屋顶绿化基质养分调控初探
程仁武 叶少萍 张俊涛
摘要：提高基质保肥性能和优化肥料使用方式以降低养分流失，是屋顶绿化的关键环节之一。通过淋溶模拟和盆栽试验探究有机、化学肥料对屋顶绿化基质氮、磷、钾养分淋失的影响，结果表明：有机肥和复合肥15-15-15或缓释肥14-14-14配合使用可以在增加基质养分含量的同时，保持较低的养分淋失量，为垂盆草Sedum sarmentosum生长提供长期稳定的肥源；其中配合使用有机肥和复合肥效果最好，垂盆草定植快，叶绿素含量和肉质化程度指标也较优。
关键词：屋顶绿化；基质；养分调控；垂盆草
中图分类号：S606；S688
文献标志码：A
文章编号：1671-2641（2018）01-0078-05
收稿日期：2017-09-12
修回日期：2017-10-20
屋顶绿化是人们根据建筑屋顶结构特点、荷载和屋顶上的生态环境条件，选择生长习性与之相适应的植物品种，建造的具有一定功能的绿色景观的一种形式。随着园林绿化事业的发展，国内外屋顶绿化也得到了广泛的应用推广。在广州市，1970年东方宾馆的屋顶花园建成，随后更是在前期探索的基础上大力开展屋顶绿化技术研发工作，并于2007年发布了广州市地方技术规范《屋顶绿化技术规范（DB440100T111-2007）》，近年来更是逐步加大了对屋顶绿化的投入，屋顶绿化事业迎来了新的发展契机。
一般来说，屋顶绿化结构从上到下依次是：植被层、基质层、过滤层、蓄排水层和防水层。由于屋顶绿化与大地隔离，基质层对整个屋顶绿化系统起着关键作用，不仅直接影响着植物生长的效果，也是影响屋顶绿化荷载和排水的重要因素。实践证明，屋顶绿化应选用具有轻质、洁净、排水通透、施工简便、适宜植物生长、无臭味等优良特性的栽培基质。此外，受建筑荷载限制，屋顶绿化基质厚度一般较浅，例如日本屋顶绿化种植土层最小厚度仅为5 cm，而有大型树木的屋顶绿化种植土层的厚度不超过60 cm，基质涵养水肥的能力有限，频繁的浇灌措施又容易造成水肥流失。因此，提高基质保水保肥性能和优化肥料使用方式以降低养分流失，成为发展屋顶绿化的关键环节之一。
按难易程度，屋顶绿化可以分为花园式屋顶绿化和简易式屋顶绿化，其中简易式屋顶绿化主要优点为低成本、易养护，非常适合城市人类活动干扰少的屋顶地面绿化。课题组前期研发设计出简易式屋顶绿化专用蓄水盆，蓄水、排水效果良好，已在广州市屋顶绿化中进行了推广应用。为进一步改善蓄水盆屋顶绿化基质的养分释放效果，本文研究不同肥料及其用肥方式对屋顶绿化基质养分淋失的影响，并通过垂盆草Sedum sarmentosum栽培试验检验基质的实用效果，为调控屋顶绿化基质养分释放效率、降低养分流失提供理论依据和技术参考。
1材料与方法
1.1试验材料
屋顶绿化基质，由园林废弃物堆肥、国产泥炭、陶粒按一定比例配制而成，其基本理化性质为：pH 6.94，电导率（EC）0.78mS·cm-1，容重0.36 g·cm-3，总孔隙度56.25%。复合肥，N：P：K=15：15：15，产自挪威海德鲁有限公司：缓释肥，翠筠一号，N：P：K=14：14：14，购自佛山顺德某园艺公司：有机肥，有机质含量485.63 g·kg，全N、全P、全K含量分别为18.04g·kg-1、48.42 g·kg-1、9.32 g·kg-1。
