龍欣　范楚琪　房林　吳坤林　李琳　王田意　曹琪聰　黃玉源　曾宋君

關(guān)鍵詞：立體綠化；種植基質(zhì)；保水性；保肥性

中圖分類號(hào)：S688 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

城市擴(kuò)張與發(fā)展為城市人居環(huán)境和自然生態(tài)都帶來(lái)了許多危機(jī)與挑戰(zhàn)。早在第二次工業(yè)革命時(shí)期，西方各國(guó)在諸多環(huán)境破壞的壓力下，人們開始尋求在城市創(chuàng)造適意的人居環(huán)境，并開啟了“城市公園運(yùn)動(dòng)”，在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)有效地緩解了工業(yè)化需求與自然生態(tài)的矛盾[1]。但隨著城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，城市用地空間緊張與自然生態(tài)的矛盾再次引起人們的注意，以柯布西耶、霍華德等為代表的建筑規(guī)劃師開始設(shè)想一種能與建筑、城市、生態(tài)有機(jī)結(jié)合的綠化模式，經(jīng)過(guò)多年的探索與實(shí)踐，最終發(fā)展出立體綠化這一新型領(lǐng)域[2]。立體綠化實(shí)現(xiàn)在有限空間內(nèi)“見縫插綠”滿足綠化、生態(tài)需求，隨著立體綠化技術(shù)的更新迭代，越來(lái)越多的立體綠化種植模式可以滿足不同的綠化需求。根據(jù)調(diào)查，目前立體綠化多依附建筑物而構(gòu)建，多采取模塊種植式的手段[3]，在標(biāo)準(zhǔn)化的模塊中填充特定基質(zhì)并栽培植物，植物成活后將模塊固定在構(gòu)筑物垂直面上或特定平面上。這種立體綠化種植模式對(duì)基質(zhì)的各方面性質(zhì)要求更高，而植物成活與生長(zhǎng)發(fā)育則直接取決于水肥供給和保持，因此研究基質(zhì)的水肥保持效應(yīng)對(duì)立體綠化有重要意義。

傳統(tǒng)種植所采取的森林土壤、泥炭土、椰糠等基質(zhì)，具有容重大、易松散難定型、依賴容器、保水能力和保肥能力較差等缺點(diǎn)[4]，并不適用于模塊式立體綠化的推廣，在此背景下，國(guó)內(nèi)外科研人員不斷尋求更加適宜立體綠化種植應(yīng)用的新型人工基質(zhì)。固化無(wú)土基質(zhì)是通過(guò)廢物利用、工業(yè)殘料再加工等手段，模擬傳統(tǒng)土壤基質(zhì)理化性質(zhì)使之更適宜植物生長(zhǎng)發(fā)育[5]，利用不同材料的物理特性進(jìn)行不同配比研發(fā)的輕型基質(zhì)材料，多以海綿、棉花、生物炭、聚酯纖維等為原料。通過(guò)前期調(diào)研，本研究選取3 種具有發(fā)展前景的固化無(wú)土基質(zhì)壘土、保浮科樂(lè)、國(guó)產(chǎn)炭棉為主要研究對(duì)象進(jìn)行比較分析，測(cè)定其基本理化性質(zhì)，著重分析其容重、持水能力、孔隙度等以及氮磷鉀含量等指標(biāo)；設(shè)計(jì)基質(zhì)風(fēng)干實(shí)驗(yàn)和淋溶實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步分析3 種基質(zhì)在保水能力和保肥能力上的差異，通過(guò)綜合評(píng)價(jià)，篩選出最適合立體綠化模塊種植的新型基質(zhì)，并探討無(wú)土固化基質(zhì)對(duì)立體綠化發(fā)展及城市園林建設(shè)的價(jià)值和意義。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)以傳統(tǒng)栽培基質(zhì)泥炭土作為對(duì)照，選擇3 種新型固化無(wú)土基質(zhì)（壘土、保浮科樂(lè)、國(guó)產(chǎn)炭棉）作為立體綠化基質(zhì)篩選材料。其中對(duì)照為德國(guó)大漢貝斯莎柏翠泥炭土，品目編號(hào)7-03，基質(zhì)A 為壘土，是日本國(guó)立岡山大學(xué)環(huán)境學(xué)博士戚智勇研發(fā)的高分子材料與其他基質(zhì)有機(jī)結(jié)合的新型基質(zhì)，規(guī)格為45 cm×45 cm[6]，由廣東偉晟生態(tài)環(huán)境建設(shè)有限公司提供；基質(zhì)B 為進(jìn)口的日本三得利公司生產(chǎn)的海綿狀固化無(wú)土輕基質(zhì)“保浮科樂(lè)”（pafcall），從上海豐田三得利美都園藝有限公司購(gòu)得；基質(zhì)C 為國(guó)產(chǎn)生物炭棉基質(zhì)，購(gòu)自廣東佛山太農(nóng)園藝有限公司，主要原料為聚醚-聚酯多元醇、竹質(zhì)生物炭、異氰酸酯等[7]，以下簡(jiǎn)稱“國(guó)產(chǎn)炭棉”，為上端面6 cm×6 cm 方形，下端面4.5 cm×4.5 cm 方形，高度5 cm 的規(guī)格，從中間劃開一字型深2.5 cm 的開口以便種植植株。

