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当前,人口城市化加深,大量绿地被硬化,同时城市绿地建设时倾向于使用外来的园艺物种,造成本土植物的减少和城市植物区系的同质化[1],破坏了原有的生态平衡。垂直绿化则能够在不改变用地结构的前提下,有效缓解当前城市面临的生物多样性丧失、生态系统破坏等生态问题,是国土资源的二次开发利用[2]。然而,目前垂直绿化所使用的植物,其适应性和群落稳定性都较差,且管理养护要求较高,极易死亡,需经常更换。墙体上自然生长的植物为垂直绿化植物的选择提供了新的思路。墙体生境具有尺寸小、微气候波动剧烈、土壤沉积较差的特点,并且常位于受人为干扰较大的地区[3]。正是由于墙体生境条件的恶劣性,墙体上自然生长的植物往往具有耐瘠薄、耐旱等优良特性,与人工栽培的外来园艺品种相比对城市环境的适应能力更强[2]。因此,使用墙体自生植物进行垂直绿化设计能够减少绿地景观对人工管理的依赖性,提高生物多样性。
墙体自生植物在垂直绿化中的应用研究对城市生态环境建设具有重要意义。当前关于垂直绿化的研究内容涉及垂直绿化植物调查、应用和评价[4,5,6],但研究对象大多为园艺植物品种,较少关注垂直绿化的生态性和可持续性。同时,关于墙体自生植物的研究内容也大多为墙体植物资源调查[7,8,9],而未进行更深层面的研究。因此本文以成都市中心城区为例,以城市墙体上自然生长的植物群落作为研究对象,分析其物种组成以及物种分布与湿度、坡向等环境因子的关系,并以此为基础进行墙体植物在垂直绿化中的应用研究,探寻生态化垂直绿化配置模式,以期为城市垂直绿化设计和生态系统维护提供依据。
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成都市中心城区建成时间较早,老旧墙体上有许多自然生长的植物,且墙体生境类型丰富,因此选择成都市中心城区作为本研究的研究范围。成都市位于四川省中部(102°54’—104°53’E、30°05’—31°26’N),面积12 121hm2。境内平原为主,占40.1%。气候属亚热带季风气候区,年平均气温为15.2~16.6℃;最冷(1月)平均气温5.6℃,最热月(7—8月)平均气温25.0~25.4℃,年降水量为900~1 300 mm,年总日照时数为1 042~1 412 h[10]。成都市自然植被属于亚热带常绿阔叶林地带,植被分布受水热等条件的影响出现水平地带性特征,且植被垂直地带性突出[11]。
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在2020年12月—2021年1月进行预调查,在此基础上,于2021年3—4月在成都市中心城区对公园、校园、居住区和废弃地等各种用地类型内的墙体进行实地调查。为排除边缘效应的影响,墙体边缘10cm以内的区域不纳入研究范围。同时研究过程中忽略地衣和苔藓等非维管植物。依据不同墙体的物种分布均匀度、丰富度和尺寸随机设置1~4个小样方,由于墙体植物多为草本植物,因此样方大小设置为1m×1m。共调研植物群落样方106个,记录样方中植物的种类、数量和盖度等指标,并对墙体环境因子信息进行记录,墙体环境因子及测度方式见表1。
环境因子
Environmental factor描述及编码
Description and code测度方式
determination methods材料Material (1)混凝土(2)石材(3)烧结砖(4)卵石 现场观察 坡度 Slope gradient (1)<60°(2)60°~70°(3)70°~80°(4)80°~90° 现场测量 坡向 Slope aspect (1)南坡( 157.5°—202.5°) 现场测量 (2)北坡( 0°—22.5°,337.5°—360°) (3)西坡( 247.5°—292.5°) (4)东坡( 67.5°—112.5°) (5)西北坡( 292.5°—337.5°) (6)东北坡( 22.5°—67.5°) (7)西南坡( 202.5°—247.5°) (8)东南坡(112.5°—157.5°) 功能 Function (1)挡土墙(2)建筑墙(3)独立墙 现场观察 风化程度 Weathering degree (1)未风化(2)微风化(3)中等风化(4)强风化 视觉评估 连接缝类型 Type of joint seam (1)无连接缝(2)有连接缝但不勾缝(3)水泥砂浆勾缝 现场观察 湿度 Humidity (1)极度潮湿(2)一般湿润(3)干燥 视觉评估 海拔 Altitude (1)400~500 m(2)500~600 m(3)600~700 m 现场测量 遮阴度 Shading degree (1)极度荫蔽(2)较荫蔽(3)不荫蔽 视觉评估 墙顶透水性 Roof water permeability (1)不透水(2)透水 现场观察 人为干扰程度 Human interference degree (1)无干扰(2)轻微干扰(3)中度干扰(4)重度干扰 视觉评估 苔藓/地衣覆盖度 Moss/lichen coverage (1)0%~25%(2)25%~50%(3)50%~75%(4)75%~100% 现场测量 Table 1. Wall environmental factors and determination methods
