不同植物群落对北京城市绿地温湿变化影响的研究★

王予芊 李 彬

(北方工业大学建筑与艺术学院，北京 100144)



·园林·绿化·

不同植物群落对北京城市绿地温湿变化影响的研究★

王予芊 李 彬

(北方工业大学建筑与艺术学院，北京 100144)

分别选取乔灌草结构、乔草结构、灌草结构以及草地四种不同的植物群落绿地进行了同时监测，研究了一天中不同植物群落温湿度的变化情况，并利用SPSS软件分析了不同植物群落结构温湿度变化的相关性与差异性，为城市绿地植物配置提供了科学依据。

城市绿地，植物群落，降温增湿效应，小气候

城市绿地无疑是解决热岛效应的重要途径。但目前的研究还停留在定性探讨的阶段，很少有通过定量的方法去深入探讨绿地植物群落对小气候的改善功效的研究。所以本次实验对北京地区城市绿地不同类型植物群落温湿效应进行了日变化监测，以期待对今后城市绿地植物配置方法提供科学依据。

1 实验场地概况

本次实验的地点位于北京市石景山区阜石路南侧绿化带，东至时代花园西街，西至杨庄大街，周边主要业态为居民区，该绿化带是周边居民主要的户外休闲场所。绿地内的主要植物配置类型有乔—灌—草结构、乔—草结构、灌—草结构以及纯草地结构四种。其中乔木主要有：油松、国槐、臭椿、垂柳、紫叶李、广玉兰等；灌木有：丁香、碧桃、连翘、萱草、丝兰、毛簪等；草本植物以高羊茅为主。

2 观测研究方法

2.1 样地选择

在实验场地内选取四种植物群落特征不同(乔—灌—草结构、乔—草结构、灌—草结构以及纯草地结构)面积相似的区域作为监测样地，选择的样地中，乔木层为主干明显，高度在3 m以上，且分叉点高于1.2 m的木本植物；灌木层为无明显主干或者主干分支较多的木本植物，其高度小于3 m，分叉点低于1.2 m；草坪则选择长势良好，茎叶柔软，且植株低矮的草本植物作为监测研究的对象。

2.2 测量方法

利用NK4500小型气象站(美国Nielsen-Kellerman公司产)对四块有不同植物群落特征的样地进行同时监测，记录在同一时间范围内各样地中距地面1.5 m处的温度、湿度、热指数、风速等小气候因子数值，研究不同植物群落小气候的变化情况。为使记录数据更为准确，本次测量的方式将传统的每小时记录一次改为每小时测量两次，且每次连续测量5 min，取平均值作为该时间段的最终数据。实验选择晴好、无风的相似天气，为了精准的检测小气候1 d的变化情况，每天的测量区间为从早上8：00到晚上18：00，连续测量3 d。

2.3 数据处理

将仪器监测记录数据导入数学统计软件Excel，将每天各时段的各项数据进行比对，分析各样地1 d中温湿度的变化情况，并与城市温度进行对比，绘制为图表的形式。再借助统计学软件SPSS分析不同植物群落样地与小气候因子间的显著性关系，以明确植物群落类型与小气候温湿效应间的关联特性。

3 分析与结果

3.1 不同类型植物群落的温度调节功效

结果处理数据显示，对于改善小气候各类植物群落均表现出不同的功效。通过比较各样地1 d气温的平均值，可以看出：乔草结构(24.48 ℃)<乔灌草结构(25.07 ℃)<灌草结构(25.41 ℃)<草地(25.6 ℃)<城市气温(26 ℃)。通过对比各样地日平均温度与城市日平均温度的差值得出：乔草结构(14.24 ℃)<乔灌草结构(8.29 ℃)<灌草结构(4.86 ℃)<草地(2.96 ℃)。通过上述样地数据的比较分析可以得出如下结论：1 d平均气温与样地植物群落的丰富程度成反比，植物群落越丰富的样地其1 d平均温度越低；各样地日平均空气温度与城市日平均空气温度的差值与样地的植物群落成正比，即植物群落越丰富的样地其日平均空气温度与城市日平均空气温度差值越大，降温效果越理想。其中由于选择的乔草结构群落里有像国槐和臭椿这样高大而且郁闭度高的植物，所以在改善小气候温度方面一直表现出很显著的功效。