供试植物：景天科垂盆草。
种植容器：塑料蓄水盆（50cm×50 cm×13 cm），由广州市林业和园林科学研究院自行设计。
1.2试验设计
本试验按照氮素等量施加原则，在屋顶绿化基质中分别添加有机肥、复合肥、缓释肥，设计6组处理，分别为：T1处理每立方米基质添加6.00 kg有机肥，T2处理每立方米基质添加1.00 kg复合肥，T3处理每立方米基质添加1.07 kg缓释肥，T4处理每立方米基质添加3.00 kg有机肥和0.50 kg复合肥，T5处理每立方米基质添加3.00 kg有机肥和0.54kg缓释肥，对照处理（CK）基质不添加任何肥料。
1.3试验方法
1.3.1淋溶试验
采用间歇淋溶法研究屋顶绿化基质氮磷钾养分淋溶释放效果，每组处理3次重复，具体步骤为：用200目尼龙滤布封住PVC管（口径5 cm，高30cm）底部，并在滤布上垫约25g砂子，每根管装入200 g基质肥料混合物，并以少量砂子覆盖上层，使上层基质到管口距离为3-5 cm。第1次先缓慢加70mL水使基质饱和，室温依次培养1、3、5、7、9、11天后，再次缓慢加入70 mL水于管柱中，收集24h内淋溶液，结束后用塑料薄膜（带小孔）封闭塑料管上口，共淋溶6次，收集并量取各次淋溶液体积。淋溶液氮和磷含量采用过硫酸钾消煮、钼酸铵分光光度法，钾含量采用火焰分光光度法测定。
1.3.2栽培试验
蓄水盆内放置隔网、无纺土工布，并装入厚度为5 cm的基质肥料混合物，浇水至基质充分饱和。垂盆草采用扦插方式种植，每盆36株。试验期间不施肥，保持正常的水分管理。
第120天，统计垂盆草盖度，采集植株叶片测定叶绿素含量、肉质化程度等指标。各指标检测方法如下：
1）盖度：从蓄水盆上方看，完全没有植物覆盖蓄水盆时为1分：盖度小于50%时为2-3分：盖度为50%q30%时为4-5分：盖度为80～/～100%时为6-7分：盖度达到100%，由较稀疏到很稠时为8-9分。
2）叶片叶绿素：采用丙酮、无水乙醇1：1混合法。
3）叶片肉质化程度：采集地上部成熟叶片，测量鲜重和干重，以鮮重、干重质量比表示肉质化程度，比值越大表示肉质化程度越高。
1.3.3数据处理与分析
采用SPSS 16.0软件对试验数据进行统计分析，对不同处理的基质淋溶液氮、磷、钾含量和叶片叶绿素含量指标进行单因素方差分析，并用Duncan法进行多重比较。
2结果分析
2.1淋溶试验结果分析
淋溶试验一定程度上可以反映基质的养分涵养能力和养分释放特性。试验结果（表1-3）显示，单纯添加复合肥的处理T2，其氮、磷、钾养分前期释放过快：而配合使用有机肥和复合肥的处理T4，其养分释放比较平稳。其中，本试验是在保持氮素添加量相同的前提下进行，而试验结果显示不同处理淋溶液氮差别较大，尤其是前三次，单纯使用复合肥处理（T2）前三次氮淋出总量是对照（CK）的7.61倍，是混合添加有机肥和复合肥处理（T4）2.87倍，而且从第五次淋溶开始，单纯添加复合肥处理（T2）氮淋溶量与其它处理无明显差异。
