宿方波
山東清華康利城市照明研究設(shè)計(jì)院有限公司設(shè)計(jì)三所所長(zhǎng)
摘要
文章首先分析了國(guó)內(nèi)城市夜景照明的形勢(shì)及趨勢(shì)，闡述了城市植被的作用和植物睡眠的科學(xué)解釋，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(duì)欠缺的照明現(xiàn)狀。提出了具體改進(jìn)方法：通過(guò)照明設(shè)計(jì)師的科學(xué)合理設(shè)計(jì)，加上廠家、工程公司等各方的共同配合，將植物照明重視起來(lái)并希望改變現(xiàn)有的照明方式，希望后期的植物照明考慮結(jié)合植物生長(zhǎng)燈進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。最后，對(duì)合理選擇光色和重塑夜間和諧的光環(huán)境提出展望。
關(guān)鍵詞：植物照明;植物睡眠;過(guò)度照明;光質(zhì);光強(qiáng);植物生長(zhǎng)燈
01 引言
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)城市的夜景照明市場(chǎng)如火如荼、風(fēng)生水起。國(guó)際大型會(huì)議帶來(lái)的旅游城市夜景全面建設(shè)有口皆碑，國(guó)內(nèi)重要紀(jì)念活動(dòng)帶來(lái)的城市夜景提升也收效甚好，各大省會(huì)城市及知名城市對(duì)重點(diǎn)區(qū)域的景觀照明提升也火了一處又一處?？催@勢(shì)頭，2020年全面建成小康社會(huì)之前城市照明將有遍地開花的豐碩成果。隨著對(duì)城市建筑、道路、廣場(chǎng)等人類活動(dòng)密集區(qū)的景觀照明全面武裝，城市的公園、堤岸、景觀帶乃至山體也都被滿滿的裝上了景觀照明燈具。
因此，城市植物成功的被隨意設(shè)計(jì)的景觀照明波及和影響，無(wú)辜成為了夜間生態(tài)平衡的犧牲品。
圖一：山體照明
02 城市植被的作用與植物睡眠
城市植被是指覆蓋在城市地表上的所有的植物種類，包括自然種類和人工栽培種類。是城市生態(tài)系統(tǒng)中唯一的初級(jí)生產(chǎn)者，形成食物鏈的基本，所行使的光合作用幾乎是所有的生態(tài)系統(tǒng)中能源及有機(jī)物質(zhì)的最初來(lái)源。具有重要的自凈、美化城市景觀、豐富城市建筑輪廓線、提供休閑娛樂和防災(zāi)避難場(chǎng)所等作用。[1]
植物學(xué)家認(rèn)為植物也需要睡眠。最初，解釋植物睡眠運(yùn)動(dòng)的最廣泛的理論是“月光理論”。提出這個(gè)論點(diǎn)的科學(xué)家認(rèn)為，葉子的睡眠運(yùn)動(dòng)能使植物盡量少地遭受月光的侵害。因?yàn)檫^(guò)多的月光照射，可能干擾植物正常的光周期感官機(jī)制，損害植物對(duì)晝夜變化的適應(yīng)。然而，使人們感到迷惑不解的是，為什么許多沒有光周期現(xiàn)象的熱帶植物，同樣也會(huì)出現(xiàn)睡眠運(yùn)動(dòng)，這一點(diǎn)用“月光理論”是無(wú)法解釋的。[2]
圖二：植物睡眠
既然“月光理論”無(wú)法解釋，那么關(guān)于植物睡眠的問題也就懸而未決，但可以肯定的是，植物睡眠是真實(shí)存在的，但是睡眠的時(shí)間和周期是多久就有待于植物學(xué)家的進(jìn)一步研究了。植物在進(jìn)化過(guò)程中形成了對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，夜景照明每天延長(zhǎng)的3小時(shí)左右光照量，打破了植物原本對(duì)所處光氣候區(qū)光照的適應(yīng)性，造成了園林植物生理生化指標(biāo)紊亂，影響其正常生長(zhǎng)，甚至可能使其枯萎死亡。
光質(zhì)是影響植物正常生長(zhǎng)發(fā)育的重要因素。從光源角度來(lái)看，夜間人工照明的不同光源發(fā)出不同波長(zhǎng)的光質(zhì)對(duì)植物產(chǎn)生的生理作用不同;從植物的角度來(lái)說(shuō)，植物的光形態(tài)建成和光合作用都依賴于某些特定的波長(zhǎng)。也就是說(shuō)，光質(zhì)除了作為一種能源來(lái)控制光合作用，還作為一種觸發(fā)信號(hào)影響植物的生長(zhǎng)。不適宜的波長(zhǎng)呈現(xiàn)出的燈光顏色會(huì)使植物的生命活動(dòng)發(fā)生紊亂致使其患病甚至死亡。[3]
