屋顶绿化研究进展

第26卷第2期世界林业研究Vol.26No.2 2013年4月World Forestry Research Apr.2013

屋顶绿化研究进展*

冼丽铧鲍海泳陈红跃覃艺伟徐谙为

（华南农业大学林学院，广州510642）

摘要：城市屋顶绿化是一种改善城市生态环境以及城市低碳的途径，已经成为近年来我国提高城市绿量和建设低碳城市的重要趋势之一。国内屋顶绿化起步比较晚，对其生态、隔热节能等方面的定量研究较少，而国外特别是发达国家，对屋顶绿化的研究比较全面和深入。文中介绍屋顶绿化的定义及其分类，综述屋顶植物抗性、屋顶植物筛选以及屋顶绿化在生态和隔热节能方面的国内外研究进展，提出未来屋顶绿化研究的趋势，以期为我国屋顶绿化研究和推广提供参考。

关键词：屋顶绿化，屋顶植物，生态效应，隔热节能

中图分类号：S731.2文献标识码：A文章编号：1001－4241（2013）02－0036－07

Study Progress of Rooftop Greening

Xian Lihua Bao Haiyong Chen Hongyue Qin Yiwei Xu Anwei

（College of Forestry，South China Agricultural University，Guangzhou510642，China）

Abstract：Urban rooftop greening，as a approach to realizing low-carbon and improving the urban ecological environment，has become one of important trend in China to increase green quantity and construct low-carbon cities in recent years.Studies on rooftop greening started late in China and there are few reports on the quant itative study on ecological effect，heat insulation and energy performance of green roof.But the developed countries have carried out complete and in-depth study in this field.The definition and classification of rooftop greening were described in this paper.The resistance research of roof plants and their selection as well as the role of rooftop greening in ecological effect and heat insulation＆energy performance at home and abroad were briefly reviewed.Then，the direction of future research on green roofs was also proposed with the expectation to provide references for the research and promotion of rooftop greening.

Key words：rooftop greening，rooftop plant，ecological effect，heat insulation and energy performance

屋顶被称为城市建筑的“第五面”，其面积大约为一座城市面积的20% 25%［1］，可见在有限的城市空间中，屋顶绿化是提高绿化覆盖率最有效的方法。屋顶绿化不仅可以增加城市绿量和绿化面积，而且可以美化城市景观。它在进一步改善生态环境方面起到了重要作用，有益于缓解城市的“热岛效应”和改善空气质量，有利于雨水管理、保护生物多样性和提升城市舒适感等［2－3］，从而有效地提高人类居住环境的质量。另一方面，屋顶绿化的节能减排主要体现在提高土壤下建筑材料的寿命、减低噪声、降低建筑能耗等，特别是在夏天的节能降耗上［4］。在日益拥挤的城市里，屋顶绿化建设是提高城市绿化率的一个发展方向，并且已经成为世界关注的一个焦点［5］。

当前，在控制全球气候变化、治理PM2.5的热点问题上，除减少工业排放外，其他固碳和低碳的途径是重要的措施。其中，对于城市来说，屋顶绿化被认为是固碳和低碳的重要途径之一。这主要体现在2个方面：一方面，屋顶绿化植物有固碳作用；另一方

*收稿日期：2012－10－30

基金项目：广州市越秀区绿化委员会办公室资助项目越秀区天台绿化效益初步评价（4400－H07040）

作者简介：冼丽铧（1987－），女，森林培育专业硕士生，研究方向为林木栽培生理生态，E－mail：xianlhua@https://www.360docs.net/doc/9f18031637.html, 通讯作者：陈红跃，生态学博士，教授，E－mail：chenhongyuetz@https://www.360docs.net/doc/9f18031637.html,

第2期冼丽铧，鲍海泳，陈红跃，等：屋顶绿化研究进展

面，由于屋顶绿化的隔热作用，使室内用电量减少，间接地产生环保节能效应。屋顶绿化的研究内容很多，其中生态与隔热节能效应是目前国内外屋顶绿化研究中最主要的方面。本文在简介屋顶绿化及其分类、屋顶植物抗性及其筛选研究的基础上，就屋顶绿化生态效应和隔热节能效应进行重点综述，并针对存在的问题提出研究展望。

