?輕型屋頂綠化研究進展

摘 要：輕型屋頂綠化作為一種屋頂綠化主要形式，因其低荷載、低成本、低養護的特征，已成為城市建筑屋頂綠化的發展趨勢，不僅提升了城市綠量而且符合低碳城市建設理念。在搜集大量文獻的基礎上，首先介紹了輕型屋頂綠化的概念，再從輕型屋頂綠化栽培基質、植物篩選、抗性研究、建植技術、生態效益5個方面對國內外研究進展進行綜述，并展望了輕型屋頂綠化的未來發展方向，以期為我國輕型屋頂綠化發展提供參考。

關鍵詞：輕型屋頂綠化;發展現狀;生態效益;展望;綜述

中圖分類號：S731.9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2018）11-0120-05

Research Progress of Light Roof Greening

WANG Gang，WEI Rong，HUANG Yu，DAI Wei，XU Ming-yu，TAN Guang-wen

（Guangzhou Pubang Landscape Architecture Co.， Ltd， Guangzhou 510600， PRC）

Abstract： As a main form of roof greening， light roof greening has become a roof greening trend for urban buildings because of its low load， low cost， and low maintenance characteristics. It not only improves the urban green volume， but also conforms to the concept of low-carbon urban construction. On the basis of collecting a large amount of collected literature， this article first introduced the concept of light roof greening， and then analyzed the research progress at home and abroad from greening cultivation matrix， plant selection， resistance research， establishment techniques， and ecological benefits. Besides， it is expected to provide a reference for the development of light roof greening in China.

Key words： light roof greening; development status; ecological benefit; prospect; review

隨著城市化建設的快速發展，城市可用綠化面積不斷減少，屋頂作為建筑的“第五立面”已成為城市綠化關注的焦點[1]。屋頂綠化不僅能豐富城市上層空間的景觀效果，而且對于緩解城市熱島效應及改善住宅區微環境有重要的現實意義。同時，屋頂綠化還具有提升城市建筑屋頂風貌、美化環境的作用[2-3]。

國內外關于屋頂綠化的研究較多，各國已投入大量財力物力致力于篩選適合本國屋頂環境生長的植物，同時大力開發輕型植被毯技術[4]。目前，各國已經形成系列有效的研究方法，并取得一定的成果，其研究內容涉及屋頂綠化的栽培基質選擇、植物種類篩選、抗性研究、建植技術及生態效益5大方面[5]。筆者對輕型屋頂綠化研究現狀進行了綜述，并結合我國地域條件和國情提出研究展望，旨在為我國屋頂綠化的發展和推廣提供理論和應用依據。

1 輕型屋頂綠化概念

輕型屋頂綠化作為一種新型的屋頂綠化形式，突破了傳統屋頂綠化的諸多限制。其植被高5～15 cm，承受80～150 kg覆土重量，同時具備低荷載、低成本、低養護、無灌溉等特性，因而備受重視[6]。歐美國家稱其為拓展型屋頂綠化或粗放式屋頂綠化;其中，德國的發展水平處于世界領先地位，其粗放式屋頂綠化面積占全部屋頂綠化面積的80%以上[7]。亞洲國家中日本的輕型屋頂綠化研究技術較為成熟，且研究成果顯著。我國的輕型屋頂綠化研究起步較晚，僅在北京、上海、廣州、深圳等一線城市的高校及科研院所開展了相關研究，但也取得了階段性進展，可為輕型屋頂綠化的推廣提供技術支撐。

2 輕型屋頂綠化研究概況

2.1 輕型屋頂綠化栽培基質

栽培基質具有固定植物、保水通氣、提供養分、截留雨水、降溫保濕的作用[8-9]。在屋頂綠化建設過程中承重和排水都與栽培基質相關。因此，對栽培基質的研究至關重要[10-11]。輕型屋頂綠化栽培基質的研究內容多樣，目前主要關注的是基質厚度、基質配比以及廢棄物材料的利用等方面。

2.1.1 輕型基質厚度 德國的屋頂綠化研究處于世界領先水平，在栽培基質的選擇上通常采用發酵有機質、泥炭土、有機肥料和輕質發泡材料等，容重水平因成分含量不同而控制在700～1 500 kg/m3之間，大大減少了基質對屋頂的壓力，以營養豐富的人工種植土為植物提供所需營養[12]。我國最早在1999年“昆明世界園博會”上展示了草坪建植和花卉栽培薄層基質的研究成果，近年來不斷地創新研究已初見成效。例如：宋海鵬[13]研究發現滿足輕型屋頂綠化植物生長需求和美觀要求的最低基質厚度為5 cm;林恬逸等[14]通過比較2和4 cm基質對輕型屋頂綠化植被毯的種植效果，得出4 cm厚的基質更適合植物生長、植物景觀效果較佳的結論。

