Επίδραση του βάθους του υποστρώματος και του είδους της φυτοκάλυψης αστικών φυτεμένων δωμάτων στη διακύμανση της υγρασίας και της θερμοκρασίας του υποστρώματος και στην έκπλυση των νιτρικών

Abstract

Στον ήδη πυκνοδομημένο αστικό ιστό, η συνεχής μείωση των ελεύθερων χώρων, η κάλυψη τους από δομικά στοιχεία και η έλλειψη χώρων για εγκατάσταση νέας βλάστησης κάνουν πιο επιτακτική την ανάγκη για εκμετάλλευση των ελεύθερων επιφανειών των κτιρίων καθιστώντας τη δημιουργία και εγκατάσταση φυτοδωμάτων μια από τις ελάχιστες βιώσιμες λύσεις που απομένουν, για την αποκατάσταση του περιβάλλοντος των αστικών κέντρων και της ποιότητας ζωής των κατοίκων τους. Στόχος της παρούσας μελέτης ήταν να διερευνηθεί η επίδραση του βάθους του υποστρώματος και του είδους της φυτοκάλυψης αστικών φυτεμένων δωμάτων στη διακύμανση της υγρασίας και της θερμοκρασίας του υποστρώματος και στην έκπλυση των νιτρικών. Για την εκπόνηση της μελέτης χρησιμοποιήθηκαν 30 ορθογώνια λυσίμετρα. Τα 14 από αυτά πληρώθηκαν με υπόστρωμα σε βάθος 8 cm, άλλα 14 πληρώθηκαν σε βάθος 16 cm, ενώ τα υπόλοιπα 2 παρέμειναν μόνο με τη διάστρωση της υδατοστεγάνωσης προκειμένου να χρησιμεύσουν ως μάρτυρεςενός συμβατικού δώματος. Από τα 28 λυσίμετρα τα οποία ήταν εξοπλισμένα με διατάξεις φυτεμένων δωμάτων,8 φυτεύτηκαν με το ξηρόφυτο Origanum onites, 8 με το παχύφυτο Sedum sediforme και 8 φυτοκαλύφθηκαν με έτοιμο χλοοτάπητα του είδους Festuca arundinacea. Έτσι το κάθε ένα από τα 3 είδη φυτοκάλυψης εγκαταστάθηκε σε 4 λυσίμετρα με υπόστρωμα βάθους 8 cm και σε 4 με βάθος 16 cm. Επιπλέον 4 λυσίμετρα αφέθηκαν χωρίς φυτοκάλυψη με γυμνό υπόστρωμα από τα οποία δύο είχαν βάθος 8 cm και δύο είχαν 16 cm. Tα λυσίμετρα αυτά ήταν οι μάρτυρες προκειμένου να διαχωριστεί η επίδραση της βλάστησης από αυτή του υποστρώματος και των υπολοίπων διατάξεων των φυτεμένων δωμάτων, στις προσδιοριζόμενες παραμέτρους της παρούσας μελέτης. Κατά τη διεξαγωγή της μελέτης, προσδιορίστηκε ηυγρασία και η θερμοκρασία του υποστρώματος με ασύρματους αισθητήρες καθώς και η συγκέντρωση των νιτρικών στην απορροή. Τα αποτελέσματα της μελέτης έδειξαν ότι στα λυσίμετρα με βάθος 8 cm μετά την εφαρμογή της άρδευσης, και για 4-5 ώρες, η υγρασία έπαιρνε ιδιαίτερα υψηλές τιμές, σε σύγκριση με τα βαθύτερα των 16 cm. Με βάση τα ευρήματα αυτά κρίνεται σκόπιμο ότι σε φυτοκαλυμμένα δώματα με διαφορετικά βάθη υποστρώματος θα πρέπει οι αρδεύσεις να εφαρμόζονται με διαφορετικό τρόπο.Επιπλέον, τα βαθύτερα υποστρώματα τα φυτοκαλυμμένα με O. onites ή με F. arundinacea, επέδειξαν μία ταχύτερη μείωση υγρασίας υποστρώματος κατά τη διάρκεια του εικοσιτετράωρου, σε σύγκριση με τις άλλες επεμβάσεις, η οποία έφθανε σε ελάχιστες τιμές. Αντίθετα, τα υποστρώματα τα φυτοκαλυμμένα με το παχύφυτοS. sediforme, παρουσίασαν ελάχιστη μείωση της υγρασίας, καθώς αυτό διαθέτει μεταβολισμό τύπου CAM. Τα αποτελέσματα αυτά μπορούν να αποτελέσουν τη βάση ενός συστήματος λήψης αποφάσεων καθώς η υγρασία του υποστρώματος επηρεάζει τόσο την ανάπτυξη του φυτικού υλικού όσο και τη θερμοκρασία του υποστρώματος και την ικανότητα συγκράτησης των ομβρίων υδάτων. Όσον αφορά τη θερμοκρασία του υποστρώματος, τα αποτελέσματα της μελέτης έδειξαν ότι τα λυσίμετρα με βάθος 16 cm εμφάνισαν μικρότερες διακυμάνσεις θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια ενός εικοσιτετραώρου, σε σύγκριση με τα ρηχά των 8 cm. Πρόσθετα τα λυσίμετρα με F. arundinacea παρουσίασαν τις μικρότερες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας σε σύγκριση με όλες τις άλλες επεμβάσεις.Επομένως τα βαθύτερα υποστρώματα εξασφαλίζουν καλύτερες συνθήκες για την ανάπτυξη των φυτών και είναι πιθανόν να συνεισφέρουν στην εξοικονόμηση των ενεργειακών αναγκών για ψύξη και θέρμανση του κτιρίου, ενώ σε συνδυασμό με χλοοτάπητα επιφέρουν τις ελάχιστες θερμοκρασιακές διακυμάνσεις και αναμένεται να συμβάλουν στην μακροζωία των υλικών κατασκευής και προστασίας του δώματος. Σε ότι αφορά την έκπλυση των νιτρικών τα αποτελέσματα της μελέτης έδειξαν πως στα φυτοκαλυμμένα λυσίμετρα ανεξάρτητα από το βάθος των 8 cm ή 16 cm, και το είδος της φυτοκάλυψης, δεν υπήρξε ουσιαστική διαφορά στην έκπλυση των νιτρικών.Οι τιμές ήταν μικρές, καθώς ποτέ δεν ξεπέρασαν τα 5mgL-1. Αντίθετα στα μη φυτοκαλυμμένα τεμάχιακαι στα δύο βάθη υποστρώματος, οι τιμές ξεπερνούσαν κατά πολύ το όριο των 10mgL-1, φτάνοντας τα 45mgL-1, με τα βαθύτερα να εκπλύουν περισσότερα νιτρικά από τα ρηχά.

