技术 - 新闻中心 - 农业照明网

当前位置：首页

新闻中心

技术

新闻中心

技术新闻

产业新闻

园林夜景照明不同光质对植物生长的影响

发布时间：2024.01.04

天津大学建筑学院刘庭风刘永安汪幼江

天津市红桥区城市管理服务中心刘永安

上海同音照明设计有限公司汪幼江

常熟古建园林建设集团有限公司崔文军

摘　要：园林夜景照明助力城市经济发展的同时，干扰植物正常生长规律，影响园林植物健康生长。以上海城市公园中常见的4种园林植物海桐、大叶黄杨、红王子锦带和彩叶杞柳为例，在光照度值150lx～250lx的试验环境下，通过不同光质延时4h照射，分析4种植物的生长指标、叶形态特征、叶绿素含量和生物量的变化，探讨光照度值150lx～250lx、环境延时照射对植物生长的影响，以及植物生长指标各参数对不同光质的反应关系。结果表明：4种植物在试验光环境中可正常生长，叶面积形态、总叶绿素含量等指标变化显著；在不同光质照射下不同植物各生长指标的反应不同。因此，光照度值150lx～250lx延时4h照射是适合海桐等4种园林植物正常生长的夜间照明环境，夜景实践中应根据不同植物品种选择不同光质照射以确保植物健康生长。

关键词：园林植物园林夜景植物生长光质

园林夜景是在人工照明下形成的夜间综合景象，由城市中自然、人文等诸多要素共同构成^[1]，植物夜景是其中不可或缺的一部分。植物夜景在提升城市夜景效果，打造城市现代化形象，改善城市居民生活环境，促进城市经济发展，增加城市夜间照明，保障夜晚游客安全等方面起到关键作用。例如，厦门的金砖会议和杭州的G20峰会夜景给外国领导人留下了深刻印象；英国政府宣称通过城市的夜景照明，带动了城市内部第三产业综合设施的全面配套发展，带来了相关科技旅游业的发展，使城市GDP上涨4%等。光照是影响园林植物生长过程各个环节的重要因素，与植物生长密切相关^[2]。植物白天生长、夜间休息是正常的“作息”规律，夜间增加光照势必会对植物的正常生长产生影响，过度照明还会破坏植物的生长健康^[3]，进而破坏园林植物景观的艺术呈现，影响城市园林景观效果。《城市夜景照明设计规范》（以下简称《规范》）中关于园林夜景照明仅作了定性要求，缺乏照度值和光照时间的定量指标^[4]，难以满足园林植物夜景照明实践的技术需求。2015年中国照明学会把夜景照明植物列为重点研究课题，部分学者对夜景光照对植物的影响进行了研究和总结，但总体来说，研究尚处于探索阶段。因此从植物生长指标参数角度量化研究园林夜景照明光照对植物生长的影响具有重要意义。

光质是光照中光谱组成的统称^[5]，呈现出不同光色。园林植物色彩斑斓，在夜景中为了突出这一特征，往往会用彩色光源照射园林植物，这时光质成为影响植物生长的主要因子之一。目前国内外关于光质对植物生长影响的研究多在农林业领域，研究结果显示，不同光质可以触发植物体内不同的光质受体，进而影响植物的生长发育^[5-9]，这些成果为了解城市中夜景照明对园林植物生长的影响提供了重要参考。以园林植物为对象的研究成果主要集中在夜景光生态^[10]、植物生理生态响应^[11-12]，以及光质对行道树光合作用、植物叶片色彩等指标的研究^[13-14]，在全面研究光质对植物叶片形态、叶绿素、生长势、生长量等生理指标方面尚有欠缺。本文以上海城市公园中常见的4种常见园林植物海桐（Pittosporumtobira）、大叶黄杨（BuxusmegistophyllaLevl.）、红王子锦带（Weigelaflorida‘RedPrince’）和彩叶杞柳（Salixintegra‘HakuroNishiki’）为研究对象，在设定照度值和延时光照时间的光环境中，选用红、黄、蓝、绿、白光5种不同光质进行光照试验，研究分析不同光质与不同园林植物生长指标各参数间的反应关系，为城市园林植物夜景观营造提供参考。

材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1选取原则

园林植物景观营造中，乔木为竖向构图，花灌木以横向构图为主。从整个植株接受光照的范围来看，花灌木接受光照的范围相较于乔木更大，可以更好地反映光照对植物生长的影响，因此本试验选取的植物均为花灌木。相较于成年植株，对幼苗进行光照试验得到的结果敏感度更高，所以在选择植株时选取灌木幼苗为试验样本。

