濱江公園典型植被類型夏季生態(tài)效應(yīng)評價

邱前英 王翔 金英

1.懷化學(xué)院 湖南 懷化 418000

2.上海同異城市設(shè)計有限公司 上海 200233

城市公園綠地是城市森林和生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，不僅為居民提供休閑娛樂的游憩環(huán)境，而且能降溫增濕、抗污降噪、凈化空氣、改善人居環(huán)境、促進(jìn)居民心理健康。本研究以南京市濱江公園為例，結(jié)合運用多種生態(tài)效益評價法，監(jiān)測并分析園內(nèi)4種典型植被類型的微氣候、人體舒適度、空氣負(fù)離子濃度、PM2.5濃度及噪音等生態(tài)環(huán)境因子的夏季日變化規(guī)律，以期為游客選擇健康舒適的游憩時間和方式，以及為城市公園規(guī)劃設(shè)計生態(tài)效益較好的植物配置模式提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

南京濱江公園位于南京市建鄴區(qū)河西新城，毗鄰長江夾江，占地200hm2左右，是典型的城市帶狀綠地。作為南京濱江風(fēng)光帶的重要組成部分和示范段，目前已建設(shè)成為集生態(tài)、娛樂、科普、健身為一體的城市公園。因接地氣而聚人氣成為新興個性旅游熱點，成為市民和游客休閑娛樂的好去處。

1.2 樣地的選擇

為盡量減小外界因素的干擾，在園內(nèi)相近海拔和位置選取4種較典型的植被類型：草本型、灌草型、喬草型和喬灌草型，每種類型選擇3個具有不同植物配置模式的樣地，樣地面積20m×20m。同時，選取3處硬質(zhì)鋪裝裸地作為對照。并對樣地植被進(jìn)行群落學(xué)調(diào)查（表1）。

表1 南京濱江公園樣地基本概況

1.3 監(jiān)測內(nèi)容與方法

1.3.1 微氣象因子

選擇夏季連續(xù)3天晴朗天氣（2021年8月15—17日），采用Kestrel 4500便攜式自動氣象站監(jiān)測各樣地氣溫、空氣相對濕度等氣象因子。6：00—20：00每2 h整點測定，所有測定控制在10分鐘以內(nèi)完成。儀器控制在距地面1.5 m高度，每個點重復(fù)測定3次。

1.3.2 人體舒適度

人體舒適度受氣溫和空氣相對濕度影響最大，國內(nèi)外關(guān)于人體舒適度的計算以Thom提出的計算模型最為經(jīng)典，尤其適用于夏季戶外環(huán)境中人體舒適度的評價[1]。其計算公式如下：

式中：THI為舒適度指數(shù)；T為氣溫（℃）；HR為空氣相對濕度（%）。人體舒適度評價標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 人體舒適度評價標(biāo)準(zhǔn)

1.3.3 空氣負(fù)離子濃度

采用IMH01手持式空氣負(fù)離子測定儀監(jiān)測各樣地中心空氣負(fù)離子濃度，6：00—20：00每2 h整點測定，每點重復(fù)測定記錄3次，連續(xù)測定3天。根據(jù)世界衛(wèi)生組織規(guī)定進(jìn)行評定[2]，分級標(biāo)準(zhǔn)如表3。

表3 空氣負(fù)離子濃度與健康的關(guān)系

1.3.4 空氣PM2.5濃度

采用CW-HAT200手持式PM2.5速測儀監(jiān)測各樣地中心PM2.5濃度，6：00—20：00每2 h整點測定，每點重復(fù)測定記錄3次，連續(xù)測定3天。根據(jù)PM2.5濃度評價大氣污染等級的分級標(biāo)準(zhǔn)如表4。PM2.5凈化率計算公式如下[3]：

表4 空氣質(zhì)量等級及對應(yīng)PM2.5濃度

式中Pi為PM2.5凈化率；Co為對照點處大氣PM2.5濃度；Ci為公園內(nèi)不同監(jiān)測點大氣PM2.5濃度。

1.3.5 噪音監(jiān)測

采用ST8824便攜式噪音計測定，測定范圍30～130dB，6：00—20：00每2h整點同時測定各點噪音值，每點重復(fù)測定記錄5次，連續(xù)測定3天。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007和SPSS 21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理、量化、數(shù)理統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 空氣溫濕度日變化特征

在觀測期間，氣溫呈“單峰型”日變化趨勢，6：00氣溫最低，后逐漸升高，在14：00達(dá)到最高，隨后再逐漸下降（圖1A）。在不同時間點，氣溫均大體表現(xiàn)為硬質(zhì)鋪裝>草本型>灌草型>喬草型>喬灌草型，說明相對于硬質(zhì)鋪裝，各植被類型均有一定的降溫效應(yīng)，且表現(xiàn)為草本型<灌草型<喬草型<喬灌草型，草本型、灌草型、喬草型、喬灌草型植被的日平均氣溫分別下降0.9、1.8、2.4和3.2 ℃，降溫率分別達(dá)到3.1、6.2、8.3和11.1%。10：00以后，各植被類型的降溫效應(yīng)明顯增強(qiáng)，這可能與日照增強(qiáng)與氣溫升高有關(guān)。

