罗旭荣

(深圳市方格生态环境有限公司,广东深圳 518000)

2021年的中央经济工作会议强调将“碳达峰、碳中和”作为八项重点任务之一,即通过采取有力的政策和措施,于2030年二氧化碳的排放量达到峰值,在2060年之前实现碳中和[1]。而建筑业的碳排放量占总排放量的主要部分,因此,如何在建筑业实现“碳达峰、碳中和”是重点考虑的方向。不断有绿色建筑、被动式建筑、零碳建筑的概念出现,主要是使用低碳材料,减少碳排放。而在建筑体内增加绿化植被可以提高建筑碳汇,打造建筑微生态,提高建筑碳汇,降低建筑周边环境的热岛效应[2]。狄育慧等[3]通过实测和模拟对西安市某酒店有无植物墙的温湿度及气流场进行了定性和定量研究,得出有绿色植物墙的走廊空气温度比无植物墙的低0.7 ℃,空气相对湿度在11:00 有植物墙空间比普通空间相差29%,分析发现,植物墙降低空气温度与植物的蒸腾作用及栽培基质中水分的蒸发作用有关。学者对屋顶绿化、外立面墙体绿化对环境产生的生态效益进行研究,结果表明,植物能够很好地改善环境质量[4]。目前对室内植物生态效益的研究较少,而室内环境的改善一直受消费者的追捧,尤其是大型商场、办公楼、机场、酒店、餐厅等公共场所,由少量盆栽的摆放到多种植物的组景及目前流行的各种绿墙[5]。植物可以吸收空气中的二氧化碳产生氧气,增加空气中的湿度,降低温度,提高人群在环境中的舒适感。笔者对常用室内绿墙植物的生态效益值进行量化研究,并对如何提高室内绿墙生态效益进行了探讨。

1 材料与方法

1.1 试验对象以13种常用室内绿墙植物为试验材料(表1),植物种类来源于天安云谷20楼铁汉一方办公室内绿墙生长稳定后的主要植物种类。其中,百合科、胡椒科、龙舌兰科、桑科、铁角蕨科各1种,五加科2种,天南星科6种,主要为观叶植物。

表1 13种试验植物

1.2 试验方法试验在深圳市铁汉一方环境科技有限公司室内进行。于2021年8月对室内3面绿墙上的13种植物使用LI-6400光合仪进行测量。绿墙于2017年完工,经过4年的养护管理,保留适应性强的植物种类。补光采用LED植物生长灯,每盏灯为18 W,2盏补光灯的标准距离为0.35 m。含植物生长所需的红橙光和蓝紫光光谱,50%接近自然光,400～840 nm全光谱区间,开灯时间为8:30—18:30,12:00—14:00午休时间关灯,共8 h,室内温度为26.5 ℃,湿度70%。

1.3 测定内容与计算方法

1.3.1光响应曲线和瞬时气体交换参数。参考曾红等[6]的试验方法,对每种植物在绿墙上不同的位置随机选5株,在每株植物的第 3 位至第 4 位功能叶间选取1枚健康叶片,使用 Li-6400 便携式光合系统分析仪在开放气路下使用红蓝叶室进行光响应曲线(Pn-PAR)、净光合速率(Pn) 和蒸腾速率(Tr) 测定。每片叶子测定1次,取5个瞬时光合速率值作为重复。测定时间为每日 9:00—11:30,每天进行 3 次重复。 对光响应曲线的测定采用自动程序进行,光强由 LI-6400XT 红蓝光源控制,CO2浓度由 LI-6400XT 的 CO2泵控制,设置 400 μmol/mol。在测定过程中光合测定仪的流速均设定为 500 μmol/s,光合有效辐射(PAR)为2 000、1 800、1 500、1 200、1 000、800、600、400、200、150、100、50、20、0 μmol/(m2·s)14 个水平[7]。