1屋顶绿化及其分类

屋顶绿化是指以各种不同的形式在屋顶营建植被，利用植物在屋顶进行的一种绿化形式［6－7］。广义的屋顶绿化是指在高出地面以上的非渗透性的建筑物和构筑物上进行的绿化，包括建筑物的屋顶、露台、阳台，以及建筑物的空中平台和厂房的屋顶等；狭义的屋顶绿化即屋顶花园，是指以建筑物顶部平台为依托，进行蓄水、覆土并营造园林景观的一种空间绿化美化形式［8］。

国内关于屋顶绿化的分类方法很多，按照屋顶绿化的绿化布局形式、高度、空间位置、使用功能、屋面承载力等有不同的分类方法。例如，按绿化布局形式，可分为地毯式、摆盆花式、棚架式和园林式4种类型［9－10］。但总体来说，可以分成2大类，即简单式屋顶绿化和花园式屋顶绿化即屋顶花园［8］。国外的屋顶绿化根据其目的和特点主要分为粗放型屋顶绿化和集约型屋顶绿化，还可以划分出介于上述两者之间的半集约型屋顶绿化［6，11］。粗放型的绿色屋顶是指在薄层基质上种植植物，通常是景天属植物或草坪，具有非常轻的结构；集约型的绿色屋顶是指有更深厚的基质层，允许种植更深结构的植物，如灌木和树木等［12］。

2屋顶植物抗性研究

对于屋顶绿化植物抗性的研究，欧洲一直走在前列。国外学者研究主要集中在抗旱性、抗寒性、耐热性等方面，并选出不少适宜的植物种类。对于屋顶植物的抗旱性和抗寒性，C.G.Gomez等曾对薄土层不同厚度情况下的植物做了为期3年的试验，选出了景天属的11个种及长生草属的若干个种。捷克、西班牙、匈牙利等国家的学者也相继对屋顶环境中的植物种类及其抗旱性、抗寒性进行了研究，选出了抗性优良的景天属、长生草属的若干个种与矮种早熟禾、苔藓等种类［13－15］。土耳其学者在干燥且容易产生滑坡的地区对一些常绿、低矮、覆盖力较强的多浆植物的抗旱性进行了试验，通过栽培特征分析、野生分布和室内试验，筛选出适于建筑景观绿化的抗旱植物27种，其中包括景天属植物、大戟属及长生草属的部分种和品种［16］。关于屋顶植物的耐热性研究，马进［17］等对5种可用于屋顶绿化的景天属植物进行了耐热性测定，为进一步筛选出更多适合屋顶绿化的景天属植物品种提供了理论依据。胡玉咏等对4种植物进行了耐热性研究，结果显示中华景天（Sedum polytri-choides）耐热性明显优于佛甲草（S.lineare）、花蔓草（Aptenia cordifolia）和胭脂红景天（S.spurium），为筛选优质屋顶绿化植物提供了依据［18］。

近年来，也有一些学者将重点聚焦在地毯式屋顶绿化植物抗性研究上，研究对象主要集中在一些景天科植物上，如佛甲草、垂盆草（S.sarmentosum）、金叶景天（S.makinoi）、凹叶景天（S.marginatum）和德国景天（S.bybridum）。有学者对上海地区屋顶植物进行了干旱胁迫、高温胁迫、低温胁迫实验，筛选出适合的景天类植物有佛甲草、凹叶景天和垂盆草［19］。也有研究发现，圆叶景天（S.makinoi）、活血丹（Glecho-ma longituba）、花叶活血丹（G.longituba var.variegata）也都具有较好的抗性，可用于屋顶绿化［20］。

总的来看，关于屋顶绿化植物抗性的研究，国外比较深入且成果显著，已经通过试验筛选出适宜于屋顶生境生长的几十种抗性强的屋顶植物，其研究技术与方法也相对科学，筛选出了更多的抗性优良的品种，增加了屋顶植物的多样性。选用抗性优良的屋顶植物是屋顶绿化可持续发展的前提条件，对屋顶绿化的大范围开展起着重要作用。