与不添加肥料的CK处理相比，添加肥料处理淋溶液氮、磷、钾含量均有所增加（表4）。T1处理单纯添加有机肥，其氮、磷、钾总量增加量较其它处理低：T2、T3分别添加复合肥、缓释肥，其淋溶液磷、氮（不含T3处理）、钾含量均较其他处理高，表明基质中的无机肥料养分较易随着淋水流失：T4、T5为有机一无机肥料配合使用的处理，其淋溶液氮、磷、钾含量介于单一添加有机肥料处理（T1）和单一添加无机肥料处理（T2、T3）之间，表明有机一无机肥料配合使用既能增加基质养分含量、为植物生长提供长期稳定的养分，也能降低养分随淋水流失，提高养分利用率和降低水体污染风险。
2.2垂盆草生长状况分析
垂盆草定植120天后，CK处理垂盆草长势最差，盖度仅为3分：T1、T4处理长势最好，盖度均为8分：T2、T3、T5处理盖度则分别记为7、6、6分（图1-6）。
从叶片叶绿素结果（表5）来看，有机肥一复合肥配合使用的T4处理垂盆草叶片叶绿素含量最高，显著高于CK、T1、T2处理（P<0.05），也明显高于T3、T5处理：T5处理联合使用有机肥一缓释肥，叶片叶绿素含量显著高于单一使用有机肥的T1处理（P<0.05）。叶片肉质化程度结果显示，与不添加肥料的对照相比，添加肥料处理肉质化程度均增加。其中，T3处理垂盆草肉质化程度最高，T4处理次之，但两者差别不大：其余由高到低依次为T5、T1、T2处理。景天科植物通过肉质化可以储存大量的水分，为细胞的正常生理活动提供足够的水分，T3、T4处理垂盆草肉质化程度较高，有助于提高其抗旱性，使其在屋顶这种特殊环境上更易于维持生长。
3结论与讨论
近年来，轻型屋顶绿化备受人们青睐和广泛推广，也对轻型屋顶绿化栽培基质产品的开发提出了更高的要求。屋顶绿化基质配比多样，资料显示，德国80%的屋顶绿化都是轻型草坪屋顶绿化，其基质多采用腐殖质、泥炭、泡沫屑和有机肥料合成的人工种植土：日本则采用土壤与蛭石、珍珠岩、煤渣、泥炭等原料配置的人工轻质土。目前，新型基质材料逐渐在德国和日本兴起，如泡沫有机树脂制品、再生轻量气泡混凝土、陶质土壤等，使得屋顶绿化土层的厚度与荷载大大降低。此外，有机废弃物产品因其含有丰富的有机质及一定的氮、磷、钾养分资源，可与无机材料等混配生产有机无机复合型栽培基质产品，在屋顶绿化植物栽培中也得到了推广应用。
屋顶绿化基质原材料养分含量各异，加之屋顶绿化往往要求降低维护成本，因此，为持续维持屋顶绿化植物的生长，屋顶绿化基质应当具备肥效持久、肥力释放缓慢且均匀的特点，合理调配和使用外源肥料是实现屋顶绿化基质肥力调控的重要措施。普遍认为，传统化学肥料虽然见效快，但是养分较易随水分流失，容易造成环境污染：有机肥有机质丰富，能为土壤微生物活动提供充足的营养物质，但是由于有机肥养分释放速度慢，单施有机肥往往会导致作物減产，无法进行大规模推广使用。为合理利用化学肥料、有机肥料等资源，人们逐渐把目光投向有机、无机肥料的联合应用研究方面。研究表明，有机、无机肥料合理配施能够提高肥料利用效率，并具有增加作物产量、改善土壤性状等好处，已成为施肥管理的重要措施之一。例如，李菊梅等发现单施化肥（尿素）处理中氨挥发损失达37.8%，而有机无机肥配合施用能显著降低稻田氨挥发量至7.2%-18.2%，氮素损失明显下降，极大提高了氮肥利用率。本试验联合配施有机肥与化学肥料（复合肥、缓释肥）调控屋顶绿化基质肥力，不仅增加了屋顶绿化基质养分含量，也能降低基质氮、磷、钾养分随淋水流失的比例，提高了养分在植物生长后期的持续释放和利用效率，使得垂盆草保持良好的长势，维持良好的景观效果，对发展节约环保型屋顶绿化也具有重要的指导意义。
