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2024 , Vol. 31 >Issue 9: 86 - 93

DOI: https://doi.org/10.3724/j.fjyl.202402290125

专题：可持续景观技术

城市高架桥下新自然生境重建模式及维持策略——以上海市为例

  • 邢强 , 1, 2 ,
  • 刘静 3 ,
  • 胡永红 , 1, *
展开
  • 1 上海辰山植物园
  • 2 复旦大学生命科学学院
  • 3 上海应用技术大学化学与环境工程学院

邢强/男/上海辰山植物园高级工程师/复旦大学生命科学学院在读博士研究生/研究方向为城市生态、城市园艺技术研发与推广

刘静/女/博士/上海应用技术大学化学与环境工程学院讲师/研究方向为水污染控制和微生物技术

胡永红/男/博士/上海辰山植物园教授级高级工程师/研究方向为城市园艺和观赏园艺

收稿日期: 2024-02-29

  修回日期: 2024-08-07

  网络出版日期: 2025-12-16

基金资助

上海市绿化和市容管理局科研专项“根域体积限制对植物根系构型及生理功能的影响”(G242422)

国家自然科学基金面上项目“光绿组合模式下的屋面绿化夏季调温综合效能及其影响因素研究”(52378072)

上海市科委“科技创新行动计划”“城市低光照区域立体绿化技术集成”(16DZ1204900)

版权

版权所有 © 2024 风景园林编辑部
收起

Research on Reconstruction Patterns and Maintenance Strategies of New Natural Habitats Under the Shade of Urban Viaducts: A Case Study of Shanghai City

  • Qiang XING , 1, 2 ,
  • Jing LIU 3 ,
  • Yonghong HU , 1, *
Expand
  • 1 Shanghai Chenshan Botanical Garden
  • 2 School of Life Sciences, Fudan University
  • 3 School of Chemical and Environmental Engineering, Shanghai Institute of Technology

XING Qiang is a senior engineer in Shanghai Chenshan Botanical Garden, and a Ph.D. candidate in the School of Life Sciences, Fudan University. His research focuses on urban ecology, and research and promotion of urban horticultural technology

LIU Jing, Ph.D., is a lecturer in the School of Chemical and Environmental Engineering, Shanghai Institute of Technology. Her research focuses on water pollution control, and microbial technology

HU Yonghong, Ph.D., is a professorate senior engineer in Shanghai Chenshan Botanical Garden. His research focuses on urban horticulture, and ornamental horticulture

Received date: 2024-02-29

  Revised date: 2024-08-07

  Online published: 2025-12-16

Copyright

Copyright © 2024 Landscape Architecture. All rights reserved.
Fold

摘要

【目的】城市高架桥下低光照、高污染、强干旱的特殊生境，严重影响了植物健康生长。构建高架桥“植物筛选—生境营造—可持续运维”的立体绿化体系，重建城市高架桥下新自然生境，可以有效改善城市高架桥下生境与人居环境，提高城市生物多样性。【方法】基于生境相似性原理，运用适应性、观赏性、功能性3层过滤模式筛选适生植物；制定“建筑-设施-介质”一体化策略；提出实现高架桥下立体绿化自维持运营的创新模式。【结果】筛选出了27种适宜种植于高架桥下特殊生境的抗性强的适生植物，丰富了高架桥下特殊生境的植物多样性，使植物单次更换周期延长至5年以上；研发出集适生植物、轻型栽培介质、叠垒式种植容器、浇灌系统、雨水收集净化设施于一体的新型立体绿化模块，支撑植物长期保持良好的生长状态，同时实现了雨水资源化利用、污染源头控制和城市雨水消纳等多重目标；在景观形式上，将平面绿化拓展到立体绿化，复合利用大量已建成的城市灰色空间来增绿、填绿，预期可为上海市增加0.3 m2的人均绿化面积；创新性地提出以“绿”促“商”、以“商”养“管”的运维模式，建立了上海虹梅高架桥下立体绿化新模式示范段。【结论】通过研发城市典型的低光照区域立体绿化技术，集成了新型立体绿化模块，将覆盖面广、连通性强的城市狭长污染线——城市高架桥下空间转型为生命景观线、生物多样性廊道，为城市可持续发展提供重要的生态、经济效益。