3屋顶植物筛选

屋顶的自然环境与室内差异很大。高楼屋顶阳光充足、风大，易造成干旱，夏季炎热而冬季又寒冷。因此，屋顶绿化一般应选择阳性的、耐旱、耐寒的浅根性植物，还必须属低矮、抗风、耐移植的品种［21］。德国已经筛选出许多可供屋顶绿化的植物，其中应用最为普遍的是景天属植物，如玉米石（S.album）、堪察加景天（S.kamtschaticums）和紫花景天（Sedum tele-phium）等［22］。日本是开发草地式屋顶绿化植物较早的国家之一，目前已经有近40种景天等多肉植物应

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用在草坪式屋顶绿化中［23］。

在我国上海，已经通过试验筛选出适宜屋顶种植的植物11种，包括佛甲草、美人蕉（Canna indica）、木槿（Hibiscus syriacus）、黄杨（Buxus sinica）等。另外，比较适宜种植的植物有38种，包括天竺葵（Pelargo-nium hortorum）、金盏菊（Calendula officinalis）、棣棠（Kerria japonica）、茑萝（Quamoclit pennata）等［24］。根据对杭州市屋顶绿化应用植物种类抽样调查结果显示，杭州市屋顶绿化应用的植物主要有63科111属145种，其中小乔木、灌木球种类占56%，地被绿篱植物占44%；小乔木、灌木在种类上占优势，而木本绿篱植物在数量上占优势［25］。简曙光等［26］对广州市不同环境屋顶自然生长的植物进行了广泛调查分析研究，推荐了12种有较好屋顶绿化潜力的植物，分别是管叶伽蓝菜（Kalanchoe tubiflora）、玉吊钟（K. fedtschenkoi）、松叶牡丹（Portulaca grandiflora）、珊瑚藤（Antigonon leptopus）、炮仗花（Pyrostegia venusta）、铺地锦竹草（Callisia repens）、吊竹梅（Zebrina pendn-la）、地稔（Melastoma dodecandrum）、玉叶金花（Mus-saenda kwangtungensis）、马缨丹（Lantana camara）等。华南植物研究所进行了屋顶绿化的生态系统箱研制，并已筛选出10多种适于屋顶生长的植物。根据调查及统计，目前在华南地区生长于屋顶的植物（包括人工栽培的种类）有几百种之多，而用于屋顶绿化的植物种类多为绿化常用种。例如，木本植物有茶花（Camelia japonica）、红果仔（Eugenia uniflora）、木槿（Hibiscus syriacus）、九里香（Murraya paniculata）、龙船花（Ixora chinensis）、福建茶（Carmona microphylla）、假连翘（Duranta erecta）、棕竹（Rhapis excelsa）和短穗鱼尾葵（Caryota mitis）等，藤本植物有薜荔（Ficus pumila）、爬墙虎（Parthenocissus tricuspidata）、杜鹃（Bougainvillea glabra）、凌霄（Campsis grandiflora）和大花老鸭嘴（Thunbergia grandiflora）等，草本植物有沿阶草（Ophiopogon japonicus）、鸭跖草（Commelina communis）、吊竹梅、大苞水竹叶（Murdahhia bracte-ata）、铺地锦竹草、蚌花（Tradescantia spathacea）、合果芋（Syngonium podophyllum）和狗牙根（Cynodon dactylon）等［27］。

景天植物因其高度抗旱特性，已经成为屋顶绿化的主流植物，尤其是国外地毯式屋顶绿化。地毯式屋顶绿化维护简便，而且在不同生境基本上都表现出耐热和耐旱的优良特性，是一种比较容易推广的屋顶绿化形式。