扦插和生長(zhǎng)試驗(yàn)中，選取鴨跖草科錦竹草屬洋竹草的商業(yè)品種胭脂云錦竹草（Callisia repens‘Pink Lady）為實(shí)驗(yàn)材料，該品種從美國(guó)引進(jìn)，已在華南、香港地區(qū)歸化栽培。胭脂云錦竹草為多年生草本植物，莖匍匐，葉片呈墊狀，多分枝，節(jié)生根。葉片卵形，小圓蠟狀，光滑無(wú)毛，基部抱莖，近心形或鈍，先端漸尖。葉面呈綠色至奶油色、粉紅色過(guò)渡的斑紋，葉背面為粉紫色，極具觀賞價(jià)值。喜溫暖、濕潤(rùn)環(huán)境，對(duì)土壤要求不高，耐貧瘠、耐旱、耐高溫，是一種適用于大灣區(qū)立體綠化的種植材料[8]。該植物易獲取、扦插易活、生根迅速，是檢驗(yàn)3 種固化無(wú)土基質(zhì)種植性能的理論試驗(yàn)材料。試驗(yàn)時(shí)，剪取長(zhǎng)勢(shì)健壯、無(wú)病蟲害的胭脂云枝條約3.5 cm，5 枝一簇分別扦插在預(yù)先設(shè)置不同基質(zhì)的花盆中。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)地位于廣東省廣州市華南植物園科研區(qū)（23°10′46.4″N， 113°21′9.1″E）。該地區(qū)由于季風(fēng)氣候的影響，年均溫約21.5 ℃，年降水量約1900 mm，其中4—9 月的降水量占全年的80%左右，平均相對(duì)濕度77%[9]?；|(zhì)理化性質(zhì)實(shí)驗(yàn)在科研區(qū)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，參照土壤國(guó)標(biāo)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，于2021 年10 月首先進(jìn)行2 種傳統(tǒng)基質(zhì)與3 種固化物圖基質(zhì)的基本物理性質(zhì)測(cè)定，2021 年11 月在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室開展3 種固化無(wú)土基質(zhì)的養(yǎng)分含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)，主要測(cè)定指標(biāo)為有機(jī)質(zhì)含量、全氮、全磷、全鉀含量，同時(shí)設(shè)計(jì)3 種固化無(wú)土基質(zhì)控水30 d 內(nèi)的保水性實(shí)驗(yàn)，記錄0～30 d 的基質(zhì)相對(duì)含水率（RWC）。2022 年12 月在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行淋溶實(shí)驗(yàn)，研究3 種固化無(wú)土基質(zhì)的保肥性。每個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)定指標(biāo)設(shè)置平行重復(fù)3 次。

2022 年1 月在玻璃溫室進(jìn)行3 種固化無(wú)土基質(zhì)的盆栽實(shí)驗(yàn)，分為測(cè)定基質(zhì)固化性能和種植性能2 個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，基質(zhì)的固化定型檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為：扦插的植物枝條在基質(zhì)中生根后脫盆，手提起植物上部分而基質(zhì)不松散脫落、不與植物分離則視為完成固化定型[10]。各設(shè)計(jì)3 種基質(zhì)，每種基質(zhì)設(shè)置10 個(gè)重復(fù)，每個(gè)處理選取5 枝扦插苗，即設(shè)計(jì)30 個(gè)重復(fù)的單因素完全隨機(jī)實(shí)驗(yàn)。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定 （1）基質(zhì)基本物理性質(zhì)測(cè)定。參照《中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》（LY/T 1215—1999）的實(shí)驗(yàn)規(guī)范，以環(huán)刀法測(cè)算基質(zhì)容重、通氣孔隙度、總孔隙度、持水孔隙度等基質(zhì)物理性質(zhì)；烘干法測(cè)含水率。