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采用重要值反应各物种在群落中的优势程度[12]。根据样方中物种的盖度、多度及频度等信息,计算物种的重要值[13]。
计算公式为:重要值=(相对盖度+相对多度+相对频度)/3
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建立样方-物种重要值矩阵,使用Canoco5软件对墙体植物和环境因子进行排序分析。首先对物种数据进行去趋势对应分析(DCA),所有轴的梯度长度最大为7.05,大于3,因此选择单峰模型CCA进行排序分析。使用前向选择法(Forward Selection)筛选出对墙体自生植物分布具有显著影响的墙体环境因子,使用蒙特卡洛(Monte Carlo)随机置换检验来检测墙体环境因子的解释能力。
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在本次调研过程中记录墙体植物40科71属84种。其中,蕨类植物有7科7属9种,种子植物有33科64属75种。包含3种及以上植物的科有菊科Asteraceae(15种)、荨麻科Urticaceae(5种)、禾本科Poaceae(5种)、十字花科Brassicaceae(4种)、毛茛科Ranunculaceae(4种)、铁线蕨科Adiantaceae(3种)。出现频率较高的物种有蜈蚣凤尾蕨Pteris vittata(52.8%)、黄鹌菜Youngia japonica(41.5%)、一年蓬Erigeron annuus(27.4%)、酢浆草Oxalis corniculata(25.5%)、鼠曲草Pseudognaphalium affine(23.6%)等。
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从生活型来看,墙体上生长有各种生活型的植物,其中草本植物占绝大部分。一、二年生草本有33种,占39.3%;多年生草本有27种,占32.1%;乔木有5种,占6%;灌木有5种,占6%;蕨类植物有10种,占11.9%;藤本植物有2种,占2.4%。
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在成都市中心城区墙体植物中,外来入侵植物有10种,占总种数的11.9%,包括原产美洲的红花酢浆草(Oxalis corymbosa)、一年蓬、鬼针草(Bidens pilosa)、喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides);原产欧洲的阿拉伯婆婆纳(Veronica persica)、白车轴草(Trifolium repens)、细叶旱芹(Cyclospermum leptophyllum)、苦苣菜(Sonchus oleraceus);原产西亚的婆婆纳(Veronica polita);原产南美洲的小叶冷水花(Pilea microphylla)。来自欧洲和美洲外来入侵种共占据了外来入侵种的80%。
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以样方-物种矩阵和样方-环境因子矩阵为基础,对106个植物群落进行CCA分析,在分析过程中利用Canoco5 软件中的向前选择程序剔除坡向、材料、人为干扰程度、连接缝类型、苔藓/地衣覆盖度、功能6个不显著(P>0.05)的环境因子(见表2)。
因子
Factor解释量
Explanatory
quantity贡献率
Total variance
explainedP 湿度 Humidity 2.5 16.4 0.002 坡度 Slope 1.6 10.4 0.002 海拔 Altitude 1.5 10.1 0.006 墙顶透水性
Roof water permeability1.5 9.6 0.002 遮阴度 Shading degree 1.4 9.1 0.004 风化程度 Weathering degree 1.3 8.3 0.028 坡向 Slope aspect 1.0 6.6 0.238 材料 Material 1.0 6.4 0.318 人为干扰程度
Human interference degree0.9 6.1 0.406 连接缝类型 Type of joint seam 1.0 6.4 0.314 苔藓/地衣覆盖度
Moss and lichen coverage0.8 5.4 0.682 功能 Function 0.8 5.2 0.742 Table 2. Forward selection results
剔除不显著环境因子后再次进行CCA分析,结果表明:所选取的6个环境因子对物种分布的解释量为9.7%。蒙特卡洛置换检验表明,物种分布与选择的环境因子间存在显著的关系(p=0.002)。CCA排序结果表明,第1、2轴的特征值明显高于第3、4轴(见表3),能更好地反应墙体植物与墙体环境因子的关系,因此采用第1、2轴数据进行排序图绘制。
