城市公園不同綠地植物群落結(jié)構(gòu)對夏季小氣候的影響

賈晨凱，王小德

（浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院、旅游與健康學(xué)院，浙江 杭州 311300）

綠地作為城市中的重要組成部分，具有調(diào)節(jié)氣候、美化環(huán)境、休憩娛樂等功能。隨著城市的擴(kuò)張，城市內(nèi)的熱島效應(yīng)也愈發(fā)嚴(yán)重[1]，長期受影響的人會更高概率地出現(xiàn)失眠、抑郁、記憶力衰退等癥狀[2]。綠地作為城市中的自然凈化裝置，研究者把目光逐漸放到綠地上，越來越多的研究證明，通過合理化的構(gòu)建綠地、利用綠地植物的調(diào)節(jié)與凈化能力，可以有效改善城市氣候，緩解熱島效應(yīng)[3]。研究表明，科學(xué)的構(gòu)建綠地布局、大小、形狀等方式可以緩解城市生態(tài)問題，提高城市的宜居性[4-7]。此外，綠地內(nèi)的植物可以通過吸收太陽輻射、增加空氣濕度等方式改善局部小氣候環(huán)境，并且由于植物種類[8]、結(jié)構(gòu)[9]、冠層[10]等因素不同，對降溫增濕效應(yīng)的影響也各不相同。目前，對綠地植物的群落結(jié)構(gòu)主要劃分為喬木、灌木和草本三類，且主流觀點(diǎn)都支持喬-灌-草>灌-草>草地的生態(tài)效益排序[11]。義烏市是浙江省新崛起的商貿(mào)城市，現(xiàn)正逐步向商業(yè)城市轉(zhuǎn)型，大規(guī)模的城市綠地建設(shè)正成為該城市環(huán)境建設(shè)的重要內(nèi)容。如何構(gòu)建科學(xué)合理的植物群落結(jié)構(gòu)，最大程度發(fā)揮綠地的生態(tài)效益，緩解城市發(fā)展帶來的日益嚴(yán)重的熱島效應(yīng)，也成為城市綠地建設(shè)中需要研究的一個重要問題。本文以義烏市繡湖公園為研究對象，實(shí)測8 種群落結(jié)構(gòu)綠地和1 個硬質(zhì)鋪裝對照組的溫度、相對濕度、光照強(qiáng)度，通過對比數(shù)據(jù)和SPSS 相關(guān)性分析，探究城市公園中不同綠地植物群落結(jié)構(gòu)對夏季小氣候的影響，以期為城市綠地建設(shè)提供理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 樣地選擇

以浙江省義烏市的繡湖公園（以下簡稱公園）為研究對象，地理坐標(biāo)為120°07′ E，29°31′ N。公園歷史悠久，古今文人在此留下諸多筆墨?，F(xiàn)今的繡湖公園是在繡湖原址基礎(chǔ)上而建，以繡湖八景為藍(lán)本，疊石理水，建筑多仿明清風(fēng)格，文化景點(diǎn)密集，屬于江南園林風(fēng)格的開放式綠地，在義烏人民心中有著重要的地位。

公園地屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，冬冷夏熱，年平均氣溫約為17℃，其中夏季日均氣溫約為28℃。公園占地面積有7.16 hm2，其中綠化面積有4.5 hm2，水域面積有2 hm2，自2003 年建成開放至今，植物群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，生態(tài)環(huán)境優(yōu)良。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)選擇溫度最高的夏季作為實(shí)驗(yàn)時間，具體時間分別為2020 年8 月10 日、8 月18 日、8 月19 日，實(shí)測日的天氣情況見表1。

