城市夜景照明光污染对植物生长的影响

2008年3月　　　　　　　　　灯与照明　　　　　　　第32卷第1期

城市夜景照明光污染对植物生长的影响

张渝文, 李　鑫

(重庆工商大学环境与生物工程学院, 重庆400033)

摘　要:近年来城市夜景照明形成的光污染对人类及全球生态环境的危害日趋严重, 特别对植物的生

长发育有较大的影响, 也越来越为人们所重视, 成为生态保护中的热点课题。该文从光对植物生长的作用机理分析, 阐述了城市夜景照明可能对植物产生的潜在影响, 并提出了防止光污染的主要策略。关键词:城市夜景照明; 光污染; 光周期现象; 植物生长

City Night Scene I to

Plant G row Li X in

(Chongqing , Environmental and Biological Engineering School , Chongqing 400033, China )

Abstract :The to and global entironment of urban light pollution formed by night scene lighting is m ore and m ore serious recent years , especially the harm to plant ’s growth is thought m ore and m ore and become ecology protection topic. This paper explains the potential influences to plant of light pollution formed by night scene lighting , and proposed the primary strategy to prevents the light pollution , from the mechanism of light to plant growth.

K eyw ords :urban night scene lighting ;light pollution ;photoperiodism ;plant growth

0　前言

城市夜景照明是指城市区域内的所有室外活动空间或景物的夜间景观照明, 如建筑或构筑物的夜景景观照明、道路与交通照明、广场或工地照明、广告标志照明和园林山水景观照明等。由于城市夜景照明的大量使用, 不同程度地产生了城市光污[1～5]染, 广义的说, 它是过量的光辐射, 包括可见光、紫外线与红外线辐射对人体健康和人类生存环境造成的负面影响的总称。本文介绍的城市光污染, 为夜间室外照明所产生的溢散光、天空光、眩光、反射光等对人体健康、交通运输、天文观察、动植物生长及生态环境产生的负面影响的总称。近年来, 人们越来越重视光污染对生态环境的影响, 但对植物生长发育影响方面的研究还缺乏报道。本文通过国内外近年的相关研究分析, 光对植物生长发育的作用

机理以及城市光污染对植物生长发育可能存在的影响进行了研究, 并从保护城市植物生态系统的角度, 提出了减少城市夜景照明光污染的主要措施和建议。

1　光对植物生长发育的作用

光照在植物的生长发育中起着非常重要的作[6～9]用, 具体地讲光对植物的影响包括光照强度、光

[7]

质(不同波长的光) 和光照时间三个方面。光不仅仅是植物进行光合作用的必须条件, 同时光也是植

[8]

物的昼夜周期、季节周期的信号。1. 1　光照强度对植物的生态作用

(1) 对植物生长发育的影响

有利于植物细胞增大和分化; 促进花芽的形成; 提高结实率。

(2) 植物对光强度的适应类型

收稿日期:200822227

作者简介:张渝文(1958-) , 男, 山东平原人, 植物学硕士, 副教授, 从事植物与环境研究。

2008年3月　　　　　　　　　灯与照明　　　　　　　第32卷第1期

阳性植物:凡在强光条件下才能正常生长发育(光补偿点较高) , 而在隐蔽和弱光下生长发育不良的植物。

阴性植物:在较弱光照条件下比在较强光照下生长更好的植物(光补偿点较低) 。如人参、三七等。

耐荫植物:指在全日照下生长最好, 又能忍耐适度隐蔽的植物。1. 2　光质对植物的生态作用

不同波长的光对植物起着不同的生态作用, 在自然光中, 到达地面的太阳辐射以红外线的能量最多, 约占50%～70%; 其次是可见光比例, 约占30%～46%; 紫外线最少, 只占0. 1%～4%。这三部分太阳辐射对植物生长发育有影晌作用(图1)

