不同植物群落對北京城市綠地溫濕變化影響的研究★

王予芊 李 彬

(北方工業(yè)大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，北京 100144)

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·園林·綠化·

不同植物群落對北京城市綠地溫濕變化影響的研究★

王予芊 李 彬

(北方工業(yè)大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，北京 100144)

分別選取喬灌草結(jié)構(gòu)、喬草結(jié)構(gòu)、灌草結(jié)構(gòu)以及草地四種不同的植物群落綠地進行了同時監(jiān)測，研究了一天中不同植物群落溫濕度的變化情況，并利用SPSS軟件分析了不同植物群落結(jié)構(gòu)溫濕度變化的相關(guān)性與差異性，為城市綠地植物配置提供了科學(xué)依據(jù)。

城市綠地，植物群落，降溫增濕效應(yīng)，小氣候

城市綠地?zé)o疑是解決熱島效應(yīng)的重要途徑。但目前的研究還停留在定性探討的階段，很少有通過定量的方法去深入探討綠地植物群落對小氣候的改善功效的研究。所以本次實驗對北京地區(qū)城市綠地不同類型植物群落溫濕效應(yīng)進行了日變化監(jiān)測，以期待對今后城市綠地植物配置方法提供科學(xué)依據(jù)。

1 實驗場地概況

本次實驗的地點位于北京市石景山區(qū)阜石路南側(cè)綠化帶，東至?xí)r代花園西街，西至楊莊大街，周邊主要業(yè)態(tài)為居民區(qū)，該綠化帶是周邊居民主要的戶外休閑場所。綠地內(nèi)的主要植物配置類型有喬—灌—草結(jié)構(gòu)、喬—草結(jié)構(gòu)、灌—草結(jié)構(gòu)以及純草地結(jié)構(gòu)四種。其中喬木主要有：油松、國槐、臭椿、垂柳、紫葉李、廣玉蘭等；灌木有：丁香、碧桃、連翹、萱草、絲蘭、毛簪等；草本植物以高羊茅為主。

2 觀測研究方法

2.1 樣地選擇

在實驗場地內(nèi)選取四種植物群落特征不同(喬—灌—草結(jié)構(gòu)、喬—草結(jié)構(gòu)、灌—草結(jié)構(gòu)以及純草地結(jié)構(gòu))面積相似的區(qū)域作為監(jiān)測樣地，選擇的樣地中，喬木層為主干明顯，高度在3 m以上，且分叉點高于1.2 m的木本植物；灌木層為無明顯主干或者主干分支較多的木本植物，其高度小于3 m，分叉點低于1.2 m；草坪則選擇長勢良好，莖葉柔軟，且植株低矮的草本植物作為監(jiān)測研究的對象。

2.2 測量方法

利用NK4500小型氣象站(美國Nielsen-Kellerman公司產(chǎn))對四塊有不同植物群落特征的樣地進行同時監(jiān)測，記錄在同一時間范圍內(nèi)各樣地中距地面1.5 m處的溫度、濕度、熱指數(shù)、風(fēng)速等小氣候因子數(shù)值，研究不同植物群落小氣候的變化情況。為使記錄數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確，本次測量的方式將傳統(tǒng)的每小時記錄一次改為每小時測量兩次，且每次連續(xù)測量5 min，取平均值作為該時間段的最終數(shù)據(jù)。實驗選擇晴好、無風(fēng)的相似天氣，為了精準(zhǔn)的檢測小氣候1 d的變化情況，每天的測量區(qū)間為從早上8：00到晚上18：00，連續(xù)測量3 d。

2.3 數(shù)據(jù)處理

將儀器監(jiān)測記錄數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)學(xué)統(tǒng)計軟件Excel，將每天各時段的各項數(shù)據(jù)進行比對，分析各樣地1 d中溫濕度的變化情況，并與城市溫度進行對比，繪制為圖表的形式。再借助統(tǒng)計學(xué)軟件SPSS分析不同植物群落樣地與小氣候因子間的顯著性關(guān)系，以明確植物群落類型與小氣候溫濕效應(yīng)間的關(guān)聯(lián)特性。