03 植物照明的現(xiàn)狀及照明方式
照樹燈，是一種專門針對(duì)城市的樹木而研發(fā)的各種樣式的照明燈具。有的是圓形，有的是方形，有的是帶弧度的半圓形，還有的是定制的抱箍形。但無(wú)一例外，它們不是被安裝在底部的樹干旁邊，就是被安裝在樹干的交叉處。安裝在底部的燈具，避免了直接與樹木接觸，但是對(duì)行人會(huì)有比較大的炫光影響。安裝在樹干交叉處的燈具，無(wú)論是常規(guī)型燈具還是仿生形或鳥巢形燈具，都需要抱箍式安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定，這種方式需要經(jīng)常根據(jù)樹木的生長(zhǎng)周期進(jìn)行放松調(diào)整，如果疏于維護(hù)和管理，對(duì)樹木會(huì)形成災(zāi)難性的傷害。而現(xiàn)實(shí)中，由于責(zé)任劃分不明確導(dǎo)致后期維護(hù)不善造成的這種悲劇也不在少數(shù)。除了照樹燈之外，景觀燈、路燈、埋地?zé)?、高桿投光燈等也會(huì)對(duì)夜間植物睡眠產(chǎn)生直接或間接的影響。
圖三：照樹燈
04 過(guò)度植物照明對(duì)生態(tài)的影響及帶來(lái)的危害
不合理的照明方式，對(duì)城市植被帶來(lái)的危害是顯而易見的。首先，影響植物正常的生長(zhǎng)周期。植物在白天利用陽(yáng)光進(jìn)行光合作用，但是在夜間也需要休息。光周期的變化在調(diào)節(jié)植物種子萌發(fā)幼苗生長(zhǎng)、莖的伸長(zhǎng)、子葉伸展，直至開花控制、休眠等都起著關(guān)鍵性的作用。植物葉片通過(guò)測(cè)量黑夜的長(zhǎng)短，能夠預(yù)測(cè)季節(jié)的變化，這也是觸發(fā)植物進(jìn)行落葉和冬眠的信號(hào)，樹木在夜間受強(qiáng)光照射，使休眠受到干擾，引起落葉形態(tài)的失常和冬芽的形成。如在人工照射下，樹木或灌木在秋天仍然會(huì)繼續(xù)生長(zhǎng)在進(jìn)入霜凍時(shí)節(jié)，樹葉里還會(huì)含有葉綠素，使其落葉期延遲;同時(shí)，過(guò)度照明植物將會(huì)干燥缺水過(guò)度生長(zhǎng)，而且由于葉綠素的破壞，植物還將顯示出顏色變淡等其他不良的癥狀。當(dāng)然，樹木的休眠和冬芽的形成，除了燈光的作用外，還與營(yíng)養(yǎng)氣候、大氣污染及維護(hù)管理等方面都有關(guān)系。因此，光污染對(duì)不同種類植物的生長(zhǎng)所造成的不同影響，還有待于進(jìn)一步的深入研究。
其次，影響鳥類及昆蟲的夜間休息及活動(dòng)。研究表明，除極少數(shù)在夜間活動(dòng)的動(dòng)物外，大多數(shù)動(dòng)物在晚上安靜不動(dòng)，不喜歡強(qiáng)光照射?？墒且归g室外照明特別是植物照明產(chǎn)生的天空光、溢散光、干擾光和反射光往往把動(dòng)物生活和休息環(huán)境照得很亮，打亂了動(dòng)物晝夜生活的生物鐘的節(jié)律，使之不能人睡和休息。對(duì)野生動(dòng)物和魚類動(dòng)物，除了可見光影響外，照明器具發(fā)射出輻射能量對(duì)動(dòng)物生活和成長(zhǎng)也有影響。 例如，動(dòng)物吸收照明輻射能量后，不僅引起溫度變化，而且動(dòng)物細(xì)胞的電場(chǎng)和生理也會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)金魚放入磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)，魚就越不想吃魚餌。又如夜間照明對(duì)害蟲的影響，由于昆蟲的向光性，室外夜間燈光可吸引大量的昆蟲，特別是產(chǎn)卵期，大量昆蟲集中在照明區(qū)域，蟲卵很快就會(huì)變成幼蟲和成蟲，進(jìn)而引起蟲害。對(duì)益蟲和鳥類說(shuō)，值得注意的是，夜間過(guò)亮的室外照明，是會(huì)使不少的益蟲和益鳥直接撲向燈光而喪命，比如德國(guó)法蘭克福游樂場(chǎng)的霓虹燈每晚要烤死數(shù)萬(wàn)只有益昆蟲。如果一個(gè)城市，特別是不夜城，擁有數(shù)萬(wàn)甚至數(shù)十萬(wàn)只或組室外照明燈，長(zhǎng)此下去，該地區(qū)生態(tài)平衡必將受到嚴(yán)重破壞。美國(guó)杜森市夏夜蚊蟲多的原因之一是和該市上千組霓虹燈"殺害"了無(wú)數(shù)食蚊蟲的益鳥和益蟲有關(guān)。