关键词： 风景园林; 环境修复; 特殊生境; 立体绿化; 土壤改良; 植物筛选; 雨水利用

本文引用格式

邢强 , 刘静 , 胡永红 . 城市高架桥下新自然生境重建模式及维持策略——以上海市为例[J]. 风景园林, 2024 , 31(9) : 86 -93 . DOI: 10.3724/j.fjyl.202402290125

Abstract

[Objective] Urbanization has led the development of cities in the direction of “high population density” and “high-rise buildings”, causing social and environmental problems. The improvement of urban carrying capacity and the mixed use of public space become the main strategies for solving “urban diseases” such as heat island, waterlogging, and biodiversity loss. Nature-based Solutions (NbS) are proposed for urban greening by using modern technologies to enhance the adaptability of plants in cities and increase the comfort of urban environments. Urban viaducts can provide convenient transportation and efficient travel for high-density cities, but at the same time generate ecological and spatial problems. A three-dimensional greening system of “plant screening – habitat construction – sustainable operation and maintenance” for viaducts is constructed to explore the feasibility of reconstructing urban viaducts into a network of new natural habits, aiming to improve the habitat of urban hard space and enhance urban biodiversity.

[Methods] Shanghai Censhan Botanical Garden develops a planting plan from three dimensions of species selecting, habitat optimization, and commercial development, to achieve the construction of a new nature in the city. Based on field investigation, this research has established a resource base of 120 plant candidates that may be adapted to three-dimensional greening in low-light areas. We set up a three-factor and four-level test of shading, drought, and low temperature, counted the survival rate of different plants, and recorded the phenological and physical appearance characteristics with a focus on the testing and calculation of plants. The research focuses on testing and calculating plants’ photosynthetic indexes, and assisting in testing physiological indexes, so as to establish a three-dimensional greening plant evaluation model for low-light areas.The research applies a three-layer filtering sieve of ecological adaptability, ornamentality, and functionality to screen suitable plants. The research establishes an integrated greening facility system using PP resin. The load of the system can be reduced by improving the shape and size of planting modules. The research explores the stability of the irrigation system with a focus on the stacked base cultivation containers and the water storage and infiltration watering integration module. With acrylic acid and kaolin as raw materials, high water-absorbent materials are prepared by the aqueous solution polymerisation method and then mixed and co-mingled with other matrix materials in different forms. Additionally, a four-factor and three-level orthogonal test is adopted to prepare lightweight and high-quality media formulations, which satisfy the soil conditions required for long-term growth of plants. The research also explores the relationship between rainwater volume of viaducts and the supply and demand of water for three-dimensional greening in the shade of viaducts, and realizes the rapid purification of rainwater from viaducts through the triple purification steps of “pre-processing – core processing – enhanced processing”. The screening results of comprehensive resistant plants suitable for low-light areas, research and development of new lightweight containers, formulation of new and superior media, and integration technology are demonstrated in the 1,012.6 m2 demonstration project, which integrates various technologies to give full play to the functionality of the overall system.

[Results] After nearly three years of teamwork, 27 species of shade-tolerant plants are screened, which extends the single replacement cycle of plants to more than 5 years. The 2nd generation of modular support facilities can help increase the rainwater interception and storage utilization rate to 45%, and realize multiple goals such as rainwater resource utilization, source pollution control and urban flooding alleviation. In terms of landscape form, plane greening is expanded to three-dimensional greening, which is expected to increase the per capita greening area of Shanghai by 0.3 m2. Meanwhile, based on the construction of a technology system for iterative greening of special habitats, the commercial development of three-dimensional greening, the research makes it possible to promote business through greening, thus realizing the goal of complementation between business development and greening management.

[Conclusion] In combination with NbS, this research establishes an integrated three-dimensional greening module through the research and development of three-dimensional greening technology suitable for typical low-light urban areas, the utilization of strongly resistant plants and lightweight containers and media, and the adoption of a complementary commercial mode for integrated long-term greening, making it possible to transform the narrow and long pollution lines under urban viaducts with wide coverage and strong connectivity into life landscape lines and biodiversity corridors, thus providing important ecological, social and economic benefits for sustainable urban development.

