淺析夜景照明對植物生長的影響

王 荷，張蓓蓓，張 輝，王 朋

（陜西省災(zāi)害監(jiān)測與機理模擬重點實驗室/寶雞文理學院地理與環(huán)境學院，陜西寶雞721013）

淺析夜景照明對植物生長的影響

王 荷，張蓓蓓，張 輝，王 朋

（陜西省災(zāi)害監(jiān)測與機理模擬重點實驗室/寶雞文理學院地理與環(huán)境學院，陜西寶雞721013）

文章首先簡述了城市夜景照明的概念及城市主要綠化植物的種植和分布，依據(jù)城市空間分布將夜間照明和城市植物進行了簡單劃分，以光源為出發(fā)點，歸納了光照（光質(zhì)、光時和光強）在植物光合作用、生長代謝等方面的作用。綜合分析了當前國內(nèi)外在該方向的研究進展，指出了目前城市夜景照明和城市綠化植物兩者之間相互結(jié)合相對欠缺的研究現(xiàn)狀。提出了具體化研究想法：采用實地調(diào)查及試驗方法統(tǒng)計分析夜景照明對城市綠化植物的現(xiàn)狀，并以新型光源LED為入手點將兩者結(jié)合研究。最后，對合理安排規(guī)劃城市夜景照明和保護綠地植物提出意見。

城市夜景照明；植物；光時；光質(zhì)；光強

0 引言

目前，從設(shè)計到規(guī)劃，城市夜景照明系統(tǒng)都有了迅速發(fā)展，每個城市都在利用各種照明方式打造不同的城市形象。夜間照明對城市有美化的作用，對居民的居住環(huán)境也有所改善，同時也保證了城市旅游觀光業(yè)的發(fā)展，它給城市帶來美感的同時，也產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟效益和社會效益[1]。目前，有關(guān)城市夜景照明的研究主要集中在規(guī)劃、設(shè)計、照明方式、亮度標準及在建筑或景觀觀賞中的應(yīng)用等問題上，而夜景照明對景觀植物生長發(fā)育影響方面的研究并不多。筆者就現(xiàn)有的針對景觀植物的研究做一綜述，分別從城市夜景照明、城市常用公共植物及光照對景觀植物的影響等幾個方面進行闡述，最后對以后夜景照明對景觀植物的影響研究提出一些意見或建議。

1 城市夜景照明簡述

國內(nèi)城市夜景照明開始于1989年上海外灘的建筑照明[2]，現(xiàn)已成為城市景觀中不可缺少的部分。城市夜景照明是指城市區(qū)域所有室外活動的空間或景物的夜間照明；常見的有夜景景觀照明、道路與交通照明、廣場或工地照明、廣告標志照明和園林山水照明等[3]。常見的夜景照明光源有白熾燈、汞燈、熒光燈、金屬鹵化物燈、高強度氣體放電燈、LED燈等。在城市的規(guī)劃建設(shè)過程中會常常會將照明和綠化植物結(jié)合起來進行安排和建造。根據(jù)環(huán)境不同，植物和光源有不同的搭配，以達到夜間照明及美化的作用[4]。

2 城市常用公共植物簡述

植物在城市公共空間中扮演著重要的社會和生態(tài)角色，對公共空間的美化起到一定的作用[5]。城市常用公共植物不僅要適應(yīng)當?shù)氐臍夂蚝屯寥罈l件，還需要具有一定的觀賞價值。其中，樹木、花卉及草坪景觀是最常見的植物景觀[6]，這3種形態(tài)的景觀以不同的組合分布于各個城市的公共空間。城市公共植物分為城市廣場植物、城市公園植物及城市街道植物等。

2.1 城市廣場植物

根據(jù)前人研究發(fā)現(xiàn)，城市廣場綠地覆蓋率在50%～80%時能取得較好的景觀、生態(tài)和游憩效果，形成適宜人居的小氣候，營造不同景色的變化。國內(nèi)各地城市地理位置差異、氣候差異及土壤類型差異造成城市廣場植物的種類也是各異的，這里以長沙市為例列舉城市廣場應(yīng)用較多的植物[7]：常見喬木包括白皮松、榕樹、銀杏、廣玉蘭、囯槐、棕櫚、云杉、紅楓、油松等；常見灌木包括羅漢松、大葉黃楊、金絲桃、海桐、金葉女貞、南天竹、水梔子、臘梅、海棠等；草木包括中華細葉結(jié)縷草、狗牙草、冬麥等[8-9]。