（2）3 種基質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)測(cè)定。參照國(guó)標(biāo)及林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合基質(zhì)實(shí)際情況采取常規(guī)方法對(duì)3 種固化無(wú)土基質(zhì)的養(yǎng)分含量進(jìn)行測(cè)定。其中pH采用電位測(cè)定法（NY/T 1121.2—2006），1∶5 的基質(zhì)水比，利用酸度計(jì)完成。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，3 種固化無(wú)土基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)以及氮磷含量較高于一般森林土壤，選擇減少樣本質(zhì)量，并用重鉻酸鉀-硫酸加熱氧化法測(cè)定無(wú)土基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)含量；分光光度法-靛酚藍(lán)比色法測(cè)全氮含量；采用分光光度法-堿熔-鉬銻抗比色法測(cè)全磷含量。通過(guò)硝酸-高氯酸消煮法消煮樣品后，由于3 種基質(zhì)全鉀含量趨于一般森林土壤，選擇土壤指標(biāo)測(cè)定方法，用原子吸收分光光度計(jì)法測(cè)定全鉀含量（乙炔空氣火焰）[11]。于2022 年1 月在廣州市中國(guó)科學(xué)院華南植物園科研區(qū)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的測(cè)定工作。

（3）基質(zhì)保水性測(cè)定。試驗(yàn)場(chǎng)地設(shè)計(jì)在中國(guó)科學(xué)院華南植物園玻璃溫室中，取相等體積為200 mL的3 種固化無(wú)土基質(zhì)裝入等容量約為250 mL 規(guī)格的塑料育苗杯盛滿各10 杯，并分別稱重并記為a，2021 年11 月8 日起記為d1，使基質(zhì)浸泡吸水至飽和狀態(tài)，分別稱重記錄，從11 月8 日起至12 月3 日止，共計(jì)25 d 均在固定時(shí)間上午10：00 對(duì)每杯基質(zhì)進(jìn)行稱重并記錄。有3 種基質(zhì)，設(shè)置25 個(gè)處理各10 個(gè)重復(fù)，共計(jì)750 個(gè)樣本數(shù)。統(tǒng)計(jì)分析基質(zhì)保水性樣本數(shù)據(jù)， 計(jì)算從0～25 d 基質(zhì)控水的相對(duì)含水率（RWC）。

（4）基質(zhì)保肥性測(cè)定。設(shè)計(jì)如圖1 的淋溶模擬裝置，采用聚氯乙烯瓶底部鉆5 個(gè)孔自制簡(jiǎn)易的淋溶過(guò)濾器，過(guò)濾器內(nèi)徑為50 mm，高100 mm，下方放置200 mL 的燒杯，用于收集淋溶液。過(guò)濾器內(nèi)依次鋪墊濾紙、紗布、石英砂50 mL、待測(cè)土柱300 mL、濾紙、紗布、石英砂50 mL，以獲得較為清澈的淋溶液樣品，并通過(guò)0.7 mm×24 mm 規(guī)格的輸液器控制去離子水流速，每種基質(zhì)各設(shè)計(jì)3 個(gè)以上淋溶裝置，分別收集壘土、保浮科樂(lè)、國(guó)產(chǎn)炭棉的淋溶液，從2022 年4 月3 日起每5 d 收集1 次，共收集8 次，每種基質(zhì)3 個(gè)重復(fù)，共計(jì)72 個(gè)樣品。采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)各樣品淋溶液的氮含量，采用堿溶-鉬銻抗比色法測(cè)磷含量[12]。

（5）在不同基質(zhì)上的盆栽扦插實(shí)驗(yàn)。在中國(guó)科學(xué)院華南植物園玻璃溫室內(nèi)苗床上布置250 mL 規(guī)格的塑料育苗杯，分別裝入壘土、保浮科樂(lè)、國(guó)產(chǎn)炭棉3 種基質(zhì)，每種基質(zhì)各10 杯，并剪取相同長(zhǎng)度、部位的長(zhǎng)勢(shì)健壯、無(wú)病蟲害的長(zhǎng)約3.5 cm 的胭脂云錦竹草枝條，每5 枝為一簇分別扦插在預(yù)先設(shè)置不同基質(zhì)處理組的育苗杯中。適當(dāng)澆水，定期觀察，并監(jiān)測(cè)溫室實(shí)時(shí)溫度、濕度等氣候條件，記錄每盆扦插苗生根、生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài)。從2022 年1 月10 日起，待胭脂云錦竹草扦插苗完全生根發(fā)育并與基質(zhì)結(jié)合后，從育苗杯中脫盆，用手提著植物上部，如果基質(zhì)與植株不松散分離則視為完成脫盆固化，記錄每盆所需的基質(zhì)固化時(shí)間。2022 年3 月取出扦插苗，測(cè)量扦插植株的根長(zhǎng)、根數(shù)、質(zhì)量等指標(biāo)。