摘要：提高基质保肥性能和优化肥料使用方式以降低养分流失，是屋顶绿化的关键环节之一。通过淋溶模拟和盆栽试验探究有机、化学肥料对屋顶绿化基质氮、磷、钾养分淋失的影响，结果表明：有机肥和复合肥15-15-15或缓释肥14-14-14配合使用可以在增加基质养分含量的同时，保持较低的养分淋失量，为垂盆草Sedum sarmentosum生长提供长期稳定的肥源；其中配合使用有机肥和复合肥效果最好，垂盆草定植快，叶绿素含量和肉质化程度指标也较优。
关键词：屋顶绿化；基质；养分调控；垂盆草
中图分类号：S606；S688
文献标志码：A
文章编号：1671-2641（2018）01-0078-05
收稿日期：2017-09-12
修回日期：2017-10-20
屋顶绿化是人们根据建筑屋顶结构特点、荷载和屋顶上的生态环境条件，选择生长习性与之相适应的植物品种，建造的具有一定功能的绿色景观的一种形式。随着园林绿化事业的发展，国内外屋顶绿化也得到了广泛的应用推广。在广州市，1970年东方宾馆的屋顶花园建成，随后更是在前期探索的基础上大力开展屋顶绿化技术研发工作，并于2007年发布了广州市地方技术规范《屋顶绿化技术规范（DB440100T111-2007）》，近年来更是逐步加大了对屋顶绿化的投入，屋顶绿化事业迎来了新的发展契机。
一般来说，屋顶绿化结构从上到下依次是：植被层、基质层、过滤层、蓄排水层和防水层。由于屋顶绿化与大地隔离，基质层对整个屋顶绿化系统起着关键作用，不仅直接影响着植物生长的效果，也是影响屋顶绿化荷载和排水的重要因素。实践证明，屋顶绿化应选用具有轻质、洁净、排水通透、施工简便、适宜植物生长、无臭味等优良特性的栽培基质。此外，受建筑荷载限制，屋顶绿化基质厚度一般较浅，例如日本屋顶绿化种植土层最小厚度仅为5 cm，而有大型树木的屋顶绿化种植土层的厚度不超过60 cm，基质涵养水肥的能力有限，频繁的浇灌措施又容易造成水肥流失。因此，提高基质保水保肥性能和优化肥料使用方式以降低养分流失，成为发展屋顶绿化的关键环节之一。
按难易程度，屋顶绿化可以分为花园式屋顶绿化和简易式屋顶绿化，其中简易式屋顶绿化主要优点为低成本、易养护，非常适合城市人类活动干扰少的屋顶地面绿化。课题组前期研发设计出简易式屋顶绿化专用蓄水盆，蓄水、排水效果良好，已在广州市屋顶绿化中进行了推广应用。为进一步改善蓄水盆屋顶绿化基质的养分释放效果，本文研究不同肥料及其用肥方式对屋顶绿化基质养分淋失的影响，并通过垂盆草Sedum sarmentosum栽培试验检验基质的实用效果，为调控屋顶绿化基质养分释放效率、降低养分流失提供理论依据和技术参考。
1材料与方法
1.1试验材料
屋顶绿化基质，由园林废弃物堆肥、国产泥炭、陶粒按一定比例配制而成，其基本理化性质为：pH 6.94，电导率（EC）0.78mS·cm-1，容重0.36 g·cm-3，总孔隙度56.25%。复合肥，N：P：K=15：15：15，产自挪威海德鲁有限公司：缓释肥，翠筠一号，N：P：K=14：14：14，购自佛山顺德某园艺公司：有机肥，有机质含量485.63 g·kg，全N、全P、全K含量分别为18.04g·kg-1、48.42 g·kg-1、9.32 g·kg-1。
供试植物：景天科垂盆草。
