新技術在立體綠化中的應用

唐桂蘭+馬大慶

摘要：指出了立體綠化能夠改善城市生態環境，如凈化空氣、緩解溫室效應等，伴隨著新技術、新材料、新理念等在立體綠化中的推廣應用，屋頂綠化和墻面綠化等綠化形式也在不斷地發展進步。通過資料搜集、實地參觀學習等方式，對目前立體綠化中使用的新技術進行了歸納總結，并探討了部分具有代表性的技術措施，包括節水灌溉技術、補光技術、新型栽培介質、廢物利用技術等，以期人們能對新技術在建筑綠化中的應用有更深入的了解，推廣新技術的應用。

關鍵詞：立體綠化；新技術；節水灌溉

中圖分類號：S731.2

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）07-0040-06

1 引言

城市的發展隨著土地資源的緊缺、環境條件日益惡劣等問題面臨瓶頸，城市建設用地和綠化用地之間的矛盾愈演愈烈，尋求新的城市綠化途徑變得愈發重要。立體綠化作為一種節能節地、美觀環保的綠化形式逐漸受到人們的關注，主要包括屋頂的綠化、墻面的綠化和公共設施的綠化等[1～3]。

立體綠化的發展很大的程度上依賴技術水平的提升，從種植基盤、種植袋等植物載體和支撐結構組成的墻面綠化系統，到模塊化組裝或整體鋪設的屋頂綠化系統，從節水灌溉系統到手機物聯網自動控制，從中水、雨水回用技術到屋頂花園生態鏈微循環系統等。各種新技術在立體綠化中的應用，使綠化資材更加輕質高效，植物選擇和養護管理更加科學合理，灌溉系統更加精確和節水，同時也拓寬了立體綠化的適用范圍。

2 立體綠化新技術概述

2.1 節水灌溉技術

由于立體綠化植物生長環境相對惡劣，大風和強烈的光照容易導致植物缺水狀況，因此立體綠化的灌溉需要大量水分，這將帶來較高的耗水量和灌溉成本。由此可見，節水灌溉及其新技術在立體綠化中的應用非常必要。

2.1.1 自動灌溉系統

自動灌溉系統是適用于立體綠化的節水灌溉措施，系統由水箱、自動控制箱、灌溉管網和排水系統組成。

自動控制箱是整個自動灌溉系統的核心部位（圖1、2），在控制箱內一般有自動控制器、過濾器、施肥器、肥料桶、截止閥、電磁閥等部件，有的控制箱還連有濕度傳感器。傳感器固定在栽培基質或無土種植毯中，當基質含水量約低于正常濕度20%時，自動控制器會發出指令，自吸泵提水進行自動灌溉。此外還有雨水感應器，在有降水的情況下，不進行滴灌。

按照屋頂或墻面綠化植物水分需求設置灌溉管網的間距和灌溉頻率。例如通常情況下，南方墻面綠化項目在夏天和干燥天氣1 d灌溉2次，冬天則一周2～3次，使用精確灌溉系統，用水量每天為1～2 L/m3。

由于植物的需水量不同，各建筑朝向導致的光照和通風條件的差異也會對植物需水量產生影響，這需要在立體綠化植物設計階段就予以考慮?？筛鶕饨鐥l件進行立體綠化的區域劃分，劃定區域滴灌面積10～50 m2，具體可根據實際情況而定，同一區域內選擇需水量相似的植物種類。在采取的區域濕度感應預警系統中，各個區域設置濕度感應器，而不同區域設置的灌溉臨界點不同，灌溉量有所區分，這樣能最大限度地實現節水灌溉。

屋頂綠化通過排蓄水板將多余的水分排到排水管道中，墻面綠化則通過水分層層向下滲透，最終滴落在排水槽內實現排水。收集這些排出的水到水箱中回用于灌溉，可以實現水資源的循環利用，盡量減少水源浪費。灌溉用水通常是市政管網的水，也可以是將灰水、黑水經過處理回收利用的水，其中雨水是澆灌植物最理想的水源。通過雨水收集系統，將屋頂綠化積蓄的水源儲藏在水箱內，通過計算該立體綠化項目中植物每日的總需水量，采用適當容量的水箱，至少保證24 h水量充足。

2.1.2 水肥一體化灌溉

立體綠化可采用水肥一體化的灌溉模式，將液態肥料按照一定比例混于灌溉水中，在給植物灌溉的同時進行施肥，補充立體綠化植物所需的營養物質。利用水動力肥料泵能夠實現澆水和施肥操作的自動化。