Key words： landscape architecture; environmental remediation; special habitat; three-dimensional greening; soil improvement; plant screening; rainwater utilization

城市向人口高密度、建筑高层化方向的发展趋势带来了一系列社会和环境问题。提高城市承载能力、混合使用公共空间成为解决热岛、内涝、生物多样性丧失等“城市病” 的主要策略。基于自然的解决方案（Nature-based Solutions, NbS）已经成为解决各种环境和社会问题的关键工具，欧洲正在大量开展NbS的理论和实践探索，并将NbS作为促进城市环境修复、改善公民健康和福祉、应对气候变化的整体方法[1-2]。作为花园城市的新加坡逐步从城市绿化景观实践向城市自然化转变，在高度城市化的国家中构建和保护城市自然生境系统，维护城市生物多样性[3-4]。东京的生态空间发展以创造和保护丰富的自然环境，营建被水绿环绕、能让居民感知大自然的城市为目标，规划公园和街道的树木，推进滨水绿化建设，用花和树木来装饰城市[5]。伦敦确定了城市内一系列具有重要保护价值的自然空间，寻求多方合作，扩大绿色基础设施网络，提升绿色基础设施质量[6]。纽约加强了社区公园和公共空间设施的建设，采用一系列新策略减少大型建筑光污染，通过提高社区公园的普及率和连通性来扩展街道的娱乐、集会等功能[7]。中国关于城市自然生境的研究起步较晚，注重实践探索，目前的研究涉及土地利用与生态规划、网络构建与服务评价、建成环境多样化生态景观营造、生物多样性保护等方面[8-10]。城市自然生境研究和构建逐渐被纳入中国公园城市理论体系，但仍存在2个方面的不足：1）研究对象多集中于日益缩减的绿地、林地、湿地等现有自然生境，未充分考虑通过城市已有建筑物、构筑物创造新自然生境的可能性；2）已有研究多基于生态格局规划和破碎斑块保护展开，缺乏对占据城市主要空间的建筑物、构筑物的潜在新自然生境空间网络连接的探索，以及立体绿化构建技术的集成应用研究。
随着城市化水平的提升，大规模硬质灰色空间建成，城市新自然生境修复成为城市规划和建设的新热点。国内外很多学者重新理解城市与自然的关系，从生态系统整体出发，提出了城市新自然理念，以期重塑城市自然格局。以实现人类社会的永续发展为目标，新自然理念提倡构建以人为中心、多物种共存、具有不同生态位、完整、可循环的新自然生态系统[11]。区别于人类直接或间接的建设成果，新自然系统是由一系列生物与非生物、生物与无机环境之间相互作用所产生的生态系统[12]。还有学者指出新自然观并非创造出一个有固定范式的成品，更多的是为未来场地不可预测且不受束缚的发展进程构建一套具有适应性的框架[13]。
上海是中国城市化发展规模最大的典型城市。从20世纪80年代开始，上海自然生境的规模呈现显著缩减的态势，结构上呈现斑块化与破碎化特征[14]；2000年后上海快速发展，目前上海的建设用地比例已接近50%，远高于巴黎、伦敦、东京等全球城市，城市生态安全已接近底线，城市生态环境品质加剧恶化[15]。在此背景下，《上海市生态空间专项规划（2018—2035）》明确提出建设与卓越全球城市总目标相匹配的“城在园中、林廊环绕、蓝绿交织”的生态空间发展目标[16]，要求提升城市生态空间的整体性、连续性，强调探索合理利用土地资源、修复城市生态系统的有效途径。通过高速城市化的阶段性产物——高架桥来整合城市可利用空间，在已有构筑物上重建新自然生境并维持植被生长成为城市生态空间建设的重要途径。
城市高架桥作为典型的城市公共设施，是高密度城市便捷交通的重要保障。包括上海、北京、广州在内的20多个城市在20世纪90年代开始大量建设城市高架桥。高架桥建设对城市运行发挥着积极作用，但也带来了“污染线”“水泥灰”的生态环境问题，并且高架桥下低光照、高污染、强干旱的特殊生境空间存在适生植物种类少、养护成本高等问题。据此，本研究以上海城市高架桥下立体绿化为例，构建“植物筛选—生境营造—可持续运维”的技术体系，探索将城市高架桥下空间重建为新自然生境空间网络的可行性策略，利用现代技术提高城市高架桥下新自然生境中的植物多样性，有助于实现立体绿化多种功能的复合，改善城市硬质空间生境，提高城市生物多样性与环境舒适度。

