安慶市菱湖公園不同配植類型綠地冬季溫濕效應(yīng)研究

葛文焱，錢曉彤，楊 榮，凌羽楓，偶 帆，范志強(qiáng)

(安慶師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，皖西南生物多樣性研究與生態(tài)保護(hù)安徽省重點實驗室，安徽 安慶 246133)

隨著城市化的快速發(fā)展，大多數(shù)的城市建設(shè)活動并沒有考慮其對微氣候的影響。城市建成區(qū)的面積增加，植被覆蓋率下降，城市熱島效應(yīng)逐步加劇[1]。城市熱島效應(yīng)是城市中的氣溫明顯高于外圍區(qū)的現(xiàn)象，是城市氣候中最顯著的特征[2]。城市公園作為常見的公共綠地，能夠調(diào)節(jié)城市微氣候，提供生物棲息地，是大眾游憩休閑的主要場所[3]。

綠地植物能夠通過植物的蒸騰作用和光合作用有效吸收到達(dá)地表的太陽能輻射[4]，通過植物遮蔽效應(yīng)攔截太陽輻射并改變空氣運動和氣流交換以降低地表溫度[5]。而植被降溫增濕的效果則受到斑塊面積和形狀、植物類型、植物冠層結(jié)構(gòu)及季節(jié)等多方面的影響。彭歷等[6]研究表明，不同質(zhì)地的下墊面其地質(zhì)構(gòu)造不同，導(dǎo)致其對熱量的吸收能力和保蓄水能力也不同；金虹等[7]研究提出，增加喬木數(shù)量和喬木葉面積密度可降低城市熱島及改善人體熱舒適效果顯著。在城市公園中，單層喬木、喬-草結(jié)構(gòu)及喬-灌-草結(jié)構(gòu)的林地都比較普遍常見，因此對下墊面不同的喬木林地的溫濕效應(yīng)進(jìn)行研究，對于提高城市綠地的微氣候舒適度具有重要意義。

本研究選取了安慶市菱湖風(fēng)景區(qū)內(nèi)4處不同配植類型的綠地（單層草地、單層喬木、喬-草林地、喬-灌-草林地）作為研究對象，實地調(diào)查了綠地在不同時刻的溫濕度變化情況，比較不同綠地的降溫增濕及微氣候調(diào)節(jié)能力的差異性，結(jié)合季節(jié)和植物生理等因素探討形成的原因，為今后城市公園的綠地植物配植規(guī)劃提供依據(jù)。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究地區(qū)概況

安慶市位于安徽省西南部、長江下游北岸、皖河入江處。地理坐標(biāo)介于北緯29°47′~31°16′和東經(jīng)115°45′~117°44′，屬于北亞熱帶濕潤氣候，季風(fēng)明顯，無霜期長，嚴(yán)寒期短，年平均氣溫14.5~16.6 ℃，年均降水量1 250~1 430 mm。安慶地貌多樣，襟江帶淮，山地、丘陵、河湖面積約各占1/3。

菱湖風(fēng)景區(qū)位于安徽省安慶市迎江區(qū)菱湖南路中心，總占地面積達(dá)4.496 km2，其中水面2.107 km2、陸地2.389 km2。菱湖風(fēng)景區(qū)包括菱湖公園、蓮湖公園、皖江公園和文化廣場四大景區(qū)，共由5個湖泊組成。風(fēng)景區(qū)內(nèi)有花圃、兒童游樂園、盆景園、動物園和茶社等設(shè)施，是安慶居民休閑娛樂的重要場所之一。

1.2 樣地選擇

本研究以安慶市內(nèi)菱湖風(fēng)景區(qū)的植物群落為研究對象，選擇了4種不同植物配植類型的綠地，包括草坪型、單層喬木型、喬-草型、喬-灌-草型4種類型。其中單層喬木型綠地指的是上層為喬木，地表為硬質(zhì)鋪裝的綠地；喬-草型指上層為喬木，無灌木層，地表為草本植物的綠地。為了減少群落面積、群落郁閉度、植株密度及冠層結(jié)構(gòu)等因素的影響，所選樣地內(nèi)的喬木在冠層結(jié)構(gòu)、郁閉度及植株密度無明顯差異。每種類型的樣地面積為100~200 m2，與最近的水體距離在30 m以上，并在公園內(nèi)選擇一塊沒有任何喬、灌、草覆蓋及建筑物遮陰的硬質(zhì)鋪裝空地作為對照點。