排序轴 Sorting axis 轴1 Axis 1 轴2 Axis 2 轴3 Axis 3 轴4 Axis 4 特征值Eigenvalue 0.4417 0.2731 0.2205 0.1983 物种-环境相关性 Species-environment correlation 0.8132 0.7517 0.7324 0.7219 物种数据累计百分比方差
Cumulative percentage variance of cumulative species data3.04 4.92 6.44 7.8 物种环境关系累计百分比方差
Cumulative percentage variance of species-environmental relationship31.25 50.56 66.16 80.19 所有典范轴的显著性检验 Significance test of all canonical axes pseudo-F=1.8, P=0.002 Table 3. Eigenvalue and cumulative percentage of the CCA ordination axes
由CCA排序图(见图1)可以看出,海拔与第1排序轴的相关性最强,其次是遮阴度。沿第1轴从左到右,海拔升高,墙顶透水性增加,遮阴度降低,湿度降低,坡度降低,风化程度降低。而与第2排序轴的相关性最强的是坡度,其次是风化程度和墙顶透水性。沿第2轴从下到上,坡度增加,遮阴度增加,风化程度降低,湿度降低,海拔降低,墙顶透水性降低。
物种的生活区域的环境因子决定了其在CCA排序图中的位置,也反映了其生态习性,生态习性相似的物种多分布在同一区域。蕨类植物和水麻(Debregeasia orientalis)等植物多分布于第1轴的负方向,说明这些植物多生长于湿度较高,光照条件较好的墙体上,而第1轴正方向上的泽漆(Euphorbia helioscopia)、马桑(Coriaria nepalensis)、附地菜(Trigonotis peduncularis)等植物则多生长于湿度较低,光照条件较差的墙体上,对不良生存环境的适应性较强。相应的,匙叶合冠鼠麴草(Gamochaeta pensylvanica)、毛花点草(Nanocnide lobata)等分布于第2轴负方向的植物多生长在坡度较缓、破损老化程度较高的墙面上,而苦苣菜、马桑、长萼堇菜(Viola inconspicua)等分布于第2轴的正方向的植物则多生长在坡度较陡、破损老化程度较低的墙面上,能适应较为贫瘠的环境条件。
所有环境因子中,湿度对墙体植物分布的影响最大(见表4),同时墙顶透水性也在一定程度上反映了墙体湿度,因此在进行墙体绿化景观营造时,墙体的湿度是要考虑的首要因素。其次是坡度,坡度通过影响水分、土壤养分、土壤厚度等来对植被分布产生影响,坡度越大,水分、土壤越难集聚和储存。本研究中,坡向没有对墙体植物的分布产生显著的影响,这是由于在大尺度范围内,坡向对降水、温度和光照等产生分异作用,使植被的分布受到显著影响,而在小尺度范围内,墙体坡向的变化对降水和温度的影响较小,且墙体通常较为低矮,易受到植物、建筑物遮挡,不同的坡向的墙体,其光照条件也可能相同。
因子
Factor解释量
Explanatory quantity贡献率
Total variance explainedP 湿度 Humidity 2.5 25.7 0.002 坡度 Slope 1.6 16.2 0.002 海拔 Altitude 1.5 15.8 0.006 墙顶透水性
Roof water permeability1.5 15.1 0.002 遮阴度
Shading degree1.4 14.3 0.002 风化程度
Weathering degree1.3 12.9 0.014 Table 4. Explanatory power of environmental factors on the distribution of wall spontaneous plants
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目前,成都市垂直绿化植物选择以鹅掌柴、绿萝、吊兰等外来种为主,由于垂直墙体或建筑墙面本身生境条件较恶劣,加之外来种对当地环境条件适应性差,导致养护管理需求增加,造成人力、财力、物力的浪费。而墙体植物通常具有耐旱、耐贫瘠、适应性强的特点,在城市垂直绿化营建时选择这些植物,不仅能营造野趣的意境,减少养护管理,同时能够维护地区生物多样性。