1 城市高架桥下新自然生境重建的机遇与挑战

针对高架桥下特殊生境，利用现有空间进行增绿、填绿来补偿自然生境的不足成为上海长期的政策，“十四五”期间上海计划新建立体绿化200万m2[17]。截至2001年，上海已建成20多条高架道路，形成内环、中环、外环、南北高架等高架桥网络[18]，总长度约400 km。在高架桥下可设置近800万m2的潜在绿化空间，对于人均公共绿地面积低于世界卫生组织建议的最小值的上海[19]，高架桥下空间具有可观的开发潜力。
通过植被覆盖来改善高架桥下生态环境和景观面貌是城市新自然生境重建的重要策略。在高架桥下空间适生植物的筛选上，王雪莹等[20]选取上海东西、南北走向的高架桥各3段，分4个季度测定高架桥下绿化带的光照情况及日变化动态，并结合光合光子通量、植物光补偿点、植物需光量等指标，分析了高架桥下的植物对不同光照条件的适应性。殷利华[21]利用Ecotect Analysis软件对高架桥下的自然光环境进行模拟，探究了桥下空间的高宽比、桥体分离缝宽度对自然采光的影响，利用光合仪测试植物的光合特性，提出了桥下空间景观建设和植物筛选的策略。在适合桥阴植物生长的生境改良方面，陈敏等[22]分析了上海高架桥下粉尘污染、土壤盐碱化程度高、土质差等不利于植物生长的立地条件。在后期植物管养所需的浇灌用水来源、供给量及水质方面，国外很早就开始了雨水收集、净化、利用研究，日本、美国、德国等已在环境学、生态学、毒理学、城市规划等领域开展了雨水资源利用效率的系统研究，在管理层面制定了系统、全面的法律法规，形成了较为完善的雨水资源利用管理框架[23]。近年来，国内制定了水质分级、分层利用标准，提倡雨水资源循环利用。在推进海绵城市建设的过程中，提出了采用渗、滞、蓄、净、用、排等措施将70%的降雨就地消纳和利用的目标。上海平均年降水量约1 200 mm，具有丰富的雨水资源，但雨水利用率却不到1%[24-25]，亟须开发关键技术。高架桥上高密度的车辆运行、汽车尾气排放和大气干湿沉降等造成有机物、重金属等污染物在道路上大量累积[26-27]，成为高架桥雨水利用的难点。
针对将城市高架桥下空间这类典型的城市灰色空间转化为新自然绿色空间这一难题，本研究从适生植物筛选、“建筑-设施-介质” 一体化和后续自维持运营3个方面提供了整体性、系统性的解决方法。2010年，以上海世博会为契机，国内借鉴国际先进经验，开发出第1代挂壁式立体绿化系统，在世博主题馆建造了当时世界上面积最大的单体绿墙，引领了国内高密度城市增绿的新模式，并实现了种植系统国产化，使绿墙建设从依赖国外技术到实现自主研发，大幅降低了建设成本[28]。虽然第1代立体绿化技术已被广泛应用，但仍存在局限性：1）可用植物种类少；2）滴头易堵塞，易导致植物缺水死亡；3）雨水资源利用率低；4）立体绿化技术的发展主要依靠自上而下的政府投资建设，无后续反哺模式来实现绿墙“自养”。结合这些实际问题，针对施工条件严苛、生长环境恶劣、绿化潜力巨大的高架桥下灰色空间，以攻关可复制的植物长效利用技术、可推广的自维持运营模式为重点，本研究提出高架桥下新自然生境重建策略，建立上海虹梅高架示范段，以期实现在有限空间内植物生长、城市增绿且可持续运营的目标。

2 城市高架桥下新自然生境重建策略

2.1 高架桥下立体绿化植物筛选策略

2.1.1 植物筛选

植物筛选的首要指标是适生性，可基于生境相似性原理为城市高架桥下生境空间筛选植物[29]。光照和水分是植物生长的重要因素，可根据植物在自然环境中的适生性特点选择相似的城市特殊生境（表1），如高架桥下生境与山北坡的生境很相似，在山北坡生境中能自然生长的植物一般在高架桥下也可以生长良好。在高架桥下空间种植具有相似生态习性与适生性的观赏植物，不仅能提高植物成活率，还可大幅度降低后期维护成本。
表1 高架桥下特殊生境与自然生境的对应关系[30]

Tab. 1 Correspondence between special habitats and natural habitats under viaducts[30]

