段 然

(西南大學(xué)園藝園林學(xué)院，重慶 400715）

0 引言

隨著我國城市化進程的加快，城市建設(shè)迅猛發(fā)展，城市景觀照明在許多城市廣泛開展，但各種城市夜景應(yīng)該怎樣建設(shè)?如何在保護城市生態(tài)系統(tǒng)前提下進行科學(xué)的城市夜景照明，如光污染、光生物安全、光與動植物關(guān)系等，是城市夜景照明需要解決的課題。

1 城市生態(tài)照明應(yīng)考慮的內(nèi)容

1.1 城市夜景照明應(yīng)考慮的生態(tài)問題

(1）城市生態(tài)系統(tǒng)

城市生態(tài)系統(tǒng)是城市空間范圍內(nèi)的居民與自然系統(tǒng)和人工建造的社會環(huán)境系統(tǒng)相互作用而形成的統(tǒng)一體，屬人工生態(tài)系統(tǒng)。它是以人為主體、人工化環(huán)境、人類自我馴化的、開放性的生態(tài)系統(tǒng)。自然環(huán)境系統(tǒng)包括大氣、水體、土壤、巖石、礦產(chǎn)資源、太陽能等非生物系統(tǒng)和動物、植物、微生物等生物系統(tǒng)。社會環(huán)境系統(tǒng)包括人工建筑物等物質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)(各類建構(gòu)筑物、供電、供能、照明、通風(fēng)、市政設(shè)施等）和非物質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)(經(jīng)濟、文化、社會服務(wù)、科學(xué)文化教育等）。城市生態(tài)系統(tǒng)是由城市居民和城市環(huán)境系統(tǒng)組成，有一定結(jié)構(gòu)功能的有機體。

(2）城市生態(tài)環(huán)境問題

人口劇增:從生態(tài)學(xué)角度看，地球上一切生物生存能是來源于太陽，地球接受陽光的面積是一定的，進行光合作用的綠色植物大體上也是一定的。全球綠色植物凈生產(chǎn)力每年約為162×1015噸，折合成能量，約為3.05×1021焦耳。人類維持正常生存的能量每天約為8.37×106焦耳，1年為3.06×109焦耳，植物能食用的部分只占1%(還有其他動物靠植物生存）。照這個算法，地球上只能養(yǎng)活80億人，中國人口合理數(shù)應(yīng)為7億人左右，目前已超過地球承受能力。

資源匱乏:資源分可更新資源與不可更新資源兩大類。大氣中的氧氣可通過綠色植物光合作用得到補充，生物可以通過繁殖、生長發(fā)育來補充，稱為可更新資源。礦物資源被開采，庫存越來越少，不可更新再生。

生態(tài)環(huán)境惡化:地球是三分陸地七分海洋，沙漠及沙漠化土地占陸地總面積的35%，目前正以每年6萬平方公里速度擴張。全世界每分鐘就有150畝土地變成沙漠。全球性氣候變暖:氣候變化雖有客觀自然規(guī)律，但也受人為活動影響，這個影響已超過氣候自然變化，由于石化燃料燃燒，排放大量二氧化碳到大氣中，又由于大量砍伐森林，破壞了大氣中二氧化碳與氧氣的平衡，本該森林吸收的二氧化碳未被吸收，使大氣中二氧化碳含量增加了，地表熱量逸散而使大氣增溫，產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”。近一個世紀(jì)以來全球平均氣溫上升0.5℃，21世紀(jì)中葉，溫度將上升1.5～4.5℃。引起城市生態(tài)環(huán)境問題的因素很多，但最主要的是超工業(yè)化的進程。

