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园林夜景照明研究现状

2019-06-01    

来源:GXF360

   作者:段 然,杨春宇,熊一兴,赵 雯  

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导语: 我国缺乏园林夜景照明技术规范,滥用光源的现象较为普遍。随着园林夜景照明的广泛发展,不科学的人工光源照明不能展现园林景观的夜间效果,更干扰了园林植物的生物节律,造成植物生长形态发生变化,影响了园林植物艺术效果。文章对国内外园林照明实践进行分析,并结合人工光源光谱、光照强度及光照周期对植物生物节律影响进行理论研究,为园林照明技术研究提供了理论依据。

  段 然1,杨春宇1,熊一兴2,赵 雯1

  (1.重庆大学建筑城规学院,重庆400045;2.重庆聚华科技发展有限公司,重庆400045)

  摘要:我国缺乏园林夜景照明技术规范,滥用光源的现象较为普遍。随着园林夜景照明的广泛发展,不科学的人工光源照明不能展现园林景观的夜间效果,更干扰了园林植物的生物节律,造成植物生长形态发生变化,影响了园林植物艺术效果。文章对国内外园林照明实践进行分析,并结合人工光源光谱、光照强度及光照周期对植物生物节律影响进行理论研究,为园林照明技术研究提供了理论依据。

  关键词:园林夜景;植物照明;植物生长;人工光源

  0 引 言

  我国城市夜景照明建设的广泛开展,对夜间经济起到促进作用,同时也美化了夜间环境。但人为增加对环境的光照量,对夜间生态环境造成多种影响。纽约提出“在春秋两季,关闭户外的非必要照明,以免干扰候鸟迁徙”,人工照明对生态影响的重要性引起广泛关注。人工光源不但会对动物的生命活动造成干扰,也会对园林植物的生物节律造成影响。对植物进行特定人工光源光谱供给,势必影响园林植物在长期生长进化过程中已形成的“昼—夜”生物节律。因此,科学使用人工光源,研究人工照明对园林生态环境的影响具有重要意义。

  1 国际国内园林夜景照明实践性研究

  1.1 国外园林夜景照明实践研究

  从20世纪90年代开始,在法国里昂灯光节的巨大影响下,全法国近百个城市进行了城市夜景规划设计。世界上其他国家或城市也争相效仿,如日本、韩国、盐湖城、墨尔本等也对景观照明进行了研究和实践应用,直至目前不少发达国家的夜景设计已相对成熟。国际照明委员会(CIE)也根据各国照明专家对城市夜景照明的研究,总结各国的夜景照明实践,为城市夜景照明提供技术性指导文件,为各国城市夜景照明提供了重要的指导作用。

  日本大阪在园林夜景照明方面,根据城市地理位置和环境特征、城市天际线和街区网架的研究,在夜景照明中提出采用统一灯光,重点突出灯光与个性特征灯光的方法,确定照明光色、亮度等技术标准,并根据JIS lighting standards(日本照明标准)提供了大阪夜景照明建设工程的指南。韩国首尔夜景照明,分析首尔城市的道路、桥梁、文化遗产、公园、城市园林景观,以及高层建筑的特征和城市历史文化背景,提出了安全、美观、个性、经济四个目标和夜景的统一性、多样性、识别性建设要求。韩国城市夜景照明规划划分了城市路网、山体、河流、景视线廊道等和城市夜景观元素桥梁、建筑、园林景观等,明确了建(构)筑物、山川、河流、园林绿化、广场、街区等不同的夜景观要素,以此确定照明主题、照明光色、照明亮度等技术要求。

  1.2 国内园林夜景照明实践研究

  JGJ/T 163—2008《城市夜景照明设计规范》中未对园林夜景照明做出相应技术指导。天津大学马剑教授在对颐和园夜景照明技术研究中,将研究对象分为古建筑、动物和植物。在园林照明方面,针对颐和园现有的园林植物进行了分类调研,并分析了不同园林植物的生物类型,及相关树种对光的生态反应。在理论上确定了不同植物能承受的照明光源,为后期园林夜景照明工程的实施提供了设计依据。与此同时,又将此种研究评价方法应用于天坛公园的夜景照明工程中,开拓了园林夜景照明在环境保护方面的科学意义。

