基于綠蔭停車場樹種選擇的夏季林蔭生態(tài)環(huán)境指標(biāo)研究*

陳明明　邱爾發(fā)　曹冰冰

中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所　國家林業(yè)局城市森林研究中心　北京　100091

基于綠蔭停車場樹種選擇的夏季林蔭生態(tài)環(huán)境指標(biāo)研究*

陳明明邱爾發(fā)曹冰冰

中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所國家林業(yè)局城市森林研究中心北京100091

摘要：選擇目前北京市停車場常用的11種喬木樹種，在夏季7∶00—18∶00監(jiān)測樹蔭下停車位的溫度、地表溫度、濕度、光照強(qiáng)度和UV-B。結(jié)果表明，各喬木樹種樹蔭下空氣溫度和地表溫度降低范圍為0.3℃～1.25℃和3.05℃～7.26℃，相對(duì)濕度增加0.74%～5.91%，光照強(qiáng)度和UV-B屏蔽率達(dá)30.62%～82%和29.45%～78.61%。11種樹種中，白蠟、臭椿的各項(xiàng)指標(biāo)均顯著高于其他樹種，可以作為停車場綠化優(yōu)先選用的樹種。

關(guān)鍵詞：綠蔭停車場，樹種，溫度，濕度，光照強(qiáng)度，UV-B，地表溫度

隨著城市車輛保有量的增加，綠蔭停車場的建設(shè)受到越來越多的關(guān)注。停車場不再僅僅是停車的場地，更是為車輛提供綠蔭、美化城市環(huán)境的場所。樹木對(duì)環(huán)境有很強(qiáng)的改善作用[1]，且不同種類的植物中又以喬木改善環(huán)境的功能最強(qiáng)[2]。本文以北京市11種樹木為對(duì)象，測量不同樹種下停車位的溫度、濕度、光照、UV-B和地表溫度，研究綠蔭停車場樹種的選擇方式，以期為綠蔭停車場的綠化建設(shè)提供理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地選擇在北京市。北京中心位于北緯39°54′20″、東經(jīng)116°25′29″。氣候?yàn)榈湫偷呐瘻貛У陌霛駶櫺源箨懠撅L(fēng)氣候，夏季溫度高且雨水多，冬季寒冷并且干燥。北京市地面停車場的主要類型有露天停車場、綠蔭停車場、生態(tài)停車場。近年來北京市陸續(xù)建設(shè)了眾多生態(tài)型停車場，具有代表性的有奧林匹克森林公園停車場、海淀公園停車場、部長林停車場。2010年對(duì)北京市三環(huán)到四環(huán)停車場調(diào)查顯示，綠化覆蓋率在10%以下的停車場占總數(shù)的18%，超過30%的占總數(shù)的20%，整體綠化覆蓋率偏低[3]。

1.2 樣地及樹種選擇

通過實(shí)地調(diào)研北京市大量停車場，結(jié)合北京市常用綠化樹種[4-5]，選擇懸鈴木、白蠟、欒樹、國槐、臭椿、銀杏、毛白楊、垂柳、旱柳、圓柏、紫葉李11種喬木作為研究對(duì)象。選擇線形種植且種植間距為5 m～6 m的行道樹，要求樹木個(gè)體冠形完整、長勢良好且不受周圍建筑干擾，在葉鑲嵌作用下盡量形成少光斑的蔭蔽環(huán)境。選擇東西向道路南側(cè)的行道樹作為試驗(yàn)對(duì)象，選定的下墊面類型均為瀝青路面(表1)。

表1　樣本樹木基本狀況

1.3 研究方法

根據(jù)停車場建設(shè)規(guī)范，垂直式停車場中垂直于通道的停車位寬度為2.8 m，平行于通道的停車位寬度為6 m[6]。在相鄰2株行道樹下模擬6 m×2.8 m的停車位，選取2條對(duì)角線的1/4點(diǎn)處及中心點(diǎn)為監(jiān)測點(diǎn)，計(jì)5個(gè)點(diǎn)，以裸露地為對(duì)照。分別用TES-1332A照度計(jì)(臺(tái)灣產(chǎn))測量光照強(qiáng)度，NK5920便攜式氣象測定儀(美國產(chǎn))測量1.5 m處溫度和濕度，北師大UV-B(297)單通道紫外輻照計(jì)測量紫外線強(qiáng)度，testo110測溫儀和testo(06131912)表面溫度探頭測量地表溫度。于2015年8月選擇3天晴朗無風(fēng)天氣，在7∶00—18∶00每隔1 h進(jìn)行同步監(jiān)測。