2.2 城市公園植物

運用喬木、灌木、藤本、竹類、花卉、草本等植物為材料，創(chuàng)造出與周圍適應(yīng)的環(huán)境被稱為城市公園植物景觀[10]。不同主題的公園會選擇合適的植物材料搭配來襯托主題。

2.3 城市街道植物

街道植物的作用是創(chuàng)造一個和諧優(yōu)美的城市環(huán)境，街道植物的選取常以各地的本土植物為骨干樹種，再輔以綠地木本植物，比如與喬、灌、花、草等相互搭配，形成最終的景觀模式[11]。

3 光照對景觀植物的影響

光照對植物的生長發(fā)育過程中有著很重要的作用，是綠色植物賴以生存的必要條件之一。光照作為能源控制著光合作用，影響植物生長發(fā)育的各個階段；同時光照作為一種觸發(fā)信號，影響著植物的光形態(tài)建成。

3.1 光時對景觀植物的影響

光時對植物的影響體現(xiàn)在晝夜光照時間的周期性變化，其中受影響較大的是植物的開花、結(jié)果、休眠和落葉等。根據(jù)植物對光照時間的生理響應(yīng)可將植物大致分為長日照植物、短日照植物及日中性植物3種類型。城市夜景照明無疑增加了植物的光照時間，會影響植物生長發(fā)育過程。

3.1.1 光時對景觀植物種子萌發(fā)和幼苗生長影響 光周期對植物和植物組織培養(yǎng)都有重要的影響[12-13]。光照時間影響著種子的發(fā)芽，長日照條件下種子的發(fā)芽率會高于自然條件下種子的發(fā)芽率，這是由于長日照條件下有更多的同化產(chǎn)物向種子分配和積累[14]。目前城市公共空間種植的植物基本都是移栽而來的，從生長地到移栽地，不同植物的光周期被統(tǒng)一，可能會對某些景觀植物的幼苗以及種子形成造成一定的影響。

3.1.2 光時對景觀樹木育苗的影響 樹是城市綠化的主要植物，承擔了凈化空氣、吸收溫室氣體、營造宜居環(huán)境的重任。根據(jù)前人對某些樹種研究發(fā)現(xiàn)，延長光照時間能夠促進苗木生長及抑制休眠，反之，縮短光照時間則能抑制苗木生長和促進頂芽形成，因此給某些苗木補光可以促進其生長縮短育苗時間，提高育苗效率[15]。龍作義等[16]給紅皮云杉苗木延長光照時間促進了該樹木的生長。城市道路兩旁的綠化樹常常會跟路燈間隔安排，路燈能夠照射到的樹木葉子跟陰影區(qū)樹木葉子的生長狀況是有所差別，這種差別因樹木的種類而有所不同。

3.1.3 光時對景觀植物花芽分化及開花的影響 對于不同植物來說，光照和黑暗時間的差異會導(dǎo)致不同植物有不同的反應(yīng)。其中，某些植物對光照和黑暗的反應(yīng)非常靈敏，通過黑夜的長短來控制開花和落葉，長時間、大量的夜間人工光照射，會導(dǎo)致一些植物花芽過早分化，或者抑制另外一些植物的花芽分化[17]。花芽分化是不僅植物從生長階段進入生殖階段的標志，而且可以直接影響到景觀植物的開花數(shù)量與質(zhì)量。植物能夠靈敏的感知光照時間的變化，因為光周期是決定植物開花的一個重要環(huán)境因子。有研究表明每天接受光源輻射的時間如果超過確定的臨界值，菊花便不會開花，風鈴草則只會開花不會結(jié)果[18]。Imaizumu等[19]研究發(fā)現(xiàn)植物開花和光周期有密切聯(lián)系，很多植物只有在適宜的光周期下一段時間才能開花，否則將會一直處于營養(yǎng)生長狀態(tài)。徐祖明等[20]在研究松果菊時發(fā)現(xiàn)，光時會對松果菊的生長發(fā)育產(chǎn)生影響，花芽也因光時的不同而產(chǎn)生變化，最適光時能夠使花芽提早分化且產(chǎn)生的種子品質(zhì)高。

