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    新闻

    从植物照明看夜间和谐光环境如何科学设计

    2019-03-19    

    中国照明网报道

       作者:山东清华康利城市照明研究设计院有限公司设计三所所长 宿方波  

    10849

    导语: 文章首先分析了国内城市夜景照明的形势及趋势,阐述了城市植被的作用和植物睡眠的科学解释,指出了目前城市夜景照明和城市绿化植物两者之间相互结合相对欠缺的照明现状。提出了具体改进方法:通过照明设计师的科学合理设计,加上厂家、工程公司等各方的共同配合,将植物照明重视起来并希望改变现有的照明方式,希望后期的植物照明考虑结合植物生长灯进行科学设计。

      摘要

      文章首先分析了国内城市夜景照明的形势及趋势,阐述了城市植被的作用和植物睡眠的科学解释,指出了目前城市夜景照明和城市绿化植物两者之间相互结合相对欠缺的照明现状。提出了具体改进方法:通过照明设计师的科学合理设计,加上厂家、工程公司等各方的共同配合,将植物照明重视起来并希望改变现有的照明方式,希望后期的植物照明考虑结合植物生长灯进行科学设计。最后,对合理选择光色和重塑夜间和谐的光环境提出展望。

      关键词:植物照明;植物睡眠;过度照明;光质;光强;植物生长灯

      01 引言

      近年来,国内城市的夜景照明市场如火如荼、风生水起。国际大型会议带来的旅游城市夜景全面建设有口皆碑,国内重要纪念活动带来的城市夜景提升也收效甚好,各大省会城市及知名城市对重点区域的景观照明提升也火了一处又一处??凑馐仆?,2020年全面建成小康社会之前城市照明将有遍地开花的丰硕成果。随着对城市建筑、道路、广场等人类活动密集区的景观照明全面武装,城市的公园、堤岸、景观带乃至山体也都被满满的装上了景观照明灯具。

      因此,城市植物成功的被随意设计的景观照明波及和影响,无辜成为了夜间生态平衡的牺牲品。


    图一:山体照明

      02 城市植被的作用与植物睡眠

      城市植被是指覆盖在城市地表上的所有的植物种类,包括自然种类和人工栽培种类。是城市生态系统中唯一的初级生产者,形成食物链的基本,所行使的光合作用几乎是所有的生态系统中能源及有机物质的最初来源。具有重要的自净、美化城市景观、丰富城市建筑轮廓线、提供休闲娱乐和防灾避难场所等作用。[1]

    天津十一选五开奖号 www.nkxm.net   植物学家认为植物也需要睡眠。最初,解释植物睡眠运动的最广泛的理论是“月光理论”。提出这个论点的科学家认为,叶子的睡眠运动能使植物尽量少地遭受月光的侵害。因为过多的月光照射,可能干扰植物正常的光周期感官机制,损害植物对昼夜变化的适应。然而,使人们感到迷惑不解的是,为什么许多没有光周期现象的热带植物,同样也会出现睡眠运动,这一点用“月光理论”是无法解释的。[2]


    图二:植物睡眠

      既然“月光理论”无法解释,那么关于植物睡眠的问题也就悬而未决,但可以肯定的是,植物睡眠是真实存在的,但是睡眠的时间和周期是多久就有待于植物学家的进一步研究了。植物在进化过程中形成了对环境的适应能力,夜景照明每天延长的3小时左右光照量,打破了植物原本对所处光气候区光照的适应性,造成了园林植物生理生化指标紊乱,影响其正常生长,甚至可能使其枯萎死亡。

      光质是影响植物正常生长发育的重要因素。从光源角度来看,夜间人工照明的不同光源发出不同波长的光质对植物产生的生理作用不同;从植物的角度来说,植物的光形态建成和光合作用都依赖于某些特定的波长。也就是说,光质除了作为一种能源来控制光合作用,还作为一种触发信号影响植物的生长。不适宜的波长呈现出的灯光颜色会使植物的生命活动发生紊乱致使其患病甚至死亡。[3]

      03 植物照明的现状及照明方式

      照树灯,是一种专门针对城市的树木而研发的各种样式的照明灯具。有的是圆形,有的是方形,有的是带弧度的半圆形,还有的是定制的抱箍形。但无一例外,它们不是被安装在底部的树干旁边,就是被安装在树干的交叉处。安装在底部的灯具,避免了直接与树木接触,但是对行人会有比较大的炫光影响。安装在树干交叉处的灯具,无论是常规型灯具还是仿生形或鸟巢形灯具,都需要抱箍式安装结构进行固定,这种方式需要经常根据树木的生长周期进行放松调整,如果疏于维护和管理,对树木会形成灾难性的伤害。而现实中,由于责任划分不明确导致后期维护不善造成的这种悲剧也不在少数。除了照树灯之外,景观灯、路灯、埋地灯、高杆投光灯等也会对夜间植物睡眠产生直接或间接的影响。