為比較不同樹種在停車位上的光照屏蔽效應(yīng)，引入光照屏蔽率，其計(jì)算公式為：

(1)

其中，U為平均光照輻射屏蔽率，Ui為無蔭下各時(shí)間整點(diǎn)的光照輻射強(qiáng)度值，Ui2為有蔭下各時(shí)間整點(diǎn)的光照輻射強(qiáng)度值。

為比較不同樹種在停車位上的UV-B輻射屏蔽效應(yīng)，引入U(xiǎn)V-B輻射屏蔽率[7]，其計(jì)算公式為：

(2)

其中W為UV-B輻射屏蔽率，Wi為無蔭下各時(shí)間整點(diǎn)的UV-B輻射強(qiáng)度值，Wi2為有蔭下各時(shí)間時(shí)間整點(diǎn)的UV-B輻射強(qiáng)度值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，采用Microsoft Excel 2003和DFS V7.05進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和圖表處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樹種樹蔭下日降溫特征

與對(duì)照相比，不同樹種均有不同程度的降溫效果(表2)?？傮w上，11∶00—15∶00降溫效果較明顯，而早上及傍晚降溫效果較弱。最大降溫值均出現(xiàn)于11∶00—15∶00，其中降溫幅度最大的是臭椿，達(dá)3.16 ℃，在15∶00達(dá)到其最大降溫值；降溫幅度最小的是紫葉李，為1.2 ℃；旱柳、紫葉李、柳樹在13∶00達(dá)到最大降溫值；白蠟、懸鈴木、圓柏在14∶00達(dá)到最大降溫值；欒樹最大降溫值出現(xiàn)在15∶00。

2.2 不同樹種樹蔭下相對(duì)濕度日變化特征

不同樹種在無蔭下和有蔭下濕度變化趨勢相同(表3)。7∶00—11∶00相對(duì)濕度逐漸降低，11∶00—16∶00基本保持穩(wěn)定，16∶00—18∶00緩慢增加。7∶00—18∶00，相對(duì)濕度增加值在不同時(shí)間段變化明顯，7∶00—11∶00逐漸減小，11∶00—14∶00達(dá)到最小值，14∶00之后增加值逐漸增加。

表2　不同樹種樹蔭下日降溫值　/℃

表3　不同樹種樹蔭下相對(duì)濕度日變化　/%

白蠟增濕效果明顯高于其他樹種，最大增濕量達(dá)到16.71%；懸鈴木和臭椿的增濕效果次之，最大增濕值分別為12.69%和8.08%；由于紫葉李冠幅較小，增濕量最小，為1.21%。

2.3 不同樹種樹蔭下光照強(qiáng)度日變化特征

不同樹種在無蔭下和有蔭下光照變化趨勢差異較大(圖1)。無蔭下光照強(qiáng)度在7∶00—12∶00逐漸增加，12∶00—18∶00逐漸減弱。楊樹、白蠟、臭椿、懸鈴木、銀杏、紫葉李在各時(shí)間點(diǎn)光照強(qiáng)度基本無變化，呈穩(wěn)定趨勢；由于太陽照射角度變化和不同樹種的枝下高、冠形不同導(dǎo)致旱柳、柳樹、欒樹在10∶00光照強(qiáng)度顯著增加，其余各時(shí)間點(diǎn)光照強(qiáng)度變化較小且基本趨于穩(wěn)定；圓柏在7∶00—11∶00光照強(qiáng)度較小且趨向于穩(wěn)定，但是由于整體冠幅較小，對(duì)照于無蔭下12∶00—18∶00光照強(qiáng)度無明顯減弱。