(3）城市環(huán)境質(zhì)量評價內(nèi)容

城市環(huán)境評價內(nèi)容包含環(huán)境污染評價、自然環(huán)境評價、美學(xué)評價、社會環(huán)境質(zhì)量評價。

城市可持續(xù)發(fā)展內(nèi)容包含生態(tài)持續(xù)性、經(jīng)濟持續(xù)性、社會持續(xù)性。

1.2 光生物安全性

近年來的光生物學(xué)研究表明，光輻射與人類健康息息相關(guān)，不管是紫外光、可見光、紅外光，在照射適當(dāng)?shù)那闆r下，都能對人體的生理產(chǎn)生積極的影響。然而，在照射不足或者照射過度的情況下，光輻射帶來的影響是不能忽視的，也是存在潛在危害的。對光生物安全性的研究是對光輻射對人體的危害性的研究，為了評估光輻射的危害性，為人們提供安全用光知識，應(yīng)當(dāng)研究紫外、可見光與近紅外、紅外各個波段的光輻射對人體的各種生理上的影響。

(1）光輻射對人眼的危害

伴隨著視網(wǎng)膜熱危害，300～700 nm波段的光輻射能對視網(wǎng)膜造成光化學(xué)危害，甚至能夠引發(fā)視網(wǎng)膜炎。中等或高強度的光輻射作用10 s后，光化學(xué)反應(yīng)改變了視網(wǎng)膜上的細(xì)胞，較下層的組織浮現(xiàn)出來。這種危害一般在曝光4～48 h后顯現(xiàn)出來，這種危害也可由長時期的弱光照射造成，因為這是一種光化學(xué)危害，所有危害效應(yīng)與輻射波長緊密相關(guān)，波長440 nm的光危害最大，受到紅外輻射影響會引發(fā)白內(nèi)障。有危害的波段還包括780～1400 nm，一般認(rèn)為這種危害和晶狀體受到的直接影響、晶狀體周圍環(huán)境對晶狀體的間接影響都有關(guān)。同樣，這種損傷是不可修復(fù)的。

(2）光輻射對皮膚的危害

耐久性的皮膚曬黑往往代表著皮膚中細(xì)胞的受損，所以皮膚曬黑本身并不一定是健康的，人們把曬黑誤認(rèn)為是與曬黑有關(guān)的生活方式(如戶外運動）造成的，誤認(rèn)為是健康的。導(dǎo)致皮膚發(fā)紅和發(fā)痛的波段是320 nm以下的紫外輻射。研究表明，長期的光輻射能加速皮膚老化，呈現(xiàn)干燥、粗糙、皮革狀和皺紋累累的外觀。長期接受紫外輻射導(dǎo)致的最嚴(yán)重結(jié)果是引發(fā)皮膚癌，實驗表明UVA和UVB能使老鼠患有皮膚癌。三種典型皮膚癌:基底細(xì)胞癌、鱗癌、惡性黑素瘤。

(3）紫外危害

因為紫外輻射波長最短，能量最高，紫外輻射是危害最烈的光輻射，所以一直是光生物學(xué)所關(guān)心的主要對象。研究表明，紫外線的有害效應(yīng)主要是由于紫外線對脫氧核糖核酸(DNA）的作用造成的。最有害的效應(yīng)是細(xì)胞致死，其他的效應(yīng)則包括致突、致癌、干擾DNA、核糖核酸(RNA）和蛋白質(zhì)的合成、細(xì)胞分裂的延遲，以及在通透性和能動性上的變化等。但是紫外線也有有益效應(yīng)，如能促進人的皮膚產(chǎn)生維生素D。

(4）藍(lán)光危害

隨著時間推移，脂褐質(zhì)在視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的積聚將使視網(wǎng)膜更容易受到長時間光照的損傷。研究表明，對由于遺傳、營養(yǎng)、環(huán)境、習(xí)慣、年齡等因素而有上述視網(wǎng)膜斑點問題的人群，藍(lán)光特別有害。盡管波長較短的UVA和UVB被角膜和晶狀體吸收，但是研究發(fā)現(xiàn)，紫外到藍(lán)光波段的光輻射都能造成此類危害。

(5）可見于紅外危害

因為存在眼睛運動、瞳孔收縮、眼睛閉合等人眼自身的回避反應(yīng)，曝光時間大于10 s的情況不需要考慮。視網(wǎng)膜危害有效曝光量不能超過10 s時的對應(yīng)曝輻限值。