    图三:照树灯

      04 过度植物照明对生态的影响及带来的危害

      不合理的照明方式,对城市植被带来的危害是显而易见的。首先,影响植物正常的生长周期。植物在白天利用阳光进行光合作用,但是在夜间也需要休息。光周期的变化在调节植物种子萌发幼苗生长、茎的伸长、子叶伸展,直至开花控制、休眠等都起着关键性的作用。植物叶片通过测量黑夜的长短,能够预测季节的变化,这也是触发植物进行落叶和冬眠的信号,树木在夜间受强光照射,使休眠受到干扰,引起落叶形态的失常和冬芽的形成。如在人工照射下,树木或灌木在秋天仍然会继续生长在进入霜冻时节,树叶里还会含有叶绿素,使其落叶期延迟;同时,过度照明植物将会干燥缺水过度生长,而且由于叶绿素的破坏,植物还将显示出颜色变淡等其他不良的症状。当然,树木的休眠和冬芽的形成,除了灯光的作用外,还与营养气候、大气污染及维护管理等方面都有关系。因此,光污染对不同种类植物的生长所造成的不同影响,还有待于进一步的深入研究。

      其次,影响鸟类及昆虫的夜间休息及活动。研究表明,除极少数在夜间活动的动物外,大多数动物在晚上安静不动,不喜欢强光照射??墒且辜涫彝庹彰魈乇鹗侵参镎彰鞑奶炜展?、溢散光、干扰光和反射光往往把动物生活和休息环境照得很亮,打乱了动物昼夜生活的生物钟的节律,使之不能人睡和休息。对野生动物和鱼类动物,除了可见光影响外,照明器具发射出辐射能量对动物生活和成长也有影响。 例如,动物吸收照明辐射能量后,不仅引起温度变化,而且动物细胞的电场和生理也会发生变化。当金鱼放入磁场中,磁场强度越强,鱼就越不想吃鱼饵。又如夜间照明对害虫的影响,由于昆虫的向光性,室外夜间灯光可吸引大量的昆虫,特别是产卵期,大量昆虫集中在照明区域,虫卵很快就会变成幼虫和成虫,进而引起虫害。对益虫和鸟类说,值得注意的是,夜间过亮的室外照明,是会使不少的益虫和益鸟直接扑向灯光而丧命,比如德国法兰克福游乐场的霓虹灯每晚要烤死数万只有益昆虫。如果一个城市,特别是不夜城,拥有数万甚至数十万只或组室外照明灯,长此下去,该地区生态平衡必将受到严重破坏。美国杜森市夏夜蚊虫多的原因之一是和该市上千组霓虹灯"杀害"了无数食蚊虫的益鸟和益虫有关。


    图四:飞蛾扑灯

      综上所述,植物的照明与动植物本身及生态系统有着不可调和的矛盾。但是,对植物照明也不应该持全盘否定的态度,适当、合理的植物照明才是我们照明从业者所要追求的。

      05 改变现状的方式

      第一,照明设计师们应当科学合理设计植物的照射灯具,对灯具的波长和照度、光照时间等提出合理的数值。在设置景观植物照明时,需要先了解光源光谱与植物生长的关系。首先,不同园林植物景观由于其表面材质差异大及受照面角度不同,其光谱反射率也不尽相同。有研究指出,自然光照下植物反射光谱曲线比较相近,视觉观察其植物的夜间色彩更接近自然状态,较为适合的对园林植物的夜景照明光源,如荧光灯、LED光源。光谱较为不连续光源时,反射光谱部分缺失,使园林植物夜间颜色偏离自然状态,或使植物色彩更偏向于光源本身的光源色,如高压钠灯、金卤灯等。因此,在夜景设计时需要谨慎选择。其次,光谱是影响植物生长发育的诱导信号,调控着植物的光合作用。高压钠灯与金卤灯光谱是非连续光谱,仅为植物生长提供有限的有效能量,对植物生长影响较小;白光LED光谱能量分布能提供植物生长所需蓝光光谱及少量红光光谱,对植物生长影响较大。