高架桥下特殊生境 生境特点 对应的自然生境
上层（檐口） 全日照、温差大、湿度低、风速大、土层薄 多石山顶南坡
中层
（桥柱及横断面）		 南墙 全日照、温差较大、湿度低、土层薄 南侧悬崖
北墙 背阴、温差较小、湿度一般、土层薄 北侧悬崖
西墙 西晒突出、湿度低、土层薄 西侧悬崖
东墙 光照一般、湿度较低、土层薄 东侧悬崖
墙垣顶 光照强、温差较大、湿度低、风速大、土层薄 悬崖顶
下层（架空层） 半日照或背阴、温差小、湿度低、穿堂风明显、土层薄 山北坡

2.1.2 植物分层过滤筛选模式

层次分析法（analytic hierarchy process, AHP）作为常用的评价和决策方法，可实现多指标、多层次的定量评价[31]。把影响特殊生境适生植物生长的气候、土壤等环境因素作为过滤层，从当地的植物库中选择供试植物种群，过滤掉不符合要求、受到指标限制的植物种，经过逐层筛选，最终获得所需的适生种。可以将这一方法作为城市特殊生境适生植物筛选的常规模式。除适生指标外，根据城市空间对植物的需求建立3层过滤模式（图1）：第1层为植物生态适应性和生理适应性过滤层，针对特殊生境在光、热、水、风等小气候方面的表现，筛选抗性强的植物；第2层为观赏性过滤层，植物需满足公众对色彩、形态和季相变化等方面的观赏需求；第3层为生态服务功能性过滤层，需满足公众对环境舒适性的需求。
图1 3层过滤模式筛选植物概念示意

Fig. 1 Conceptual diagram of plant screening by a three-layer filtering sieve

2.1.3 高架桥下立体绿化植物筛选实例应用

针对高架桥下这类特殊生境空间，研究团队开展了为期2年（2016年3月—2018年3月）的植物筛选实验（图2），按照3 层过滤模式构建植物筛选指标体系（图3）。1）对植物进行适应性筛选：根据植物的生理、生态习性，开展抗逆性实验，选取耐阴、耐旱、抗污染、耐寒植物各5~10种，从中筛选出单项抗性强以及综合抗性强的植物种（85种）。2）对植物进行观赏性过滤：以色彩、形态、季相为指标，筛选出具有较强观赏性的植物种（44种）。3）对植物进行功能性过滤：根据实际需求筛选出滞尘能力较强、固碳生态效益较高、生长缓慢、生长势适中[32]的适生植物种（27种）。
图2 实验地气象环境与监测设备

Fig. 2 Meteorological environment and monitoring equipment at the experimental site

图3 植物筛选指标体系

Fig. 3 Plant screening indicator system

通过多指标的系统测定，在适应性方面应选择具有耐阴、耐旱、抗污染、耐寒特性的综合抗性强的植物，兼顾美化环境等功能。本研究运用AHP建立高架桥下立体绿化植物综合评价模型（5分制），通过调查问卷和专家打分的方式确定各指标权重（w），要求植物具有中度以上的适应性（w=0.8，分值不低于3分），以及基本的观赏性（w=0.2，分值不低于2分），综合分值不低于3分。最终筛选出27种适宜种植于高架桥下特殊生境的适生植物（表2）。研究团队将这些植物应用于上海虹梅高架桥下、沪闵高架桥下等桥下空间，种植面积近2 000 m2。经18个月的持续观察发现，其中26种植物的表现与理论预测结果基本一致。
表2 实验筛选的植物综合评价