The continuous reduction of open spacesin the contemporary citieshas led to the deteriorationofurban environment. Since the cities are mainly occupied by buildings, it is of interest to reintroduce the lost flora by establishing vegetationon buildings’ surfaces. Thus, installation of green roofs is considered as one of the few remaining viable solutions, for the amelioration of the urban environmental. The aim of the present study was to evaluate the effect of substrate depth and vegetation typeonthe moisture content and temperature of the substrate and nitrate leaching capacity from urban green roof systems.Thirty (30) rectangular lysimeters were used for the needs of the study. The fourteen (14) of them were filled with substrate of 8 cmdepth, another fourteen of them with substrate of 16 cm depth, while the remaining two (2)were left empty to serve as controls of a conventional roof. From the twenty eighth (28) lysimeters, which were equipped with all necessary green roof layers, eight (8) of them were plantedwith thexerophyteOriganumonites, eight (8) with the succulent Sedum sediforme and eight (8) with the turf speciesFestucaarundinacea.Each one of the three different vegetation species was installed in four lysimeters of 8 cm substrate depth and another four of 16 cm substrate depth. In addition, fourlysimeterswere left with bare substrateand without vegetation. Two of them had 8 cmsubstrate depthand the other two 16 cm depth. These lysimetersserved as controls in order to separate vegetation effectsfrom that of the substrate and other green roof layers. It was found that the shallow substrates of 8 cm depth exhibited increased moisture contentcompared to the deeper ones soon after irrigation. Based on the study findings it seems appropriate that green roofs with different substrate depths should manage irrigation applications differently. In addition the deeper substrates planted with O. onitesor F. arundinacea,exhibited a faster substrate moisture depletion compared with the other treatments during the time, reaching minimum values. Conversely,S. sediforme, resulted in minimal reduction of substrate’s moisturecontent, due to its minimal transpirationaldemands,since it possess a CAM metabolism. These results, can constitutethe basis of a decision-making system,since substrate moistureinfluences plant growth, substrate temperature and green roof runoff reduction. Thedeeper substratesexhibited smaller temperature fluctuationduring the daycompared to the shallow ones. The minimum substrate temperature fluctuationswere observed with F. arundinaceaturfgrass.Based on thesefindings, it wasconcluded that green roofs with deep substrate depth,might contribute to buildings’ energy savingsand to longevity of construction and protective roof materials especiallywith turf cover. Green roofs regardless of their substrate depth (8 cm or 16 cm) and vegetationcover,did not exhibit any substantial differences in nitrates leaching. Nitrate concentration in the runoff leachate were low and never exceeded 5mgL-1. In contrast non-vegetated green roofs at both substrate depths, exhibited increased nitrate concentration values that reached 45mgL-1. In this case the deepersubstrate leached higher nitrate concentrations than the shallow ones.Therefore it was concluded that the presence of vegetation on green roofs may act as nitratesink, thus reducing the environmental load that may derived from them.