1.1.2植物品种

选取上海市园林中常见的4种阳性灌木植物：海桐、大叶黄杨、红王子锦带、彩叶杞柳作为试验材料，材料均为一年生幼苗（表1）。

表1 试验园林植物属性一览表

1.2 试验方法

1.2.1试验环境

1）试验环境光照度范围确定。组织专业团队在上海长风公园、江苏省苏州金鸡湖公园、安徽省蚌埠大塘公园、张公山公园等现场测定不同光源投射大乔木、小乔木和灌木绿带等获取植物平均照度、植物平均亮度、亮度比等数据，对照CIE照明标准和《规范》，得出人眼视觉适宜的光照环境数值，进行园林夜景视觉适宜度调研。在上海长风公园内发放调查问卷160份进行为期2个月的夜景观社会受众调查，被调查人员涉及普通居民、照明行业从业人员、机关工作人员等，年龄在20岁～65岁，问卷设置植物亮、暗，植物色彩适宜度，园路亮、暗以及公园整体环境评价等选项。通过两项调研得出结论：当园林植物在150lx～250lx照度值时，既满足《规范》中的景观照明要求又最受社会受众欢迎^[15]。由此将试验环境的光照度值设定为150lx～250lx。

2）试验光照时长的界定。园林夜景中，植物必然是经过了一个白天的自然光照后，在夜间继续接受人工光照，因此，增加的光照时长是考量光照对植物生长影响的重要条件。通过咨询上海市城市管理部门对夜景照明的相关规定和实地考察，在正常情况下上海市夜景灯光开放时间为4h，以此为依据设定本试验中园林植物在接受白天光照后的延时光照时长为4h。

1.2.2 试验方法

试验共设置6组，1组处于自然状态下，作为参照物，其他5组分别照射红、黄、蓝、绿、白光，与参照物进行比较。每组4种植物，每种植物4棵，试验总株数为96棵。每种树种的小苗大小、高度、长势均一致。试验周期从3月－10月，每天延时照射植物时间为19:00－23:00，与上海城市夜景照明开放时间保持一致；灯具开灯时间用时间控制器控制；每天由专人负责给植物浇水。

1.2.3 试验装置和仪器

在上海市辰山植物园的两个花卉大棚之间，设置6个空间：1个空间处于自然状态下摆放植物，作为对比植物；其余5个空间分别放置红、黄、蓝、绿、白5种不同色彩的光源照射植物。每一个空间的尺寸为2m×2m×2m，光照试验时每一空间采用黑纱帘相隔（图1、图2）。试验中随着植物的生长动态调整光源灯具的悬挂高度。

图1 试验组、对照组布置平面示意

图2 试验装置及搭建场景

试验过程中需要测量受光植物的光照度、光谱、温度、湿度等指标，因此，试验采用的仪器为：Li-250A光量子计，HoBo系列温湿度仪器，光谱仪UPRtek，以及RXZ-500D人工气候箱。

1.2.4 测定指标与方法

1）生长指标。测量每株幼苗的生长高度和枝条的生长长度。于4月初种植后，每株随机选择3根标准枝条，用于生长观测以及生长量测定。在10月份植物生长期末，测定植株的株高生长量和一年生枝条生长量。

2）叶形态特征。在10月份进入试验处理的后期，采集从顶端数第3对～4对充分展开的叶片测量叶形态指标。用美国Li-Cor公司生产的Li-3000叶面积仪对每个叶片进行扫描，得到叶片长度、宽度、叶柄长、周长、面积；测定完叶面积后，先称鲜重，之后将样品置于80℃烘箱烘干至恒重，称干重，计算比叶面积。

3）叶绿素含量。在7、8月份，分别采集从顶端数第3对～4对充分展开的叶片，经过试验室处理后使用分光光度计仪器测量并计算叶绿素含量。

4）生物量。在10月份试验结束后，将幼苗整株挖出，用清水将幼苗清洗干净，称量总重量，得出鲜重。之后将幼苗分解为根茎、叶，叶又可分为叶片和叶柄，把各个部分放入烘箱在80℃的环境下48h烘干后，称量各部分重量得出干重。

