王佳 武琳苑 趙秀芳

隨著城市化的快速發(fā)展，城市綠地空間不斷被占據(jù)，城市熱島效應(yīng)、霧霾現(xiàn)象、城市內(nèi)澇等生態(tài)環(huán)境問題頻發(fā)。屋頂綠化作為立體綠化的主要形式之一，不僅彌補(bǔ)了傳統(tǒng)平面綠化面積有限的不足，還有利于建筑節(jié)能和生態(tài)環(huán)境改善，具有重要的生態(tài)、社會及經(jīng)濟(jì)效益[1～2]。由于屋頂條件有限，屋頂綠化技術(shù)體系不僅要考慮屋頂?shù)某兄啬芰?，還須考慮強(qiáng)光照、干旱、大風(fēng)、極端溫度等惡劣自然條件對其穩(wěn)定性的考驗。栽培基質(zhì)不僅決定著植物生長，也在雨水截留、建筑降溫等方面發(fā)揮著重要作用，而且對整個體系長期穩(wěn)定起著關(guān)鍵作用[3～4]。因此，以我國屋頂綠化輕型化發(fā)展的趨勢來看，選擇當(dāng)?shù)胤奖阋椎玫脑牧?，配制重量輕、持水性能好、透氣性良好、營養(yǎng)適中的基質(zhì)材料非常重要[5～7]。

目前，用于屋頂綠化的栽培基質(zhì)主要有3種：自然土壤、改良土和人工輕質(zhì)栽培基質(zhì)[4，8]。自然土壤最初常被作為屋頂綠化栽培基質(zhì)，但其存在密度高、質(zhì)量大、運(yùn)輸難、透氣性差、易攜帶較多的病原體和雜草種子等問題。隨著自然土壤資源的日益貧乏及屋頂綠化輕質(zhì)化的普及，人工輕質(zhì)栽培基質(zhì)被越來越多地應(yīng)用[4]。屋頂綠化的栽培基質(zhì)原料一般有兩大類：一是無機(jī)材料，二是天然的有機(jī)材料或者廢棄物有機(jī)材料[9]。無機(jī)材料可改善土壤透氣性、排水性、容重等物理性質(zhì)，包括巖棉、蛭石、陶粒、爐渣、珍珠巖、浮石等[10]。但傳統(tǒng)的無機(jī)材料在長期使用后，易發(fā)生分解、上浮流失、堵塞等問題，如蛭石較容易被破壞，需要經(jīng)常更換；珍珠巖相對密度比較小，當(dāng)澆水過多時，會上浮流失；陶粒在連續(xù)使用后會被鹽分堵塞孔隙，影響過濾，且易破碎等[11]。已有學(xué)者以年產(chǎn)量日益增長的建筑廢棄物為研究對象，證明其作為基質(zhì)中的無機(jī)材料具有良好的物理性質(zhì)，具有一定的應(yīng)用價值和前景，目前正被逐漸利用[12～14]。有機(jī)材料包括泥炭、堆肥、沼渣、秸稈、經(jīng)濟(jì)作物副產(chǎn)品（秸稈、稻殼、動物糞便、蔗渣、椰殼）等[10]，其中泥炭有機(jī)質(zhì)含量高，保肥性能好，曾被人們廣泛應(yīng)用，但天然的泥炭資源有限且成本較高，過度開采泥炭會進(jìn)一步影響生態(tài)環(huán)境。近年來，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)通過堆肥獲得廢棄物有機(jī)材料是代替泥炭土開采的有效途徑，能有效控制有害病原菌的傳播，具有巨大的市場前景[15]。

因此，本研究利用園林廢棄物和建筑廢棄物，研究理化性能穩(wěn)定、原材料來源廣泛、價格低廉、重量輕、排水性能好、營養(yǎng)適中和便于標(biāo)準(zhǔn)化的屋頂綠化栽培基質(zhì)，以期為廢棄料減量化提供參考，對于促進(jìn)廢棄物資源的有效利用和節(jié)約城市綠化成本具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗場地位于東莞市松山湖高新區(qū)中大365園區(qū)嶺南生態(tài)科學(xué)研究院6樓露臺。試驗于2021年11月1日進(jìn)行基質(zhì)調(diào)配、晾曬，于12月15日進(jìn)行幼苗移栽，于2022年6月15日結(jié)束。試驗期間，屋頂最低氣溫為10°C，最高氣溫為38°C。

基質(zhì)材料為園林廢棄物、建筑廢棄物、黃壤土。園林廢棄物為市政園林廢棄物的二次粉碎發(fā)酵物，粒徑在1～4 mm。建筑廢棄物由紅磚和混凝土塊組成，兩者分別經(jīng)人工粉碎過篩至3～6 mm，按9∶1比例混合（紅磚于東莞市制磚廠購買，混凝土于建筑施工地收集）。黃壤土為廣東省東莞市松山湖中大365園區(qū)裸露地表層土。