1.3 數(shù)據(jù)測量及處理

2020年11月上旬，選擇晴朗無風(fēng)的天氣進(jìn)行研究調(diào)查，在對照點和4塊綠地內(nèi)各設(shè)置3個均勻分布的測點，兩測點間隔在10 m以上。測量高度約為1.5 m（與成人呼吸高度基本一致），使用XX儀器對測點處的空氣溫度和相對濕度進(jìn)行測定。由于條件限制，5處樣地均測量了2 d，測量時間段為8∶00—17∶00，每隔1 h記錄1次各測點的溫濕度，共記錄10次。針對每種群落，將試驗中各測點同一時刻的數(shù)據(jù)平均計算，再將同一時刻3個測點的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均，即得到該時刻群落的溫濕度數(shù)據(jù)，并繪制溫濕度的日變化趨勢圖。以日平均值作為樣地空氣溫度和相對濕度的數(shù)值，降溫率及增濕率的計算公式如下：

上式中T0，RH0分別為對照點空氣溫度（℃）和空氣相對濕度（%）日平均值；T、RH分別為樣地內(nèi)空氣溫度和相對濕度的日平均值。

人體舒適度計算指標(biāo)采用的是溫濕指數(shù)（CIi）進(jìn)行計算[8-9]，是較為常用的表征人體舒適度的方法，計算公式如下。

上式中，Ti和RHi分別表示某樣地i時刻的空氣溫度和相對濕度，CIi為某樣地i時刻的溫濕指數(shù)，CI0i為對照點i時刻的溫濕指數(shù)。當(dāng)溫濕指數(shù)大于25.5時，數(shù)值越高，代表過于炎熱，舒適度下降；而當(dāng)溫濕指數(shù)小于17.0時，數(shù)值越低，代表過于寒冷，舒適度下降。

所有數(shù)據(jù)用Excel 2019進(jìn)行算術(shù)平均和標(biāo)準(zhǔn)差計算，運用SPSS 20.0軟件的單因素方差分析，對5處樣地每日各時刻的溫濕度數(shù)據(jù)差異是否顯著進(jìn)行比較，同時比較了4種植物群落的降溫增濕作用及日均溫濕指數(shù)改善值的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植物群落的溫度分析

不同結(jié)構(gòu)的植物群落內(nèi)部的溫度隨著時間的變化情況見圖1。各群落內(nèi)的溫度先呈上升的趨勢，于13∶00—15∶00達(dá)到溫度最大值，之后下降。在這一天中，樣地內(nèi)的溫度都出現(xiàn)了程度不一的波動，喬木單層、喬-草及喬-灌-草型的綠地溫度變化幅度較平緩，對照點的溫度變化最劇烈，且在15∶00時又出現(xiàn)了一個溫度高峰，出現(xiàn)該現(xiàn)象可能與周邊環(huán)境有關(guān)。與對照點的相比，草坪上方的溫度變化與其類似。

通過多重比較發(fā)現(xiàn)草坪與對照點處溫度無顯著差異（表2），分別為24.94℃和25.42℃。不同配植類型綠地的日均降溫率依次為喬-草、喬-灌-草、喬木單層、草坪。方差分析表明對照點處的溫度與喬木單層、喬-草及喬-灌-草結(jié)構(gòu)的群落具有顯著差異（P<0.05），喬木單層、喬-草、喬-灌-草3種結(jié)構(gòu)的群落內(nèi)部的溫度變化無顯著差異。

表1 不同植物配植類型綠地空氣溫度多重比較結(jié)果

表2 不同植物配植類型綠地相對濕度比較

2.2 不同植物群落的相對濕度分析

調(diào)查結(jié)果表明，4種不同配植類型的植物群落及對照點的相對濕度均呈先下降后上升的趨勢（圖2），且最高值出現(xiàn)在8∶00，對照點與喬-灌-草的最低值出現(xiàn)在15∶00，其他群落的相對濕度最低值均出現(xiàn)在14∶00。出現(xiàn)該種現(xiàn)象可能是因為夜間植物生理活動較弱，葉片中儲存了大量的水分子，植物在清晨通過光合作用和蒸騰作用向外界環(huán)境釋放水蒸氣，加上氣溫較低，水蒸氣上升緩慢，所以早晨群落內(nèi)的相對濕度較大，中午前后氣溫上升，葉片的光合作用及蒸騰作用效率降低，濕度下降。

通過多重比較發(fā)現(xiàn)對照點與草坪的相對濕度無顯著差異（表2），對照點的日均相對濕度為37.34%，草坪的日均相對濕度為37.01%，單層草地相對于對照點的增濕率為負(fù)值，這可能與冬季氣溫低，植物生理活動弱導(dǎo)致蒸騰及光合作用減弱有關(guān)。日均增濕率依次為喬-草＞喬-灌-草＞喬木單層＞草坪。通過多重比較發(fā)現(xiàn)對照點處的相對濕度與喬木單層、喬-草及喬-灌-草結(jié)構(gòu)的群落具有顯著差異（P<0.05），喬木單層、喬-草、喬-灌-草3種結(jié)構(gòu)的群落內(nèi)的相對濕度無顯著差異。