1.2.5 数据分析

应用Excel整理数据和绘制图表，采用标准差和原始测量数据相结合的方式对数据进行分析，数据为3次重复的平均值+标准差^[16]。应用协方差分析和单因素方差分析方法进行显著性分析。

结果与分析

2.1 不同光质对叶片形态的影响

叶片是植物吸收光照获取能量的主要器官，叶片形态最能体现植物对光环境的适应性^[17]。不同植物在不同光质的照射下，其叶长、叶宽、叶面积等均会根据光照变化而变化^[18]。分析不同光质对叶片形态的影响（图3）可知：1）与不增加4h光质处理比较，增加4h光质处理的海桐叶面积极显著（P＜0.01）增加，大叶黄杨的叶面积显著（P＜0.05）增加，红王子锦带和彩叶杞柳的叶面积增加不显著（P＞0.05）；增加光质处理能促进4种植物叶片的生长；增加4h光质处理后的植物叶片干物质含量低于未持续的光照处理，说明增加光质处理不利于叶片干物质积累。2）不同光质处理下，红光更有利于海桐叶面积的增加，蓝光更有利于大叶黄杨叶面积的增加，黄光更有利于红王子锦带叶面积的增加，白光更有利于彩叶杞柳叶面积的增加。

3）不同光质处理下，红光更有利于彩叶杞柳的比叶面积增加；蓝光更有利于海桐、大叶黄杨和红王子锦带比叶面积增加。

注：A不同光质对海桐叶面积、比叶面积和干物质含量的影响；B不同光质对大叶黄杨叶面积、比叶面积和干物质含量的影响；C不同光质对红王子锦带叶面积、比叶面积和干物质含量的影响；D不同光质对彩叶杞柳叶面积、比叶面积和干物质含量的影响。

图3 不同光质对园林植物叶面积、比叶面积和干物质含量的影响

2.2 不同光质对叶绿素含量的影响

叶绿素作为植物进行光合作用的主要色素，与光照直接作用进而转化传递能量供植物生长发育，因此单位叶面积的叶绿素含量与植物的生长健康密切相关^[19]。4种植物的叶绿素含量变化结果（图4）显示：1）试验照度条件下增加4h光质处理后，海桐、大叶黄杨总叶绿素含量极显著（P＜0.01）高于未持续光质处理，彩叶杞柳的总叶绿素含量极显著（P＜0.01）低于未持续的光质处理的，说明持续光质处理更有利于海桐、大叶黄杨光合色素含量的产生，而不利于彩叶杞柳光合色素含量的产生。2）不同光质处理下，红光照射海桐的总叶绿素含量增加极显著（P＜0.01），红光和蓝光照射大叶黄杨的总叶绿素含量增加极显著（P＜0.01），蓝光照射红王子锦带的叶绿素含量增加显著（P＜0.05）。红光有利于常绿树种海桐光合色素含量的产生；红光和蓝光更有利于大叶黄杨光合色素含量的产生；蓝光更有利于红王子锦带光合色素含量的产生。

2.3 不同光质对植物生长势的影响

生长势是植株生长发育旺盛程度的直观展现。试验中增加4h光质处理后对4种植物的生长势进行统计分析，并与未增加光质处理参照组进行对比（图5），结果显示：1）在试验照度条件下，延时光照4h的4种植物长势良好，均未有徒长现象。2）红光和蓝光照射下，海桐和大叶黄杨的树高生长量和当年生枝条生长量显著（P＜0.05）高于其他光质处理，表明红光和蓝光下常绿树种海桐和大叶黄杨有较强的生长势；红光、黄光和绿光处理的落叶灌木红王子锦带和彩叶杞柳的树高生长量和当年生枝条生长量显著（P＜0.05）高于其他光质处理，表明红光、黄光和绿光下落叶灌木红王子锦带和彩叶杞柳有较强的生长势。

注：A不同光质对海桐叶片叶绿素含量的影响；B不同光质对大叶黄杨叶片叶绿素含量的影响；C不同光质对红王子锦带叶片叶绿素含量的影响；D不同光质对彩叶杞柳叶片叶绿素含量的影响。