Tab. 2 Comprehensive evaluation of experimentally screened plants

种名 拉丁名 科 适应性评分 观赏性评分 综合分值
红叶石楠 Photinia × fraseri 蔷薇科 5.00 4.15 4.83
海桐 Pittosporum tobira 海桐科 4.85 3.20 4.52
茶梅 Camellia sasanqua 山茶科 4.30 4.45 4.33
日本花柏 Chamaecyparis pisifera 柏科 4.40 3.80 4.28
檵木 Loropetalum chinense 金缕梅科 4.25 4.20 4.24
小叶蚊母树 Distylium buxifolium 金缕梅科 4.65 2.50 4.22
络石 Trachelospermum jasminoides 夹竹桃科 4.25 3.70 4.14
齿叶冬青 Ilex crenata 冬青科 4.65 2.05 4.13
锦熟黄杨 Buxus sempervirens 黄杨科 4.30 3.35 4.11
日本女贞 Ligustrum japonicum 木樨科 4.25 3.35 4.07
女贞叶忍冬 Lonicera ligustrina 忍冬科 4.45 2.40 4.04
金钱蒲 Acorus gramineus 菖蒲科 4.10 3.70 4.02
大花糯米条 Abelia × grandiflora 忍冬科 3.80 4.80 4.00
胡颓子 Elaeagnus pungens 胡颓子科 4.10 3.45 3.97
柊树 Osmanthus heterophyllus 木樨科 4.30 2.40 3.92
常春藤 Hedera nepalensis var. sinensis 五加科 4.30 2.40 3.92
南天竹 Nandina domestica 小檗科 3.75 4.50 3.90
六月雪 Serissa japonica 茜草科 4.05 3.25 3.89
密枝南天竹 Nandina domestica var. Compacta 小檗科 3.80 4.00 3.84
美丽野扇花 Sarcococca confusa 黄杨科 4.10 2.50 3.78
羽脉野扇花 Sarcococca hookeriana 黄杨科 4.10 2.50 3.78
多枝紫金牛 Ardisia sieboldii 报春花科 4.10 2.20 3.72
欧洲枸骨 Ilex aquifolium 冬青科 3.95 2.05 3.57
加拿利常春藤 Hedera canariensis 五加科 3.85 2.05 3.49
小蜡 Ligustrum sinense 木樨科 3.35 3.70 3.42
小叶黄杨 Buxus sinica var. parvifolia 黄杨科 3.35 3.00 3.28
冬青卫矛 Euonymus japonicus 卫矛科 3.00 3.70 3.14

2.2 高架桥下“建筑-设施-介质”一体化策略

2.2.1 基于城市高架桥下特殊生境的设施系统开发

设施系统是支撑构架、种植容器、浇灌系统、雨水收集净化设施的集合体，具有快速拼装、即时成景的优势。

2.2.1.1 新型种植容器和浇灌系统研发

针对常用的立体绿化容器存在的质量大、滴头易堵塞等问题，研究团队对国内常规技术进行了二次开发，形成了集轻型、环保、外形美观、浇灌稳定、节水于一体的绿化设施系统。该系统应用了环保材料PP树脂、三穴一体的造型，通过控制材质、造型、密度控制等降低荷载，绿墙单位面积内的容器质量从以往的7 kg及以上降低至5.7 kg。单个容器设有可容纳花盆的阻隔板和蓄水型腔，花盆主体底部设有溢水口，溢水口的高度和蓄水型腔的最高水位持平，形成最大蓄水单元。超出蓄水型腔最高水位的水从溢水口流入下层容器的蓄水型腔。利用棉线连接土壤与盆底蓄水型腔，使植物借助虹吸作用吸收水分[33]。
与传统逐级变细的给水支管、一对一滴灌技术不同，研究团队新开发的一体化浇灌系统结合叠垒式种植容器的溢水原理，将水依靠重力逐层向下自然传送，并利用土壤介质的浸润性吸水。这种技术既可以大量减少支管、滴头等材料的使用，又可以提高浇灌系统的整体稳定性，堵塞次数下降了70%；种植容器可使雨水快速铺满整面绿墙，比传统的滴灌方式节省了39.56%的时间，单个种植容器的蓄水量可达700 ml。一体化浇灌系统将自然降雨“化整为零”，快速输送到单个容器，该策略依据上海降雨频率高、单次降雨量小的气候状况，让容器能够快速吸纳雨水、利用雨水，同时避免了在高架桥下挖池蓄水带来的安全隐患，以及施工复杂等问题。

2.2.1.2 雨水收集净化设施和浇灌系统集成

将雨水作为浇灌水源，实现了雨水收集净化设施与浇灌系统一体化集成。在硬件技术上，传统方法采用砂滤和组合介质过滤技术处理雨水，易出现堵塞情况，需设置停水反冲洗构件或经常更换滤芯。研究团队研发了针对高架桥面的雨水处理设施，采用设有楔形网滤芯的自清洗过滤净化器，由传动电机和电动阀自动完成清洗与排污，可达到雨水快速净化的目的。
对于绿化维护过程中雨水资源持续利用的问题，研究团队采用雨水收集—绿化系统用水的平衡测算方法[34]，使供、需水量平衡，单段30 m的双向六车道高架桥面的可收集雨水量全年可达 到826.2 m3，远高于高架桥下 1 000 m2立体绿化全年浇灌的需水量334.0 m3。在径流水质提升、净化工艺和资源化利用等方面，通过初期雨水弃流的方式提升雨水净化和利用程度，本研究提出一套与周围环境相协调的雨水快速净化技术，包含雨水预处理、核心处理、强化处理3个净化步骤。该技术可使重铬酸盐指数（CODCr）降低80%左右，主要污染悬浮物（suspended substance, SS）去除率达95%以上，将雨水用于绿化浇灌系统的稳定性基本达到与使用自来水相当的水平（图4）。
图4 雨水快速净化技术流程（4-1）及处理效果（4-2）