  随着旅游业发展,不少自然风景区为了吸引游客也在进行夜间园林形象的打造。园林照明载体类型不断扩大,包括古建(仿古建筑)、园林道路、水体、植物、功能性标志等,园林夜景照明已日趋多元化。园林夜景照明手段也不断丰富,由于照明技术的突飞猛进。从最初单一白炽灯轮廓照明,发展到内投泛光照明、全息投影技术、发光二极管等高科技照明技术手段共存的时代。重庆大学杨春宇教授指出:“我国城市景观照明发展到一个特殊的历史阶段,即不断发展的城市景观照明和没有国家标准来规范这种建设之间的矛盾。”因而,在园林夜景规划过程中,亟需科学性的规范标准出台。随着国内园林照明工程技术的开展及理论研究的深入,我国的园林夜景照明也走向“亮化—艺术化—生态化”的道路。

  1.3 园林夜景照明对植物影响理论研究

  园林夜景照明满足了城市居民夜间舒适性和安全性要求,提高了居民的城市自豪感。但生物与光辐射关系密切,光辐射量的增大和延长,对生物影响不可忽视,几乎所有的人工光源都对生物有不同程度的危害和影响。园林夜景照明是基于人眼视看的夜间照明,在照明的同时更需考虑到光源对植物生物节律的影响。植物夜间效果由光源色与园林植物色决定。园林植物表面材质差异,受照面角度不同,以及不恰当的人工照明,都会造成园林植物夜间形象无法表达,呈现效果差,无法营造夜间气氛和展现园林植物特点。园林照明也会扰乱植物的生物节律,从而影响植物叶片色彩协调。人工光源照射使园林植物萌发大量新生叶片,新生叶片色彩与老叶差距过大,影响园林植物艺术性。人工光源会引发周围植物枝叶老化,叶片革质,破坏植物整体色彩,如黄杨(Buxus sinica)、木樨。在彩叶植物照明中,彩叶植物叶片色彩随光照强度增强由绿变红又变绿,如石楠、南天竹。同时,人工光源周围植物叶片适光变态,改变植物叶片色彩等。

  2 园林照明与园林植物关系的研究

  2.1 园林夜景照明灯具类型

  园林照明要求营造具有艺术性的园林夜间环境,其中需要重点考虑的是园林的生态性与美观性,光源照度需根据具体环境要求而定。园林灯具对园林艺术效果表达的影响极为重要,目前园林夜景照明中的灯具类型丰富,如庭院灯、景观灯、草坪灯、地埋灯及泛光灯等。在园林夜景照明实践过程中以草坪灯、泛光灯的应用最为广泛。

  庭院灯是指6 m以下的户外道路照明灯具。其主要部件为光源、灯具、灯杆、法兰盘、基础预埋件。庭院灯具有多样性、美观性,可起到美化和装饰环境的作用,主要应用于城市慢车道、居民小区、旅游景区、公园、广场等公共场所的室外照明。在满足艺术性的同时庭院灯也兼具功能性照明作用(图1)。

  景观灯是具有较高观赏性、艺术性的灯具。造型种类丰富,可利用不同的光源形式造景,能与园林的历史人文环境相互协调统一。景观灯主要应用于广场、居住区、公共绿地等,如图2所示,白色梅花造型景观灯应用于公共绿地。

  草坪灯是指藏匿于灌木中或用于草坪照射的小型灯具。一般利用光源柔和的荧光灯或LED光源提供夜间绿地艺术性及安全性照明。草坪灯具有安装方便,装饰性强等特点,可用于公园、广场绿地、灌木丛、绿化带的装饰性照明,如图3。

  埋地灯是指利用压铸或不锈钢等材料制成,具有防腐蚀、耐老化、防渗水等优良性能的灯具。其面盖为高强度钢化玻璃,表面透光性极强,且光源辐射面宽。但由于其不易清洁并眩光严重,多用于园林小品夜间形象塑造(图4)。

  泛光灯(投光灯)是指向外散射照射的光源,如图5,光源照射范围能任意调整。在园林应用中多用于高大乔木的月影造型,以及对大面积灌木等的夜间形象塑造。泛光灯可以随意调整照射角度,且表现效果极佳,是在园林植物夜间照明中应用最普遍的照明灯具。

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  图1 庭院灯园林夜景效果

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  图2 景观灯园林夜景效果

  2.2 光源光照强度与园林植物关系

  根据植物对光照强度的摄取量不同,植物划分为阳性植物、阴性植物及中性植物。在园林植物景观照明中,光源光照强度过高会对植物产生危害,导致植物体内酶活性紊乱,引起植物生物节律变化。处于强光环境中,植物为了保护自身光合结构,会产生光抑反应对抗过量光能的耗散,因此,强光环境会影响植物的生长和发育。当光强过低时,植物降低对光能的需求,同时降低自身能量需求,也对植物的生物节律及形态造成影响。

