漏等問題。屋頂經過綠色植物的覆蓋，避免了陽光對屋頂的直接照射，緩解了由于屋頂表面溫度變化所引起的熱脹冷縮對建筑物屋頂的破壞，推遲了各種材料的老化時間，從而達到保護屋頂，延長建筑屋頂使用壽命的目的。

此外，通過實施屋頂綠化，由于植物對雨水的截留和收集作用，使得屋頂管道排水壓力大大減小，因此可以通過減少管道施工的數量，節省大量建筑費用和資源。這方面研究國內目前還比較少，不可否認的是通過屋頂綠化實現建筑資源的節約的確是一項意義重大的工作。

結合上述兩個方面，目前國內外針對屋頂綠化節能效應的研究主要集中在隔熱節能的效益方面。在效益上的研究主要表現為屋頂綠化通過調節溫度來節約空調使用的能耗以實現節能。

4屋頂綠化植物的抗性篩選

屋頂綠化能否取得良好的預期效果，主要取決于所選的植物是否能在屋頂這一特殊環境下生長良好并形成綠化景觀。屋頂環境與地面環境相差較大，不論是在光照時長、光照強度、氣溫變化、風速變化等這些自然因素方面，還是種植基質不與大地土壤相連造成的基質層過薄及基質養分易流失等方面的問題均不是普通地面植物能夠適應并良好生長的。針對屋頂特殊環境，所選的植物材料應具備耐旱、耐寒、耐貧瘠、喜光、抗風、生命力旺盛等條件。

對于屋頂綠化植物抗性的研究，歐洲一直走在前列。早在19世紀，德國就已經開始探討建筑與植物相互融合的關系，并深入研究了植物選擇、植物種植方面的相關技術。國外學者對植物的抗性篩選研究主要集中在耐旱性、耐寒性、抗逆性等方面。捷克、西班牙、匈牙利等國家通過對屋頂綠化植物的相關抗性進行研究，篩選出了景天科的幾個種及幾種苔蘚植物[13～15]。國外還有大量研究顯示，很多多漿植物在淺薄的種植基質上長勢良好，且后期的灌溉養護工作也十分簡單，是屋頂綠化值得推廣應用的植物類型[16]。

國內也有眾多學者就屋頂綠化的抗性植物篩選進行了相關研究。張斌等人[17]通過對幾種屋頂綠化景天植物進行耐旱研究表明，佛甲草（Sedum Lineare Thunb）、銀紋垂盆草（Sedum sarmentosum Bunge）、反曲景天（Sedum reflexum）、藍葉松塔景天（Sedum Nicaeense All）等4個品種在干旱脅迫環境下仍具有較好的長勢。黃衛昌等人[18]采用盆栽自然干旱處理的方法，分別對景天植物佛甲草、垂盆草、金葉景天（Dicotyledoneae）、凹葉景天（Sedum emarginatum）、德國景天（Sedum hyridun）進行了抗旱、耐熱試驗，通過測定相關指標發現佛甲草的耐熱性優于其它景天植物，國產佛甲草和垂盆草的半致死時間分別達到了182d、154d，抗旱性最差的德國景天的半致死時間也有34d。

綜上所述，屋頂綠化作為一種新型的綠化形式，已經成為一種趨勢。相較于國外屋頂綠化方面的研究，我國相關研究還是比較滯后的。目前，我國在屋頂綠化植物材料選擇上還是以景天科、草本地被類植物為主，對灌木、喬木的屋頂種植適應性方面研究甚少。此外，由于受到多種技術條件的限制，我國目前應用較為廣泛的屋頂綠化形式多以簡單的拓展型綠化為主。

5展望

5.1大力發展鄉土植物的篩選研究

植物是屋頂綠化的主體部分，植物選擇的好壞直接影響到屋頂綠化的效果。我國植物資源豐富，應特別選擇一些適應性強、觀賞性好的鄉土樹種進行屋頂綠化推廣應用，不僅充分利用當地資源還能突出地域特色。廣東地區蘊藏著豐富的植物資源，應積極進行開發利用，加大這方面的研究力度。

5.2深入開展屋頂綠化植物的抗逆性研究

屋頂綠化并不只是簡單地將植物搬至屋頂上種植這么簡單，屋頂與地面的不同環境因素也不僅局限于溫度、濕度、風速、陽光輻射等這些目前研究較多的因素。而正是屋頂與地面所存在的差異性因素成為了制約屋頂綠化植物豐富多樣性的瓶頸問題。因此，深入開展屋頂綠化植物的適應性研究具有深遠的現實意義。

5.3加大屋頂綠化植物效益研究

在加強屋頂綠化理論研究的基礎上，多角度多層面開展對屋頂綠化景觀效益評價、屋頂綠化生態效益評價、屋頂綠化碳匯功能等方面的研究，不僅能夠為提高屋頂綠化技術水平提供堅實理論基礎，而且能夠為廣大市民積極推廣屋頂綠化的益處，讓更多的人參與進來，大力推動屋頂綠化普及應用的實現。

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