在选择垂直绿化植物材料时,应首先考虑选用乡土植物,这类植物能够增加生物多样性、维持生态系统的平衡[14],而应避免使用红花酢浆草、白车轴草、阿拉伯婆婆纳等外来入侵植物。但黄鹌菜、拟鼠麹草等菊科植物虽然是乡土物种,其繁殖力较强,易对已营造的植物景观形成较大的干扰,应谨慎使用。其次,绿黄葛树(Ficus virens)、水麻等木本植物根系较健壮,易对墙体造成破坏,大戟科植物如泽漆和荨麻科荨麻族植物如毛花点草等通常含有刺激性化学成分,会对人体产生不利影响,以上两类植物也应避免选用。从植物的观赏性方面考虑,花朵较大或花朵密集且花色艳丽的观花植物和叶形独特的观叶植物比较适宜作为墙体绿化的备选物种。根据以上分析,从调查得到的84种植物中筛选出37种适用于墙体绿化的植物,并对这些植物的观赏部位和观赏特性进行统计(见表5)。
科名
Family name种名
Species name观赏部位
Ornamental position观赏特性 Ornamental characteristics 花期
Flowering
period花色
Flower
color果期
Fruiting
stage果色
Fruit
color海金沙科 Schizaeaceae 海金沙 Lygodium japonicum 观叶 — — — — 金星蕨科Thelypteridaceae 渐尖毛蕨 Cyclosorus acuminatus 观叶 — — — — 凤尾蕨科Pteddaceae 井栏边草 Pteris multifida 观叶 — — — — 蜈蚣凤尾蕨 Pteris vittata 观叶 — — — — 肿足蕨科Hypodematiaceae 光轴肿足蕨 Hypodematium hirsutum 观叶 — — — — 铁角蕨科Aspleniaceae 华中铁角蕨 Asplenium sarelii 观叶 — — — — 铁线蕨科Adiantaceae 铁线蕨 Adiantum capillus-veneris 观叶 — — — — 团羽铁线蕨 Adiantum capillus-junonis 观叶 — — — — 鳞毛蕨科Buxaceae 贯众 Cyrtomium fortunei 观叶 — — — — 酢浆草科Oxalidaceae 酢浆草 Oxalis corniculata 观叶、观花 全年 黄 — — 禾本科Poaceae 狗尾草 Setaria viridis 观叶、观果 — — 5-10月 绿 棒头草 Polypogon fugax 观叶、观花 4-9月 灰绿 — — 荩草 Arthraxon hispidus 观叶 — — — — 唇形科Lamiaceae 三花莸 Caryopteris terniflora 观花 6-9月 紫红 — — 葡萄科Ampelidaceae 地锦 Parthenocissus tricuspidata 观叶 — — — — 紫草科Boraginaceae 盾果草 Thyrocarpus sampsonii 观花 5-7月 蓝 — — 罂粟科Papaveraceae 紫堇 Corydalis edulis 观花 3-4月 紫红 — — 小花黄堇 Corydalis racemosa 观花 4-5月 黄 — — 蔷薇科Rosgeniusae 蛇莓 Duchesnea indica 观花、观果 6-8月 黄 8-10月 红 车前科Plantasinaceac 婆婆纳 Veronica polita 观花 3-10月 蓝 — — 十字花科Brassiaceae 碎米荠 Cardamine hirsuta 观花 2-4月 白 — — 诸葛菜 Orychophragmus violaceus 观花 4-5月 紫 — — 豆科Leguminosae 毛荚苜蓿 Medicago edgeworthii 观叶、观花 6-8月 黄 — — 堇菜科Violaceae 长萼堇菜 Viola inconspicua 观花 3-5月 紫 — — 七星莲 Viola diffusa 观叶、观花 3-6月 淡紫或浅黄 — — 桔梗科Campanulaceae 灰毛风铃草 Campanula cana 观花 5-9月 白 — — 毛茛科Ranunculaceae 毛茛 Ranunculus japonicus 观花 4-9月 黄 — — 扬子毛茛 Ranunculus sieboldii 观花 5-10月 黄 — — 打破碗花花 Anemone hupehensis 观花 7-10月 粉红 — — 粗齿铁线莲 Clematis grandidentata 观花 5-7月 白 — — 天门冬科Asparagaceae 麦冬 Ophiopogon japonicus 观叶、观花 5-8月 淡紫 — — 天门冬 Asparagus cochinchinensis 观叶、观果 — — 8-10月 红 忍冬科Caprifoliaceae 攀倒甑 Patrinia villosa 观花 8-10月 白 — — 菊科Asteraceae 千里光 Senecio scandens 观花 8月至翌年4月 黄 — — 马兰 Aster indicus 观花 5-9月 浅紫 — — 中华苦荬菜 Ixeris chinensis 观花 1-10月 黄 — — 假还阳参 Crepidiastrum lanceolatum 观花 9-11月 黄 — — Table 5. Wall greening plants and ornamental characteristics