。

2　夜间景观照明对植物生长发育

影响分析

　　近些年来, 随着人造光源新产品的不断研发, 高功率、高效率的光源问世, 以及人类对生活质量的要求提高, 人造光源在打造和美化城市夜景方面的使用频率越来越高, 相应对植物生长发育的影响也越来越大, 其主要表现在以下几种情况。2. 1　人造光源强度对植物的影响

(1) 对光合作用可能产生的潜在影响

光合作用是分为光反应(light reaction ) 和暗反应(dark reaction ) 两部分(图解、O 2ATP Ⅱ(NADPH ) 的生, ATP 和NADPH 将; 暗反应发生在叶绿体基质中, 不需要光。过强的夜间照明是否打破光合作用的节律, 是否对暗反应产生影响, 目前尚未见到有关的研究和报道, 但笔者认为, 过强和长时间的夜间照明对植物正常的光合作用存在潜在的影响

。

图1　(1) 青蓝紫光

抑制植物的伸长; 促进细胞分化; 引起向光性敏

感; 促进花青素形成。

(2) 红光的生态作用

有利于光合作用, 特别是叶绿素a 的形成。1. 3　光照时间对植物的生态作用

光照时间主要指昼夜光照时间周期性的变化对植物产生的影响。

(1) 光周期现象

光照和黑夜交替长短的变化, 对植物开花、结实、休眠和落叶有很大影响的现象。

(2) 植物对日照的适应类型

大多数植物的开花对日照的长短是敏感的, 昼夜周期中能诱导植物开花所需的最低或最高的极限日照长度称为临界日长。

长日照植物(long -day plants ) 是指在昼夜周期中日照长度等于或长于临界日长时, 能诱导开花或促进开花的植物。如菠菜为13h , 天仙子为11. 5h 。

短日照植物(short -day plants ) 是指在昼夜周期中日照长度等于或短于临界日长时, 能诱导开花或促进开花的植物。如苍耳为15. 5h , 烟草为14h , 一品红为12. 5h 。

日中性植物(day -neutral plants ) :开花对日照长短要求不严格, 在自然条件下就能开花的植物。如番茄、黄瓜、辣椒、茄子等。图2　光反应和暗反应图解

(2) 对阴性植物生长的影响

植物光合作用达到最大值时的光照强度, 称为

该种植物的光饱和点, 光合作用和呼吸作用相等时的光照强度称为光补偿点(图3) 。阴性植物的光补偿点较低, 也就是说, 这类植物在较弱光照条件下比在较强光照下生长更好, 比如城市绿化常见的一些蕨类植物、地被植物(玉簪、酢浆草、春兰、人参、黄连、细辛、宽叶麦冬及吉祥草等) 和一些阴性木本(如红豆杉、三尖杉、粗榧、香榧、铁杉、可可、咖啡、肉桂、萝芙木、珠兰、茶、柃木、紫金牛、中华常春藤、地锦、三七、草果等) 。长时间和过强的夜间照明会使这些阴性植物生长不良

。

图3　阳性植物(a ) 和阴性植物(b ) 的光补偿点位置示意图

(CP =光补偿点)

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2. 2　不同光谱的光源对植物潜在的影响

每种光源都有各自的发光光谱, 不同波长的光对植物生长的影响也各不相同。目前我们常见的光源有荧光灯、白炽灯、汞灯、金属卤化物灯和高压钠灯等, 其中白炽灯和高压钠灯可以产生可见光以外的红色-红外线区域的光, 这类光谱对植物的生长有较大的伤害。相对于高压钠灯而言, 白炽灯的发光强度比较低, 对植物的伤害程度相对较小, 而高压钠灯的发光强度高, 对植物的伤害程度较大。高强度的荧光灯、汞灯和金属卤化物灯因其发出的光波, 主要覆盖电磁光谱中可见光谱的较短波长范围, 所

[11]

以对植物的影响较小。

表1　不同光源的光谱对植物生长潜在影响的比较

光源荧光灯汞灯金属卤化物灯

白炽灯高压钠灯

波长蓝、红色少紫-蓝绿-潜在影响低较高高

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。

3　]