表1 實(shí)測日義烏市天氣情況Table 1 Weather conditions on determination date in Yiwu

在公園內(nèi)選取長勢良好、群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的8 個植物群落作為實(shí)驗(yàn)測試點(diǎn)，并設(shè)定硬質(zhì)鋪裝為對照測試點(diǎn)（CK），各測試點(diǎn)距離水體都有一定距離，如圖1。各測試點(diǎn)的植物構(gòu)成如表2。為獲得場地測試點(diǎn)準(zhǔn)確的小氣候因子數(shù)據(jù)，在晴朗無風(fēng)的日子，利用Testo 610 溫濕度儀、華誼照度計(jì)分別測定每個測試點(diǎn)距地面1.5 m 高處的空氣溫度、相對濕度以及光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)。測定時間段為每日的8:00－16:00，每2 h 測定一次，每日測定5 次，取這3 日同時段數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為結(jié)果，以減少偶然性誤差。具體操作為：將操作人員分為2 人一組的4 個測定小組，每個小組測定指定的若干個測試點(diǎn)的小氣候因子數(shù)據(jù)。測定期間保持安靜，避免造成不必要的誤差，每個測試點(diǎn)測定5～ 7 min，數(shù)據(jù)收集都在太陽未被云層遮蔽期間且直射一段時間后進(jìn)行，所有測試點(diǎn)的測試時間差約在30 min 以內(nèi)。

表2 繡湖公園各測試點(diǎn)植物群落空間結(jié)構(gòu)情況Table 2 The spatial structure of communities in each determination point

圖1 繡湖公園觀測點(diǎn)分布平面Figure 1 Distribution of determination points in Xiuhu Park

將得到的數(shù)據(jù)輸入Excel軟件整理、繪制表格，數(shù)據(jù)分析使用SPSS 軟件，采用SPSS 方差分析探究數(shù)據(jù)之間差異的顯著性，并用Pearson 相關(guān)性分析檢驗(yàn)因子之間的相關(guān)性。最后利用Origin 2018 繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植物群落結(jié)構(gòu)對空氣溫度變化的影響

公園內(nèi)各測試點(diǎn)3 日同時段平均溫度變化如圖2。由圖可知，各測試點(diǎn)不同時間平均溫度曲線變化趨勢大體相同，隨著測試時間的推移，太陽輻射增強(qiáng)，各測試點(diǎn)的空氣溫度都出現(xiàn)不同幅度的增長，在14:00 左右到達(dá)高峰，繼而下降。由于植物群落結(jié)構(gòu)等因素的不同，各測試點(diǎn)之間的溫度出現(xiàn)明顯的差異性。

對各測試點(diǎn)的平均溫度、平均濕度以及平均光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。

表3 繡湖公園各測試點(diǎn)小氣候因子方差分析Table 3 ANOVA on microclimate factors of each detemination point

據(jù)表3 可得，各類植物群落結(jié)構(gòu)都具有一定的降溫效應(yīng)，表現(xiàn)為大喬木-小喬木-灌木-草≈單一大喬木≈大喬木-草>小喬木-草>灌-草≈CK。將測試點(diǎn)的溫度與CK 的溫度進(jìn)行多重比較分析，僅P8 與CK 間未出現(xiàn)顯著性差異，兩者間的平均溫僅相差0.36℃，可見灌-草組合在空間降溫方面效果不明顯。而在所有測試點(diǎn)中，P1的33.62℃為8 個測試點(diǎn)中的最低平均溫度，其與P2、P4、P3 與P5 之間未出現(xiàn)顯著差異，這5 個測試點(diǎn)雖然植物群落結(jié)構(gòu)不同，但群落內(nèi)都以大喬木為主，平均溫差在0.5℃以內(nèi)；對比P1、P2、P4、P3、P5 與P6、P7，前五者與兩者間的溫度均出現(xiàn)明顯的差異（P＜0.05），其原因可能大喬木相較于小喬木、灌木以及草地等，在降溫方面有明顯的優(yōu)勢，一方面，以其高大的樹形、濃郁的樹冠有效阻擋太陽輻射，另一方面，其茂密的林葉發(fā)揮蒸騰作用，是所屬空間降溫的關(guān)鍵。對比P6、P7 與P8 的數(shù)據(jù)，相較于灌木與草地，小喬木具有明顯的降溫效應(yīng)，但其綠量難以與大喬木相媲美，調(diào)節(jié)能力有限。對比相同結(jié)構(gòu)下P1 與P2 的溫度差，在14:00 時，P2的溫度要高于P1，其可能原因是P1 中樟、黃山欒樹等喬木枝葉較為開展，植株更為高大，因而冠幅更大，遮光性更強(qiáng)，綠地內(nèi)的溫度上升也更為緩慢。同理，雪松的遮光效果強(qiáng)于楓香樹、銀杏等植物，因而，P5 的溫度低于P4。