1.3 城市光污染的危害方面

(1）打亂人的生物節(jié)律，危害人體健康

干擾光，有的直射到人的眼睛造成眩光，有的通過窗戶照射到室內(nèi)，把房間照得很亮，影響人的正常工作、生活和休息，打亂人的生物鐘的節(jié)律，危害人體健康。研究表明，夜晚強烈的燈光照射會擾亂人的正常激素的形成而影響人的健康，增加某些癌癥的發(fā)病危險。

(2）危及交通安全

眩光對汽車司機的視覺作業(yè)造成不良的影響，引發(fā)交通事故;對旅客的正常的視覺活動，如走路，識辨路標(biāo)、路障及周圍環(huán)境狀況等也造成影響;此外就是影響為交通運輸作業(yè)提供視覺信息的信號燈、燈塔和燈光標(biāo)志等的正常工作，降低其工作效能。

1.4 照明對動植物的影響

(1）對動物的影響

夜間室外照明產(chǎn)生的天空光、溢散光、干擾光和反射光往往把動物生活和休息環(huán)境照得很亮，打亂了動物晝夜生活的生物鐘的節(jié)律，除了可見光影響外，照明器具發(fā)射出輻射能量對動物生活和成長也有影響。動物吸收照明輻射能量后，不僅引起溫度變化，而且動物細(xì)胞的電場和生理也會發(fā)生變化。光照周期和光譜成分對動物的影響都具有科屬特異性:①光照對動物攝食影響:研究發(fā)現(xiàn)紅光照下許多動物攝食量增加，紫光照下許多動物攝食量下降。②光照對動物代謝影響:光照對動物新陳代謝有一定影響，光周期延長和縮短可引起代謝節(jié)律的波動。③光照對動物內(nèi)分泌系統(tǒng)影響:研究表明，激素分泌活動受光周期光照強度影響，特別是影響腦垂體的活動。

(2）對植物的影響

1）破壞了植物生物鐘的節(jié)律:如果夜間室外燈光照射植物，就會破壞植物體內(nèi)生物鐘的節(jié)律，有礙其正常生長，特別是夜里長時間，高輻射能量作用于植物，就會使植物的葉或莖變色，甚至枯死。

2）對植物花芽形成的影響:光對植物的影響，除光合作用外，還有植物的光周性、屈光性、趨光性和分光靈敏性等，不僅對植物外觀有影響，而且花芽的形成，葉子的發(fā)育都密切相關(guān)。人們把植物接受光的時間，稱作日長條件。如果日長比某一時間長時，這樣形成花芽的植物稱長日植物。如果長時間、大強度的夜間燈光照射，就會導(dǎo)致植物花芽的過早形成。

3）對植物休眠和冬芽形成的影響:樹林在夜間受強光照射，使休眠受到干擾，引起落葉形態(tài)的失常和冬芽的形成。樹木休眠和冬芽的形成，除燈光的作用外，氣溫、營養(yǎng)、大氣污染及管理等都有關(guān)系。易受燈光影響的樹種有楓樹、四照花、垂柳，特別是橙皮、針樅對光的影響最敏感，夜間不能有燈光照射。桃花按不同葉齡，對燈光的靈敏度也不一樣，受到強光照射的部位，跟其他部位的葉和花明顯不同。由于光的照射，梧桐樹、刺槐的葉子的密度將逐漸減少，留下的葉片也會慢慢枯死。對葉櫸樹、銀杏樹來講，受光照射的影響很小，落葉主要受溫度影響，而不是光照的結(jié)果。

4）植物對光譜的敏感度:植物對波長為400～700 nm之間的光譜非常敏感，該波長范圍段促進光合作用的輻射(PAR）。這個波長和可見光相近，但植物對于紅光和藍(lán)光敏感大，紅光峰值在630 nm，藍(lán)光在450 nm。而人眼對光的敏感峰值在黃綠區(qū)域即555 nm波長處。450 nm藍(lán)光對植物葉片和根系生長重要，600～700 nm紅光有利于莖的生長，并促進開花和葉綠素形成。