植物材料為佛甲草Sedum lineare、錦竹草Callisia repens和大花馬齒莧Portulaca grandiflora，均為常用的屋頂綠化植物，具有葉片較小且肉質(zhì)，莖匍匐或平臥，多分枝、適應(yīng)性強(qiáng)等特點。

1.2 試驗設(shè)計

采用三因素三水平的正交設(shè)計方案[16]，按照體積比對原料進(jìn)行混合，最終得到8種配方（表1～2）?；|(zhì)晾曬結(jié)束之后，進(jìn)行隨機(jī)取樣，采用四分法測定每種基質(zhì)配方的營養(yǎng)成分（有效磷、速效鉀、堿解氮、pH）。開始試驗時，每個處理設(shè)置6盆，隨機(jī)排列，在每盆種植1株長勢相近的月見草Oenothera biennis。于栽植3個月后（2022年3月）對基質(zhì)配方進(jìn)行型式檢驗，取樣時采用不同深度混合的隨機(jī)取樣法，以單盆為一個重復(fù)，每個處理重復(fù)6次，并結(jié)合基質(zhì)配方的營養(yǎng)成分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行評估，從而確定最佳的配比方案，用于開展后續(xù)試驗。進(jìn)一步利用篩選出的最佳配比方案與市場中的商品化基質(zhì)和常規(guī)黃壤土進(jìn)行同等條件栽植比對，并施以2 g/L的復(fù)合肥（N∶P∶K=15∶15∶15）。期間每60天進(jìn)行一次拍照統(tǒng)計，從而綜合評價基質(zhì)性能。

表1 試驗方案三因素三水平正交表L9（33）

表2 基質(zhì)處理原料配比

1.3 試驗方法

對不同處理的配方基質(zhì)的理化性質(zhì)進(jìn)行取樣分析，其中，物理性質(zhì)即型式檢驗指標(biāo)，包括容重、通氣孔隙度、最大毛管持水量、有機(jī)物含量，參照《立體綠化栽培基質(zhì)通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（T/CABEE 005-2020）的相關(guān)方法測定；化學(xué)性質(zhì)即基質(zhì)養(yǎng)分指標(biāo)，有效磷、速效鉀、堿解氮的測定參照《森林土壤有效磷的測定》（LN/T 1233-1999）中的浸提-鉬銻抗比色法、火焰光度計法和堿解擴(kuò)散法，土壤pH參照《土壤pH的測定》（NY/T-1377-2077）中的電位法進(jìn)行測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 23.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用Duncan多重比較檢驗進(jìn)行單因素分析（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基質(zhì)配方的營養(yǎng)狀況

8 個處理間的養(yǎng)分狀況具有顯著差異（表3）。其中，有效磷、速效鉀、堿解氮3個指標(biāo)含量最高的處理組為S7，最低的為S3；各處理pH 變化范圍較小，為6.11～6.53，符合技術(shù)要求。總體而言，S7（園林廢棄物∶建筑廢棄物∶黃壤土=3∶1.5∶0）中園林廢棄物原料的配置比例最高，富含有機(jī)材料，因此養(yǎng)分含量最高；反之，S3（園林廢棄物∶建筑廢棄物∶黃壤土=1∶2∶2）養(yǎng)分含量最低。

表3 不同基質(zhì)配方的營養(yǎng)狀況

2.2 不同基質(zhì)配方的物理性質(zhì)

8 個處理間的物理性質(zhì)也有顯著差異（表4）。其中，S3的容重顯著高于其他處理，且超出技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)范圍；S3、S4、S6的通氣孔隙度低于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)范圍；8個處理的最大毛管持水量在30.01%～62.38%，均符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；各處理間的有機(jī)物含量差異顯著，僅S2、S3符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。以上4項指標(biāo)反映了基質(zhì)的單位體積重量、透氣性能、持水性能和有機(jī)成分比例，是基質(zhì)物理性質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)。因此，S2（園林廢棄物∶建筑廢棄物∶黃壤土=1∶1.5∶1）符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)推薦的屋頂綠化基質(zhì)理化性質(zhì)要求。

表4 不同基質(zhì)配方的物理性質(zhì)

