关于种植屋面的生态效益

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[摘 要]当今城市楼房密集度的增大,使种植屋面越来越受到我国城市建设的重视.本文主要从植物的降温效应入手,对种植屋面的生态效益进行研究,特别着重分析景天属屋顶的节能效应,体现了种植屋面的可持续发展前景.

[关 键 词]种植屋面；景天植物；释氧固碳；屋面温度；节能

中图分类号：TU111.4文献标识码：A文章编号：2306-1499-（2014）11-0037-02

引言:种植屋面,也就是屋顶绿化,是在各类建筑物和构筑物顶部,进行覆土和种植绿化的方式,其中也包括建筑物的屋顶、露台和阳台,建筑物的空中平台和厂房屋顶等.进行屋顶绿化要满足建筑屋顶的设计要求.它是绿化方式由传统的地面空间上升到立体空间的综合性技术,是在有限的城市空间中提高绿化率的最有效的方式之一,具有隔热、生态、景观综合效益三方面的优势.轻型种植屋面作为种植屋面的一个典型技术方法,短短几年内已成为城市绿化的主要趋势,对促进政府解决城市屋顶荒漠化问题发挥了很重要的功效.

1.某实验案例分析

1.1实验内容和方法

实验选取了2012年夏季7月19日～25日6天时间,以西安市某4层建筑平屋顶上景天科佛甲草轻型种植屋面为研究对象,主要使用的仪器为热电偶温度巡检记录仪、风速仪、温湿度计.分别测定了室外空气温度,无种植屋面外表面温度,种植屋面土壤下表面温度,种植屋面土壤上表面温度,种植屋面草尖温度,风速.

1.2屋面表面温度测试结果

白天无种植屋面,外表面温度上升速度快,温度增量高,整体温度高于室外空气温度.而白天的种植屋面温度上升速度缓慢,温度增量低,整体温度低于室外空气温度.当太阳辐射强度大,室外空气温度高时,两者的差异较大.晚上无种植屋面与种植屋面的温度随室外空气温度同样逐渐下降,但差异不大.

种植屋面土壤下表面温度日平均值比普通无种植屋面外表面温度日平均值低5.43℃、5.98℃、5.32℃.种植屋面外表面温度较稳定,变化幅度较小,测试期间始终在27.53±4℃范围内波动.而普通无种植屋面外表面温度则极其敏感地随室外温度而变化,日较差在这3日分别为20.55℃、21.84℃、17.79℃.种植屋面土壤下表面温度与普通无种植屋面外表面每日的最高温度与最低温度出现时间均有一定延迟.

1.3测试结论

（1）本实验对西安气候条件下进行的轻型种植屋面绿化隔热进行实际测试并分析,证实种植屋面相较于无种植屋面,刚性结构外表面温度可降低5.58℃以上,增强了屋面的隔热性能,减缓屋面温度变化的幅度,降低了传向室内的热量,对周围环境起到冷却效果,具有实际的节能意义.

（2）白天在太阳辐射作用下,种植屋面结构层自上而下温度逐渐降低,草尖温度最高,土壤上表面温度次之,土壤下表面温度最低.晚上,种植屋面结构层温度无较大差异.

2.种植屋面景观植物的研究分析

2.1释氧固碳效能

绿化植物进行光合作用时,吸收空气中的二氧化碳和土壤中的水分,合成有机物质并释放氧气.根据测得的净光合速率,按上述公式计算出单位叶面积4种植物的日释氧固碳量,结果表明：垂盆草、凹叶景天、玉吊钟和大叶油草4种植物的释氧固碳量存在明显差异.仅以单位叶面积来看,凹叶景天和大叶油草释氧固碳量较高,日固碳分别为33.75g/、32.23g/,日释氧分别为24.55g/、23.44g/；其次是垂盆草,日固碳17.85g/,释氧12.98g/；玉吊钟释氧固碳量最低,仅为9.72g/、7.07g/.因4种植物的叶面积指数与单位叶面积固碳释氧量排序一致,所以4种植物的单位绿地面积固碳释氧量从高至低排序仍为：凹叶景天、大叶油草、垂盆草、玉吊钟.

从4种植物的净光合速率Pn（mmolCO2•,m-2•,d-1）的比较,是凹叶景天（127.84）＞大叶油草（122.09）＞垂盆草（67.63）＞玉吊钟（36.8）,说明在生长速度上凹叶景天和大叶油草相当,而垂盆草和玉吊钟均低于大叶油草,属于生长较慢的植物种类.