种植容器：塑料蓄水盆（50cm×50 cm×13 cm），由广州市林业和园林科学研究院自行设计。
1.2试验设计
本试验按照氮素等量施加原则，在屋顶绿化基质中分别添加有机肥、复合肥、缓释肥，设计6组处理，分别为：T1处理每立方米基质添加6.00 kg有机肥，T2处理每立方米基质添加1.00 kg复合肥，T3处理每立方米基质添加1.07 kg缓释肥，T4处理每立方米基质添加3.00 kg有机肥和0.50 kg复合肥，T5处理每立方米基质添加3.00 kg有机肥和0.54kg缓释肥，对照处理（CK）基质不添加任何肥料。
1.3试验方法
1.3.1淋溶试验
采用间歇淋溶法研究屋顶绿化基质氮磷钾养分淋溶释放效果，每组处理3次重复，具体步骤为：用200目尼龙滤布封住PVC管（口径5 cm，高30cm）底部，并在滤布上垫约25g砂子，每根管装入200 g基质肥料混合物，并以少量砂子覆盖上层，使上层基质到管口距离为3-5 cm。第1次先缓慢加70mL水使基质饱和，室温依次培养1、3、5、7、9、11天后，再次缓慢加入70 mL水于管柱中，收集24h内淋溶液，结束后用塑料薄膜（带小孔）封闭塑料管上口，共淋溶6次，收集并量取各次淋溶液体积。淋溶液氮和磷含量采用过硫酸钾消煮、钼酸铵分光光度法，钾含量采用火焰分光光度法测定。
1.3.2栽培试验
蓄水盆内放置隔网、无纺土工布，并装入厚度为5 cm的基质肥料混合物，浇水至基质充分饱和。垂盆草采用扦插方式种植，每盆36株。试验期间不施肥，保持正常的水分管理。
第120天，统计垂盆草盖度，采集植株叶片测定叶绿素含量、肉质化程度等指标。各指标检测方法如下：
1）盖度：从蓄水盆上方看，完全没有植物覆盖蓄水盆时为1分：盖度小于50%时为2-3分：盖度为50%q30%时为4-5分：盖度为80～/～100%时为6-7分：盖度达到100%，由较稀疏到很稠时为8-9分。
2）叶片叶绿素：采用丙酮、无水乙醇1：1混合法。
3）叶片肉质化程度：采集地上部成熟叶片，测量鲜重和干重，以鮮重、干重质量比表示肉质化程度，比值越大表示肉质化程度越高。
1.3.3数据处理与分析
采用SPSS 16.0软件对试验数据进行统计分析，对不同处理的基质淋溶液氮、磷、钾含量和叶片叶绿素含量指标进行单因素方差分析，并用Duncan法进行多重比较。
2结果分析
2.1淋溶试验结果分析
淋溶试验一定程度上可以反映基质的养分涵养能力和养分释放特性。试验结果（表1-3）显示，单纯添加复合肥的处理T2，其氮、磷、钾养分前期释放过快：而配合使用有机肥和复合肥的处理T4，其养分释放比较平稳。其中，本试验是在保持氮素添加量相同的前提下进行，而试验结果显示不同处理淋溶液氮差别较大，尤其是前三次，单纯使用复合肥处理（T2）前三次氮淋出总量是对照（CK）的7.61倍，是混合添加有机肥和复合肥处理（T4）2.87倍，而且从第五次淋溶开始，单纯添加复合肥处理（T2）氮淋溶量与其它处理无明显差异。