圖1　不同樹種樹蔭下光照強(qiáng)度日變化

2.4 不同樹種樹蔭下UV-B輻射強(qiáng)度日變化特征

不同樹種在無蔭下和有蔭下UV-B輻射強(qiáng)度變化差異較大(圖2)。無蔭下UV-B輻射強(qiáng)度在7∶00—12∶00逐漸增加，12∶00—18∶00逐漸減弱；結(jié)合圖3可知，UV-B輻射強(qiáng)度和光照輻射強(qiáng)度變化趨勢一致。白蠟、懸鈴木、銀杏、楊樹在9∶00—16∶00的UV-B強(qiáng)度變化很小，呈穩(wěn)定趨勢；旱柳、柳樹和欒樹葉片密度較小，UV-B輻射強(qiáng)度在10∶00—12∶00顯著增加；圓柏在11∶00—14∶00的UV-B輻射強(qiáng)度較大，主要與其冠幅導(dǎo)致投影面積較小有關(guān)。

圖2　不同樹種樹蔭下UV-B日變化

2.5 不同樹種樹蔭下地表溫度日變化特征

不同樹種在無蔭下和有蔭下地表溫度變化趨勢相同(圖3)。7∶00—12∶00溫度逐漸增加較快，12∶00—15∶00增加緩慢，15∶00—18∶00溫度逐漸下降。相同樹種在不同時(shí)間段降溫效果相差較大，早晨降溫效果不明顯，11∶00—14∶00降溫效果顯著提高。旱柳、楊樹、臭椿、紫葉李、白蠟、懸鈴木、柳樹、銀杏最大降溫值在14∶00出現(xiàn)。其中楊樹降溫幅度最大，為12.03 ℃，整體降溫效果較明顯。

圖3　不同樹種樹蔭下地表溫度日變化

2.6 不同樹種樹蔭下生態(tài)環(huán)境效應(yīng)分析

不同樹種日平均降溫范圍為0.35℃～1.25℃，由大到小排列為臭椿、白蠟、圓柏、銀杏、欒樹、洋槐、柳樹、紫葉李，最大與最小相差3.57倍；不同樹種相對(duì)濕度增加范圍為0.74%～5.91%，由大到小排列為白蠟、臭椿、懸鈴木、楊樹、圓柏、旱柳、柳樹、欒樹、銀杏、槐樹、紫葉李，最大與最小相差7.98倍；不同樹種光照屏蔽率范圍為30.62%～82%，由大到小排列為白蠟、懸鈴木、臭椿、楊樹、柳樹、槐樹、銀杏、旱柳、欒樹、圓柏、紫葉李，最大與最小相差2.68倍；不同樹種UV-B輻射屏蔽率范圍為29.45%～78.61%，由大到小排列為懸鈴木、白蠟、臭椿、楊樹、柳樹、旱柳、銀杏、欒樹、槐樹、紫葉李、圓柏，最大與最小相差2.67倍；不同樹種地表降溫范圍為3.05 ℃～7.26 ℃，由大到小排列為白蠟、臭椿、楊樹、柳樹、旱柳、懸鈴木、圓柏、欒樹、銀杏、槐樹、紫葉李，最大與最小相差2.38倍。

表4　不同樹種樹蔭下生態(tài)因子變化

注：同列不同大小寫字母分別代表處理值均值在0.01和0.05水平上存在顯著性差異。

多重比較結(jié)果顯示，不同樹種環(huán)境溫度降低值差異顯著，臭椿、白蠟、圓柏、銀杏顯著大于旱柳、柳樹、紫葉李、槐樹；光照屏蔽率和UV-B屏蔽率差異顯著，白蠟、懸鈴木、臭椿顯著高于欒樹、紫葉李、圓柏；地表溫度降低值變化顯著，白蠟、臭椿、楊樹顯著高于紫葉李、槐樹；相對(duì)濕度增加值變化不顯著。臭椿、白蠟的各項(xiàng)指標(biāo)均顯著優(yōu)于其他樹種，可作為停車場綠化建設(shè)優(yōu)先選用樹種。