通过分析比较各样在各个时段的温度变化情况，可以得出以下结论：乔草结构由于郁闭度较高，通风效果理想，其环境温度除在9：00～10：00这个时段外，其余时段温度都明显低于其他结构类型的环境温度，城市气温越高其降温效果越明显。在12：00～15：00城市急速升温的高温时段，乔草结构类型的绿地对温度调节作用最为显著，在14：00～15：00城市气温达到最高值时期环境温度比城市空气温度低了3.4 ℃。在同一时段，其降温调节功效明显优于其他三种类型绿地，与乔灌草、灌草、草地环境的最大温差出现在12：00～13：00时间段，差值分别为1.2 ℃，1.5 ℃和2.5 ℃。可以看出，在各样地中缺乏高大植物的遮挡的单一草地结构类型对温度的调节功效最弱，从10：00以后草地环境温度一直高于其他样地，但仍低于城市的空气温度。同时乔灌草的类型也对改善小气候温度有较显著的功效，其降温能力强于灌草和草地，尤其在12：00～15：00高温的时段里，其温度比灌草低了将近1 ℃，比草地低了2 ℃左右。

为论证不同类型植物群落结构对环境温度调节功效的差异性，将统计数据导入SPSS软件，对1 d中不同植物群落类型绿地的气温差异相关性进行分析，结果显示乔草结构和乔灌草结构未达到显著水平(P<0.05),但与其他两类植物群落结构样地均达到了显著水平(P>0.05)，即在调节环境温度方面，乔草结构明显优于灌草和草地结构。乔灌草、灌草、草地三类群落结构样地之间都达到了显著水平(P>0.05)，即乔灌草结构>灌草结构>草地。

由于乔草结构和乔灌草结构之间不存在显著的差异性，分析其调节功效优劣性需对群落结构样地的热指数值进行进一步分析，热指数是指高温环境下，人体真正感受到的温度，也就是体感温度。用SPSS软件比较乔草结构和乔灌草结构的热指数值，结果显示二者间的差异性达到显著水平(P>0.05)。同时，其他群落结构间也达到了显著水平。这说明绿地植物群落结构的差异性影响其对气温调节功效的显著性，且乔草结构>乔灌草结构>灌草结构>草地。

综上所述，任何类型植物群落结构对降低环境温度，改善小气候环境都具有有效的调节作用。乔草结构和乔灌草结构由于自身郁闭度较高、绿量较大，所以可以有效的阻挡太阳辐射，并通过强大的植物蒸腾作用，在高温天气中起到强于其他结构的降温效果。虽然乔灌草结构绿量以及植物丰富度都强于乔草结构，但其林下空间较为拥挤，空气对流作用减弱，导致其降温效果略差于乔草结构的绿地环境，尤其在12：00～17：00高温时段。因此，绿量、郁闭度及林下空间结构(空气对流效果)共同影响着植物群落对温度的调节功效。

3.2 不同类型植物群落的湿度调节功效

样地1、样地2、样地3、样地4相对湿度日均变化范围分别是：38.45%～31.65%，41.02%～30.06%，39.85%～31.47%，37.79%～29.38%。样地相对湿度日均值显示：乔灌草(33.08%)>乔草(31.07%)>灌草(31.82%)>草地(29.83%)。通过对比各样地相对湿度日均值与城市相对湿度日均值的差值得出：乔灌草(36.82%)>乔草(24.23%)>灌草(16.78%)>草地(4.39%)。