本研究中，采用市場(chǎng)上常用的3 種固化無(wú)土基質(zhì)的商品，即保浮科樂(lè)和國(guó)產(chǎn)炭棉都是已經(jīng)完成塑形的海綿狀結(jié)構(gòu)直接裝入育苗杯中種植植物，而壘土則是從大塊狀基質(zhì)上取下碎絮狀裝入育苗杯中，原始狀態(tài)較為松散，以植物根系與基質(zhì)結(jié)合，手提植物上部基質(zhì)不與植株分離且不松散視為完成固化，并記錄每種基質(zhì)完成固化所需天數(shù)。所采用的插條的大小、數(shù)量、生長(zhǎng)狀況一致，記錄扦插生根發(fā)育后的枝條根數(shù)、根長(zhǎng)、株高及鮮重等指標(biāo)。觀察3 種固化無(wú)土基質(zhì)扦插的胭脂云枝條生根及發(fā)育情況并記錄拍照，定期觀測(cè)基質(zhì)的固化表現(xiàn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 軟件統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理分析，通過(guò)SPSS Statistics 26 軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，采用單因素方差分析（one-way ANOVA）比較分析各項(xiàng)指標(biāo)的差異顯著性，并用Duncan法（新復(fù)極差法）多重比較分析各處理間的差異顯著性；相關(guān)分析采用皮爾斯雙側(cè)檢驗(yàn)法（Person）。

2 結(jié)果與分析

2.1 3 種固化無(wú)土基質(zhì)的物理性質(zhì)比較

立體綠化的特色種植需求對(duì)基質(zhì)有不同的物理性質(zhì)需求，受限于構(gòu)筑物承重能力要求立體綠化基質(zhì)有更小的容重；為便于長(zhǎng)期養(yǎng)護(hù)管理，立體綠化基質(zhì)需要更好透氣性和保水性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定4 種固化無(wú)土基質(zhì)的容重、總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度、氣水孔隙比、持水能力等指標(biāo)如表1，可反映基質(zhì)保水性、透氣性和疏松程度、支撐能力。

2.1.1 容重 植物根系生長(zhǎng)及植株的固定依賴于固體基質(zhì)的固定作用，常用容重反映固體基質(zhì)質(zhì)量要求， 一般植株種植基質(zhì)的干容重范圍為0.1～0.8 g/cm3，且應(yīng)用于屋頂綠化的基質(zhì)干容重應(yīng)<0.5（LY/T 1970—2011），基質(zhì)容重越小則說(shuō)明該種基質(zhì)材料越輕質(zhì)。由表1 可知，壘土的容重最小約為0.14 g/cm3，對(duì)比保浮科樂(lè)、國(guó)產(chǎn)炭棉有顯著差異，保浮科樂(lè)次之，而國(guó)產(chǎn)炭棉容重在三者比較中最大，作為對(duì)照的傳統(tǒng)基質(zhì)泥炭土的容重很大，難以滿足立體綠化對(duì)承重的需求。壘土作為輕質(zhì)固化無(wú)土栽培基質(zhì)，可應(yīng)用于對(duì)構(gòu)筑物承重有較高要求的垂直綠化及屋頂綠化有一定優(yōu)勢(shì)。

2.1.2 持水能力 通過(guò)含水率、持水孔隙度、總孔隙度等指標(biāo)可以反映基質(zhì)的持水能力。壘土的含水率顯著高于保浮科樂(lè)和國(guó)產(chǎn)炭棉，而3 種基質(zhì)的持水孔隙度差異不大。綜合表1 來(lái)看，3 種固化無(wú)土基質(zhì)的持水能力都顯著優(yōu)于對(duì)照泥炭土，其中壘土的持水能力最好，其次為國(guó)產(chǎn)炭棉，保浮科樂(lè)較差。應(yīng)用于立體綠化的基質(zhì)總孔隙度應(yīng)在55%～96%之間，70%～90%則更為理想[13]，3種固化無(wú)土基質(zhì)均介于理想范圍之間，其中壘土的總孔隙度最大，其次是國(guó)產(chǎn)炭棉，保浮科樂(lè)較小。