圖1 不同監(jiān)測點溫濕度日變化

不同植被類型的空氣相對濕度均呈“U”型日變化趨勢，6：00開始逐漸下降，在14：00達(dá)到最低，后再逐漸升高（圖1B）。在不同時間點，空氣濕度均大體表現(xiàn)為硬質(zhì)鋪裝<草本型<灌草型<喬草型<喬灌草型，說明相對于硬質(zhì)鋪裝，各植被類型均有一定的增濕效應(yīng)，且表現(xiàn)為草本型<灌草型<喬草型<喬灌草型，草本型、灌草型、喬草型、喬灌草型植被的日均空氣濕度分別下降5.1、6.3、7.3和8.4%，增濕率分別達(dá)到8.7、10.7、12.5、14.3%。

2.2 人體舒適度日變化特征

人體舒適度指數(shù)（THI）是能直接反應(yīng)公園游客體感舒適狀況的評價指標(biāo)，其值越小，體感越舒適，反之越不舒適。由圖2所示，THI呈先升高后降低的“單峰型”日變化趨勢，在14：00—16：00達(dá)到最高。THI大體表現(xiàn)為硬質(zhì)鋪裝>草本型>灌草型>喬草型>喬灌草型，其中，硬質(zhì)鋪裝與草本型的舒適時段均為6：00—8：00，灌草型的舒適時段為6：00—10：00，喬草型舒適時段為6：00—10：00和20：00，喬灌草型的舒適時段為6：00—10：00和18：00—20：00，舒適時長超過60%，且在6：00達(dá)到Ⅰ級舒適標(biāo)準(zhǔn)，說明夏季草本型植被舒適度較低，喬灌草型植被舒適度高，舒適時段長。在12：00—16：00各植被類型THI均為不舒適等級，表明此時間段不適宜在公園游憩。

圖2 不同監(jiān)測點人體舒適度日變化

2.3 空氣負(fù)離子濃度日變化特征

由圖3可見，空氣負(fù)離子濃度呈早晚高、午間低的日變化趨勢，各植被類型日均濃度表現(xiàn)為草本型<灌草型<喬草型<喬灌草型，分別為603.8、767.5、865.0和953.8個·cm-3，分別為硬質(zhì)鋪裝（433.8個·cm-3）的1.4、1.8、2.0和2.2倍。按照清新空氣中負(fù)離子含量單項指標(biāo)進(jìn)行評定，各監(jiān)測時間點硬質(zhì)鋪裝的空氣負(fù)離子濃度均屬于1級，不利于人體健康，草本型在10：00—14：00也屬于1級，其余時段屬于2級，處于正常范圍。灌草型全天均屬2級標(biāo)準(zhǔn)，處于正常范圍。喬草型在6：00—8：00和20：00為3級，對健康較有利，其余時段均為2級正常范圍。喬灌草型在6：00—8：00和18：00屬3級，對健康較有利，20：00屬4級，有利健康，其余時段處于正常范圍。表明園內(nèi)各植被類型相比于無植被覆蓋的硬質(zhì)鋪裝能產(chǎn)生更多的空氣負(fù)離子，能更好的發(fā)揮殺菌、滯留塵埃和凈化空氣等生態(tài)效應(yīng)，且相比單層結(jié)構(gòu)的草本型，復(fù)層空間結(jié)構(gòu)的植被類型可產(chǎn)生更多的空氣負(fù)離子。

圖3 不同監(jiān)測點空氣負(fù)離子濃度日變化

2.4 空氣PM2.5濃度日變化特征

如圖4所示，各植被類型PM2.5濃度均呈先下降后升高的“U”型日變化趨勢，在14：00達(dá)到最低，后再逐漸升高。草本型、灌草型、喬草型、喬灌草型和硬質(zhì)鋪裝的日均PM2.5濃度分別為62.9、51.1、49.3、45.6和72.2 μg·m-3，與硬質(zhì)鋪裝相比，草本型、灌草型、喬草型、喬灌草型的日均PM2.5凈化率分別為12.9、29.3、31.7和36.8%。根據(jù)空氣質(zhì)量分級指數(shù)及對應(yīng)PM2.5濃度限值可知（表3），硬質(zhì)鋪裝和草本型除在10：00—18：00空氣污染等級為良，其余時段均為輕度污染等級，灌草型、喬草型和喬灌草型在6：00均為輕度污染，灌草型、喬草型在14：00和喬灌草型在14：00—16：00空氣污染等級均達(dá)到優(yōu)，其余時段污染等級均為良。這些結(jié)果表明公園內(nèi)空氣存在一定程度的污染，尤其在6：00污染最為嚴(yán)重，園內(nèi)草本型植被對空氣中PM2.5顆粒的凈化作用很有限，而灌草型、喬草型和喬灌草型植被凈化效果明顯。