从增湿的角度来看，乔灌草结构的植物群落有较为显著的增湿效果，在多数时间段里都强于其他植物群落类型，最大差值出现在15：00～16：00时段，乔灌草结构样地湿度比乔草结构样地高出2.5%，比草地高出2%，更是比城市湿度高出了5%。但在10：00以前，和17：00以后乔灌草结构样地的增湿效果略低于乔草结构样地。原因有：1)因为在夜间大气相对湿度较大，乔草结构样地内部较为通透，受周围环境大气湿度影响较大，所以相对湿度暂时高于乔灌草结构样地。2)在17：00以后，太阳辐射大为减弱，乔草结构样地地面覆盖物较少，所以林下空间植物蒸腾作用强于乔灌草结构样地。在10：00～16：00这段时间内，乔灌草结构样地增湿能力明显强于其他植物群落结构样地；乔草结构样地能力次之；单一的草地结构保湿能力在各时间段均明显弱于其他样地，且受周围环境的影响较大；灌草结构样地增湿的能力强于草地和城市平均水平，但明显低于乔灌草结构样地和乔草结构样地。在16：00以后，除了乔灌草结构样地增湿能力下降外其余不同植物群落结构样地增湿能力都有所提升，这与太阳辐射减弱，大气湿度上升有直接关系。

通过SPSS软件对1 d中各样地相对湿度变化的相关性进行分析，得出各群落结构样地之间均达到了显著水平(P>0.05)，同时各群落结构样地与当日城市相对湿度之间也达到了显著水平(P>0.05)。各植物群落样地增湿能力：乔灌草结构样地>乔草结构样地>灌草结构样地>草地。

4 结论与讨论

研究结果表明，对于改善小气候各类植物群落样地均表现出不同的功效，其中乔草结构群落样地里，由于有像国槐和臭椿这类高大而且郁闭度高的植物，加之林下空间通透，没有灌木层的遮挡，在调节环境温度方面(尤其是在微风空气对流强的时候)表现出最为显著的功效；乔灌草结构样地由于植物丰富而且绿量较大，其调节环境温度的能力也很显著，仅次于乔草结构群落；灌草结构降温能力弱于乔灌草结构和乔草结构群落，但强于草地。草地由于植物单一，绿量较低，并且受周围环境影响很大，导致其温度一直处于较高的状态，降温效果也是所有样地中最差的。从增湿的角度来看，乔灌草结构在1 d中的高温时段具有最为显著的增湿效果，强于其他植物组合类型。乔草结构也有比较显著的增湿功效，灌草结构次之，草地的降温增湿效果最为微弱。

绿地的植物群落是其降温增湿改善局部地区环境的重要因素，其种植形式、结构布局以及不同植物种类的选择都对其改善功效具有影响。通过本次实验研究发现，植物的降温增湿作用一方面受绿量的影响，但另一方面也受绿地林下空间的通透性以及郁闭度的影响。因此，在城市绿地规划方面要尽量避免过多使用植物结构单一，绿量较少的草地作为主要绿化方式。而是要优先选择绿量大、植物丰富、乔木高大郁闭度高的乔草结构或者乔灌草结构作为城市绿地的主要绿化方式。绿地设计更应该讲究植物配置的科学性、合理性，以此来提高绿化的生态效益。增加绿地的郁闭度，同时丰富植物群落，多采用乔灌草结构的植物种植形式将更有利于发挥绿地的降温增湿能力。本课题今后将展开更加深入的研究，为城市绿地植物配置提供有效理论数据支持。

[1] 李 峰，王如松.城市绿色空间生态服务功能研究进展[J].应用生态学报，2004，15(3)：527-531.

[2] 蔺银鼎，梁 锋.城市灌木群落小气候效应的时空分布[J].中国农学通报，2007(3)：313-317.

[3] 朱春阳，李树华，纪 鹏.城市带状绿地结构类型与温湿效应关系[J].应用生态学报，2011，22(5)：1255-1260.

[4] 王祥荣.生态与环境——城市可持续发展与生态环境新论[M].南京：东南大学出版社，2000.

[5] 许克福,张 浪,傅 莉.基于城市气候特征的城市绿地系统规划[J].华中建筑,2008(11):177-181.

[6] 康博文，王得祥，刘建辉.城市不同绿地类型降温增湿效应研究[J].西北林学院学报，2005，20(2)：54-56.

[7] 肖荣波，欧阳志云，李伟峰.城市热岛的生态环境效应[J].生态学报，2005,25(8)：2055-2060.

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★：北京市教委科技计划一般项目(项目编号：KM201610009013)；北方工业大学“2016校内人才强校-青年拔尖”项目(项目编号：XN071017)

王予芊(1991- )，男，在读硕士； 李 彬(1991- )，男，在读硕士

TU985

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