1.5 光污染對城市環(huán)境和氣候的影響

(1）對城市環(huán)境的影響

過度的照明使夜晚城市建(構(gòu)）筑物、植物、道路等亮度過高，照明的部分光線射向天空造成能源消耗和浪費，全球每年照明耗電約2萬億度，生產(chǎn)這些電力要排放十幾億噸的CO2和一千多萬噸SO2;我國照明耗電按總發(fā)電量的10% ～12%計算，2001年照明耗電達1433.25～1719.9億度，目前我國電力生產(chǎn)，2/3為火力發(fā)電，火力發(fā)電3/4是使用燃煤，按每生產(chǎn)1度電產(chǎn)生的污染物CO2為1100 g，SO2為9 g計算，每年要排放7～9千萬噸CO2和60～70萬噸SO2。因此，城市照明在美化城市的同時，也耗費了大量資源，并對城市環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。

(2）對城市氣候的影響

市內(nèi)氣溫通常比郊區(qū)要高幾度，這除了地面大量用混凝土或瀝青混凝土覆蓋，樓群密集，空調(diào)的大量使用外，就是照明設(shè)備排放的熱量助長了城市的溫升。研究自然大氣中的空氣運動發(fā)現(xiàn)，一種是在水平方向高度1 km以上的自由大氣;另一種是在垂直方向，高度在5 km以上的自由大氣。在不同垂直高度上，最大上升氣流的速度是變化的，兩者的關(guān)系在地面附近也存在微弱的上升氣流。當(dāng)大量室外照明開放時，在客觀上是提高了地面氣流的上升速度。各種熱源對氣流加熱，并和大氣中的CO2結(jié)合，隨之上升到空中，形成氣云和“溫室效應(yīng)”，最后導(dǎo)致城市氣候異常情況的發(fā)生。

2 城市生態(tài)照明的技術(shù)要求

2.1 室外照明要求

人工室外照明在夜間既能提供視覺信息，又可延長人們活動時間段，可以使人們在室外工作場所安全安心工作和進行各種休閑娛樂活動。讓汽車安全行駛，人們在道路街道中安全行走，并防止受侵犯。室外照明要具有視認(rèn)性、認(rèn)知誘導(dǎo)性、舒適性和審美性，就需要正確運用人工照明。人工照明能延長人們的夜晚活動時間，提供穩(wěn)定的光環(huán)境，對人類產(chǎn)生巨大影響，但生物與光輻射關(guān)系密切，輻射量增大和延長，對生物的影響不可忽視。地球上數(shù)萬計生物(包括人類）對光的反應(yīng)非常復(fù)雜，輻射對生態(tài)系統(tǒng)影響:①危及到生命;②對生態(tài)有沖擊;③左右行動活動、打亂生物節(jié)律;④對生物的損傷。目前國際上正在對不同種類、對象波長范圍允許露光亮等研究，幾乎所有一般照明用人工光源都對生物有不同程度的危害和影響。夜間室外照明和生態(tài)、環(huán)境保護、審美、功能需求等是一個矛盾體，也是雙刃劍，必須科學(xué)規(guī)劃和設(shè)計。