2.1.2 輕型基質配比 通過不同基質配比可以調節栽培土壤的容重和孔隙度，從而滿足輕型屋頂綠化的建設要求。日本研制的栽培基質，將土壤與人工輕質材料（蛭石、珍珠巖、煤渣和泥炭等）按體積比3︰1混合，容重約為1 400 kg/m3，使用效果頗佳[15]。美國和英國將腐殖土、沙土、人工輕質材料等混配作為屋頂綠化人工種植土，容重保持在1 000～1 600 kg/m3之間，不同載荷能力的屋頂采用不同容重的基質鋪裝，以確保植物的生長條件及景觀效果[16]。張飛飛等[17]在上海植物園以中華景天（Sedum polytrichoides）為種植對象進行基質篩選研究，結果表明，草灰、珍珠巖、棕櫚絲按4︰1︰1或6︰1︰2的比例配制可顯著增加中華景天根系的生物量，使植株具有較大的根冠比。錢瑭璜等[18]的研究表明，4種景天屬植物在國產泥炭︰椰糠︰珍珠巖=2︰3︰1的輕型基質中生長旺盛，覆蓋迅速，地上及地下部分生物量積累較大。湯聰[19]在高溫高濕條件下對佛甲草（Sedum lineare）的栽培基質配比進行了研究，結果表明，園林廢棄物、珍珠巖、椰絲按8︰1︰3或8︰3︰2的比例配制時，佛甲草地上部分生物量積累和蓋度較大，有利于佛甲草快速成坪。

2.1.3 廢棄物材料的利用 隨著綠色循環理念的發展，廢棄物材料在輕型屋頂綠化栽培基質研究中得到充分利用[20]。如王秀明等[21]對玉米秸稈有機栽培基質礦質營養及理化性質進行分析，發現以玉米為發酵原料的有機栽培基質的養分可充分滿足園藝作物的生長需要，且與草炭基質相比成本降低了40%以上，具有廣泛的應用前景。史正軍等[22]利用木屑堆肥與煤渣、園藝陶粒、河沙作原料篩選栽培混合基質，得出

3種適合景天科植物生長的栽培基質。還有研究表明，在南方輕型屋頂綠化設施中，園林廢棄物堆肥混合一定其他基質材料較適宜佛甲草和四季海棠的生長[19-23]。

栽培基質的研究傾向于利用多種本土材料，包括無機（礦質）材料和有機材料[24]，通過不同配比試驗，綜

合分析篩選出最佳基質配比，同時可提高城市廢棄物的循環利用率，對屋頂綠化可持續發展具有長遠意義。

2.2 輕型屋頂綠化植物品種篩選

早在20世紀80年代歐美國家就已經開展屋頂綠化植物篩選研究，在近40 a的發展中，對屋頂不同的自然環境，國內外已形成一系列抗旱、抗寒、耐熱、耐瘠薄等的抗逆性指標體系，以便篩選出適宜各地氣候環境的植物品種[25]。該類植物大多具有抗旱、抗寒、抗風、耐熱、低矮、淺根、管理粗放等特點。

在德國，屋頂綠化植物以景天屬最多，如玉米石（Sedum album）、堪察加景天（Sedum kamtschaticums）和紫花景天（Sedum telephium）等;而日本是開發草地式屋頂綠化植物較早的國家之一，目前已經有近40 種景天屬多肉植物應用于草坪式屋頂綠化中[26]。

國內關于輕型屋頂綠化植物的篩選研究起步較晚。北京地區，林恬逸等[14]通過對比試驗篩選得出適宜輕型屋頂綠化的植物有蒙古百里香（Thymus mongolicus）、垂盆草（Sedum sarmentosum）、胭脂紅景天（Sedum spurium‘Coccineum’）、反曲景天（Sedum

reflexum）和白花點地梅（Androsace incana）5 種植物。上海地區，張飛飛[27]通過對景天屬植物的篩選研究，得出中華景天、垂盆草、凹葉景天（Sedum emarginatum）、