2.1.3 透氣性 基質(zhì)保障植物生長(zhǎng)一方面需要有足夠的水肥供給，另一方面也需要有較好的透氣性以供植物根系生長(zhǎng)及植株生長(zhǎng)發(fā)育。通過(guò)通氣孔隙度和氣水孔隙比能反映植物的通氣性能和持水能力的關(guān)系。一般改良基質(zhì)的通氣孔隙度要求為≥15%（LY/T 1970—2011），3 種基質(zhì)的通氣孔隙度差異不大，其中壘土為14.87%較接近這個(gè)目標(biāo)。通氣孔隙與持水孔隙比例在1∶1.5～1∶4 之間時(shí)視為較好的性質(zhì)[14]，壘土和保浮科樂(lè)的氣水孔隙比為0.21 較接近目標(biāo)，而國(guó)產(chǎn)炭棉和泥炭土接近為0.14 在3 種基質(zhì)中透氣性較差?？傮w而言，3 種固化無(wú)土基質(zhì)和泥炭土在透氣性方面均不太理想，壘土和保浮科樂(lè)較好，但一般立體綠化種植技術(shù)上可以通過(guò)保留植株空隙彌補(bǔ)這一缺陷。

2.2 3 種固化無(wú)土基質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)分析比較

基質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)分析一般包括pH 的比較及緩沖性能分析、養(yǎng)分供給能力分析包括有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定、氮磷鉀含量的測(cè)定。通過(guò)測(cè)定得到3 種固化無(wú)土基質(zhì)的養(yǎng)分含量指標(biāo)如表2。

2.2.1 酸堿度及緩沖性能 土壤溶液酸堿度體現(xiàn)了土壤膠體保持質(zhì)子平衡的能力，一般植物在土壤基質(zhì)pH 為4.5～8.2 的范圍內(nèi)生長(zhǎng)良好（LY/T1970—2015），pH 也影響到土壤養(yǎng)分的形態(tài)和有效含量，多數(shù)元素有效率在基質(zhì)pH 為5.0～8.0 范圍時(shí)更高[15]，壘土、國(guó)產(chǎn)炭棉接近對(duì)照泥炭土的pH，4 種基質(zhì)都處于大多數(shù)植物生長(zhǎng)的土壤pH范圍（5.5～7.5）。

2.2.2 有機(jī)質(zhì)含量 有機(jī)質(zhì)是土壤多種養(yǎng)分元素的來(lái)源和存在形式，還包含刺激植物生長(zhǎng)的胡敏酸，對(duì)基質(zhì)的保肥性和緩沖性有很大影響，是碳源和重要能源[16]。由于3 種固化無(wú)土基質(zhì)是人工合成物質(zhì)且多數(shù)含有生物炭材料，含碳量總體高于一般的自然土壤。通過(guò)重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定得出有機(jī)質(zhì)含量，根據(jù)結(jié)果3 種固化無(wú)土基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)含量均遠(yuǎn)超過(guò)一級(jí)土壤有機(jī)質(zhì)40 g/kg 的標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)相關(guān)研究表明，高產(chǎn)水稻土的有機(jī)質(zhì)含量一般在25～50 g/kg 范圍[17]，其中泥炭土由于沉積大量植物殘?bào)w累積，其有機(jī)質(zhì)含量較高，3 種固化無(wú)土基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)含量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自然土壤的有機(jī)質(zhì)含量，完全足夠滿足植物生長(zhǎng)需求，尤其是國(guó)產(chǎn)炭棉的有機(jī)質(zhì)含量十分豐富。

2.2.3 氮、磷、鉀含量 氮、磷、鉀是植物生長(zhǎng)必須的三大營(yíng)養(yǎng)元素，也是研究立體綠化基質(zhì)水肥保持的關(guān)鍵內(nèi)容，氮是植物細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸和葉綠素的組成成分，磷參與了植物呼吸作用、光合作用及能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，而鉀與植物的新陳代謝、生長(zhǎng)發(fā)育、抗逆性息息相關(guān)[18]。據(jù)魯如坤研究，我國(guó)土壤氮含量范圍為0.04%～0.38%，磷含量是0.017%～0.11%，鉀含量是0.05%～2.5%，并認(rèn)為低于0.2%的氮含量土壤為缺氮，磷含量低于10 mg/kg 則視為缺磷[13]。本研究所測(cè)定的基質(zhì)氮、磷、鉀均為全氮、全磷、全鉀含量。由表2 可知，即使是含氮量相對(duì)較低的壘土全氮含量（5.97 g/kg）也達(dá)到了一級(jí)土壤含氮量標(biāo)準(zhǔn)，其氮含量接近自然界中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富的東北黑土，而保浮科樂(lè)和國(guó)產(chǎn)炭棉接近泥炭土的含氮量，顯著偏高。但3 種固化無(wú)土基質(zhì)的含磷量和含鉀量均低于六級(jí)基質(zhì)要求，處于比較低的水平[19]，3種固化無(wú)土基質(zhì)含磷量、含鉀量較高于泥炭土，但在使用這3 種基質(zhì)過(guò)程中仍需要適當(dāng)增施磷鉀肥以保證水肥平衡。

