研究报告：基质深度对25种景天科绿色屋顶植物初期生长、覆盖率和存活率的影响

作者及发表信息

本研究由Angela K. Durhman和D. Bradley Rowe（密歇根州立大学园艺系）以及Clayton L. Rugh（密歇根州立大学作物与土壤科学系）共同完成，发表于HortScience期刊2007年第42卷第3期（588–595页）。

学术背景

研究领域与背景

绿色屋顶（green roof）作为一种可持续建筑技术，在减少雨水径流、改善城市热岛效应和提供建筑隔热等方面具有显著优势。然而，在美国，绿色屋顶的推广面临植物资源有限的问题，尤其是在中西部气候条件下，植物需具备快速定植、高覆盖率及耐受极端环境的能力。此外，建筑承重限制常要求基质深度较浅（如2.5–7.5 cm），而基质深度直接影响植物的水分获取和根系发育。

研究目标

本研究旨在评估25种景天科（Crassulaceae）植物在三种基质深度（2.5 cm、5.0 cm、7.5 cm）下的初期定植能力、覆盖率和存活率，为美国中西部地区的绿色屋顶植物选择提供科学依据。

研究方法与流程

实验设计

研究采用完全随机区组分设计（split-plot completely random design），主区因子为基质深度，子区因子为植物种类。共设置24个屋顶平台（123 cm × 123 cm），每个平台包含三种基质深度处理，每种深度下每种植物的重复数为8次，总计600株植物。

实验平台与基质

1. 屋顶平台构建：

   • 平台按ASTM国际标准建造，包含隔热层、防水层、排水系统（XF108排水层和XF301植被载体，Wolfgang Behrens Systementwicklung GmbH产品）和2%坡度。
     
   • 基质成分为40%膨胀板岩（Permatill）、40%砂、10%泥炭、5%白云石及少量堆肥，pH 7.9，电导率3.29 mmho·cm⁻¹。
     

2. 植物材料：

   • 选取25种景天科植物（如*Sedum acre*、*S. album*、*Phedimus spurius*等），以茎叶插条（2–4 cm）无性繁殖，种植间距20 cm。
     

3. 管理措施：

   • 灌溉：定植期（前41天）采用自动喷灌，后期依赖自然降水。
     
   • 杂草控制：定期人工除草以确保数据准确性。
     

数据采集与分析

1. 覆盖率测定：
   
   • 每周通过数码相机（Fujifilm MX-2900 Zoom）拍摄平台俯视图，使用SigmaScan Pro 5.0软件分析植物水平覆盖面积（手动追踪模式，准确率94%）。
     
2. 存活率记录：
   
   • 分别在定植期（48天）、第一季末（139天）、越冬后（336天）和第二季末（482天）统计存活率。
     
3. 统计分析：
   
   • 采用SAS 8.02进行混合模型分析，比较不同基质深度和物种间的差异（Tukey-Kramer校正）。
     

主要结果

存活率

1. 基质深度的影响：
   
   • 7.5 cm深度下植物存活率最高（47%物种存活），2.5 cm深度存活率最低（仅9种物种越冬）。
     
   • 例如，*Sedum dasyphyllum ‘Burnatii’*在2.5 cm深度全部死亡，而在7.5 cm深度存活率达100%。
     
2. 耐寒性差异：
   
   • 常绿物种（如*S. acre*、*S. album*）越冬表现优于落叶物种（如*S. kamtschaticum*）。
     

生长速率与覆盖率

1. 初期生长：
   
   • 7.5 cm深度下植物生长最快，如*S. album ‘Bella d’Inverno’*覆盖面积增速达3.5 cm²·d⁻¹（2.5 cm深度仅1.6 cm²·d⁻¹）。
     
2. 季节性变化：
   
   • 第二年生长期，*S. middendorffianum*在7.5 cm深度覆盖面积增加855 cm²，显著高于浅层基质。
     
3. 总覆盖率：
   
   • 7.5 cm深度平台最终覆盖率达96%，而2.5 cm深度仅47%（低于德国FLL标准要求的60%）。
     

结论与价值

科学意义

1. 植物筛选：明确推荐7种适合中西部气候的景天科植物（如*Phedimus spurius ‘Leningrad White’*、*Sedum acre*等），其在高、中、浅基质深度下均表现稳定。
   
2. 基质深度影响：证实更深基质（7.5 cm）显著提升植物存活和生长，但部分物种（如*S. hispanicum*）在浅层基质中仍能通过种子繁殖维持种群。
   

应用价值

为绿色屋顶设计提供实践指导：
- 承重受限建筑：可选择*S. album*等耐浅基质的物种。
- 高覆盖率需求：优先采用7.5 cm基质搭配高活力物种（如*S. middendorffianum*）。

研究亮点

1. 创新方法：首次结合数字图像分析（SigmaScan Pro）量化绿色屋顶植物动态覆盖。
   
2. 长期观测：跨越两个生长季，涵盖定植、越冬及恢复全过程。
   
3. 多样性评估：涵盖25种景天科植物，扩展了绿色屋顶植物资源库。
   

其他发现

• CAM代谢（Crassulacean Acid Metabolism，景天酸代谢）的物种（如*Sedum*属）表现出更强的抗旱性，与文献中其夜间气孔开放的生理特性一致。
  
• 部分物种（如*S. mexicanum*）虽生长迅速但无法越冬，提示需根据气候适应性进一步筛选。
  

（注：专业术语如“景天酸代谢（CAM）”在首次出现时标注英文原词。）