与不添加肥料的CK处理相比，添加肥料处理淋溶液氮、磷、钾含量均有所增加（表4）。T1处理单纯添加有机肥，其氮、磷、钾总量增加量较其它处理低：T2、T3分别添加复合肥、缓释肥，其淋溶液磷、氮（不含T3处理）、钾含量均较其他处理高，表明基质中的无机肥料养分较易随着淋水流失：T4、T5为有机一无机肥料配合使用的处理，其淋溶液氮、磷、钾含量介于单一添加有机肥料处理（T1）和单一添加无机肥料处理（T2、T3）之间，表明有机一无机肥料配合使用既能增加基质养分含量、为植物生长提供长期稳定的养分，也能降低养分随淋水流失，提高养分利用率和降低水体污染风险。
2.2垂盆草生长状况分析
垂盆草定植120天后，CK处理垂盆草长势最差，盖度仅为3分：T1、T4处理长势最好，盖度均为8分：T2、T3、T5处理盖度则分别记为7、6、6分（图1-6）。
从叶片叶绿素结果（表5）来看，有机肥一复合肥配合使用的T4处理垂盆草叶片叶绿素含量最高，显著高于CK、T1、T2处理（P<0.05），也明显高于T3、T5处理：T5处理联合使用有机肥一缓释肥，叶片叶绿素含量显著高于单一使用有机肥的T1处理（P<0.05）。叶片肉质化程度结果显示，与不添加肥料的对照相比，添加肥料处理肉质化程度均增加。其中，T3处理垂盆草肉质化程度最高，T4处理次之，但两者差别不大：其余由高到低依次为T5、T1、T2处理。景天科植物通过肉质化可以储存大量的水分，为细胞的正常生理活动提供足够的水分，T3、T4处理垂盆草肉质化程度较高，有助于提高其抗旱性，使其在屋顶这种特殊环境上更易于维持生长。
3结论与讨论
近年来，轻型屋顶绿化备受人们青睐和广泛推广，也对轻型屋顶绿化栽培基质产品的开发提出了更高的要求。屋顶绿化基质配比多样，资料显示，德国80%的屋顶绿化都是轻型草坪屋顶绿化，其基质多采用腐殖质、泥炭、泡沫屑和有机肥料合成的人工种植土：日本则采用土壤与蛭石、珍珠岩、煤渣、泥炭等原料配置的人工轻质土。目前，新型基质材料逐渐在德国和日本兴起，如泡沫有机树脂制品、再生轻量气泡混凝土、陶质土壤等，使得屋顶绿化土层的厚度与荷载大大降低。此外，有机废弃物产品因其含有丰富的有机质及一定的氮、磷、钾养分资源，可与无机材料等混配生产有机无机复合型栽培基质产品，在屋顶绿化植物栽培中也得到了推广应用。
屋顶绿化基质原材料养分含量各异，加之屋顶绿化往往要求降低维护成本，因此，为持续维持屋顶绿化植物的生长，屋顶绿化基质应当具备肥效持久、肥力释放缓慢且均匀的特点，合理调配和使用外源肥料是实现屋顶绿化基质肥力调控的重要措施。普遍认为，传统化学肥料虽然见效快，但是养分较易随水分流失，容易造成环境污染：有机肥有机质丰富，能为土壤微生物活动提供充足的营养物质，但是由于有机肥养分释放速度慢，单施有机肥往往会导致作物減产，无法进行大规模推广使用。为合理利用化学肥料、有机肥料等资源，人们逐渐把目光投向有机、无机肥料的联合应用研究方面。研究表明，有机、无机肥料合理配施能够提高肥料利用效率，并具有增加作物产量、改善土壤性状等好处，已成为施肥管理的重要措施之一。例如，李菊梅等发现单施化肥（尿素）处理中氨挥发损失达37.8%，而有机无机肥配合施用能显著降低稻田氨挥发量至7.2%-18.2%，氮素损失明显下降，极大提高了氮肥利用率。本试验联合配施有机肥与化学肥料（复合肥、缓释肥）调控屋顶绿化基质肥力，不仅增加了屋顶绿化基质养分含量，也能降低基质氮、磷、钾养分随淋水流失的比例，提高了养分在植物生长后期的持续释放和利用效率，使得垂盆草保持良好的长势，维持良好的景观效果，对发展节约环保型屋顶绿化也具有重要的指导意义。