金銀花（Lonicera japonica）、吉祥草（Reineckia carnea）、

勘察加景天、佛甲草等較為適宜用于輕型屋頂綠化。張繼方等[28]在廣州地區收集大量鄉土植物和栽培種進行篩選評價，得出21個種具有較高開發價值，適合推廣使用，如松葉佛甲草（Sedum mexicanum Kalanchoe）、

垂盆草、大花馬齒莧（Portulaca grandiflora）、綠景天（Sedum spp.）、南美蟛蜞菊（Wedelia trilobata）、地稔（Melastoma dodecandrum）、鋪地錦竹草（Callisia repens）

等;湯聰[19]通過物候觀察及綜合評價篩選出佛甲草、中華景天、東南景天（Sedum alfredii）、凹葉景天、華南鋪地錦竹草、小蚌蘭（Rhoeo spathaceo）、紫竹梅（Setcreasea purpurea）和牛軛草（Murdannia loriformis）8種優良植物可應用于廣州地區的輕型屋頂綠化。

因景天科和鴨跖草科植物具有較強的耐旱、耐熱性，根系淺，且分布廣泛，較適應屋頂環境，故作為優勢種而受到輕型屋頂綠化建設者的青睞。但是正因為這2科植物的明顯優勢，導致應用于輕型屋頂綠化的植物品種單一、色彩單調、植物多樣性低。

2.3 輕型屋頂綠化植物抗性研究

歐洲國家對屋頂綠化植物的抗性研究處于國際領先水平，其研究內容主要集中在抗旱、抗寒、耐熱等方面。德國于20世紀80年代開展輕型屋頂綠化植物的抗性研究，其中通過抗性和耐瘠薄試驗篩選出珊瑚毯玉米石（Sedum album ‘Coral Capet’）和紫葉匍匐筋骨草（Ajuga reptans ‘Atropurpurea’）2個優勢種[29]。與此同時，西班牙、捷克、土耳其等國家對景天屬、大戟屬、長生草屬、蠅子草及早熟禾和苔蘚等開展了抗性研究，選出了多種適應地方環境的屋頂綠化植物品種[26]。

2.3.1 抗旱研究 我國關于輕型屋頂綠化植物抗旱研究起步較晚，但也取得了階段性的進展。景天屬植物佛甲草、八寶景天（Sedum spectabile Bareau）、垂盆草的抗旱能力強，適宜北方地區輕型屋頂綠化使用[30-31]。楊靜[32]對景天科和鴨跖草科的多種植物進行了抗旱研究，認為鋪地錦竹草、佛甲草、中華景天、小蚌蘭、細竹篙草（Murdannia simplex）、假紫萬年青（Belosynapsis ciliata）等植物品種在華南地區的抗旱能力強;曾紅等[33]采用盆栽控水法測定了錦繡莧（Alternanthera bettzickiana）、玉吊鐘（Kalanchoe fedtschenkoi‘Rosy Dawn’）、蘚狀景天（Sedum polytrichoides）、洋竹草[Callisia repens （Jacp.）L.]等在干旱脅迫下的生長情況，結果表明洋竹草、玉吊鐘、蘚狀景天在高溫條件下持續干旱12 d左右仍能正常生長。以上研究不僅為輕型屋頂綠化植物抗性研究提供數據支撐，同時假紫萬年青、洋竹草等葉背呈紫紅色，豐富了屋頂綠化植物的色彩。

2.3.2 抗寒研究 關于抗寒性研究，西班牙學者以不同厚度的薄土層作為栽培基質進行3 a的試驗，篩選出11種景天屬和若干種長生草屬植物。張杰等[34]通過低溫脅迫試驗，對景天屬植物進行了抗寒研究，發現胭脂紅景天、石景天（Sedum acre）、佛甲草、玉米石等景天屬植物抗寒性較好，可用于北方地區的輕型屋頂綠化。梁明霞[35]在北京地區對10種景天屬植物進行盆栽抗寒越冬試驗，觀察發現石景天、胭脂紅景天、六棱景天（Sedum sexagulare）、反曲景天、德國景天（Sedum hybridum‘Immeryrunchett’）、勘察加景天、垂盆草等10個種均能越冬生長，且植物長勢良好。王璐珺[36]在南京地區通過人工低溫處理和冬季室外自然處理對4種景天屬植物進行抗寒性研究，得出4種植物的抗寒能力由強到弱依次為胭脂紅景天>中華景天>佛甲草>凹葉景天。