4屋顶绿化生态效应研究

屋顶绿化的生态效应是多种多样的，对其研究主要集中在净化空气、收集过滤雨水及减少噪音干扰等方面。许多发达国家在新建的建筑群中，从图纸设计时就开始考虑屋顶绿化项目，除考虑增加待绿化屋面的荷载量外，建筑物的外观结构也向适于绿化美化的方向发展［5］。德国是屋顶绿化技术最先进的国家，屋顶绿化迅速发展的推动力来自于其取得的生态效益以及能源节约［28］、有效保存生物多样性以及维持城市生态平衡［29］等，同时也缓减了城市的热岛效应。20世纪末，随着屋顶绿化技术的发展和建造成本的降低，美国和加拿大等国充分借鉴了德国等欧洲国家的屋顶绿化经验，在本国的各大城市中大力推广。亚洲的日本、韩国和新加坡等国家也分别制定了相关政策，还制定了相关的法律和法规，扶持城市屋顶绿化的发展［30］，越来越多的国家关注城市生态环境，屋顶绿化的生态效应也受到各国的关注。

4.1净化空气

屋顶绿化所产生的净化空气效应主要体现在吸收和减少对大气CO2的排放、吸收有毒气体以及吸尘等方面。有研究表明，如果把一个城市屋顶都利用起来进行绿化，那么该城市空气中的CO2较没有绿化之前可减少85%［31］。针对城市整体的估算，一个城市屋顶绿化面积为6%，每年吸附灰尘30t［32］，每年可减少1.56Mt的直接来自建筑物的温室气体排放［33］。Getter等［34］通过对4种用于粗放型屋顶绿化的景天属植物进行2年以上的研究，结果表明屋顶绿化植物储存的CO2可达23.6kg/m2，植物地上部分和根部的生物量平均储碳168和107g/m2，不同植物之间也有差别。参照美国发电和燃烧天然气所产生的CO2排放平均值，即可转换成每年发电和燃烧天然气所产生的CO2分别减少排放2.3 2.6和0.24 0.97kg/m2［35－36］。

屋顶植物覆盖层可以吸附、滞留和固定大气中的有害气体、细菌、烟粉尘、重金属元素，并能吸收、分解空气中的氮氧化物、氨气、氯气等有害物质，抑制建筑物内部温度的上升，增加湿度、负离子含量［37］，从而提高城市空气质量。例如，北京城区空气中的有害气体主要成分是SO2，据统计，北京市屋顶绿化年吸收

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SO

2

量约为3.1g/m2，年滞尘量约为150g/m2，对环境的影响起到了积极的作用［38］。据国外研究表明，绿色屋顶每年可以过滤大约0.2kg/m2的尘土和烟雾颗粒，这些植物生长媒介还可以降低空气中或降水中产生的硝酸盐等有害物质［39］。城市屋顶面积通常约占城区总面积的40% 50%，可以通过种植植物来覆盖这些不可渗透的屋顶面积［40］，从而减少大气的污染。1m2的屋顶绿化可以抵消一辆汽车每年的微粒物质排放量［41］。据Clark等［42］估计，如果把美国密歇根州的底特律20%的工业及商业屋顶改造成传统的粗放型景天属植物的绿化屋顶，每年将减少

80万kg以上的NO

2

（占该区域排放量的0.5%）。在新加坡，绿化屋顶上空气中的SO2和HNO2的含量相对于无绿化的屋顶分别减少37%和21%［43］。如果对华盛顿20%的屋顶进行绿化，植物种植在屋顶与种植1.7万株行道树一样，可以吸收同等数量的空气污染物［44］。

综上所述，屋顶植物在吸存城市中的CO2以及吸附大气中的各种有害气体物质上，均发挥着显著的生态效应，净化了城市中日益污染严重的空气，屋顶绿化为城市居民的健康生活提供了一个低碳可行的有效途径，也为营建宜居舒适的城市环境提供了一个可持续发展的策略。

4.2雨水收集与过滤

国外关于屋顶绿化对雨水的收集与过滤研究和技术推广较为完善。绿色屋顶系统和不同深度的生长媒介，可减少50% 90%的直接雨水流失，这些雨水大部分是通过蒸腾作用直接进入自然水循环系统［40］。有研究表明，如果对华盛顿20%屋顶进行绿化，那么平均每年大约可以吸收储存9.58亿L的雨水［44］。由于屋顶绿化会增加屋面工程造价，许多国家都颁布了专门的优惠政策。例如，德国联邦法律规定建筑物按照雨水排放面积收取费用，鼓励业主通过建造种植屋面减免雨水税费［45］，从而减少雨水的地表径流。