圖4 不同監(jiān)測點PM2.5濃度日變化

2.5 噪音日變化特征

如圖5所示，公園內(nèi)的噪音表現(xiàn)先升高后下降再升高的日變化趨勢，分別在8：00和20：00達(dá)到峰值。其中，硬質(zhì)鋪裝與草本型的噪音日波動較大，灌草型、喬草型和喬灌草型噪音日波動較小。草本型、灌草型、喬草型、喬灌草型和硬質(zhì)鋪裝的日均噪音分別為45.9、39.9、37.7、37.4和50.9 dB，與硬質(zhì)鋪裝相比，草本型、灌草型、喬草型、喬灌草型的降噪率分別為9.1、20.9、25.3和25.8%。參照《聲音環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096-2008）國家標(biāo)準(zhǔn)（1類功能區(qū)晝間和夜間分別要求不高于55和45 dB），草本型和灌草型1類功能區(qū)的達(dá)標(biāo)時段為87.5%，喬草型和喬灌草型達(dá)標(biāo)率高達(dá)100%，而硬質(zhì)鋪裝僅有62.5%的時段達(dá)標(biāo)。

圖5 不同監(jiān)測點噪音日變化

3 結(jié)論與討論

在本研究中，南京濱江公園內(nèi)不同植被類型均有明顯的降溫增濕作用，園內(nèi)各植被類型平均降溫2.1 ℃，降溫率最高達(dá)11.1%，平均增加濕度6.8%，增濕率最高達(dá)14.3%。不同植被類型降溫增濕效應(yīng)差異明顯，大體表現(xiàn)為草本型植被效應(yīng)最差，喬灌草型植被最強(qiáng)。喬灌草型植被冠層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，遮擋、吸收和反射太陽光輻射能力較強(qiáng)，能有效調(diào)節(jié)林下和地面溫度，其冠層蒸騰作用旺盛，加上林內(nèi)郁閉度高、土壤蒸發(fā)較慢，使其同時具有良好的保濕能力[4-6]。

空氣負(fù)離子有殺菌、滯留塵埃和凈化空氣等作用。園內(nèi)空氣負(fù)離子濃度呈早晚高、午間低的變化特征。相比于硬質(zhì)鋪裝，園內(nèi)各植被類型能產(chǎn)生更多的空氣負(fù)離子，具有更好的凈化空氣的能力，植被不僅可以通過光合作用產(chǎn)生更多的空氣負(fù)離子，而且能有效的附著污染物[7]。另外，相比單層結(jié)構(gòu)的草本型，復(fù)層空間結(jié)構(gòu)的植被類型可產(chǎn)生更多的空氣負(fù)離子。這可能由于復(fù)層結(jié)構(gòu)植被類型葉面積指數(shù)大，林分郁閉度高，能更加有效的阻止和附著污染物，同時可通過光合作用產(chǎn)生更多的空氣負(fù)離子。

本研究中公園內(nèi)各觀測處空氣均存在一定程度的污染，各植被類型對空氣中PM2.5顆粒具有一定的凈化作用，其中草本型植被凈化能力一般，而灌草型、喬草型和喬灌草型植被凈化效果明顯。本研究發(fā)現(xiàn)園內(nèi)噪音源主要包括機(jī)械作業(yè)、園外交通和游客活動。園內(nèi)噪音分別在8：00和20：00出現(xiàn)兩個峰值，這可能由于此時段是游園高峰以及為了避免高溫酷暑工人選擇早晚時段進(jìn)行工程作業(yè)。盡管如此，早晚時段的園內(nèi)1類功能區(qū)的達(dá)標(biāo)率依舊很高，說明園內(nèi)噪音尚不是影響游客游憩時間的主要因素。各植被類型均具有一定的降噪能力，其中草本型和灌草型的降噪效率明顯低于喬草型和喬灌草型植被。

綜上所述，南京濱江公園不同植被類型具有夏季降溫增濕、增加負(fù)離子濃度、凈化顆粒、降噪等作用。其中，喬灌草型和喬草型植被的生態(tài)效應(yīng)顯著優(yōu)于灌草型與草本型植被，結(jié)合人體舒適度表明，喬灌草型的夏季生態(tài)效應(yīng)最高，草本型最低。同時，人體舒適度和空氣負(fù)離子表明6：00—10：00和18：00—20：00游園體感舒適且利于健康，但綜合考慮6：00園內(nèi)各點PM2.5濃度均為輕度污染，南京濱江公園夏季科學(xué)合理的游憩時段應(yīng)為8：00—10：00和18：00—20：00。