2.2 不同植物群落結(jié)構(gòu)對相對濕度變化的影響

由圖3 可知，公園內(nèi)各測試點(diǎn)3 日同時段的平均相對濕度在31.1%～ 62.9%。在各測試點(diǎn)中，總體上相對濕度的排序?yàn)镃K單一大喬木≈大喬木-草>小喬木-草>灌-草；P1 的平均相對濕度最高，復(fù)雜的復(fù)合式空間結(jié)構(gòu)使其具有強(qiáng)大的溫濕度調(diào)節(jié)能力；通過將P8 數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較分析（表4），發(fā)現(xiàn)其與CK 的相對濕度之間出現(xiàn)顯著差異（P＜0.05），這證明了灌草結(jié)構(gòu)在增濕方面起到了一定效果。P6、P7（小喬木-草結(jié)構(gòu)）的溫度明顯高于P3、P4（P＜0.05），而其濕度與后二者之間的差異較小，可能的原因是公園內(nèi)的高大喬木大多為樟、鵝掌楸、黃山欒樹等分枝點(diǎn)比較高的樹種，枝葉都散布在3～ 10 m 的高度空間，而人類活動最頻繁的1.5 m 高度空間由于缺少枝葉，通透性強(qiáng)，水分散發(fā)快，而小喬木和灌木的活動普遍集中在這個高度，有效地為人類活動的高度空間增濕。幾組相同植物群落結(jié)構(gòu)綠地的平均濕度差異性并不明顯，僅在午后P1 的相對濕度大于P2，其原因與造成溫度差異的原因相同，即在相同植物群落結(jié)構(gòu)下，綠地的增濕效果與綠地內(nèi)的喬木高度、冠幅呈正相關(guān)。

圖3 各測試點(diǎn)不同時間平均相對濕度的變化Figure 3 Change of mean relative humidity of each point

2.3 不同植物群落結(jié)構(gòu)對光照強(qiáng)度變化的影響

光照是影響場地小氣候的重要因子，公園內(nèi)各測試點(diǎn)3 日同時段的平均光強(qiáng)度變化如圖4。由圖4 可知，各個測試點(diǎn)基本呈現(xiàn)為在8:00 開始光照強(qiáng)度逐步攀升，在14:00 左右達(dá)到頂峰，光照強(qiáng)度開始出現(xiàn)明顯的差距，后逐漸轉(zhuǎn)為下降趨勢。遮光效益表現(xiàn)為大喬木-小喬木-灌木-草>單一大喬木≈大喬木-草>小喬木-草>灌-草；其中，CK 的平均光照強(qiáng)度可達(dá)到56 260 lx，峰值可達(dá)83 700 lx，而P1 的光照強(qiáng)度維持在800～ 1 500 lx 之間，光照強(qiáng)度在8:00－16:00 的日變化不大，平均值僅為CK 的1/46。通過SPSS 軟件對各測試點(diǎn)進(jìn)行多重比較分析，結(jié)果表明，大、小喬木對光照的削弱雖有一定的差距，但都起著極大的作用。對光照強(qiáng)度與溫度、相對濕度進(jìn)行Pearson 相關(guān)性分析（表4），結(jié)果表明，空氣相對濕度與光照強(qiáng)度之間呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系，且相關(guān)性顯著（P<0.05），溫度與光照強(qiáng)度之間呈顯著正相關(guān)（P<0.05），兩者都會因?yàn)楣庹諒?qiáng)度的變化而產(chǎn)生變化，P6 的相對濕度與光照強(qiáng)度未呈顯著相關(guān)的原因可能是杜英集中在綠地外側(cè)，空氣流通難以帶去水分。