2.3 不同植物群落的溫濕指數(shù)分析

草坪、喬木單層、喬-草及喬-灌-草4種不同結(jié)構(gòu)的群落溫濕指數(shù)分別為21.09、18.94、18.22、18.48（表3），各群落對微氣候調(diào)節(jié)的溫濕指數(shù)改善值由大到小依次為喬-草>喬-灌-草>喬木單層>草坪，各種程度的植被覆蓋都有一定改善微氣候舒適度的能力。對照點與草坪的溫濕指數(shù)進(jìn)行多重比較分析發(fā)現(xiàn)它們之間無顯著差異，而對照點與喬木單層、喬-草、喬-灌-草之間均具有顯著差異（P<0.05），喬木單層、喬-草及喬-灌-草之間對微氣候舒適度的改善效果無顯著差異

表3 不同植物配植類型綠地溫濕指數(shù)比較

3 結(jié)論與討論

研究發(fā)現(xiàn)，在8∶00—17∶00時間段中，對照點與單層草坪處的溫度波動幅度較大，單層草坪與對照點處的溫濕度變化無顯著差異。由于冬季氣溫普遍較低，植物生理活動效率下降，向外界釋放水蒸氣的能力減弱；加上冬季空氣干燥，無遮陰的單層草地上方空氣交換比較快，因此單層草坪的綠地濕度較低。彭歷等[6]的研究表明，草地這樣的軟質(zhì)地面對于太陽輻射的吸收性較好，冬季會釋放吸收熱量，提高局部溫度。因此，雖然單層草地的植株在冬季依舊保持綠色的外貌沒有枯萎，但不再具有顯著的降溫增濕效果。各群落的溫濕指數(shù)改善值均為正值，說明各種程度的植被覆蓋都有一定改善微氣候舒適度的能力，有研究表明單層草地有一定的微氣候舒適改善的效果，但本研究通過多重比較發(fā)現(xiàn)草坪與對照點處的溫濕指數(shù)無顯著差異，秦仲等[10]研究也表明草坪綠地在低溫時段緩解外界熱環(huán)境變化的能力較小，說明草坪在冬季調(diào)節(jié)微氣候能力較弱。

除單層草坪外，與對照點相比其他3種類型的綠地均有顯著的降溫增濕效果。植物群落通過冠層結(jié)構(gòu)能夠吸收、反射和遮擋太陽輻射，從而有效調(diào)節(jié)林下溫度[11]，植物群落降溫效果與葉面積指數(shù)呈正相關(guān)[12]，在冬季雖然植物因溫度低而降低了生理活動效率，但喬木具有濃密的群落冠層且葉面積指數(shù)高，總體上仍具有顯著的降溫效果。植物群落增濕效應(yīng)主要與植物的蒸騰強(qiáng)度有關(guān)[13]。隨著時間推移環(huán)境溫度升高，植物群落總體的蒸騰作用增加，葉片向外界環(huán)境釋放出大量的水分子，再加上植物冠層之間的重疊覆蓋，土壤及植被釋放的水蒸氣更容易被攔截停留，因此單層喬木、喬-草和喬-灌-草3種有喬木的林地降溫增濕效果明顯。

通過對3種綠地的降溫增濕效果以及溫濕指數(shù)進(jìn)行多重比較發(fā)現(xiàn)它們之間無顯著差異，一方面可能與冬季溫度低、植物生理活動降低有關(guān)，另一方面可能是因為喬木的遮陰效果影響了林下草坪的光合作用及蒸騰作用，再加上所選樣地內(nèi)的喬木在植株密度、樹干高度及群落郁閉度等方面沒有明顯的差異，故這3種類型的林地之間調(diào)節(jié)微氣候的能力無顯著差異，這與張明娟等[14]的研究結(jié)果相似。

總體上，喬木群落具有良好的調(diào)節(jié)微氣候的能力，能夠有效提高微氣候舒適度，減輕城市熱島效應(yīng)帶來的不好影響。而單層草坪型的綠地調(diào)節(jié)微氣候的能力較弱，但從心理學(xué)及景觀評價方面出發(fā)，常綠的草坪能夠提高居民心情愉悅度，因此單層草坪仍具有一定的價值。在城市公園以后的建設(shè)中，園林設(shè)計師可以在植物配植方面考慮以喬木為主體，結(jié)合公園形狀、面積及居民娛樂休息等多方面因素，適當(dāng)增加喬灌草、喬-草及單層喬木類型的綠地，提高公園內(nèi)部的微氣候舒適度?！?/p>