圖四：飛蛾撲燈
綜上所述，植物的照明與動(dòng)植物本身及生態(tài)系統(tǒng)有著不可調(diào)和的矛盾。但是，對(duì)植物照明也不應(yīng)該持全盤否定的態(tài)度，適當(dāng)、合理的植物照明才是我們照明從業(yè)者所要追求的。
05 改變現(xiàn)狀的方式
第一，照明設(shè)計(jì)師們應(yīng)當(dāng)科學(xué)合理設(shè)計(jì)植物的照射燈具，對(duì)燈具的波長(zhǎng)和照度、光照時(shí)間等提出合理的數(shù)值。在設(shè)置景觀植物照明時(shí)，需要先了解光源光譜與植物生長(zhǎng)的關(guān)系。首先，不同園林植物景觀由于其表面材質(zhì)差異大及受照面角度不同，其光譜反射率也不盡相同。有研究指出，自然光照下植物反射光譜曲線比較相近，視覺觀察其植物的夜間色彩更接近自然狀態(tài)，較為適合的對(duì)園林植物的夜景照明光源，如熒光燈、LED光源。光譜較為不連續(xù)光源時(shí)，反射光譜部分缺失，使園林植物夜間顏色偏離自然狀態(tài)，或使植物色彩更偏向于光源本身的光源色，如高壓鈉燈、金鹵燈等。因此，在夜景設(shè)計(jì)時(shí)需要謹(jǐn)慎選擇。其次，光譜是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的誘導(dǎo)信號(hào)，調(diào)控著植物的光合作用。高壓鈉燈與金鹵燈光譜是非連續(xù)光譜，僅為植物生長(zhǎng)提供有限的有效能量，對(duì)植物生長(zhǎng)影響較小;白光LED光譜能量分布能提供植物生長(zhǎng)所需藍(lán)光光譜及少量紅光光譜，對(duì)植物生長(zhǎng)影響較大。
第二，照明技術(shù)工程師應(yīng)該結(jié)合樹木的生長(zhǎng)規(guī)律對(duì)照樹燈的安裝方式提出更為恰當(dāng)?shù)陌惭b方法，力求將對(duì)樹木的破壞性降到最小。例如將景觀燈具與照樹燈相結(jié)合的方式，如圖。
圖五：與景觀燈結(jié)合的照樹燈
燈具的控光能力即光束角，也是選擇植物照明的燈具的一個(gè)主要考慮的因素。一般應(yīng)根據(jù)植物的高低、疏密、形態(tài)等選擇適合的光束角對(duì)其進(jìn)行照射。按照光束角的大小可以將燈具分為寬光束、中光束和窄光束三種。其中寬光束適用于需要對(duì)植物的形態(tài)進(jìn)行強(qiáng)調(diào)的照明：對(duì)于枝葉茂密的樹木，使用40°-45°的控光進(jìn)行照射，可以獲得比較理想的照明效果;相反，當(dāng)需要照亮一顆窄而高的樹木時(shí)，最好選擇光束角為6°-20°之間的燈具照射。
第三，照明燈具生產(chǎn)廠家不僅要在照樹燈的樣式及外觀上改進(jìn)，更要在照樹燈的波長(zhǎng)上針對(duì)不同的樹木給出不同的選項(xiàng)。必要時(shí)還需要根據(jù)植物的生長(zhǎng)環(huán)境，設(shè)計(jì)生產(chǎn)針對(duì)不同樹種的能促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育的植物生長(zhǎng)燈。植物生長(zhǎng)燈是人造光源，通常是電光源，旨在通過(guò)發(fā)射適合于光合作用的電磁波譜來(lái)刺激植物生長(zhǎng)。植物燈用于沒有天然發(fā)光或需要補(bǔ)光的應(yīng)用中。例如：在冬天，當(dāng)可能的日光時(shí)間可能不足以達(dá)到所需的植物生長(zhǎng)時(shí)，燈被用來(lái)延長(zhǎng)植物接收光的時(shí)間。如果植物沒有得到足夠的光，它們將徒長(zhǎng)。LED生長(zhǎng)燈根據(jù)用途而有所不同。從光形態(tài)發(fā)生的研究中已知綠色、紅色、遠(yuǎn)紅和藍(lán)光光譜對(duì)根形成、植物生長(zhǎng)和開花有影響，但是沒有足夠的科學(xué)研究或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試使用LED生長(zhǎng)燈的試驗(yàn)推薦的特定顏色比例。已經(jīng)表明，如果給予紅色和藍(lán)色光，許多植物將正常生長(zhǎng)。然而，許多研究表明，紅色和藍(lán)色光僅提供最具成本效益的生長(zhǎng)方法，植物生長(zhǎng)在光補(bǔ)充綠色下仍然更好。LED生長(zhǎng)燈應(yīng)至少保持植物遠(yuǎn)離植物12英寸(30厘米)，以防止葉子燒傷。