2.3 3 種固化無(wú)土基質(zhì)和泥炭土保水性比較分析

水分的供給和保持是決定植物能否在基質(zhì)中存活的直接因素，基質(zhì)保水性主要包括基質(zhì)的吸水能力和持水能力兩方面[20]。本研究以時(shí)間變化為變量，記錄各種基質(zhì)從吸飽水的相對(duì)含水率到逐漸風(fēng)干的變化，記錄持續(xù)25 d，如圖2 所示，起始吸水飽和狀態(tài)時(shí)，壘土的相對(duì)含水率（RWC）為251%，顯著高于其他2 種基質(zhì)，控水3 種基質(zhì)RWC 均逐漸降低，12 d 前壘土的RWC 均高于保浮科樂(lè)和國(guó)產(chǎn)炭棉，12 d 后國(guó)產(chǎn)炭棉和壘土持水能力相對(duì)一致，對(duì)照泥炭土在17 d 的RWC 為1.40%已近乎干燥，保浮科樂(lè)RWC 在23 d 時(shí)近乎為0，這2 種基質(zhì)的保水性能較差。而國(guó)產(chǎn)炭棉和壘土直到25 d 仍未完全失水，尤其是壘土在25 d 時(shí)RWC 仍能保持7.3%，與其他3 種基質(zhì)的保水性相比有顯著優(yōu)勢(shì)。3 種固化無(wú)土基質(zhì)在保水性方面都優(yōu)于對(duì)照泥炭土，在立體綠化的實(shí)際應(yīng)用中，受限于灌溉難度大，后期維護(hù)成本高、建筑物不能長(zhǎng)期受到水流沖蝕等因素，基質(zhì)具有更好的保水性有利于立體綠化種植應(yīng)用的推廣。

2.4 3 種固化無(wú)土基質(zhì)保肥性分析

傳統(tǒng)土壤淋溶作用是雨水透過(guò)土壤水平向下滲透，將土壤內(nèi)容物從上層運(yùn)輸?shù)礁蛯覽21]。無(wú)論是屋頂綠化還是垂直綠化基質(zhì)在降雨中都會(huì)因淋溶作用產(chǎn)生一定程度的氮磷流失，一方面對(duì)基質(zhì)的肥力保持造成一定影響，一方面淋溶液所帶出的氮磷等元素可能造成水體富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染[22]，研究基質(zhì)的淋溶作用正是為了探究其肥力保持能力和對(duì)環(huán)境負(fù)面影響的可能性。

以不同淋溶次數(shù)收集到溶液中的氮、磷濃度為指標(biāo)研究基質(zhì)保肥性。整體而言，3 種固化無(wú)土基質(zhì)淋溶結(jié)果的淋出氮、磷含量都極低（圖3，圖4），基本不會(huì)因此造成水體富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。從圖3 的氮素淋失表現(xiàn)來(lái)看，對(duì)照泥炭土的氮淋出總量顯著超過(guò)其他3 種固化無(wú)土基質(zhì)，對(duì)照單次淋失量也在其余3 種基質(zhì)水平之上，其原因可能是泥炭土的結(jié)構(gòu)松散，其通氣孔隙度較大，土壤基質(zhì)的膠體吸附性較差，較容易發(fā)生氮素淋失現(xiàn)象，泥炭土中含大量腐殖質(zhì)對(duì)氮淋出量影響較大[4]。3 種固化無(wú)土基質(zhì)整體上氮淋出總量較少且峰值均出現(xiàn)在第二次淋溶結(jié)果上，尤其是壘土的氮淋失總量最少。其中國(guó)產(chǎn)炭棉的氮素淋失結(jié)果在第二次淋溶峰值顯著高于其他2 種基質(zhì)。但對(duì)比8 次累計(jì)淋溶結(jié)果則是保浮科樂(lè)的淋失氮含量最高為30.29 mg/L，其次為國(guó)產(chǎn)炭棉27.01 mg/L，壘土相對(duì)較低為20.47 mg/L。