圖4 各測試點(diǎn)不同時間光照強(qiáng)度的變化Figure 4 Change of illumination intensity of each point

表4 各測試點(diǎn)光照強(qiáng)度與溫度、相對濕度的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis between illumination intensity and temperature/relative humidity

3 結(jié)論與討論

通過對繡湖公園8 個不同植物群落結(jié)構(gòu)測試點(diǎn)的調(diào)查與分析發(fā)現(xiàn)：（1）各類結(jié)構(gòu)的植物群落對夏季小氣候都有著積極的影響，大喬木-小喬木-灌木-草、大喬木-草或單一大喬木結(jié)構(gòu)的群落對小氣候的調(diào)節(jié)最為明顯，其中，以大喬木-小喬木-灌木-草的復(fù)層結(jié)構(gòu)最為突出，在其他條件相似的情況下，大喬木的降溫、遮光效應(yīng)顯著強(qiáng)于小喬木以及灌木（P＜0.05）。這種差距主要是由郁閉度不同而造成，陽光帶來的熱輻射是地表溫、濕度變化的主要原因，大喬木的樹冠更為龐大，枝葉開展，葉面積指數(shù)也越高，透過的光照與輻射也越小，遮陰效果也越強(qiáng)，降溫增濕效果越明顯?？梢姡髥棠驹谡{(diào)節(jié)空間小氣候中占主導(dǎo)地位，在喬灌草配置模式中的“喬”，應(yīng)當(dāng)以大喬木為主。而灌木-草的綠地由于結(jié)構(gòu)簡單，對空間的降溫增濕難以形成影響，其對小氣候調(diào)節(jié)不具有明顯意義；（2）對于小型喬木與灌木作為中層結(jié)構(gòu)貼近市民活動的空間高度，通過蒸騰作用和減緩空氣流動，有效減緩該空間的水分散失，因此，小型喬木的增濕效果要大于降溫效果；（3）在自然條件下，太陽光照強(qiáng)度是決定小氣候條件的主要因素，空氣相對濕度與光照強(qiáng)度之間呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），溫度與光照強(qiáng)度呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。

綠地小氣候受到多方面因素的影響，如下墊面、水體、建筑、綠地類型等，想要在用地日益緊張的城市中充分發(fā)揮植物群落對小氣候的調(diào)節(jié)效應(yīng)，需要以更為科學(xué)、生態(tài)的植物群落配植方式來構(gòu)建綠地。在綠地規(guī)劃中，應(yīng)盡量增加大喬木的占比，多構(gòu)建喬-灌-草結(jié)構(gòu)的植物空間，增加綠量，同時，大喬木可以在冬季有效遮擋寒風(fēng)，提高冬季的舒適度。遮陰喬木是夏季綠地的首要選擇，盡量選擇如黃山欒樹、樟等樹冠開展、樹形高大的喬木，可以有效提高綠地夏季的舒適度。但考慮到冬季場地內(nèi)需要一定光照，因此，即使樟、雪松等這些常綠喬木夏季降溫明顯，但不適宜在人群集中活動區(qū)占太大比例。而灌木與草地的生態(tài)效益較低，應(yīng)盡量避免大范圍的構(gòu)建。但公園中不免需要出現(xiàn)以草坪為代表的開放空間與密林景觀形成視覺上的對比，或作為春、秋、冬季的活動場所，此類空間的大小關(guān)系需要平衡。

本文從植物群落結(jié)構(gòu)入手，將植物分為大喬木、小喬木、灌木、草地四層結(jié)構(gòu)，探究其對夏季小氣候因子的影響，希望為義烏和此類發(fā)展城市提供綠地建設(shè)的理論依據(jù)。