2.3 不同基質(zhì)對植物生長狀況的影響

通過前期的篩選研究，初步確定S2 處理為最佳配方。利用3種常見的屋頂綠化植物，對S2混合基質(zhì)與商品化基質(zhì)、常規(guī)黃壤土進(jìn)行等條件種植比對，發(fā)現(xiàn)：同其他2種基質(zhì)相比，S2混合基質(zhì)中佛甲草（圖1）的生物量在種植30 d時明顯增加，在90 d達(dá)到最大，其長勢好。錦竹草（圖2）生長速度較慢，30 d時無明顯差異，90 d時匍匐莖數(shù)量明顯增多，180 d時S2混合基質(zhì)中的錦竹草色澤濃綠，葉片整齊，而其他2種基質(zhì)中的植物長勢較差，呈現(xiàn)凋落趨勢。大花馬齒莧（圖3）在種植90 d時出現(xiàn)差異，在S2混合基質(zhì)與商品化基質(zhì)中萌蘗次數(shù)多，而在黃壤土中植株矮??；S2混合基質(zhì)中的大花馬齒莧在180 d時持續(xù)開花，花量較大，而其他2種基質(zhì)中的植物葉片脫落，呈現(xiàn)枯萎死亡的趨勢。

圖1 佛甲草在不同基質(zhì)上的生長表現(xiàn)

圖2 錦竹草在不同基質(zhì)上的生長表現(xiàn)

圖3 大花馬齒莧在不同基質(zhì)上的生長表現(xiàn)

3 結(jié)論與討論

不同的基質(zhì)材料有不同的理化性質(zhì)，有機(jī)材料和無機(jī)材料的配比對基質(zhì)的整體理化性質(zhì)有很大的影響[17]。有機(jī)基質(zhì)材料的優(yōu)點在于具有團(tuán)聚作用，能為植物生長提供正常的養(yǎng)分供應(yīng)，保持混合物的疏松，穩(wěn)定混合物的容重。而無機(jī)基質(zhì)材料多具有持水能力強(qiáng)、空氣孔隙大、水力傳導(dǎo)率高和化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的特點[18]。在本研究中的基質(zhì)配比試驗中，隨著園林廢棄物占比的增加，基質(zhì)的容重減少，最大毛管持水量增加，基質(zhì)營養(yǎng)成分增加，如S7（園林廢棄物∶建筑廢棄物∶黃壤土=3∶1.5∶0）、S8（園林廢棄物∶建筑廢棄物∶黃壤土=3∶2∶1）的園林廢棄物占比較高，則容重較低，通氣孔隙度和最大毛管持水量較大。S4（園林廢棄物∶建筑廢棄物∶黃壤土=2∶1∶1）雖然最大毛管持水量也較大，但通氣孔隙度較小，可能是因為S4 中添加的大量黃壤土填充了園林廢棄物和建筑廢棄物的孔隙。毛管持水量的大小部分取決于有機(jī)物含量，因為有機(jī)物含量較高的材料，能顯著提高土壤田間持水量[19]。但有機(jī)物含量過高和細(xì)小顆粒比例較高的材料飽和導(dǎo)水率較低，因為有機(jī)物含量高的材料表現(xiàn)出一定的疏水性，導(dǎo)致基質(zhì)易流失[20]。在本研究中，隨著建筑廢棄物的添加，基質(zhì)中的有機(jī)物含量減少，最大毛管持水量降低，如S2（園林廢棄物∶建筑廢棄物∶黃壤土=1∶1.5∶1）、S3（園林廢棄物∶建筑廢棄物∶黃壤土=1∶2∶2）。本研究所調(diào)制的基質(zhì)配比的營養(yǎng)成分滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)一步結(jié)合型式檢驗結(jié)果，從而確定S2處理為最佳配方。

通過觀察佛甲草、錦竹草和大花馬齒莧的生長情況，得出S2混合基質(zhì)與商品化基質(zhì)、黃壤土相比，對植物的株高和覆蓋度具有更加明顯的促進(jìn)作用。這可能是因為S2混合基質(zhì)中經(jīng)過人工調(diào)控堆肥處理后的園林廢棄物可以為植物生長提供全面的營養(yǎng)物質(zhì)，而建筑廢棄物能有效降低土壤容重，增加土壤孔隙度，提高土壤的透氣性和蓄水性，改善土壤質(zhì)地和生長環(huán)境，故促進(jìn)植物的生長。從效益回報來說，試驗階段的S2混合基質(zhì)成本為0.41元/L，商品化基質(zhì)價格為0.83元/L，故S2混合基質(zhì)更具有價格優(yōu)勢，開發(fā)潛力更為突出。因此，充分利用廢棄物開發(fā)栽培基質(zhì)，不僅可以保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源，還能保障植物正常生長，并且降低成本，為最終實現(xiàn)資源的合理化、最大化利用發(fā)揮重要的作用。

注：圖片為作者自攝