13種常用室內綠墻植物生態效益研究

羅旭榮

(深圳市方格生態環境有限公司,廣東深圳 518000)

2021年的中央經濟工作會議強調將“碳達峰、碳中和”作為八項重點任務之一,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到峰值,在2060年之前實現碳中和[1]。而建筑業的碳排放量占總排放量的主要部分,因此,如何在建筑業實現“碳達峰、碳中和”是重點考慮的方向。不斷有綠色建筑、被動式建筑、零碳建筑的概念出現,主要是使用低碳材料,減少碳排放。而在建筑體內增加綠化植被可以提高建筑碳匯,打造建筑微生態,提高建筑碳匯,降低建筑周邊環境的熱島效應[2]。狄育慧等[3]通過實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%,分析發現,植物墻降低空氣溫度與植物的蒸騰作用及栽培基質中水分的蒸發作用有關。學者對屋頂綠化、外立面墻體綠化對環境產生的生態效益進行研究,結果表明,植物能夠很好地改善環境質量[4]。目前對室內植物生態效益的研究較少,而室內環境的改善一直受消費者的追捧,尤其是大型商場、辦公樓、機場、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生氧氣,增加空氣中的濕度,降低溫度,提高人群在環境中的舒適感。筆者對常用室內綠墻植物的生態效益值進行量化研究,并對如何提高室內綠墻生態效益進行了探討。

1 材料與方法

1.1 試驗對象以13種常用室內綠墻植物為試驗材料(表1),植物種類來源于天安云谷20樓鐵漢一方辦公室內綠墻生長穩定后的主要植物種類。其中,百合科、胡椒科、龍舌蘭科、桑科、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種試驗植物

1.2 試驗方法試驗在深圳市鐵漢一方環境科技有限公司室內進行。于2021年8月對室內3面綠墻上的13種植物使用LI-6400光合儀進行測量。綠墻于2017年完工,經過4年的養護管理,保留適應性強的植物種類。補光采用LED植物生長燈,每盞燈為18 W,2盞補光燈的標準距離為0.35 m。含植物生長所需的紅橙光和藍紫光光譜,50%接近自然光,400～840 nm全光譜區間,開燈時間為8:30—18:30,12:00—14:00午休時間關燈,共8 h,室內溫度為26.5 ℃,濕度70%。

1.3 測定內容與計算方法

1.3.1光響應曲線和瞬時氣體交換參數。參考曾紅等[6]的試驗方法,對每種植物在綠墻上不同的位置隨機選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 便攜式光合系統分析儀在開放氣路下使用紅藍葉室進行光響應曲線(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。測定時間為每日 9:00—11:30,每天進行 3 次重復。 對光響應曲線的測定采用自動程序進行,光強由 LI-6400XT 紅藍光源控制,CO2濃度由 LI-6400XT 的 CO2泵控制,設置 400 μmol/mol。在測定過程中光合測定儀的流速均設定為 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光合數據計算。將測量的數據輸入光合曲線擬合軟件Photosynthesis進行擬合,同時得出光飽和點(LSP)和光補償點數據(LCP)。

1.3.3固碳釋氧、增濕降溫值計算。參考文獻[8]中的計算方法進行計算,根據光合作用反應方程 CO2+4H2O →CH2O+3H2O+O2(CO2摩爾質量為44,O2摩爾質量為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

根據莫惠芝等[9]在室內垂直綠化植物生態效益研究中的描述,室內植物在不同測量時間點的光合效率差異較小,又由于測量環境穩定,光照保持在200 μmol/(m2·s)左右,結合補光燈時間,在計算植物生態效益值時取光照200 μmol/(m2·s)對應的光合速率合和蒸騰速率進行計算,每天按8 h重復計算,設定這8 h內植物的光合作用穩定在同一水平。

1.4 數據統計使用 Excel 2020進行試驗數據的統計分析及圖表制作,用 SPSS 20單因素方差分析( One-way ANOVA)對結果進行分析 。

2 結果與分析

2.1 光飽和點與光補償點由表2可知,室內環境下,光飽和點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,光飽和點越高代表該植物光能利用率越高,產物更多,能夠適應更強的光照[10]。而光飽和點越低,則代表對強光的適應性不強。光補償點越低,則代表對弱光的適應性越強,光飽和點和補償點之間的差值越大,植物能吸收的光能更多,代表植物對光的適應性越強。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種植物長時間適應室內環境,測量的光飽和點和補償點均較低,鴨腳木對光的適應性最強,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種植物光飽和點和光補償點差值Fig.1 Difference between light saturation point and light compensation point of 13 plants

圖2 200 μmol/(m2·s)光強下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種植物光飽和點與補償點

2.2 室內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組數據之間相差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綠墻上使用時降溫增濕效益能力遠大于鳥巢蕨。從數值來看,鴨腳木降溫增濕的能力遠大于其他植物,比排第2位的花葉鴨腳木的數值也要高近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 室內綠墻植物的生態效益從試驗數據可以看出,植物生態效益與光合作用基本表現為正相關,對光適應性越強的植物產生的生態效益也越好,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及補償點的排序一致。該試驗測定已經長期適應深圳室內環境的植物個體,對比張婭等[11]對西北冬季室內鴨腳木與綠蘿光合特性來看,結果有較大差別,綠蘿在西北地區冬季的室內環境下比鴨腳木的光合效率更高,對光照具有更強的利用能力, 且能在高 CO2濃度和干旱的環境下健康生長,并能對室內環境起到較強的增濕效應,是西北地區冬季較為理想的室內植物。而該試驗中,綠蘿對光照的利用要遠小于鴨腳木。而侯曉麗[12]對深圳市常用垂直綠化植物生理生態特性研究中,鴨腳木無論是在低光照強度和高土壤含水量環境、半開敞式或者室外環境,其生長情況都是最好,適應能力強,這與該研究結果一致。由此可以看出,植物的生態效益效果會根據不同環境情況產生變化,當光照、溫度以及水分環境不同時,光合速率也會有較大區別,并且受綜合因素影響。此外,還與植物本身的結構有關。因此,室內綠墻植物的生態效益與植物生長環境、植物種類、生長情況等多種因素相關。

3.2 提高室內綠墻生態效益

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

3.2.2增加環境補光,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,室內環境光線較弱,植物的光合作用相對降低,條件允許的情況下,可以通過使用補光燈增加光照強度,加強植物的光合作用,從而提高植物帶來的生態效益性效果。

3.2.3加強養護管理,保證植物健康生長。由于室內環境較封閉,對大部分植物長期生長造成困難,因此,加強養護管理顯得尤其重要,要根據植物生長情況調整灌溉系統,加強通風,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 結論

該試驗的13種室內綠墻植物對改善室內環境有一定的作用,以鴨腳木的效果最佳。除直接固碳釋氧降溫增濕產生的碳匯效果以外,減少了空調的使用,間接減少碳排放。植物的生態效益與植物生理、生長環境等多種因素有關,在進行設計時選擇合適的植物品種,可以通過增加補光燈、新風系統等措施進行合理養護,保證植物健康生長來提高室內植物的生態效益,條件允許的情況下,可以增加綠墻面積,增加產生生態效益工作的數量,為早日實現碳中和作出貢獻。