3.2 光質(zhì)對景觀植物的影響

城市夜景照明的光質(zhì)不同于太陽輻射，太陽輻射的波長范圍是150～4000 nm，其中380～780 nm屬于可見光部分，可見光對植物的生長發(fā)育最為重要。人工光源的波長不同于太陽輻射的波長，它們發(fā)出不同波長的光質(zhì)對植物產(chǎn)生的作用不同，不適宜波長呈現(xiàn)出的燈光顏色會使植物的生命活動發(fā)生紊亂，甚至死亡。表1比較了幾種光源發(fā)出的光譜對植物生長的影響[3]。其中以高壓鈉燈和白熾燈對植物潛在的影響較大，而熒光燈、汞燈等對植物的潛在影響較小。

表1 常見人工光源光譜對植物潛在的影響比較

光質(zhì)對植物的生長發(fā)育至關(guān)重要，它除了作為一種能源控制光合作用之外，還作為一種觸發(fā)信號影響植物的生長[21]。植物感知光照靠的是光受體對光照的吸收，這一過程將光照的物理能量轉(zhuǎn)化為化學能量[22-23]。不同光質(zhì)可激發(fā)不同的受光體，進而影響植物的光合特性、生長發(fā)育、抗逆性等[24-26]。光質(zhì)對光合作用的調(diào)控主要包括可見光對植物氣孔器運動、葉片生長、葉綠體結(jié)構(gòu)、光合色素及其編碼基因和光合碳同化等的調(diào)節(jié)，以及紫外光對植物光系統(tǒng)Ⅱ的影響[27]。

3.2.1 光質(zhì)對景觀植物光合作用的影響 光質(zhì)通過葉綠素對植物的光合作用產(chǎn)生影響，葉綠素含量體現(xiàn)了植物對光能的吸收和轉(zhuǎn)化能力，是評價植物生長發(fā)育狀況的一項重要指標[28-29]，不同光質(zhì)對植物葉綠素含量的影響是不同的。很多研究顯示，白光和紅光促進植物葉綠素含量的升高，而藍綠光抑制植物葉綠素含量的升高[30-33]。但是也有研究顯示某些植物藍光處理下葉綠素的含量高于紅光處理[34-36]。因此光質(zhì)對植物葉綠素含量的影響因植物的種類及組織器官等不同而有所不同。

此外，光合速率是表征光合作用的重要指標。一些研究顯示藍光可提高菊花葉片凈光合速率的值，而紅光會使得光合速率的值降低[37]；還有一些研究結(jié)果表明紅光促進植物葉片光合作用，而藍光抑制植物葉片的光合[38]。分析結(jié)果可能因所選物種對光質(zhì)的適應(yīng)程度不同而造成光質(zhì)對葉片光合作用的影響不同。

3.2.2 光質(zhì)對植物生長及代謝的影響 研究顯示，紅光可促進某些植物幼苗的生長，促進橫向分枝及分蘗，延遲花芽分化，而遠紅光可消除該效應(yīng)[39-40]；藍光可以抑制植物葉片的生長，減小葉面積，降低植物的生長速率[41-42]。植物內(nèi)部碳氮代謝物質(zhì)含量也受光質(zhì)的影響，研究顯示藍光有助于蛋白質(zhì)的合成而紅光有助于碳水化合物的增加[43]。謝寶東等[44]對銀杏葉研究得出光質(zhì)對植物此生代謝物含量影響顯著，短波段利于黃酮和內(nèi)酯類物質(zhì)的積累而長波段有利于生長。