2.2蒸腾强度

根据测定的植物叶面积蒸腾速率,交换为以水分量表示的蒸腾强度,利用植物叶面积指数r,计算出4种植物单位绿化面积单位时间内的蒸腾量.研究表明：从单位叶面积日平均蒸腾强度来看,凹叶景天最高,达到67.90g/•,h,其次为垂盆草,达51.75g/•,h,再次则是大叶油草,为36.13g/•,h,而以玉吊钟蒸腾强度最弱,仅为16.65g/•,h.从单位绿地面积的蒸腾量来看差异则更明显.

2.3降温效应

计算结果表明：蒸腾强度大的植物,消耗热量多,导致周围空气降温效果越明显,两者成正比关系.蒸腾强度最大的凹叶景天,每平方米绿地面积可使其周围1000m3空气降温达到3.33℃,降温效果十分显著；其次是垂盆草和大叶油草,分别可降低温度1.89℃、1.44℃；而蒸腾强度最弱的凌霄,只使其周围1000m3空气降温0.64℃.取得这样的降温效果,是在充分考虑了大气的对流、湍流、辐射产生的热量交换的基础上测算的.由于城市空间相对狭小,空气对流减弱,屋顶绿化植物降温效能应更为明显.

2.4增湿效应

计算结果表明：蒸腾强度大的植物,转化为水分的量较多,导致周围空气相对湿度相应也增加,两者呈正比关系.蒸腾强度最大的凹叶景天可使其周围1000m3空气相对湿度增加4.8%；垂盆草和大叶油草次之,可分别增湿达2.8%和2.02%；玉吊钟增湿效能最低,仅为0.99%.城市空间相对狭少,空气对流较小的条件下,测定叶面附近湿度增加可以达到5%-10%甚至更多.

2.5抗旱节水效应分析

4种植物在遭受水分胁迫时,其蒸腾速率均有不同程度的下降,但景天科植物和禾本科植物下降幅度有所不同.大叶油草对水分胁迫的反应不敏感,下降幅度较小；而3种景天植物随着水分胁迫程度加剧,蒸腾速率急剧下降,表明景天科植物对水分胁迫的感知能力较强,能够立刻做出反应,减小气孔开张度,从而减少水分蒸腾散失,抵御水分胁迫对膜脂造成的伤害.从3种景天科植物的蒸腾速率及对水分胁迫的反应看,玉吊钟蒸腾速率始终维持在较低的水平,表明植株耗水量低,因而抗旱性最强,其次是凹叶景天和垂盆草.

3.景天属屋顶绿化植物的间接经济效益分析

在空气中,二氧化碳的含量通常稳定在0.03%左右.在城市中,由于工厂集中、人口密集,产生的二氧化碳比较多,其含量有时可在达到0.05%-0.07%,局部地区甚至高达0.2%.当二氧化碳含量达到0.05%时,人们呼吸就感到不适；到0.2%时,就头昏耳鸣、心悸、血压升高；到1%以上,则可能危及到生命.同时由于城市下垫面层净得热量大于郊区,使得城市气温高于郊区,从而形成城市热岛.研究表明,一般城市年平均气温比郊区高0.5-1.0℃.据测定,一个成年人每天需要呼吸消耗氧750g左右,产生二氧化碳900g左右,那么,1.325的凹叶景天、3.493垂盆草、5.358玉吊钟即可满足一个成年人一天的需求量.如将屋顶绿化植物降温效能与功率为1KW的空调进行比较（把空调制冷效率看作100%）,1的垂盆草、凹叶景天、玉吊钟每小时吸热量分别相当于空调工作0.661h、1.162h、0.228h,节省电量分别为约0.661度、1.162度、0.228度电,按深圳目前电价每度￥0.70元计,每小时节省电费达￥0.46元、￥0.81元、￥0.16元.由此可见,屋顶绿化所产生的生态效益和间接的经济效益非常可观.

4.结语

绿化植物是通过光合作用,来维护城市的二氧化碳和氧化的平衡,减轻了城市的大气污染；绿化植物还能通过蒸腾作用,降低空气的温度,增加空气的相对湿度,改善城市的小气候环境,进而能够有效缓解城市效应.另外,屋顶绿化,使自然的延伸摆脱城市寸土寸金的束缚,将绿化向第五面延伸,不但节约了宝贵的土地资源,还改善了城市生态环境.由此可见,种植屋面能够产生不可估量的生态效益,有效利用还能节约能源,因此是城市实行可持续发展的有效措施.