水動力肥料泵（又稱比例加藥泵）目前已在墻面綠化灌溉中使用，工作原理是由管路中水流的動能驅動加藥泵工作。在帶壓水流的驅動下，按比例定量將濃藥劑吸入，然后再與作為動力的水結合。由于吸入的藥劑始終同進入肥料泵的肥料體積直接成比例，而與管路中水壓及水量的變化無關，從而實現直接流量比例混合及投加。例如南京紫東國際創意園屋頂菜園（圖3）、杭州大華華領室內植物墻（圖4）采用的就是水肥一體化灌溉的方式。

2.1.3 節水灌溉措施：滴灌、微噴、滲灌和痕量灌溉技術

目前滴灌系統在墻面綠化和屋頂菜園、屋頂花園的應用已經比較普遍。滴灌是將水通過直徑約10 mm毛管上的孔口或滴頭送到植物根部進行局部灌溉。它是非常有效的一種節水灌溉方式，水的利用率可達95%。一種壓力補償滴頭—PCJ補償滴頭目前也被使用在立體綠化滴灌系統中，壓力補償系統保持在不同的進口壓力（在建議的工作壓力范圍內）條件下的均勻出流量，保證了水、肥的精確分布；借助水流壓力使彈性硅膠片改變水口斷面，調節流量、使水流穩定。

微噴又稱霧滴噴灌，是在總結噴灌與滴灌的基礎上，研制和發展起來的一種先進灌溉技術。由于霧滴細小，其適應性更好，植物從苗期到衰老全過程都適用。它利用低壓水泵和管道系統輸水，在低壓水的作用下，通過特別設計的微型霧化噴頭，把水噴射到空中，并散成細小霧滴，灑在植物枝葉上或表土上。微噴可以增加土壤水分，保持植株葉片濕潤，為葉面除塵，也能提高空氣濕度，起到調節小氣候的作用，尤其對墻面綠化的喜陰濕植物的補水特別適宜。當利用微噴或滴灌給葉面補水時，微噴頭和滴頭應略低于植物株高，不影響植物墻整體美觀。

滲灌，即地下灌溉，是利用地下管道將灌溉水輸入田間埋于地下一定深度的滲水管道內，借助土壤毛細管作用濕潤土壤的灌水方法。深圳大竹疊翠公司的自動調濕滲灌系統（圖5），它由給水管道、控制閥門組、自動調濕控制器、系統管網和排水-透氣口組成，整個滲灌管網埋在土壤層以下，植物通過毛細管作用將水分吸收。屋頂綠化采用這種方式灌溉能夠極大地節省水源。

痕量灌溉技術是以土壤的毛細管為基礎，依照植物的需求，緩慢、適量地為植物根系進行供水分的一項技術，它是世界上最省水的灌溉技術，該技術與植物需水特點完全匹配，即植物需要多少水就供給多少水。

屋頂綠化適宜使用滴灌、滲灌、痕量灌溉技術；墻面綠化適宜使用滴灌、微噴技術。采用合適的灌溉系統對于提高灌溉效率、節省水源開支具有重要意義。此外，不管使用哪種灌溉措施，立體綠化的排水工作一定要做好，尤其是屋頂綠化，使用排蓄水板或其他排水資材都應注意匯水問題（圖6）。

2.1.4 手機、PC物聯網技術

物聯網技術在農業中常用，適合推廣應用于立體綠化中。在立體綠化領域，其核心是對灌溉管網的水流進行精確管理，屋面氣象站和土壤傳感器會將收集的灌溉參數，通過互聯網傳輸到服務器上，水流沒澆或過流等異常情況會及時報警，并反映到手機、電腦上，管理者用智能手機、個人電腦對灌溉效果進行實時監控，方便快捷。常州鳳凰谷武進影藝宮墻面綠化、南京紫東國際創意園屋頂菜園等案例都使用了這種技術（圖7）。