图4 不同光质对植物叶片叶绿素含量的影响

注：A不同光质对海桐等4种植物树高生长量的影响；B不同光质对海桐等4种植物当年生枝条生长量的影响。

图5 不同光质对植物生长势的影响

2.4 不同光质对植物生物量积累的影响

光质改变同样会对植物生物量积累产生影响，这在农作物方面已得到证实^[20]。本次通过不同光质对4种园林植物处理，对比分析植物生物量积累的变化（图6），结果显示：1）试验照度条件下增加4h光质照射后，红光、黄光、绿光处理下的4种园林植物的生物量积累显著（P＜0.05）高于未处理参照组，表明红光、黄光、绿光有利于4种植物生物量的累积。2）红光和绿光处理的海桐的干物质量显著（P＜0.05）高于其他光质处理，表明红光和绿光更有利于海桐干物质的积累；蓝光处理的大叶黄杨干物质量显著（P＜0.05）高于其他光质处理，表明蓝光更有利于大叶黄杨的干物质积累；红光、黄光、绿光处理的红王子锦带和彩叶杞柳干物质量显著（P＜0.05）高于其他光质处理，表明红光、黄光和绿光更有利于落叶灌木红王子锦带和彩叶杞柳干物质的积累。

注：A不同光质对海桐等4种植物生物量积累（鲜重）的影响；B不同光质对海桐等4种植物生物量积累（干重）的影响。

图6 不同光质对植物生物量积累的影响

讨论

植物是维持陆地生态系统机能的重要物质，分析光环境对其健康生长的影响需要首先确定环境的光照度值和光照时间。已有研究显示，在光照度值保持在植物光补偿点与光饱和点之间时，即可激发植物光合作用进行生长又不损害植物健康，低于光补偿点时植物光合作用小于呼吸作用，处于休息状态^[21]。阳性植物光补偿点大约在9μmol·m^-2·s^-1～18μmol·m^-2·s^-1（相当于450lx～900lx），阴性植物光补偿点大约为9μmol·m^-2·s^-1（相当于450lx）^[22]。本试验设定光环境照度值150lx～250lx，低于植物光补偿点，结果显示4种园林植物均处于正常生长状态，此时植物的光合作用依然大于呼吸作用。试验表明，“低于光补偿点时植物光合作用小于呼吸作用，处于休息状态”的结论并不适用于所有植物，海桐、大叶黄杨、红王子锦带和彩叶杞柳在低于光补偿点的光照射时光合作用大于呼吸作用，处于正常生长状态。

植物作为城市园林构成要素之一，是有生命的特殊存在，光照是其生长发育的重要条件。不合理的园林夜景照明不仅会破坏园林植物景观的艺术美，还会影响到植物自身的健康生长^[23-24]。本试验结果表明，不同植物材料对光质的反应是不同的，因此在植物景观照明对策上应考虑选光适树。在自然环境中，植物的正常生长状态是白天生长夜晚休息，即“昼长夜眠”，因此对植物健康而言，夜晚生长势不易过旺。本试验结果表明，对海桐等4种植物来说，不同光质比较而言有色光比白光照射对促进植物生长的影响更大，因此在植物夜景中最好使用对植物生长影响最小的白光照射。如果需要应用有色光，红光、蓝光对海桐等4种植物生长的影响较大，绿光、黄光和白光相对影响较小，这一结果与已有研究成果具有共同性^[25-27]，在夜景设计中应用彩色光时也要尽量避免使用红光和蓝光。

已有研究认为，植物不吸收绿光，对绿光起反射作用^[24-26]。在本研究中，园林植物海桐、大叶黄杨、红王子锦带在绿光照射下，其叶面积（6.6%～21%）、比叶面积（8.67%～18.2%）与对照相比都有较大的增长；树高生长量分别增加了17.15%左右；枝条生长量分别增加了4.72%～29.99%。园林植物彩叶杞柳在绿光的处理下，叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量高于其他光质处理。试验表明，海桐、大叶黄杨和红王子锦带在绿光照射下，照射光能不会全部被反射掉，绿光也会对这些植物的生长产生明显影响，不同植物的物种特性致使绿光照射产生的结果不同。在夜景实践中，要获取生长较好的植株需依据植物的物种特性选择相应的光质处理。

结论

相对于接受正常日照、夜间未增加光照的植物而言，在光照度150lx～250lx环境下每天增加4h持续照射后，4种植物的树高、枝条、生物量积累都有显著增加，植物的叶绿素指标也有波动，全部生长指标均在正常生长值范围内。植物生长未出现光抑制现象和徒长现象，因此，照度值150lx～250lx，延时4h光照适用这4种园林植物的夜景照明。

不同光质对不同植物生长指标参数的影响不同，例如红光和蓝光下海桐和大叶黄杨有较强的生长势，红光、黄光和绿光更有利于红王子锦带和彩叶杞柳干物质的积累等，因此，要确保夜景照明环境中园林植物的健康生长，需依据植物的物种特性选择相应的光质处理。

参考文献：

[1]沈欣荣.夜景观与夜景观设计概念的产生[J].沈阳建筑工程学院学报(自然科学版),2002,18(1):21-24.