3.3 光強對景觀植物的影響

光照強度是一種環(huán)境信號，它通過植物體的光敏色素來影響植物的生長發(fā)育。由于夜間照明存在，植物葉片接收到的光照強度不同于自然狀態(tài)下的光強，因此會對植物生長產(chǎn)生直接的影響。植物對光照強度的需求有一個上限，即光飽和點[14]。光照強度達到上限時光合作用達到最強，超過上限時就會使植物產(chǎn)生光抑制從而降低植物的光合作用。由于城市亮化的需要，城市夜景照明往往會提供給城市綠化植物較強的光照強度，其中陰生和偏陰性植物受到的影響最大。

3.3.1 光照強度對景觀植物的光合作用影響 光強對植物的光合作用影響也是通過葉綠體進行的，植物體內(nèi)的葉綠體是植物捕獲光能的重要載體，其中葉綠素a含量反映了植物對光照的利用能力，而葉綠素總量尤其是葉綠素b含量可以直接反映植物對光照的捕獲能力，不同光照強度對植物光合作用的影響主要是通過植物對光照的捕獲利用能力來實現(xiàn)的[45]。研究顯示，降低光照強度可以降低高山杜鵑葉片葉綠素a的含量，而葉綠素b的含量增加，葉綠素a/b降低，葉綠素a/ b的降低有利于吸收環(huán)境中的紅光，維持光系統(tǒng)Ⅰ(PSⅠ)與光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)之間的能量平衡，是植物對弱光環(huán)境的生態(tài)適應(yīng)[46-47]。此外，強光環(huán)境下，過剩光能會引發(fā)氧化脅迫，對光合作用反應(yīng)中心、光合色素和光合膜產(chǎn)生巨大傷害，植物容易產(chǎn)生光抑制。有研究顯示強光條件下金花茶幼苗的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總含量都減少；分析發(fā)現(xiàn)強光破壞了葉綠體的PSⅡ系統(tǒng)，使光合作用的原初反應(yīng)過程受到抑制，影響光合電子鏈的傳遞，從而對植株正常生長產(chǎn)生抑制作用[48]。

3.3.2 光照強度對植物代謝的影響 碳氮代謝是植物生長發(fā)育的最基本代謝。光合作用是碳代謝的重要部分，其強度與碳代謝呈正相關(guān)[49]。在一定的范圍內(nèi)，光照強度增加，促進植物的光合作用，碳代謝增強；光照強度減小，抑制植物的光合作用，碳代謝減弱。植物的氮素營養(yǎng)狀況以及氮素的吸收和光照強度在一定程度上也有聯(lián)系，曾希柏等[50]以葛芭為材料，結(jié)果表明光照強度增加作物吸收氮素的速度較快、吸氮量增加、產(chǎn)量高。分析原因為強光下植株的硝酸還原酶活性、谷氨酸脫氫酶活性以及葉片中的可溶性蛋白質(zhì)的含量較高，具有較高的氮素同化能力[51]。植物的黃酮形成和積累最能體現(xiàn)出光強對植物體內(nèi)酚類化合物含量的影響，前人通過研究發(fā)現(xiàn)不同光強下銀杏體內(nèi)的黃酮含量有所差異[52]，說明光照強度對植物體黃酮的形成有一定的作用。

4 展望

城市夜景照明對景觀植物的影響研究還有待進一步研究。比如城市里的主干道，因為照明需求都會使用大功率路燈，同時考慮到照亮范圍就會增高路燈的高度，此時夜間照明就會對道路兩旁的城市綠化帶植物產(chǎn)生影響。由于景觀植物的種類多，各地城市的綠地植物也有所差異，因此大范圍的研究是不現(xiàn)實的。在做這方面的研究時需要確定研究區(qū)域和研究植物，進行實地的調(diào)查與試驗分析，才能夠合理有效地反映夜景照明對某些景觀植物的影響。