物聯網系統包括數據采集系統、視頻采集系統、控制系統、無線傳輸系統以及數據處理系統等。對于立體綠化，數據采集系統裝置主要是濕度傳感器，將土壤濕度狀況實時顯示在手機或PC電腦上。視頻采集系統采用高精度網絡攝像機和全球眼系統進行緊密融合，清晰穩定，輔助管理人員進行實時看管?？刂葡到y主要由控制設備和相應的繼電器控制電路組成，通過繼電器可以自由控制各種灌溉設備，包括噴淋、滴灌等噴水系統等。無線傳輸系統將采集到的數據通過3G網絡傳輸到服務器上，由數據處理系統進行數據處理，為用戶提供分析和決策依據，用戶可隨時隨地通過電腦和手機等終端進行查詢，給出指令[3]（圖8）。

2.1.5 后備電源和停電報警系統

自動灌溉系統可以配合后備電源和停電報警系統（圖9），后備電源包括在線式UPS、自吸泵和控制器，UPS（不間斷電源）在停電時依然能給逆變器供電，使電路正常運行，不間斷地保證自動灌溉；自吸泵不需在管路內充水即可自動抽水，具有操作方便、效率高等優點，運用在立體綠化灌溉系統中能實現灌溉的自動化管理。

2.1.6 中水、雨水回用系統

中水即再生水，是指污水經適當處理后，達到一定的水質指標，滿足某種使用要求，可以進行有益使用的水。中水雖不能飲用，但它可以用于一些水質要求不高的場合，如沖洗廁所、沖洗汽車、噴灑道路、綠化等。中水和雨水的回收利用可采用人工濕地生態系統結合循環滲濾系統的技術原理，將凈化后的中水和雨水再接入灌溉系統。經過處理的中水和自然降落的雨水通過收集，在缺乏降水的天氣用于立體綠化的灌溉，是一種有效的節水措施。

雨水和中水容易殘留雜質，可利用反沖洗過濾器（圖10）或連續偏側流雨污分離器，將固體雜質分離。反沖洗過濾器利用濾網直接攔截水中的雜質，自動清洗過濾，自動排污；連續偏側流雨污分離器，當水流進入系統，其自身產生離心力，形成強勁的水漩渦，可以持續的循環過濾，過濾動力更突出。

2.1.7 屋頂綠化的蓄能腔體：灰水、黑水的回收利用

常州的“樹立方”項目的建筑使用多個“蓄能腔體”，即將雨水、生活用水等水體通過自然凈化儲存到“蓄能腔體”中，蓄能腔高為8～23 cm，能夠儲存水分。當水位高于設定高度時，水將進入到下一個蓄能腔中，從而形成了無動力循環。蓄能腔采用高強度、高滲透性材料，使植物自下而上吸取水分，模擬自然界的地下水系統，通過該系統，植物可以按需索取，從而實現水資源的按需分配，全自動無動力供水，避免了傳統的自上而下澆灌模式下的水資源的浪費或供水不足的問題。

生活中產生的灰水和黑水，灰水一般指廚房廢水、洗衣機和洗澡用過的廢水，可以直接進入蓄能腔中，經過自然凈化用于綠化用水。黑水即沖馬桶產生的污水，進入化糞池進行發酵、分解，經臭氧消毒殺菌處理后，進入蓄能腔體，給植物提供水分和養分，做到灰水與黑水100%及時收集、及時利用，確保生活灰水、黑水零排放。

2.2 立體綠化的新型無土栽培基質

垂直花園大師帕特里特·布蘭克（Patrick Blanc）在他的墻面綠化案例中采用了無土栽培技術，用兩層氈布作為植物扎根的基質，采用混有液態肥料的水進行灌溉?，F在這種無土栽培的方式也在我國出現，這種方式清潔衛生，植物少有病蟲害[4]。隨著工藝水平的進步，各類新栽培介質日益涌現，例如玻璃輕石（圖11）和一體化有機基質（圖12）等。

玻璃輕石是利用廢舊玻璃為原料生產出來的一種輕型基質，具有良好的儲蓄水分的作用，1 m3的玻璃輕石可以儲存600～700 kg的水分。它能在屋頂綠化中作為排水層使用，也可作為基質的組分提高基質厚度、改善植物扎根條件，提高基質通氣和保水、保肥能力，其作為一種廢物利用的新型優質基質應該得到推廣利用。

一體化有機基質是由利用秸稈、木屑等為原料，添加土壤改良劑、活性炭、養分顆粒體等多種添加物制成。該基質具有一體化程度高，可以模塊化鋪設種植，輕質，良好的透氣，保水性能優等特點，同時也是一種可再生的種植基質。