2.2 室內(nèi)照明要求

人類活動大部分時間是在室內(nèi)進行，按照生物的正常需求，白天應(yīng)該是接受天然光照射狀態(tài)，夜晚才需要呆在室內(nèi)進行休息。但人類文明進步恰恰是建造了各種建筑，才能滿足人們的工作生活學(xué)習(xí)的需要和各種科學(xué)研究等創(chuàng)造性發(fā)明活動。因此，白天室內(nèi)活動占據(jù)人們主要的時間，人們在窗戶邊接受天然光的時間總是有限的，且地球與太陽的關(guān)系是每一秒都在發(fā)生變化，建筑是不變，天然光卻在不停地變化。大進深的建筑空間、地下建筑等使人們接受天然光不足。辦公、會議、商場、工廠、學(xué)校、圖書館、車站、醫(yī)院、劇場、展覽館、體育館、地下空間等必須使用人工照明才能滿足人類需求，而幾乎所有的一般人工照明光源對生物都有不同程度的危害和影響，這就需要從人的生理、心理出發(fā)，了解不同光源等照明器具的特性。例如，光強、光通量、照度、亮度、輻射強度、輻射通量、光譜分布等;人工照明與人的視覺系統(tǒng)、光頻效率、明適應(yīng)、暗適應(yīng)、中間視覺、生物節(jié)律、亮度對比識別、視力與空間分辨率、閃爍、眩光等物理性認(rèn)識;人工照明與心理影響，色彩的心理效應(yīng)、心理物理量、心理感受與評價等相關(guān)影響。而各種室內(nèi)功能(辦公、學(xué)校、工廠、商場等）不同，需要的人工照明狀況不同，這就需要將不同照明功能的照明物理性與人生理心理性相聯(lián)系進行考慮，才能使室內(nèi)照明具有科學(xué)性，既有利于滿足功能需求，又符合人的健康需求，才是一種生態(tài)性照明。

2.3 景觀生態(tài)照明要求

①確定植物生長所需要的照明光譜范圍和強度;②確定植物生長所需要照射的區(qū)域、面積;③確定植物生長所需要的理論總輻射功率(即區(qū)域面積×光強=PARW）;④計算光在照射中的光損失;⑤確定合適的光源及其數(shù)量;⑥根據(jù)區(qū)域形狀確定燈具排布。

2.4 城市照明、環(huán)保要求

(1）夜景照明環(huán)保原則:夜景照明應(yīng)積極推廣綠色能源、綠色照明產(chǎn)品，選用的照明產(chǎn)品應(yīng)達到綠色環(huán)保要求，在適宜的環(huán)境下有條件地選用新型環(huán)保能源與光源——太陽能及其燈具;應(yīng)建立夜景照明設(shè)施廢棄物的安全回收處理制度;夜景照明不應(yīng)影響居民生活，不應(yīng)干擾動物生物鐘節(jié)律，不應(yīng)長時間、大光通量、不按植物光生長需要地照射植物。

(2）夜景照明的光污染限制:在保證照明效果的同時，應(yīng)防止夜景照明產(chǎn)生的光污染。光污染的限制應(yīng)遵循下列原則:在保證照明效果的同時，應(yīng)防止夜景照明產(chǎn)生的光污染;限制夜景照明的光污染，應(yīng)以預(yù)防為主，避免出現(xiàn)先污染后治理的現(xiàn)象;對已出現(xiàn)光污染的地方，應(yīng)同時做好預(yù)防治理光污染工作;應(yīng)做好夜景照明設(shè)施的運行與管理工作，防止設(shè)施在運行過程中產(chǎn)生光污染。光污染的限制應(yīng)采取下列措施:應(yīng)對限制光污染提出相應(yīng)的要求和措施;在設(shè)計城市夜景照明工程時，應(yīng)按城市夜景照明的規(guī)劃進行設(shè)計;應(yīng)將照明的光線嚴(yán)格控制在被照區(qū)域內(nèi)，限制燈具產(chǎn)生的干擾光，超出被照區(qū)域內(nèi)的溢散光不應(yīng)超過15%;應(yīng)合理設(shè)置夜景照明運行時段，及時關(guān)閉部分或全部夜景照明、廣告照明和非重要景觀區(qū)高層建筑的內(nèi)透光照明。

3 小結(jié)

城市夜景照明是城市照明建設(shè)的一項重要內(nèi)容，城市照明既要考慮夜景的美觀、照明的使用功能，還應(yīng)從城市生態(tài)系統(tǒng)角度進行考慮。由于城市生態(tài)系統(tǒng)是居民與自然系統(tǒng)和人工建造的社會環(huán)境系統(tǒng)相互作用而形成的統(tǒng)一體，城市照明是人工建造環(huán)境中的一個組成部分，將夜景照明納入整個城市生態(tài)系統(tǒng)中考慮，是城市照明可持續(xù)發(fā)展的一條必經(jīng)之路。

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