      第二,照明技术工程师应该结合树木的生长规律对照树灯的安装方式提出更为恰当的安装方法,力求将对树木的破坏性降到最小。例如将景观灯具与照树灯相结合的方式,如图。


    图五:与景观灯结合的照树灯

      灯具的控光能力即光束角,也是选择植物照明的灯具的一个主要考虑的因素。一般应根据植物的高低、疏密、形态等选择适合的光束角对其进行照射。按照光束角的大小可以将灯具分为宽光束、中光束和窄光束三种。其中宽光束适用于需要对植物的形态进行强调的照明:对于枝叶茂密的树木,使用40°-45°的控光进行照射,可以获得比较理想的照明效果;相反,当需要照亮一颗窄而高的树木时,最好选择光束角为6°-20°之间的灯具照射。

      第三,照明灯具生产厂家不仅要在照树灯的样式及外观上改进,更要在照树灯的波长上针对不同的树木给出不同的选项。必要时还需要根据植物的生长环境,设计生产针对不同树种的能促进植物生长发育的植物生长灯。植物生长灯是人造光源,通常是电光源,旨在通过发射适合于光合作用的电磁波谱来刺激植物生长。植物灯用于没有天然发光或需要补光的应用中。例如:在冬天,当可能的日光时间可能不足以达到所需的植物生长时,灯被用来延长植物接收光的时间。如果植物没有得到足够的光,它们将徒长。LED生长灯根据用途而有所不同。从光形态发生的研究中已知绿色、红色、远红和蓝光光谱对根形成、植物生长和开花有影响,但是没有足够的科学研究或现场测试使用LED生长灯的试验推荐的特定颜色比例。已经表明,如果给予红色和蓝色光,许多植物将正常生长。然而,许多研究表明,红色和蓝色光仅提供最具成本效益的生长方法,植物生长在光补充绿色下仍然更好。LED生长灯应至少保持植物远离植物12英寸(30厘米),以防止叶子烧伤。


    图六:植物生长灯

      第四,照明工程施工单位应该加强对照树灯的定期维护,保证树木的生长发育不受或者尽量少受灯具产生的影响。绿化照明中经?;嵊玫铰竦氐坪屯渡涞?,很容易产生眩光,因此,如果非用埋地和投射的方式进行照树,一定要选择带有格栅或遮光罩的灯具,以减少眩光的产生?;褂μ乇鹱⒁獾凭呶恢玫难≡?,以保证安全,敷线应暗藏,不能直接让行人尤其是儿童接触到裸露的电气部分。在采用埋地灯具的场所应注意出光口表面的温度不宜过高,以免烫伤行人。严禁将投光灯具直接安装在树杆上,过重的灯具会对树木的生长产生不利的影响,且电线缠绕在树干上既有漏电的危险,又有碍白天观瞻。

      06 怎样创造和谐的生态夜环境

      照明设计师在照树灯具光色的选择上应当尤为慎重。白光可以相对自然纯粹地表现出植物的原本色彩,使植物的轮廓更加明确清醒,层次感也会增加。一般由高压钠灯发出的黄光能够增加环境的温暖感,但是不宜用来照射绿色植物,因为它会使绿色植物表面看上去发灰、发黄,缺乏生机,对于需要突出色彩感觉的黄色植物则会有较好的效果。红光、橙光使得植物表现出于人们原本印象中完全不同的样子,它们显得更加妩媚、灵动,让环境更加温馨明媚。

      城市夜景照明已经成为城市发展中不可或缺的一个重要环节,已有的城市照明体系可能并未考虑太多它对景观植物的影响,所以要改变城市夜景照明对景观植物的影响单从照明设备或者植物种类入手是难以完成的。[4]它既需要规划部门在规划设计初期将该研究纳入设计之中,更需要照明设计的从业者们专业、合理的设计。美好的城市既需要能让夜景照明继续发挥它的作用,也需要减少其对景观植物本身生长发育的影响。

      夜景灯光不是对白天景观的重现,而是利用灯光来对夜间景观进行重塑,将优美的、整齐的景观在夜间展现出来,将无序的、破败的景观在夜间隐藏起来。利用光影效果把植物与灯光合理有机的相互结合起来,让你我身边的城市夜晚变得更加美丽,让城市的生态系统变得更加和谐。

      参考文献

      [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_百度百科

      https://baike.baidu.com/item/%E6%A4%8D%E7%89%A9%E7%9D%A1%E7%9C%A0/10832016

      [3]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.[18]

      [4]王荷,张蓓蓓,张辉,王朋.浅析夜景照明对植物生长的影响.农学学报 2017,7(5):33-37.

      [5]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.

      [6]曹红霞.浅谈光照对植物生态作用的影响[J].安徽农学通报,2010,16(3):14-18.

    编辑:严志祥

    来源:阿拉丁照明网

       作者:山东清华康利城市照明研究设计院有限公司设计三所所长 宿方波  

    标签:光学设计  植物照明  LED照明  

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