  2.3 光源光谱能量分布与园林植物关系

  在光源光谱能量分布方面,不同光谱能量分布的供给对植物生长的影响作用有明显差异,如红光能促进植物枝叶生长,绿光不被植物体吸收等。相同的光谱能量分布对不同植物的影响也不同,且植物的不同器官也会根据植物光谱能量分布不同表现出明显差异,如图6。光谱能量分布在400~700 nm之间植物能有效进行光合作用,光谱能量分布在550~750 nm之间能有效促进植物开花。有研究指出,光谱能量分布在315~400 nm之间影响光周期效应,在520~610 nm(绿)之间,叶片对光线进行反射,所以植物叶片呈现绿色。

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  图3 草坪灯园林夜景效果

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  图4 地埋灯园林照明效果

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  图5 泛光灯园林照明效果

  植物对400~700 nm光谱能量的需求是具有一定比例的,单纯的补充单色光对植物生长并无益处。根据植物光合有效辐射,植物体内叶绿素a吸收光谱峰值为蓝光及红光,叶绿素b吸收光谱的峰值为470 nm和650 nm,叶绿素c吸收光谱最高峰值为460 nm和640 nm。夜间照明根据植物需求适量提供即可,其中红光影响叶绿素形成的作用最大,促进二氧化碳的分解与碳水化合物的合成,蓝紫光影响蛋白质等的合成,绿光及黄光则大多被植物叶片所反射或透过,很少被利用。

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  图6 不同光谱对植物生长的影响

  2.4 光照时间与园林植物关系

  黑夜的长短能被植物体细胞感知,植物据感知信号掌握相应季节的变化,控制落叶、开花与冬眠。植物对昼夜周期长短的反应有所不同,植物可划分为长日照植物、短日照植物、中日照植物及中间日照植物。长日照植物需要光照时数大于14小时才能开花且光照时间越长开花越早,如果光照时间小于14小时,植物即处于营养生长阶段。短日照植物与长日照植物相反,当光照时数小于12小时即可开花,且光照时间越短植物开花越早。中日照植物,是昼夜长短时数必须相等才能开花的植物。中间日照植物开花对光照时间与黑暗时间长短没有严格的要求,没有固定的光照周期,只要植物体发育成熟就会开花。园林照明光照时间延长,植物进行光合作用的时间也会延长,长时间的光线照射刺激光敏色素传导信号,诱导相关基因的表达,也会影响植物的生长,促进植物的生长或延长生长期,影响植物的生理生化指标,扰乱其生物节律。在目前的研究中,多由光周期来控制植物开花。

  3 小 结

  目前,光照影响植物生长方面的研究主要集中在农林及生物学方面。随着植物工厂的发展,人工光源与植物生长之间的关系被广泛关注。在蓝光、红光、蓝紫光等人工光源光谱能量对植物生理生化影响方面的研究中,得出了农业植物在不同光谱能量下的生物节律特征,为园林照明与植物生长的相关性研究提供了理论及实验依据。但对在人工光源下园林植物微观结构的观测、植物酶活性及植物叶片色素含量等研究尚少,对人工光源不同光谱能量下植物机理的研究,如叶绿体运动及其光合特性,以及光合速率等研究基本上还是空白。

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  The Study of Status Garden Night Lighting

  DUAN Ran1,YANG Chunyu1,XIONG Yixing2,ZHAO W en1

  (1.Institute of Architecture and Urban Planning,Chongqing University;2.Chongqing Juhua Technology Co.,LTD,Chongqing 400045,P.R.China)

  Abstract:China lacks garden landscape lighting-Technical specification Abuse ismore common source.With a wide range development of the garden landscape lighting,unscientific artificial illumination at night can not show the effect of the landscape.More interfere with the biological rhythm of garden plants,causing plant growth morphology changes,affecting the artistic effect of garden plants.The article Garden lighting practice at home and abroad for analysis,combined with artificial light spectrum,light intensity and photoperiod plant biological rhythms on theoretical research.Parameter Study garden lighting technology is further based on the protection of garden plants provide a theoretical basis.

  Keywords:garden night;plant lighting;plant growth;artificial light


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