[2]张渝文,李鑫.城市夜景照明光污染对植物生长的影响[J].灯与照明,2008,32(1):27-29,39.

[3]刘涛,李万年,王家妍,等.红蓝光质配比对观光木苗木生长及内源激素的影响[J].西南林业大学学报(自然科学版),2022,42(2):11-18.

[4]中国建筑科学研究院.城市夜景照明设计规范:JGJ/T163-2008[S].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[5]崔洪平.光质对松树生长及生理特性的影响[J].绿色科技,2022,24(13):82-84,67.

[6]许大全,高伟,阮军.光质对植物生长发育的影响[J].植物生理学报,2015,51(8):1217-1234.

[7]郑洁,胡美君,郭延平.光质对植物光合作用的调控及其机理[J].应用生态学报,2008,19(7):1619-1624.

[8]PICOTTE J J,ROSENTHAL D M,RHODEJM,etal.Plastic responses to temporal variation in moisture availability:consequences for water use efficiency and plant performance[J].Oecologia,2007,153(4):821-832.

[9]GAMIER E,SHIPLEY B,ROUMET C.Astandardized protocol for the determination of specific leaf area and leaf dry matter content.Functional Ecology[J].2001,15(5):688-695.

[10]邓金坷.颐和园夜景光生态研究[D].天津:天津大学,2006.

[11]曹艺.城市园林植物对夜间光照的生理生态响应[D].成都:四川农业大学,2015.

[12]杜达丰,王洪珍,王爱英.LED夜景照明对植物生理的影响探讨[J].灯与照明,2013,37(4):27-30.

[13]范春楠,孙艳昭,王艺萌,等.路灯照明对杏树行道树生长及光合的影响[J].北华大学学报(自然科学版),2017,18(1):101-105.

[14]段然,杨春宇,陈霆.园林照明对景观植物叶片色彩影响研究[J].中国园林,2016,32(1):83-86.

[15]刘庭风,汪幼江.园林夜景植物的光照度调查[J].照明工程学报,2019,30(5):66-70.

[16]段然.基于植物生物节律的园林照明研究:以窄叶石楠为例[D].重庆:重庆大学,2017.

[17]李娟霞,田青.兰州市6种园林植物叶片形态和光合生理特征[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2022,50(1):72-80.

[18]段然.基于生物节律的园林植物照明[M].重庆:重庆大学出版社,2019.

[19]何桂芳,吴见,彭建,等.基于高光谱的石楠叶片叶绿素含量估算模型[J].西北林学院学报,2022,37(1):25-32,59.

[20]林晓宇,朱强根,刘慧,等.光照对植物枝叶生长和生物量的影响研究进展[J].现代园艺,2022,45(2):1-4.

[21]李农,王钧锐.植物照明的生态环保研究[J].照明工程学报,2013,24(2):5-9.

[22]陈景玲.实用光源的lx与μmol·m-2·s-1的转换关系[J].河南农业大学学报,1998,32(2):94-97.

[23]杨春宇,段然,马俊涛.园林照明光源光谱与植物作用关系研究[J].西部人居环境学刊,2015,30(6):24-27.

[24]刘颂,董宇翔,邹清华.夜景照明对城市滨水环境生态—活力目标权衡的影响:以上海黄浦江徐汇滨江段为例[J].中国城市林业,2022,20(1):73-79.

[25]程亚娇,谌俊旭,王仲林,等.光强和光质对大豆幼苗形态及光合特性的影响[J].中国农业科学,2018,51(14):2655-2663.

[26]曹刚,张国斌,郁继华,等.不同光质LED光源对黄瓜苗期生长及叶绿素荧光参数的影响[J].中国农业科学,2013,46(6):1297-1304.

[27]周锦业,丁国昌,何荆洲,等.不同光质对金线莲组培苗叶绿素含量及叶绿素荧光参数的影响[J].农学学报,2015,5(5):67-72.

来源：《中国城市林业》

《照明技术与设计》2023年10月