3 分析與結(jié)果

3.1 不同類型植物群落的溫度調(diào)節(jié)功效

結(jié)果處理數(shù)據(jù)顯示，對于改善小氣候各類植物群落均表現(xiàn)出不同的功效。通過比較各樣地1 d氣溫的平均值，可以看出：喬草結(jié)構(gòu)(24.48 ℃)<喬灌草結(jié)構(gòu)(25.07 ℃)<灌草結(jié)構(gòu)(25.41 ℃)<草地(25.6 ℃)<城市氣溫(26 ℃)。通過對比各樣地日平均溫度與城市日平均溫度的差值得出：喬草結(jié)構(gòu)(14.24 ℃)<喬灌草結(jié)構(gòu)(8.29 ℃)<灌草結(jié)構(gòu)(4.86 ℃)<草地(2.96 ℃)。通過上述樣地數(shù)據(jù)的比較分析可以得出如下結(jié)論：1 d平均氣溫與樣地植物群落的豐富程度成反比，植物群落越豐富的樣地其1 d平均溫度越低；各樣地日平均空氣溫度與城市日平均空氣溫度的差值與樣地的植物群落成正比，即植物群落越豐富的樣地其日平均空氣溫度與城市日平均空氣溫度差值越大，降溫效果越理想。其中由于選擇的喬草結(jié)構(gòu)群落里有像國槐和臭椿這樣高大而且郁閉度高的植物，所以在改善小氣候溫度方面一直表現(xiàn)出很顯著的功效。

通過分析比較各樣在各個時段的溫度變化情況，可以得出以下結(jié)論：喬草結(jié)構(gòu)由于郁閉度較高，通風(fēng)效果理想，其環(huán)境溫度除在9：00～10：00這個時段外，其余時段溫度都明顯低于其他結(jié)構(gòu)類型的環(huán)境溫度，城市氣溫越高其降溫效果越明顯。在12：00～15：00城市急速升溫的高溫時段，喬草結(jié)構(gòu)類型的綠地對溫度調(diào)節(jié)作用最為顯著，在14：00～15：00城市氣溫達(dá)到最高值時期環(huán)境溫度比城市空氣溫度低了3.4 ℃。在同一時段，其降溫調(diào)節(jié)功效明顯優(yōu)于其他三種類型綠地，與喬灌草、灌草、草地環(huán)境的最大溫差出現(xiàn)在12：00～13：00時間段，差值分別為1.2 ℃，1.5 ℃和2.5 ℃?？梢钥闯觯诟鳂拥刂腥狈Ω叽笾参锏恼趽醯膯我徊莸亟Y(jié)構(gòu)類型對溫度的調(diào)節(jié)功效最弱，從10：00以后草地環(huán)境溫度一直高于其他樣地，但仍低于城市的空氣溫度。同時喬灌草的類型也對改善小氣候溫度有較顯著的功效，其降溫能力強于灌草和草地，尤其在12：00～15：00高溫的時段里，其溫度比灌草低了將近1 ℃，比草地低了2 ℃左右。

為論證不同類型植物群落結(jié)構(gòu)對環(huán)境溫度調(diào)節(jié)功效的差異性，將統(tǒng)計數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS軟件，對1 d中不同植物群落類型綠地的氣溫差異相關(guān)性進行分析，結(jié)果顯示喬草結(jié)構(gòu)和喬灌草結(jié)構(gòu)未達(dá)到顯著水平(P<0.05),但與其他兩類植物群落結(jié)構(gòu)樣地均達(dá)到了顯著水平(P>0.05)，即在調(diào)節(jié)環(huán)境溫度方面，喬草結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于灌草和草地結(jié)構(gòu)。喬灌草、灌草、草地三類群落結(jié)構(gòu)樣地之間都達(dá)到了顯著水平(P>0.05)，即喬灌草結(jié)構(gòu)>灌草結(jié)構(gòu)>草地。