圖4 為淋溶后磷素流失結(jié)果，壘土和保浮科樂(lè)的8 次淋溶結(jié)果磷素淋失極低，顯著區(qū)別于對(duì)照泥炭土，尤其是壘土磷素結(jié)果近乎為零。將3種固化無(wú)土基質(zhì)的磷素流失結(jié)果作一張小尺度的圖5，可以更顯著地發(fā)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)炭棉磷素淋失高于其他2 種基質(zhì)，3 種基質(zhì)的磷素淋失和氮素淋失結(jié)果一樣峰值出現(xiàn)在第二次淋溶，猜測(cè)可能和各種基質(zhì)內(nèi)部毛管持水以及膠體性質(zhì)有關(guān)。8 次累計(jì)淋溶結(jié)果的磷素淋失量最高的是國(guó)產(chǎn)炭棉為2.59 mg/L，其次是保浮科樂(lè)0.23 mg/L，壘土最低，為0.18 mg/L。綜上所述，3 種固化無(wú)土基質(zhì)都在水肥保持上有突出表現(xiàn)，且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成不良影響，其中壘土在3 種基質(zhì)中具有更顯著的優(yōu)勢(shì)。

2.5 盆栽扦插和種植效果分析

2.5.1 基質(zhì)固化性能分析 以泥炭土為對(duì)照組（CK），A 壘土、B 保浮科樂(lè)、C 國(guó)產(chǎn)炭棉完成固化所需平均時(shí)間分別為對(duì)照15 d，A 組9 d，B組7 d，C 組6 d。在第20 天將育苗杯中的盆栽植株脫盆進(jìn)行固化檢測(cè)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如圖6 所示，對(duì)照泥炭土還是容易出現(xiàn)松散、基質(zhì)與植株分離的情況，而壘土、保浮科樂(lè)和國(guó)產(chǎn)炭棉均與植物根系結(jié)合密切，保持不松散、不脫離狀態(tài)?；|(zhì)的固化效果有助于立體綠化植物應(yīng)對(duì)極端天氣，以上3 種基質(zhì)相較于傳統(tǒng)基質(zhì)應(yīng)用于立體綠化有明顯優(yōu)勢(shì)，而壘土同時(shí)兼具傳統(tǒng)基質(zhì)的松散、易塑形的優(yōu)點(diǎn)，又能在短期內(nèi)與植物根系之間實(shí)現(xiàn)固化效果，是立體綠化的理想材料。

2.5.2 不同基質(zhì)對(duì)扦插植物生根和生長(zhǎng)的影響胭脂云枝條在4 種基質(zhì)中扦插易生根成活，除了國(guó)產(chǎn)炭棉生根率較差約為88.89%外，其余基質(zhì)扦插生根率均為100%。從生根數(shù)量來(lái)看，使用壘土作為基質(zhì)的扦插苗能迅速生根并在基質(zhì)中多方向扎根且生根數(shù)量顯著多于其他3 種基質(zhì)，其次為泥炭土，保浮科樂(lè)略少，國(guó)產(chǎn)炭棉則出現(xiàn)部分扦插苗生根少甚至不生根的表現(xiàn)。從主根長(zhǎng)來(lái)看，以壘土、泥炭土和國(guó)產(chǎn)炭棉為基質(zhì)的扦插苗主根長(zhǎng)均顯著長(zhǎng)于以保浮科樂(lè)為基質(zhì)的扦插苗主根長(zhǎng)（表3）。3.5 cm 的扦插枝條25 d 后均有明顯生長(zhǎng)變化，其中壘土扦插苗的平均株高最高，保浮科樂(lè)扦插苗最矮，泥炭土、壘土和保浮科樂(lè)扦插苗鮮重均顯著高于國(guó)產(chǎn)炭棉，其中壘土和泥炭土扦插苗表現(xiàn)茁壯，葉片茂盛，保浮科樂(lè)和國(guó)產(chǎn)炭棉相對(duì)葉片較少，長(zhǎng)勢(shì)一般。總體來(lái)說(shuō)壘土扦插苗株高最高，泥炭土、國(guó)產(chǎn)炭棉次之，植株鮮重壘土、國(guó)產(chǎn)炭棉與泥炭土扦插苗差別不大，保浮科樂(lè)扦插苗鮮重較輕。