Fig. 4 Process (4-1) and treatment effect (4-2) of the technology for rapid rainwater purification

2.2.2 轻型栽培介质研制

团队研制出的复合高吸水性材料以及优质的轻型栽培介质兼备良好的透气性和保水性，能够满足植物长期健康生长所需的土壤条件（表3）。为了长期供给植物适度生长所需的营养，一方面，本研究进行了养分配比试验，选取农林有机基质、化学控释肥等制备养分充足的栽培介质；另一方面，本研究进行了微生物试验，选取合适的外源微生物及所占体积比提高栽培介质活性。通过植物的生长情况来判定栽培介质配方的优劣，种植于栽培介质1中的植物长势中等，生长稳定，耐旱性突出。栽培介质2保水性较好，酶活力较高，肥力充足。在植物所需的水分供给方面，本研究探究了高吸水性材料的筛选方法及高吸水性材料在栽培介质中的配比。采用吸水倍率高、保水能力强、凝胶强度大、能反复使用且成本低廉的高吸水性材料，按2%~3%的配比将高吸水性材料与栽培介质混合，可使栽培介质在20 min内吸收自身体积58倍的水量，保水率达到93.9%，凝胶形变量仅为2.3 mm[35]。这种配比方法使栽培介质在充分吸收雨水的同时，不会出现植物烂根现象。研究团队利用以城市绿化垃圾粉碎物、竹粉、杨梅渣等农林废弃物为主的堆肥替代草炭，制备荷载低、吸水倍率高、缓释时间长的轻型栽培介质，使浇灌次数减少50%，实现了节水和防杂草的低维护目标[36]。
表3 高架桥下立体绿化轻型栽培介质类型、配方及理化性质

Tab. 3 Types, formulas, and physico-chemical properties of lightweight cultivation media for three-dimensional greening under viaducts

类型 配方 容重/
g·cm−3		 EC值/
mS·cm−1		 pH值 有机质含量/
g·kg−1		 全氮含量/
g·kg−1		 速效磷含量/
mg·kg−1		 速效钾含量/
mg·kg−1
1 有机质木屑66%+2号保水剂2%+3号EM菌2%~3%+珍珠岩20%+椰丝10% 0.18 172.1 7.3 310 10.73 119.33 2395.83
2 木屑26.4%+竹屑26.4%+草炭13.2%+2号保水剂2%~3%+3号EM菌2%+珍珠岩20%+椰丝10% 0.24 174.3 7.2 328 11.14 119.87 2414.74

2.2.3 高架桥下生境重建的实例应用

本研究将“建筑-设施-介质”一体化生境重建策略应用于上海虹梅高架桥下，应用总面积为1012.6 m2，形成了横向立柱8组、柱间距30 m的双面绿墙，该绿墙是目前上海高架桥下面积最大、品种最多的垂直绿墙组合（图5）。
图5 虹梅高架桥下立体绿化示范

Fig. 5 Demonstration of three-dimensional greening under Hongmei Viaduct

通过“建筑-设施-介质”一体化生境重建策略，将新型叠垒式种植容器附于高架桥构筑物上，将特定制备的轻型栽培介质置于容器内，并搭建雨水收集净化设施供应植物后期生长。这一实例集成了能够快速收集、净化、输送雨水的浇灌系统，蓄水型腔最大化的种植容器及高吸水性材料等专项技术，雨水利用率整体性提高了45%左右，每次降雨的雨水蓄积量可以满足植物生长20天所需的水分，实现了可持续利用和低成本运维的目标。在基本解决高架桥立体绿化后期浇灌用水的同时，全年可消纳286.5~334.0 m3的雨水量，有助于缓解极端降雨事情所引发的城市内涝灾害。