2.3.3 耐濕熱研究 針對夏季的濕熱天氣，相關學者開展了大量耐熱試驗。周媛等[37]對景天屬植物胭脂紅景天、佛甲草、金葉佛甲草（Sedum linear‘JinYe’）、八寶景天、松塔景天（Sedum nicaeense）進行耐熱性研究，篩選出佛甲草、德國景天、八寶景天、垂盆草適合用于武漢地區輕型屋頂綠化。張杰等[38]也對景天屬植物的耐濕熱性進行了研究，得出勘察加景天、佛甲草、蘚狀景天、夏輝景天適合上海地區屋頂綠化。湯聰[19]也對景天科和鴨跖草科的植物進行了耐熱性研究，表明牛軛草、小蚌蘭、佛甲草、紫竹梅、中華景天、凹葉景天、細竹篙草植物耐熱性較強，適宜在華南地區輕型屋頂綠化中推廣使用。

2.4 輕型屋頂綠化建植技術研究

近年來，通過技術創新，已克服了植物生長過程中基質流失及建植施工周期長等問題，成功研發出植被毯技術。其成品可卷起，并可切割成各種形狀，同時具備質輕、運輸施工方便、可快速成坪的特點。目前，已生產出多種優良植被毯產品，例如：德國MST公司利用天然植物纖維研制的KLD屋頂綠化專業植被毯;英國Lindum公司研發的用于構建粗放型屋頂綠化的景天植被毯由16種以上耐旱性強的不同葉色、葉形、花色、花期的景天屬植物組成，整個生長季節形成豐富多彩的景觀;美國XeroFlor屋頂綠化公司與密歇根州立大學合作研發的景天植被毯在美國屋頂綠化得到廣泛應用;日本使用推廣最好的薄層屋頂綠化包括景天植被毯綠化和苔蘚墊綠化[4-5]。

國內的屋頂綠化建植技術研究集中在工程施工工藝、澆灌系統、快速成坪3個方面。張杰等[39]在上海地區經過系統研究，開發出一套低成本、低維護且具有良好生態效益的景天屬草坪毯;廣州黃谷裝飾工程有限公司利用鋪地錦竹草研發出“綠地貼”植被毯產品;孫健[40]以椰絲墊和棕櫚絲墊為基底材料，以草炭、田園土、珍珠巖、蛭石為基質成分，研制出了姬巖垂草（Phyla canescens）植被毯、反曲景天植被毯、垂盆草植被毯、石景天植被毯;Peng等[41]研究出一次成型屋頂綠化技術產品——海綿體式復合植被毯，不僅造價低、養護低且具有良好的生態效益。

歐洲國家對于輕型屋頂綠化建植技術研究較成熟，尤其是對新技術、新方法、新材料的開發與應用敢于進行大膽的嘗試與創新，且成果顯著。我國關于植被毯技術研究暫不成熟，植被毯產品單一，植物品種多樣性不足，需結合我國植物資源優勢，不斷提升建植技術水平，為輕型屋頂綠化推廣提供技術支撐。

2.5 輕型屋頂綠化生態效益研究

輕型屋頂綠化的生態效益研究集中于凈化空氣、降溫增濕、降聲減噪、雨水截留4個方面。據統計，若對加拿大多倫多市6%的屋頂面積（約650萬m2）進行綠化，熱島效應可直接降低1～2℃，來自建筑的溫室氣體排放每年將減少1.56 Mt;由于熱島效應降低，溫室氣體每年可減排0.56 Mt;同時，屋頂綠化植物每年可吸附灰塵30 t，截留雨水360萬t[42-43]。Getter等[44]

對4 種粗放型景天屬植物進行2 a以上的研究，結果表明屋頂綠化植物儲存的CO2可達23.6 kg/m2，植物地上部分和根部的生物量平均儲碳168 和107 g/m2。