日本三得利（Suntory）公司發明的專利產品Pafcal（圖13），可以完全替代土壤，種植植物。水與空氣并存：完全吸水狀態下，空氣含量占60%、固態13%、液態27%，空氣含量遠高于土壤和普通海綿。普通海綿的保水能力到達一定程度后就會急劇下降，但是Pafcal的保水能力從下至上基本均勻。

無土栽培技術用在立體綠化中的優勢明顯，一是保證植物健康生長，由于根系內含有足夠的空氣，故不會因水分過多而導致爛根；二是輕巧方便，例如Pafcal的含水狀態下約260 g，約為土壤的1/2，干燥時僅約85 g，金洋有機基質干重14.5 kg/m3，容重為0.28 g/cm3，不到普通土壤的1/3，在承重不夠的空間和場所也能實現綠化設計；三是清潔環保，因為不含土壤，植物不會受病蟲害，并且是成型材料，不會像土壤一樣飛散，也不會有污水產生，還可以重復使用。

2.3 植物墻補光系統：更科學的植物排布方案

隨著墻面綠化走進室內，室內陰暗的環境衍生出給植物墻補光的研究方向。如今，給植物補光的措施，不僅僅是補充植物所需的光照條件，也影響了植物選擇與搭配方式，融合了美觀、時尚的觀念。室內或室外補光及裝飾，使用熒光燈或LED燈進行補光，要考慮最佳的紅藍光配比[5]。

在進行室內墻面綠化植物的選擇前，先進行光照模擬分析，測量不同高度、不同光源距離點的光照度，為墻面綠化的植物選擇和配置提供依據；對于室外墻面綠化，還應考慮不同朝向的不同光照強度，配置喜陰、耐陰或喜陽、耐陽光直射的植物（圖15）。

2.4 空氣過濾水技術：提高植物墻去除甲醛、PM2.5等有害物質的能力

對于墻面綠化，人們最關心的是健康安全性，而不是裝飾性和功能性，定量說明最為有力。試驗表明，通氣差會導致去除甲醛的能力差，流動的空氣才能保證甲醛顆粒得到植物的凈化，而濕度低會導致去除PM2.5的能力差。普通室內植物墻能去除50%的甲醛和70%的PM2.5，但是跟空氣凈化器相比，還是有差距。

采用空氣過濾水技術的植物墻，幫助室內空氣流通、濕度變大，甲醛去除率可達到90%以上，PM2.5去除率達80%以上。如果室內空氣較好，只用植物墻的植物去除有害氣體即可；若空氣較差，就打開空氣過濾水，1.5～2 h即可凈化室內空氣，方便健康（圖16、17）。

2.5 利用立體綠化將固體廢物回收利用

自然界中生產、消費、降解三個環節是平衡的，而現在人類生存的環境卻忽視了降解者的重要性，生活垃圾、污水、工業廢棄物等大量存在，成為阻礙人類社會和諧發展的一大難題。如果能像自然界那樣一切可以再生循環利用，在垃圾循環、水循環、材料循環、廢棄物循環方面實現微循環、微降解，就地、就近循環利用，這樣，人類生活對大自然的沖突就可盡可能降低[6]。

常州“樹立方”項目利用屋頂綠化承載此項技術，在屋頂花園中的水池養殖魚蝦，廚房的廢食廢物用來作為魚食，死魚和內臟用來做蝦食，菜根、剩菜和果皮等進行發酵分解制成肥料，供做植物肥料，而廢水通過處理也可以作為肥水給植物澆水，植物又可以成為魚類的食物，依此形成生態鏈。實現垃圾資源化、降低成本、減少排放，這是最理想的立體綠化生態系統。

3 結語

我國目前正在大力鼓勵綠色建筑的建設，立體綠化滿足節地、節能、節水、節材的綠建要求，例如同一棟樓屋頂綠化過的房間比沒有的房間節省約70%的空調電能；有墻面綠化的建筑，室內空氣溫度較無綠化的低約3～5 ℃，空氣相對濕度可提高10%～20%?？梢灶A見，立體綠化將是城市建設發展的一大方向，是改善和深刻影響人類生活環境質量的重要舉措，對于城市節能減排工作意義非凡。

我國的上海、北京、深圳、杭州等地已開展了立體綠化新技術的研究和應用工作，并引進國外先進技術，在立體綠化構件資材、植物生長基質、灌溉系統、植物選育和施工技術方面有了長足的進步，但是還需進一步地研究，立體綠化技術的大面積地使用與推廣指日可待。

參考文獻：

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