1.3.2光合数据计算。将测量的数据输入光合曲线拟合软件Photosynthesis进行拟合,同时得出光饱和点(LSP)和光补偿点数据(LCP)。

1.3.3固碳释氧、增湿降温值计算。参考文献[8]中的计算方法进行计算,根据光合作用反应方程 CO2+4H2O →CH2O+3H2O+O2(CO2摩尔质量为44,O2摩尔质量为32)可知,单位叶面积固碳量WCO2[g/(m2·d)]、单位叶面积释氧量WO2[g/(m2·d)]、单位叶面积增湿量EH2O[g/(m2·d)]和单位叶面积降温量QO[kJ/(m2·d)]计算公式如下:

WCO2=P×44/1 000

WO2=P×32/1 000

EH2O=Tr×18/1 000

QO=EH2O×2 435.5

根据莫惠芝等[9]在室内垂直绿化植物生态效益研究中的描述,室内植物在不同测量时间点的光合效率差异较小,又由于测量环境稳定,光照保持在200 μmol/(m2·s)左右,结合补光灯时间,在计算植物生态效益值时取光照200 μmol/(m2·s)对应的光合速率合和蒸腾速率进行计算,每天按8 h重复计算,设定这8 h内植物的光合作用稳定在同一水平。

1.4 数据统计使用 Excel 2020进行试验数据的统计分析及图表制作,用 SPSS 20单因素方差分析( One-way ANOVA)对结果进行分析 。

2 结果与分析

2.1 光饱和点与光补偿点由表2可知,室内环境下,光饱和点由高到低依次为鸭脚木、黄金葛、金钻、银边吊兰、红钻、豆瓣绿、白掌、绿萝、花叶鸭脚木、鸟巢蕨、如意粗勒草、黑金刚、密叶朱蕉,光饱和点越高代表该植物光能利用率越高,产物更多,能够适应更强的光照[10]。而光饱和点越低,则代表对强光的适应性不强。光补偿点越低,则代表对弱光的适应性越强,光饱和点和补偿点之间的差值越大,植物能吸收的光能更多,代表植物对光的适应性越强。从图1可以看出,鸭脚木、黄金葛和金钻的差值明显高于其他植物。13种植物长时间适应室内环境,测量的光饱和点和补偿点均较低,鸭脚木对光的适应性最强,是密叶朱蕉的100倍以上。从图2可以看出,在 200 μmol/(m2·s)光照强度下,鸭脚木的净光合速率明显高于其他植物,是鸟巢蕨的6倍以上。

图1 13种植物光饱和点和光补偿点差值Fig.1 Difference between light saturation point and light compensation point of 13 plants

图2 200 μmol/(m2·s)光强下13种植物净光合速率Fig.2 Net photosynthetic rate of 13 plant species at 200 μmol/(m2·s) light intensity

表2 13种植物光饱和点与补偿点

2.2 室内绿墙植物固碳释氧效益由表3可知,单位叶面积固碳释氧值最高为鸭脚木,固碳值为7.77 g/(m2·d),释氧值为5.65 g/(m2·d),单位叶面积固碳释氧值最小为鸟巢蕨,固碳值为0.56 g/(m2·d),释氧值为0.41 g/(m2·d),2组数据之间相差12倍以上,且两者之间存在显著差异。单位叶面积固碳释氧能力由高到低依次为鸭脚木、金钻、豆瓣绿、银边吊兰、黄金葛、绿萝、黑金刚、红钻、白掌、花叶鸭脚木、如意粗勒草、密叶朱蕉、鸟巢蕨。