很多污染物经过屋顶材料的过滤后被截留在屋顶绿化地的过滤膜上，可以除去雨水中的污染物，从而提高地表径流水的质量，为城市雨水回收利用开辟了一条生态的、可行的途径［46－48］。国内针对这个方面的研究还相对比较少。

2012年夏季，我国北京、广州、四川等城市遭受严重暴雨水灾的袭击，研究屋顶绿化在蓄积雨水、缓慢排除雨水、减缓城市暴雨袭击上的作用，均有重要现实意义。

4.3减少噪音干扰

在减少噪音方面，绿化屋顶比硬质屋顶表面可吸收更多的声波。有学者研究密集型与粗放型的屋顶绿化在声压上的效应，结果显示屋顶植被覆盖的百分比和声压的下降率呈现出线性关系。绿色植物特别是树木对噪音有很好的减弱功能［49］。相对于无绿化的屋顶，有绿化的屋顶对频率在500 1000Hz范围内的噪音降低效果最显著，最大可降低10dB的噪音［50］。屋顶花园至少可以降低3dB噪声，同时隔绝噪声效能达到8dB。这对于位于机场、高架桥和高速公路附近、有喧闹的迪斯科舞厅和大型设备的建筑而言是较为有效的减噪方法［51］。

5屋顶绿化隔热节能效应研究

由于全球气候变化问题，当前，低碳和节能已经成为全社会关注的热点。屋顶绿化由于其对建筑构造层的保护以及隔热功能，间接产生节能减排效应，因而也引起人们的关注，成为目前屋顶绿化研究的热点。

5.1隔热与节省能源消耗

由植被层覆盖的绿色屋顶可以避免顶楼空间的过热情况，并由此减少空调所消耗的能源［40］，这是屋顶绿化在节能减排乃至减缓全球升温方面的重要作用。屋顶绿化主要通过植物层的蒸发、隔绝热传导以及辐射吸收等机制实现良好的隔热效应，并间接减少空调能耗。

城市中的屋顶花园形成的巨大生态网络，通过在原本保存热量的地区表面覆盖植物，可以反射热量并增加水分蒸发［52］。夏季晴天的草坪地面上每天的蒸发量为4 5mm，而当蒸发量达到5mm时，1m2面积每天就可以散发掉2.44kWh的热量。据此可以推算，4m2的草坪就可以得到相当于1台家用空调运转12h的制冷效果［53］。增加城市的反射率可以降低夏季的温度，节省使用空调的费用，减少对流层表面系统对太阳辐射的吸收，在一定程度上减少全球温室气体的含量［54］。

屋顶绿化通过植物的热吸收和栽培基质的隔离，对屋顶的冷、热有明显的隔绝作用，有较好的保温功能。屋顶绿色植物除调节气温的作用十分明显外，在

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夏季还可以大大降低屋顶外表面的平均辐射温度（一般可降低10 20?），使建筑能耗尤其是建筑空调能耗大幅降低，从而进一步改善城市的热环境［55］。屋顶绿化在夏季的降温作用主要表现在对建筑屋顶表面的降温作用和对室内的降温作用。有学者认为屋顶绿化通过反射27%的光照，吸收60%的光照，可使屋顶温度的降低幅度达到75%。而屋顶绿化的存在又可增加热传导的衰减性，其当量热阻值可达0.41 0.63kW/m2，对室外热作用的衰减性提高了近1倍［33，56－58］，因而可降低室内温度1 6?［59］，将其换算成节省的电能，其节能效率为0.1066kWh/（d·m2），可节约20% 70%的能量［60］。有屋顶绿化房间比无屋顶绿化房间用电量，白天减少20.9%，夜间减少15.3%，可使室内温度下降5?左右，可明显降低建筑物周围的环境温度0.5 4?［61］。室外温度越高，屋顶绿化的节电效果越明显。屋顶绿化的隔热节能效应在很大程度上缓解了城市夏季用电矛盾［62］，据对广州市屋顶绿化的生态效益实地测定，屋顶绿化可节省空调20% 40%的耗电量，仅此一项每年节约价值数千万元［63］。