綜上所述，應(yīng)用于立體綠化的植物要求根系發(fā)育良好、植株茂密、不徒長(zhǎng)，有利于便于后期養(yǎng)護(hù)管理，壘土的扦插苗生根數(shù)最多、主根長(zhǎng)較長(zhǎng)，且植物生長(zhǎng)茂密，不徒長(zhǎng)，具有顯著優(yōu)勢(shì)（圖7）。

3 討論

立體綠化作為改善建筑物和城市可持續(xù)性發(fā)展的工具，其基質(zhì)的水肥保持性能將限制植被生長(zhǎng)狀況，決定后期養(yǎng)護(hù)管理成本[24]。從功能性角度建立量化比較立體綠化基質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，有利于推動(dòng)立體綠化產(chǎn)業(yè)發(fā)展與研究[25]。本研究通過(guò)對(duì)基質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)、水肥保持性能、扦插栽培試驗(yàn)分析，基于立體綠化栽培基質(zhì)理化指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，討論3 種應(yīng)用于立體綠化栽培的固化無(wú)土基質(zhì)的性能差異，綜合結(jié)果表明壘土在容重、保水性、保肥性、栽培性能方面均優(yōu)于保浮科樂(lè)和國(guó)產(chǎn)炭棉。

本研究從立體綠化基質(zhì)實(shí)際應(yīng)用的功能角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了控水、淋溶及扦插栽培試驗(yàn)，著重考慮到基質(zhì)本身水肥保持性能、實(shí)際應(yīng)用需求及其可能對(duì)周邊環(huán)境生態(tài)產(chǎn)生的影響，綜合評(píng)價(jià)3種固化無(wú)土基質(zhì)的性能。由于立體綠化受限于特殊的種植方式，對(duì)基質(zhì)的要求也區(qū)別于傳統(tǒng)基質(zhì)，無(wú)論是屋頂綠化還是垂直綠化，在保障支撐植物的基礎(chǔ)條件下追求更輕的容重，壘土以0.14 g/cm3的容重對(duì)比其他固化無(wú)土基質(zhì)和傳統(tǒng)基質(zhì)有顯著優(yōu)越性，可以滿足更多構(gòu)筑物承載綠植的需求，使之既不破壞原有建筑物的承重結(jié)構(gòu)，也能出色完成綠化建設(shè)。立體綠化植物的生長(zhǎng)需要基本的水肥供給則依靠基質(zhì)的理化性質(zhì)，基質(zhì)應(yīng)從透氣性好、pH 適宜、保水保肥能力強(qiáng)幾個(gè)角度篩選，以上研究結(jié)果表明，3 種基質(zhì)均能基本滿足植物種植需求，且pH 都在適宜植物生長(zhǎng)良好范圍內(nèi)，透氣性方面，壘土和保浮科樂(lè)優(yōu)于國(guó)產(chǎn)炭棉，且壘土持水能力最佳，這一點(diǎn)在保水性實(shí)驗(yàn)中得到進(jìn)一步證實(shí)。3 種固化無(wú)土基質(zhì)肥力均可滿足植物正常生長(zhǎng)發(fā)育的基本需求，尤其是有機(jī)質(zhì)含量、含氮量均處于較高的一級(jí)土壤水平，但含磷量、含鉀量較低，需要在種植及養(yǎng)護(hù)管理過(guò)程中注意追施磷、鉀肥，有利于立體綠化植物水肥平衡。通過(guò)扦插栽培試驗(yàn)結(jié)果可知，壘土基質(zhì)可塑性極強(qiáng)，既具備傳統(tǒng)基質(zhì)的松散結(jié)構(gòu)，可以被裝入到任何容器中使用，也能脫離容器實(shí)現(xiàn)基質(zhì)固化，可輕易通過(guò)鐵絲、布?xì)?、鋼架、網(wǎng)膜等材料使用千變?nèi)f化的結(jié)構(gòu)塑形。同時(shí)，由于壘土具有柔軟、韌性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可以用來(lái)解決立體綠化中曲面構(gòu)架難題，是十分理想的鋪貼式立體綠化材料，早在2013 年著名建筑師安藤忠雄就曾利用壘土為基質(zhì)完成了大阪新梅田城“希望之墻”的大型立體綠化建設(shè)。除此之外，通過(guò)實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了壘土栽培的植物具有根系發(fā)育良好、植株茂密、不徒長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，也是3 種固化無(wú)土基質(zhì)中表現(xiàn)最好的。