由于喬草結(jié)構(gòu)和喬灌草結(jié)構(gòu)之間不存在顯著的差異性，分析其調(diào)節(jié)功效優(yōu)劣性需對群落結(jié)構(gòu)樣地的熱指數(shù)值進行進一步分析，熱指數(shù)是指高溫環(huán)境下，人體真正感受到的溫度，也就是體感溫度。用SPSS軟件比較喬草結(jié)構(gòu)和喬灌草結(jié)構(gòu)的熱指數(shù)值，結(jié)果顯示二者間的差異性達(dá)到顯著水平(P>0.05)。同時，其他群落結(jié)構(gòu)間也達(dá)到了顯著水平。這說明綠地植物群落結(jié)構(gòu)的差異性影響其對氣溫調(diào)節(jié)功效的顯著性，且喬草結(jié)構(gòu)>喬灌草結(jié)構(gòu)>灌草結(jié)構(gòu)>草地。

綜上所述，任何類型植物群落結(jié)構(gòu)對降低環(huán)境溫度，改善小氣候環(huán)境都具有有效的調(diào)節(jié)作用。喬草結(jié)構(gòu)和喬灌草結(jié)構(gòu)由于自身郁閉度較高、綠量較大，所以可以有效的阻擋太陽輻射，并通過強大的植物蒸騰作用，在高溫天氣中起到強于其他結(jié)構(gòu)的降溫效果。雖然喬灌草結(jié)構(gòu)綠量以及植物豐富度都強于喬草結(jié)構(gòu)，但其林下空間較為擁擠，空氣對流作用減弱，導(dǎo)致其降溫效果略差于喬草結(jié)構(gòu)的綠地環(huán)境，尤其在12：00～17：00高溫時段。因此，綠量、郁閉度及林下空間結(jié)構(gòu)(空氣對流效果)共同影響著植物群落對溫度的調(diào)節(jié)功效。

3.2 不同類型植物群落的濕度調(diào)節(jié)功效

樣地1、樣地2、樣地3、樣地4相對濕度日均變化范圍分別是：38.45%～31.65%，41.02%～30.06%，39.85%～31.47%，37.79%～29.38%。樣地相對濕度日均值顯示：喬灌草(33.08%)>喬草(31.07%)>灌草(31.82%)>草地(29.83%)。通過對比各樣地相對濕度日均值與城市相對濕度日均值的差值得出：喬灌草(36.82%)>喬草(24.23%)>灌草(16.78%)>草地(4.39%)。

從增濕的角度來看，喬灌草結(jié)構(gòu)的植物群落有較為顯著的增濕效果，在多數(shù)時間段里都強于其他植物群落類型，最大差值出現(xiàn)在15：00～16：00時段，喬灌草結(jié)構(gòu)樣地濕度比喬草結(jié)構(gòu)樣地高出2.5%，比草地高出2%，更是比城市濕度高出了5%。但在10：00以前，和17：00以后喬灌草結(jié)構(gòu)樣地的增濕效果略低于喬草結(jié)構(gòu)樣地。原因有：1)因為在夜間大氣相對濕度較大，喬草結(jié)構(gòu)樣地內(nèi)部較為通透，受周圍環(huán)境大氣濕度影響較大，所以相對濕度暫時高于喬灌草結(jié)構(gòu)樣地。2)在17：00以后，太陽輻射大為減弱，喬草結(jié)構(gòu)樣地地面覆蓋物較少，所以林下空間植物蒸騰作用強于喬灌草結(jié)構(gòu)樣地。在10：00～16：00這段時間內(nèi)，喬灌草結(jié)構(gòu)樣地增濕能力明顯強于其他植物群落結(jié)構(gòu)樣地；喬草結(jié)構(gòu)樣地能力次之；單一的草地結(jié)構(gòu)保濕能力在各時間段均明顯弱于其他樣地，且受周圍環(huán)境的影響較大；灌草結(jié)構(gòu)樣地增濕的能力強于草地和城市平均水平，但明顯低于喬灌草結(jié)構(gòu)樣地和喬草結(jié)構(gòu)樣地。在16：00以后，除了喬灌草結(jié)構(gòu)樣地增濕能力下降外其余不同植物群落結(jié)構(gòu)樣地增濕能力都有所提升，這與太陽輻射減弱，大氣濕度上升有直接關(guān)系。