2.3 高架桥下立体绿化自维持运营策略

2.3.1 城市高架桥下特殊生境种植系统模块化

将适生植物、轻型栽培介质、叠垒式种植容器、浇灌系统、雨水收集净化设施进行一体化集成，形成一套相对完整、模块化、可复制的立体绿化技术体系，将现有建筑物、构筑物表面转化为可供植物生长的生境，使之成为城市扩绿、增绿的有效载体。

2.3.2 立体绿化管养新模式

1）针对高架桥下净空高、空间开阔、周边居民密集的优势，开发立体绿化与广告投放相结合的经营模式，以“商”养“管”，降低高架桥下这类城市特殊生境立体绿化的建设成本，促进城市高架桥下绿化景观的可持续发展。例如在上海虹梅高架桥下元江路示范段设有招商广告牌、LED显示器（图6），借助广告收益来支持后续立体绿化的管养成本[37]。示范段全年广告收入达47.2万元，可覆盖该路段全年的用电、排污、管养等运营成本 （6.6万元）。
图6 绿墙上的商业广告

Fig. 6 Commercial advertising on green walls

2）根据地理位置开发符合实际需求的高架桥下空间利用模式，通过商业反哺绿化。如通过立体绿化的营造，位于上海中心城区的延安高架桥下空间目前已开发为快递业务中心站点、停车场、汽车租赁服务区，既有效解决了中心城区停车难、共享单车随意停放等问题，又借助便利的交通，提升了快递投递效率与共享单车利用率，降低了运营成本，盈余还可以用来补贴立体绿化的管养费用；再如利用立体绿化围栏将上海中环高架桥下空间改造为网球运动场，共计640 m2，在改善环境的同时为周边的居民提供了充足的活动场所。

3 结论与展望

针对高架桥下植物在低光照空间的生长困境，本研究构建了城市特殊生境立体绿化技术体系，提出了立体绿化植物筛选策略、“建筑-设施-介质”一体化策略、立体绿化自维持运营策略，并在植物、材料、技术方面进行了创新。1）筛选出27种抗性强的适生植物，解决了高架桥下立体绿化长期依赖种类有限的藤蔓植物的问题，提升了特殊生境适生植物的多样性；2）研发了叠垒式种植容器、轻型栽培介质等，为城市新自然植被生境恢复提供了技术保障，可使植物单次更换周期延长至5年以上；3）研发了新型浇灌系统、雨水收集净化设施，为植物可持续生长提供稳定的水分供给，使雨水利用率整体性提高了45%左右，实现了城市内涝缓解、污染源头控制和雨水资源化利用的多重目标。
在高密度城市绿色生态空间日趋减少的背景下，依托以高架桥下空间为代表的低光照区域，进行立体绿化技术开发，对城市增绿、填绿具有重要意义，在人均公共绿地面积提升方面具有可观的开发潜力。通过应用立体绿化技术，可将高架桥下的绿化形式从地面绿化拓展到立体绿化，复合利用现有城市构筑物下的存量和增量空间。上海高架桥总长度近400 km，预计可盘活近800万m2的桥下绿化，可使上海人均公共绿地面积增加0.3 m2。研究团队重建的高效益、低成本、自维持的复合新自然生境，能够实现建筑硬质空间的有机化，达到生物多样性提升、人居环境改善等多重目的，为未来深入开展城市特殊生境植被恢复和生态环境修复提供实践依据。
在未来的研究中，通过“植物筛选—生境营造—可持续运维”立体绿化体系的集成与推广，可以创新开发基于乡土植物生物学特性的栽培技术，研发提高植物根系活力的新型栽培介质。在效益方面，除了持续发挥高架桥下立体绿化滞尘降噪、固碳释氧、缓解城市热岛效应与内涝等生态效益，未来还可以在高架桥下置入丰富多样的绿色商业空间，创造更多的经济效益，促进立体绿化的可持续发展。

致谢(Acknowledgments)：

感谢“城市低光照区域立体绿化技术集成”研究团队王红兵、秦俊、邹黎明、毕东苏、吴海林等成员的参与、支持和帮助；感谢相关课题资助方提供的一系列支持和帮助；感谢北京林业大学张启翔教授一直以来的指导和鼓励。

图表来源(Sources of Figures and Tables)：

图1~6由作者绘制或拍摄；表1由作者根据参考文献[30]绘制；表2、3由作者绘制。

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