從光源方面出發(fā)，傳統(tǒng)夜景照明的光源能耗大、運行成本高，前人的研究已經(jīng)指出了這種方式的夜間照明會對植物造成嚴重的影響。城市光源設(shè)備的安排選用中通常會結(jié)合景觀植物，但是絕大部分是出于設(shè)計和視覺方面安排的，而對植物的生長和生理的考慮是次要的；從景觀植物方面出發(fā)，城市的植物景觀設(shè)計的研究已經(jīng)很成熟了，植物的選取要結(jié)合當?shù)貧夂颉⒕用裆钜约吧鷳B(tài)環(huán)境的需求。這2個部分在整個城市的規(guī)劃建設(shè)過程中有重合但并不是著重考慮的部分，所以目前將夜景照明和城市景觀植物這2個部分的結(jié)合還是不夠詳盡，文獻也較少。相較于光照對植物影響的研究，城市夜景照明這種植物額外照明方式被考慮的較少，僅有的研究也只是很寬泛的描述了光污染的影響，并沒有深入到具體植物的品種、影響程度。研究內(nèi)容也處于一種初期定性和某些生理指標定量化描述階段，并沒有發(fā)展到用先進技術(shù)和手段進行研究方面。

城市夜景照明已經(jīng)成為城市發(fā)展中非常重要的一個環(huán)節(jié)，已有的城市照明體系可能并未考慮它對景觀植物的影響，所以要改變城市夜景照明對景觀植物的影響單從照明設(shè)備或者植物種類入手是難以完成的。更需要規(guī)劃部門在規(guī)劃設(shè)計初期將該研究納入設(shè)計之中，既需要能讓夜景照明繼續(xù)發(fā)揮它的作用，也需要減少其對景觀植物本身生長發(fā)育的影響。

筆者準備在此后的研究中，確定研究范圍，進行實地調(diào)查取樣，利用先進儀器設(shè)備采集數(shù)據(jù)（葉綠素熒光成像、熱釋光、熱耐受等儀器），統(tǒng)計分析然后定量給出具體的某個城市夜間照明對不同景觀植物的影響程度。先進行某個區(qū)域的研究，然后擴大進行歸納總結(jié)。考慮從LED光源入手研究，因為LED作為新型光源在植物生長領(lǐng)域已經(jīng)有了長足的發(fā)展，城市夜景照明也在大力發(fā)展LED光源。所以分析某個地區(qū)LED光源對一些景觀植物生長的影響成為筆者下一步研究的重點。

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Night Lighting Effects on Plant Growth

Wang He,Zhang Beibei,Zhang Hui,Wang Peng
(Key Laboratory of Disaster Survey and Mechanism Simulation of Shaanxi Province/ College of Geography and Environment,Baoji University of Arts and Sciences,Baoji 721013,Shaanxi,China)

Firstly,we introduced the concept of urban night lighting and common urban greening plants;then, according to urban spatial distribution,we divided the night lighting and urban plants into different categories; finally,using the light source as the starting point,we summarized the plant growth and metabolism in photosynthesis under the light treatments(lighting quality,lighting time or lighting intensity).The current domestic and foreign research progresses in this field were analyzed and the relative deficiency of research on current urban landscape lighting and urban greening plants was pointed out.In conclusion,we put forward suggestions as using field survey and experiments to understand the influence of night lighting on urban greening plants,taking into consideration of the new light source LED,and arranging the urban lighting design for protecting urban greening plants.

Urban Night Lighting;Plants;Lighting Time;Lighting Quality;Lighting Intensity

S161

：A論文編號：cjas16110027

國家自然科學基金“氮磷配施對小麥水分利用效率影響的機理研究”(41601016)；陜西省科技廳自然基金項目“渭北旱塬區(qū)果園土壤有機碳庫演變及截碳深度研究”(2015JM4136)；寶雞市科技計劃項目“寶雞市旱作冬小麥水分利用特征及抗旱性研究”(16RKX1-14)；寶雞文理學院大學生科研項目“光脅迫對黑麥草熒光特性的影響”(2016S032)；寶雞文理學院項目“P2P電子商務(wù)信任機制研究”(ZK2017070)。

王荷，女，1991年出生，陜西西安人，碩士研究生，從事植物生態(tài)學研究。

張蓓蓓，女，1983年出生，河南沈丘人，副教授，博士，主要從事生態(tài)學研究。通信地址：721013陜西省寶雞市高新大道1號寶雞文理學院新區(qū)地環(huán)學院，Tel：0917-3566337，E-mail：zbb83101@126.com。

2016-11-21，

：2016-12-26。