通過SPSS軟件對1 d中各樣地相對濕度變化的相關(guān)性進行分析，得出各群落結(jié)構(gòu)樣地之間均達(dá)到了顯著水平(P>0.05)，同時各群落結(jié)構(gòu)樣地與當(dāng)日城市相對濕度之間也達(dá)到了顯著水平(P>0.05)。各植物群落樣地增濕能力：喬灌草結(jié)構(gòu)樣地>喬草結(jié)構(gòu)樣地>灌草結(jié)構(gòu)樣地>草地。

4 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，對于改善小氣候各類植物群落樣地均表現(xiàn)出不同的功效，其中喬草結(jié)構(gòu)群落樣地里，由于有像國槐和臭椿這類高大而且郁閉度高的植物，加之林下空間通透，沒有灌木層的遮擋，在調(diào)節(jié)環(huán)境溫度方面(尤其是在微風(fēng)空氣對流強的時候)表現(xiàn)出最為顯著的功效；喬灌草結(jié)構(gòu)樣地由于植物豐富而且綠量較大，其調(diào)節(jié)環(huán)境溫度的能力也很顯著，僅次于喬草結(jié)構(gòu)群落；灌草結(jié)構(gòu)降溫能力弱于喬灌草結(jié)構(gòu)和喬草結(jié)構(gòu)群落，但強于草地。草地由于植物單一，綠量較低，并且受周圍環(huán)境影響很大，導(dǎo)致其溫度一直處于較高的狀態(tài)，降溫效果也是所有樣地中最差的。從增濕的角度來看，喬灌草結(jié)構(gòu)在1 d中的高溫時段具有最為顯著的增濕效果，強于其他植物組合類型。喬草結(jié)構(gòu)也有比較顯著的增濕功效，灌草結(jié)構(gòu)次之，草地的降溫增濕效果最為微弱。

綠地的植物群落是其降溫增濕改善局部地區(qū)環(huán)境的重要因素，其種植形式、結(jié)構(gòu)布局以及不同植物種類的選擇都對其改善功效具有影響。通過本次實驗研究發(fā)現(xiàn)，植物的降溫增濕作用一方面受綠量的影響，但另一方面也受綠地林下空間的通透性以及郁閉度的影響。因此，在城市綠地規(guī)劃方面要盡量避免過多使用植物結(jié)構(gòu)單一，綠量較少的草地作為主要綠化方式。而是要優(yōu)先選擇綠量大、植物豐富、喬木高大郁閉度高的喬草結(jié)構(gòu)或者喬灌草結(jié)構(gòu)作為城市綠地的主要綠化方式。綠地設(shè)計更應(yīng)該講究植物配置的科學(xué)性、合理性，以此來提高綠化的生態(tài)效益。增加綠地的郁閉度，同時豐富植物群落，多采用喬灌草結(jié)構(gòu)的植物種植形式將更有利于發(fā)揮綠地的降溫增濕能力。本課題今后將展開更加深入的研究，為城市綠地植物配置提供有效理論數(shù)據(jù)支持。

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On influence of various plants groups on changes of temperature and moisture of green land in Beijing★

Wang Yuqian Li Bin

(CollegeofArchitectureandArts,NorthChinaUniversityofTechnology,Beijing100144,China)

The paper selects fours kinds of plants groups on green lands,researches the changes in the temperature and moisture of the different plant groups,and adopts SPSS software to analyze the relevance and differences of changes in temperature and moisture of various plants groups,provided scientific basis for the urban green land plant disposition.

urban green land,plant group,effect of falling temperature and rising moisture,small climate

1009-6825(2016)29-0196-02

2016-08-03★：北京市教委科技計劃一般項目(項目編號：KM201610009013)；北方工業(yè)大學(xué)“2016校內(nèi)人才強校-青年拔尖”項目(項目編號：XN071017)

王予芊(1991- )，男，在讀碩士； 李 彬(1991- )，男，在讀碩士

TU985

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