5.2节约建筑资源

由于实施屋顶绿化，建筑物的结构可以改变，从而节省建筑材料和费用。有研究表明，由于植物的茎叶对雨水有截流作用，其吸水功能可以把大量降水储存起来，直接的水分流失量将减少70% 90%。因此，排水口的数量能够大大减少，管道的直径也可以更小，能够节省大量建筑费用，节约建筑资源［43］。关于这方面的研究还较少，通过加入屋顶绿化元素节约建筑资源是一个很有意义的工作，笔者认为是一个研究的特别方向。

综上所述，国内外的研究主要包括隔热节能的效益和机制。在效益上的研究主要是屋顶绿化的降温，并由此节约空调使用的能耗等；在机制方面，主要是研究屋顶绿化反射热量、吸收热量、改变楼板的导热特性、增加水分蒸发以及调节微气候等。

6存在的问题与未来研究趋向

6.1加强屋顶绿化制度建设

我国屋顶绿化研究及建设起步比较晚，目前的研究水平较低，建设规模较小，技术规范性较差，政策和资金的支撑力度不足。由于条件制约以及现实的困难，部分植物利用还处于试验和探索阶段，对屋顶植物抗性研究比较少，一些数据只通过估算或推算得出，研究深度有待加强。除北京、上海、杭州等城市外，多数地区屋顶绿化建设仍然很少，谈不上规模。屋顶绿化建设必须靠政府政策和资金的支撑，而我国除了一些城市出台规范或政策外，并未形成规模化的制度，资金投入也是零星性的。

屋顶绿化在德国、美国、日本等发达国家已经普及，未来中国也应达到普及的程度，特别是加强在公共文化设施、医疗设施、学校、机关、住宅等的屋顶绿化。屋顶绿化是改善城市问题的良策，也将形成一种新的多功能的城市景观，更是未来城市发展的必然趋势。国家和地方政府应顺应这一种趋势，积极推进屋顶绿化的政策。我国政府部门应该在城市建设中同时做好屋顶绿化的全面规划，充分发挥其生态、节能、低碳功效以及经济效益，应加强屋顶绿化标准化的研究和制定，逐步提高绿化水平和规范性，使屋顶绿化得到可持续发展。建议设立合理的鼓励补偿制度甚至可以考虑通过立法强制推广屋顶绿化，以达到提高市民的生态低碳意识、加大屋顶绿化的科研力度、降低屋顶绿化的成本费用、提供成熟的屋顶绿化建造与维护技术等多重目的。

6.2筛选和扩充适宜植物种类

植物是屋顶绿化的基础，各种屋顶绿化的成功实施离不开适宜的植物种类。虽然国外已经筛选出不少植物种类，我国部分城市也已筛选出若干的屋顶植物种类，但屋顶绿化植物的开发还不够深入，植物种类还不够丰富。随着规模的增加、范围的扩大，需要提供更多的植物种类。目前，有些种类过于单一，如地毯式的屋顶绿化，主要是以佛甲草为主。应该扩大筛选范围，从野生资源中挖掘更多的种类，增加生物多样性，应更多地采用木本植物、藤本植物以及一些草本植物等。

此外，目前我国对地毯式屋顶绿化的研究还较少。事实上，地毯式屋顶绿化更容易大面积推广，所以应加强屋顶绿化植物筛选的研究，特别是筛选更多优良的地毯式屋顶植物，甚至培育新品种用于屋顶绿化。

6.3深入开展隔热节能效应研究

在当今全球气候变化背景下，屋顶绿化的隔热节能效应显得意义重大。所以，应该进一步深入开展隔热节能效应研究。当前，不少研究深度不够，如对于隔热产生的节能效应，许多是推算的结果，缺乏实际

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的空调使用监测数据。大尺度的隔热节能效应研究，如一座城市甚至是全球范围的模型也值得进一步研究。

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