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由于湿度和坡度对墙体植物的分布影响最大,因此根据墙体不同的湿度和坡度条件,并结合CCA排序图(见图1),从上述所筛选的植物中选择生长习性相似的植物进行垂直绿化植物配置(见图2),分为以下四种配置模式。
模式一:适用于湿度大、坡度小的墙体,所选植物为小花黄堇、马兰、毛茛、华中铁角蕨。该植物配置模式以常绿的华中铁角蕨为背景,以叶色灰绿的小花黄堇作为主景,并点缀马兰和毛茛。此群落四季皆有景可观,以春季和夏季为主要观赏季节,可观黄色的小花黄堇、毛茛和浅紫色的马兰花朵。
模式二:适用于湿度大、坡度大的墙体,所选植物为扬子毛茛、诸葛菜、打破碗花花、铁线蕨、渐尖毛蕨。该植物配置模式为规则式,使用观花植物与观叶植物搭配种植,以春、夏两季观赏效果最好。
模式三:适用于湿度小、坡度小的墙体,所选植物为假还阳参、灰毛风铃草、紫堇、蜈蚣凤尾蕨、海金沙。该模块以蕨类植物海金沙为背景,以紫堇为主景,搭配观花植物假还阳参和灰毛风铃草以及观叶植物蜈蚣凤尾蕨,营造出层次和色彩丰富的景观效果。
模式四:适用于湿度小、坡度大的墙体,所选植物为毛荚苜蓿、三花莸、长萼堇菜、中华苦荬菜。该模式为规则式植物配置,选用多种观花植物进行搭配,色彩丰富,观赏期从1月一直延续到10月。
Investigation and Application Research of Wall Spontaneous Plant Resources in Chengdu City
doi: 10.12172/202111270002
- Received Date: 2021-11-27
- Available Online: 2022-07-18
- Publish Date: 2022-10-26
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Key words:
- Chengdu city /
- Vertical greening /
- Wall plants /
- Canonical correspondence analysis
Abstract: In order to explore the relationship between wall spontaneous plants and environmental factors, and realize the application of wall spontaneous plants in vertical greening, taking the downtown of Chengdu city as an example, the species composition of wall spontaneous plants and the relationship between wall spontaneous plants and environmental factors such as humidity, slope and altitude was investigated and analyzed, and the wall spontaneous plants suitable for vertical greening were screened out. Then six typical plant configuration modes in vertical greening were established. The results showed that there were 84 species of wall spontaneous plants belonging to 71 genera and 40 families in the walls of Chengdu central urban area, among which Compositae, Urticaceae and Grasses were the most species. Among the 12 wall environmental factors selected, 6 environmental factors such as humidity and slope, had significant effects on the spatial distribution of plants. Among the spontaneous plants on the wall, some plants such as Arthraxon hispidus, Corydalis edulis and Anemone hupehensis, etc. were highly ornamental, so these wall spontaneous plants can be selected according to the characteristics of different wall environments for model plant configuration.