3 討論和結(jié)論

相較于無蔭下，樹蔭下的停車場溫度和濕度變化較小，且有些時(shí)刻出現(xiàn)有蔭下溫度相對(duì)增加的現(xiàn)象。這一方面與局部空氣的流動(dòng)有關(guān)，另一方面與葉面積指數(shù)有關(guān)[8]。從整體上看，樹蔭能屏蔽60%～80%的光照和40%～70%的UV-B輻射，且光照屏蔽率高于UV-B屏蔽率。相同樹種的光照屏蔽效果與UV-B屏蔽效果總體變化趨勢相同，但是不同樹種排序不同。這可能與葉片的生物學(xué)特性有關(guān)，也可能與不同樹種的抗UV-B黃酮類化合物含量有關(guān)[9]。吳家兵等[10]認(rèn)為樹木的生長發(fā)育階段、林冠結(jié)構(gòu)和葉面積指數(shù)等對(duì)紫外輻射屏蔽效應(yīng)也有一定的影響。圓柏的光照強(qiáng)度和UV-B變化趨勢與其他樹種明顯不同。這是由于圓柏冠幅較小，在11∶00—17∶00時(shí)停車位上無陰影。欒樹、柳樹冠幅較大，但是相較于臭椿、白蠟，光照屏蔽率和屏蔽率較小，這與其葉子的疏密程度有關(guān)。因此，在停車場建設(shè)中應(yīng)選擇冠幅較大同時(shí)枝葉茂密的樹種。

樹蔭下停車場的地表溫度變化較大，一天內(nèi)停車位上陰影的時(shí)間長度是影響停車位地表溫度的主要因素。東西向種植的喬木比南北向種植有更多的陰影時(shí)間[11]，所以在建設(shè)停車場時(shí)應(yīng)考慮樹木東西向種植。地表溫度還與材料的比熱物特性有關(guān)[12]，且非滲透表面與地表溫度呈正相關(guān)[13]。由于本文只進(jìn)行瀝青材質(zhì)下墊面的監(jiān)測，其他類型的下墊面溫度變化還有待進(jìn)一步探討。

綜上所述，樹蔭能有效改善停車場內(nèi)的溫度、濕度等指標(biāo)，不同樹種對(duì)環(huán)境因子的影響有明顯差異。停車場綠化建設(shè)中應(yīng)選擇冠幅較大、枝葉茂密的樹種。白蠟、臭椿的各項(xiàng)指標(biāo)均顯著高于其他樹種，可以在停車場中優(yōu)先使用。影響停車場生態(tài)環(huán)境的因素還有很多，例如停車位方位、樹木種植形式等，還需進(jìn)一步研究。

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A Study of Ecological Environmental Indicators of Summer Shading for Tree Species Selectionfor Parking Lots

Chen MingmingQiu ErfaCao Bingbing

(Research Institute of Forestry, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China)

Abstract:Eleven tree species commonly planted at parking lots in Beijing were chosen to monitor air temperature, surface temperature, air relative humidity, light intensities and UV-B under the trees between 7 am to 6 pm in the summer. The results showed that the air temperature and surface temperature were lower by 0.35℃～1.25℃ and 3.05℃～7.26℃, respectively; the air relative humidity was higher by 0.74%～5.91%;the light intensity and UV-B shielding effectiveness reached 30.62%～82% and 29.45%～78.61%, respectively. Among the eleven tree species, the above indicators for Fraxinus pennsylvanica and Ailanthus altissima showed significantly higher compared with others, which can be used at priority species for parking lots.

Key words:shaded parking lot, tree species, air temperature, air relative humidity, light intensity, UV-B, surface temperature

收稿日期：2015-11-02

*基金項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2015BAD07B06)

作者簡介：曹冰冰，中國林業(yè)科學(xué)研究院風(fēng)景園林碩士研究生，從事城市林業(yè)方向研究 通信作者：邱爾發(fā)，副研究員，研究方向：城市林業(yè)，E-mail:efqiu@163.com

DOI：10.3969/j.issn.1672-4925.2016.02.004