(1) 夜间照明对植物开花周期的影响

植物对白日(光照) 和黑夜(黑暗) 时间长短的反应非常灵敏, 黑暗期的小小改变, 如只插入几分钟的

人工照明, 植物也能“测量”出来。因此, 植物体内存在着对光照有很高灵敏度的物质或光检分子, 这种光检分子已经从植物叶中分离出来, 它是一种蛋白

[12]

质与色素相结合的物质, 称为光敏色素。许多植物通过黑夜的长短来控制开花, 亦受光

[8,10]

敏色素所调控。光敏色素以2种形式存在, 分别为红光吸收型Pr 和远红光吸收型P fr , 即Pr 的吸收波峰位于660nm 的红光区,P fr 的吸收波峰位于730nm 的远红光区。光敏色素2种形式的互相转化正是植物“感知”白日或黑夜的机制。660nm 的红光能有效地抑制短日植物开花, 而诱导长日植物开花; 人眼不能见到的远红光(730nm ) 则能诱导短日植物开花, 抑制长日植物开花。因此, 根据不同光源所含红光或红外光的不同(如果长时间、大量的夜间人工光照射) , 就会导致植物花芽的过早形成。

(2) 夜间照明对植物其他生物节律的影响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

, 针对植物所敏感的光谱区域, 调整光源辐射范围和强度, 对于能量集中在如红光、远红光和蓝光等对植物来说最敏感的区域的光源, 如白炽灯和高压钠灯等光源建议慎用。3. 2　在道路照明设计中, 尽量使用截光型灯具。尤其对于郊区、农村的高速公路上的灯具装置, 由于沿途大都经过庄稼地, 夜间灯光通宵照明可能会影响附近农作物的开花结果及其保护庄稼的益虫等等, 因此, 将固定的照明设施进行适当的遮盖, 将有溢散光的圆形灯具换成无溢散光的平底灯, 使光投射到需要被照射的地方, 并尽量远离可能受到灯具出射光线影响的动植物。3. 3　为限制过度的强光对植物的影响, 可适当降低光源和灯具的表面亮度。或降低灯具的额定功率, 或在灯具上使用漫射玻璃、格栅、遮光板等以改变灯光出射的方向。3. 4　控制灯具的启闭时间, 通过调光器或智能化控制系统, 在使用频率低的时段关闭部分或全部灯具。避免夜间灯光长时间甚至通夜照明对植物的影响, 同时也可以节省大量的能源。3. 5　加强夜景照明的节能措施, 如选用高效的节能光源, 使用高效能的节能灯具及高效能的调空设备, 以确保绿色照明和防止光污染的产生, 从而达到对生态环境和植物生长的保护。

参考文献:

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环境科学,2007,26(3) :125～128

(下转第39页)

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常规节能控制措施实施效果不理想, 提出一种采用8位微控制器为核心而设计的一种教室照明智能节能控制器, 通过改变开灯操作步骤和延时信号检测时间, 从而解决了常规照明节能控制措施难以解决的问题, 对于建设节约型社会具有重要意义。并且该控制器被设计为安装在现有照明电路的灯具和开关之间, 安装简单, 不需要改动墙内线路。

本文创新点:(1) 改变开灯操作步骤, 必须在5s 内按“开-关-开”拨动开关才能点亮灯具; (2) 改变延时控制检测方式, 只有在控制器提示“嘀嘀-嘀嘀”声的间隙才检测声音信号的输入。

项目预期经济效益:直接经济效益200万元, 间接经济效益1～2千万元/年。

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com ,2007-12-20.

(上接第18页)

明光源的视觉总效果。

亮度增大、, 反应时间变短, 有关的, 研究的无极荧光灯下反应时间与光源色温结果表明, 人眼对于照明光源的色温约为4000K ～5000K 的反应时间最短; 色温太高, 被测试者认为

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太刺眼, 反而使反应是时间变长。

总之, 采用反应时间作为评价道路照明质量的指标, 既能达到交通安全的目的又能实现科学节能。

(上接第29页)

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