表3 13种植物固碳释氧值

2.3 室内绿墙植物增温降湿效益由表4可知,单位叶面积降温增湿能力由高到低依次为鸭脚木、花叶鸭脚木、金钻、黄金葛、豆瓣绿、白掌、红钻、黑金刚、绿萝、银边吊兰、如意粗勒草、密叶朱蕉、鸟巢蕨。单位叶面积日降温增湿量最大和最小的分别为鸭脚木和鸟巢蕨,鸭脚木的增湿值为1 380.93 g/(m2·d),降温值为3 363.25 kJ/(m2·d),是鸟巢蕨的20倍左右。这说明鸭脚木在室内绿墙上使用时降温增湿效益能力远大于鸟巢蕨。从数值来看,鸭脚木降温增湿的能力远大于其他植物,比排第2位的花叶鸭脚木的数值也要高近2倍。除鸭脚木、花叶鸭脚木、密叶朱蕉和鸟巢蕨4种植物外,其余9种植物的值相对接近。

表4 13种植物降温增湿值

3 讨论

3.1 室内绿墙植物的生态效益从试验数据可以看出,植物生态效益与光合作用基本表现为正相关,对光适应性越强的植物产生的生态效益也越好,最明显的是鸭脚木和鸟巢蕨,固碳释氧和降温增湿能力的排序与光饱和点及补偿点的排序一致。该试验测定已经长期适应深圳室内环境的植物个体,对比张娅等[11]对西北冬季室内鸭脚木与绿萝光合特性来看,结果有较大差别,绿萝在西北地区冬季的室内环境下比鸭脚木的光合效率更高,对光照具有更强的利用能力, 且能在高 CO2浓度和干旱的环境下健康生长,并能对室内环境起到较强的增湿效应,是西北地区冬季较为理想的室内植物。而该试验中,绿萝对光照的利用要远小于鸭脚木。而侯晓丽[12]对深圳市常用垂直绿化植物生理生态特性研究中,鸭脚木无论是在低光照强度和高土壤含水量环境、半开敞式或者室外环境,其生长情况都是最好,适应能力强,这与该研究结果一致。由此可以看出,植物的生态效益效果会根据不同环境情况产生变化,当光照、温度以及水分环境不同时,光合速率也会有较大区别,并且受综合因素影响。此外,还与植物本身的结构有关。因此,室内绿墙植物的生态效益与植物生长环境、植物种类、生长情况等多种因素相关。

3.2 提高室内绿墙生态效益

3.2.1进行环境分析,选择合适植物种类。在进行绿墙设计时,根据场所环境情况,尽可能选择生态效益值较高的品种,最大化地提高绿墙对环境的改善能力。在考虑观赏价值的同时选择鸭脚木、花叶鸭脚木、金钻、豆瓣绿等生态效益好的植物种类。由于室内环境受限,在光照不充足、通风不佳的场地则要根据实际情况选择像鸟巢蕨、密叶朱蕉等这类能适应低光照的植物种类,因此,需要对绿墙环境进行合理分析,选择最佳的植物种类进行搭配。

3.2.2增加环境补光,提高植物光合速率。植物固碳释氧、降温增湿能力与植物的光合作用息息相关,室内环境光线较弱,植物的光合作用相对降低,条件允许的情况下,可以通过使用补光灯增加光照强度,加强植物的光合作用,从而提高植物带来的生态效益性效果。

3.2.3加强养护管理,保证植物健康生长。由于室内环境较封闭,对大部分植物长期生长造成困难,因此,加强养护管理显得尤其重要,要根据植物生长情况调整灌溉系统,加强通风,及时治理病虫害及清理残枝枯叶,保证植物健康旺盛生长。

4 结论

该试验的13种室内绿墙植物对改善室内环境有一定的作用,以鸭脚木的效果最佳。除直接固碳释氧降温增湿产生的碳汇效果以外,减少了空调的使用,间接减少碳排放。植物的生态效益与植物生理、生长环境等多种因素有关,在进行设计时选择合适的植物品种,可以通过增加补光灯、新风系统等措施进行合理养护,保证植物健康生长来提高室内植物的生态效益,条件允许的情况下,可以增加绿墙面积,增加产生生态效益工作的数量,为早日实现碳中和作出贡献。