圖六：植物生長(zhǎng)燈
第四，照明工程施工單位應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)照樹燈的定期維護(hù)，保證樹木的生長(zhǎng)發(fā)育不受或者盡量少受燈具產(chǎn)生的影響。綠化照明中經(jīng)常會(huì)用到埋地?zé)艉屯渡錈?，很容易產(chǎn)生眩光，因此，如果非用埋地和投射的方式進(jìn)行照樹，一定要選擇帶有格柵或遮光罩的燈具，以減少眩光的產(chǎn)生。還應(yīng)特別注意燈具位置的選擇，以保證安全，敷線應(yīng)暗藏，不能直接讓行人尤其是兒童接觸到裸露的電氣部分。在采用埋地?zé)艟叩膱?chǎng)所應(yīng)注意出光口表面的溫度不宜過(guò)高，以免燙傷行人。嚴(yán)禁將投光燈具直接安裝在樹桿上，過(guò)重的燈具會(huì)對(duì)樹木的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利的影響，且電線纏繞在樹干上既有漏電的危險(xiǎn)，又有礙白天觀瞻。
06 怎樣創(chuàng)造和諧的生態(tài)夜環(huán)境
照明設(shè)計(jì)師在照樹燈具光色的選擇上應(yīng)當(dāng)尤為慎重。白光可以相對(duì)自然純粹地表現(xiàn)出植物的原本色彩，使植物的輪廓更加明確清醒，層次感也會(huì)增加。一般由高壓鈉燈發(fā)出的黃光能夠增加環(huán)境的溫暖感，但是不宜用來(lái)照射綠色植物，因?yàn)樗鼤?huì)使綠色植物表面看上去發(fā)灰、發(fā)黃，缺乏生機(jī)，對(duì)于需要突出色彩感覺的黃色植物則會(huì)有較好的效果。紅光、橙光使得植物表現(xiàn)出于人們?cè)居∠笾型耆煌臉幼樱鼈冿@得更加?jì)趁?、靈動(dòng)，讓環(huán)境更加溫馨明媚。
城市夜景照明已經(jīng)成為城市發(fā)展中不可或缺的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，已有的城市照明體系可能并未考慮太多它對(duì)景觀植物的影響，所以要改變城市夜景照明對(duì)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。[4]它既需要規(guī)劃部門在規(guī)劃設(shè)計(jì)初期將該研究納入設(shè)計(jì)之中，更需要照明設(shè)計(jì)的從業(yè)者們專業(yè)、合理的設(shè)計(jì)。美好的城市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(duì)景觀植物本身生長(zhǎng)發(fā)育的影響。
夜景燈光不是對(duì)白天景觀的重現(xiàn)，而是利用燈光來(lái)對(duì)夜間景觀進(jìn)行重塑，將優(yōu)美的、整齊的景觀在夜間展現(xiàn)出來(lái)，將無(wú)序的、破敗的景觀在夜間隱藏起來(lái)。利用光影效果把植物與燈光合理有機(jī)的相互結(jié)合起來(lái)，讓你我身邊的城市夜晚變得更加美麗，讓城市的生態(tài)系統(tǒng)變得更加和諧。
參考文獻(xiàn)
[1]城市植被_百度百科
https://baike.baidu.com/item/%E5%9F%8E%E5%B8%82%E6%A4%8D%E8%A2%AB/6118110
[2]植物睡眠_(dá)百度百科
https://baike.baidu.com/item/%E6%A4%8D%E7%89%A9%E7%9D%A1%E7%9C%A0/10832016
[3]李農(nóng),王鈞銳.植物照明的生態(tài)環(huán)保研究[J].照明工程學(xué)報(bào),2013,24(2):5-9.[18]
[4]王荷，張蓓蓓，張輝，王朋.淺析夜景照明對(duì)植物生長(zhǎng)的影響.農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào) 2017,7(5):33-37.
[5]張渝文,李鑫.城市夜景照明光污染對(duì)植物生長(zhǎng)的影響[J].燈與照明,2008,32(1):27-29.
[6]曹紅霞.淺談光照對(duì)植物生態(tài)作用的影響[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào),2010,16(3):14-18.
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