此外，研究數據表明，綠色屋頂每年可以過濾大約0.2 kg/m2 的塵土和煙霧顆粒，這些植物生長媒介還可減少空氣及雨水中的硝酸鹽等有害物質含量[45]。

目前我國關于輕型屋頂綠化生態效益的研究較少。上海市農業科學院與重慶大學聯合開展了輕型屋頂綠化對屋面溫度影響的研究，結果表明輕型屋頂綠化可大幅降低屋面溫度，夏季高溫時平均比裸露水泥平屋面低20℃，同時可減少室外溫度向室內的傳導，從而降低室內溫度2℃左右。此外，該研究團隊繼續開展了輕型屋頂綠化對3種屋面內外表面溫度的影響研究，試驗數據顯示，輕型屋頂綠化具有夏季降溫冬季保溫的作用[46]。徐征宇等[47]對南京地區輕型屋頂綠化降溫增濕效應進行了研究，通過對比硬化屋面及綠化屋面的溫濕度，得出綠化屋面比硬化屋面溫度最高可降低14.5℃;綠化屋頂上的相對濕度高于硬化屋頂，最高濕度差可達17個百分點。方眠[48]對廣州地區草坪式屋頂綠化的生態效益進行了研究，發現綠化屋頂平均可節能9.64 （kW·h）/m2，節能效益明顯;同時，該團隊還對屋頂綠化的固碳釋氧、凈化空氣、節能減排進行了定量分析，結果表明廣州市主城區屋頂7 000萬m2，1/3用佛甲草進行綠化，每年可吸收CO2 933.33 t，吸收有害氣體72.3 t，吸收灰塵3 498 t，節電2.25億（kW·h），減少碳排放16.46萬t。劉明欣等[49]研究了濕熱地區簡單式屋頂綠化的截留雨水效應，以城市綠色廢棄物再生營養基質為底料，種植適宜數量和密度的垂盆草，通過氣象觀測和數據分析得出，在暴雨情況下，輕型屋頂綠化可有效延遲暴雨峰值時間、減少峰值量，截留雨水效果與基質厚度成正相關關系。

綜上所述，輕型屋頂綠化在夏季可以調節屋頂溫濕度，有效降低室內溫度和屋頂外表面的平均輻射溫度，輕型屋頂綠化對改善微環境也有一定功效，但目前關于輕型屋頂綠化的生態效益研究主要是在降溫和降濕2個方面，在固碳釋氧、凈化空氣、節能減排等方面的量化研究較少。因此，需要加大對輕型屋頂綠化生態效益的研究范圍與深度。

3 小結與展望

從上述分析可以得出，我國輕型屋頂綠化發展水平與歐美發達國家相比還有一定差距，尤其是新材料、新技術暫未得到廣泛推廣應用。針對我國輕型屋頂綠化發展現狀，筆者認為可以從以下方面進一步開展

研究。

（1）增加環保輕型栽培基質配比研究。栽培基質不僅僅為植物生長提供養分，還在雨水截留、屋頂降溫方面起著關鍵作用。輕型屋頂綠化的栽培基質最好選擇本土原材料，對環境不造成破壞，且是當地易得、廉價、可循環利用的資源。如以各種農林廢棄物、木屑、煤渣等為原材料進行配比，對其肥力、保水、透水能力進行比較分析，并對其理化性質和植物生長情況進行綜合評價，篩選出適宜本地植物生長的輕型屋頂綠化栽培基質。

（2）豐富輕型屋頂綠化植物品種。植物作為屋頂綠化唯一具有生命力的材料，是發揮屋頂綠化功能作用的關鍵因素。與國外相比，我國輕型屋頂綠化的植物篩選研究在植物資源開發利用上還存在一定的差距，其研究集中于景天科和鴨跖草科，對豐富鄉土植物的研究深度不夠，使得植物種類、色彩單一。下一步研究應以草本植物為主，加大鄉土植物開發力度，引進不同品種，為輕型屋頂綠化植物提供更多選擇。

（3）拓展建植技術創新研究。目前，國外對輕型屋頂綠化建植技術的研究成果豐碩，植被毯產品種類豐富、植物成活率高、智能化設備利用率高。因此，我國應加強新技術、新材料、新方法的創新研究，借助互聯網技術，集成智能化管養技術，再結合植物篩選研究，以開發更多用于輕型屋頂綠化的植被毯產品，達到模塊化、集成化和裝配化。

（4）加強生態效益量化研究。在應對全球氣候變暖的有關措施中，作為緩解“熱島效應”有效方式之一的屋頂綠化發揮著重要作用。目前，關于輕型屋頂綠化的生態效益研究范圍較小、深度較淺。所以，應結合環境溫濕度、CO2濃度、雨水徑流等指標的實時監測，建立生態實驗室，從小面積的輕型屋頂綠化開展深入研究，建立估算模型，通過數據量化分析，建立高生態效益的屋頂綠化模型。

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