北京市23种行道树遮荫及UVB屏蔽效果研究*

曹冰冰　邱尔发　陈明明

中国林业科学研究院林业研究所　国家林业局城市森林研究中心　北京　100091



北京市23种行道树遮荫及UVB屏蔽效果研究*

曹冰冰邱尔发陈明明

中国林业科学研究院林业研究所国家林业局城市森林研究中心北京100091

摘要：通过测量植物阴影与全光下的照度、温度、UVB辐射强度等值，对北京市道路23种绿化树种遮荫及UVB屏蔽效果进行研究，结果表明，悬铃木、雪松、毛泡桐、国槐、栾树等树种综合遮荫效果较好；雪松、毛泡桐、悬铃木、栾树、国槐等树种UVB屏蔽效果较好。

关键词：道路绿化树种，遮荫效果，荫质，UVB

城市道路绿化作为城市重要的绿色基础设施，在改善人们的生活环境中起着重要作用[1]。尤其在行道树的遮荫效果上，炎炎夏日，浓密的树荫不仅给人们带来清凉，还能帮人们阻挡光照、紫外线等对皮肤的灼伤。不同树种遮荫效果并不相同，当前对不同树种间的定量比较研究相对较少，研究内容及研究对象均不全面[2-4]。论文通过选取目前北京市最常使用的23种行道树进行研究，比较其遮荫及UVB屏蔽效果的差异，试图为北京市行道树的选择提供科学依据。

1 研究区概况与试验材料

试验地点位于北京市海淀区，属温带半湿润季风气候区，年均气温12.5 ℃，极端最低气温-21.7 ℃，最高气温为41.6 ℃。年日照数2 662 h，无霜期211天。海淀区道路用地总面积为2 694.49 hm2，道路长度为764.8 km，道路绿化覆盖面积为994.18 hm2，道路绿化长度为650.5 km，绿地率为34.65%，绿化覆盖率为36.90%，道路绿化情况较好。

根据北京市常用绿化树种[5]，在北京市海淀区选取了国槐、毛白杨、垂柳等23种乔木树种作为研究对象，对行道树进行调查，每个树种选取生长正常的3株树木进行测定(表1)。

2 研究方法

2.1 测定指标与时间

试验采用TES-1332A照度计、NK5920便携式风速气象测定仪、UV-B单通道紫外辐照计同步测定植物树荫下(树荫中心)和全光下(树荫外缘3米处)的照度、温度和紫外线辐射强度，每个树种均测量3株，取平均值(结果见表2)。测定时间为2015年的8月2日和9日13∶00,选择在自然光照良好、温度较高且晴朗，无风无云的条件下进行室外测定。

表1　样本树木基本状况

表2　照度、温度、UVB辐射强度试验结果统计

2.2 计算方法

2.2.1 遮荫效果计算方法

遮荫效果的计算方法采用陈耀华[6-7]关于园林树木遮荫效果的定量分析方法：

遮荫效果=荫质×遮荫面积

(1)

树冠的阴影质量称为荫质，决定荫质的主要因素为遮光率和降温率，其计算公式为：

荫质=遮光率×降温率

(2)

由于试验在正午进行，忽略太阳高度角的影响，视为垂直投影，遮荫面积为植物冠幅面积[8]。因此，遮荫面积采用以下方法计算：

(5)

2.2.2 UVB屏蔽效果计算方法

UVB屏蔽效果由屏蔽率与屏蔽面积决定，屏蔽面积参考遮荫面积，其计算公式为：

树荫中心UVB强度)/全光下UVB强度}

(6)

屏蔽(遮荫)面积=π{(南北冠幅+

(7)

屏蔽效果=UVB屏蔽率×屏蔽面积

(8)

2.3 数据处理方法

所有数据均采用Excel软件进行分析处理。

3 结果分析

3.1 遮荫面积

荫影面积不仅决定了成荫的大小，还决定了树荫受到四周环境放射和反射的热能及光照的多少，尤其是人工下垫面(水泥、沥青等)的影响面积越大，受影响越少，效果越好。不同树种遮荫面积变化范围为3.10～150.16 m2，差异很大。遮荫面积最大为雪松，面积达150.16 m2；最小的是紫叶李，为3.10 m2。两者相差近50倍。遮荫面积从大到小排列前10个树种分别为雪松、毛泡桐、悬铃木、国槐、栾树、垂柳、油松、榆树、洋白蜡、臭椿。

3.2 遮光率

遮光是行道树遮荫的一个核心指标。太阳光是一种电磁波，分为可见光和不可见光，这里仅考虑了可见光。树种遮光率变化范围为66.26%～97.80%，相差不多，均达到了较高的遮光率。遮光率最高为雪松，最低的是紫叶李，雪松的遮光率是紫叶李的1.48倍。遮光率从高到低排列前10个树种分别为雪松、毛泡桐、银杏、玉兰、油松、龙柏、西府海棠、栾树、悬铃木、圆柏。

3.3 降温率

不同树种降温率变化范围为2.17%～5.10%，差异不大。降温率最高的为悬铃木，温度降低了5.10%；最低的是龙柏，为2.17%。悬铃木的降温率是龙柏的2.35倍。降温率从高到低排列前10个树种分别为悬铃木、国槐、碧桃、旱柳、刺槐、西府海棠、元宝枫、栾树、白蜡、紫叶李。其中，针叶树种排名均靠后，树种排名依次为油松14、雪松15、侧柏16、白皮松20、圆柏21、龙柏23，降温效果较差。

3.4 荫质

荫质反映的是树荫质量，与人体感知密切相关。不同树种间荫质变化范围为0.020 6～0.048 1，差别不大。荫质最好的为悬铃木，荫质为0.048 1；最差的是龙柏，为0.020 6。悬铃木的荫质是龙柏的2.34倍。荫质从好到差排列前10个树种分别为悬铃木、国槐、西府海棠、栾树、银杏、元宝枫、毛泡桐、雪松、油松、刺槐。

3.5 遮荫效果

不同树种综合遮荫效果变化范围为0.082～5.286，差异很大。最好的为悬铃木，遮荫效果为5.286；最差的是紫叶李，为0.082。两者相差60多倍。遮荫效果从好到差排列前10个树种分别为悬铃木、雪松、泡桐、国槐、栾树、油松、垂柳、白蜡、银杏、旱柳，均为北京行道树较常见的树种。

3.6 UVB屏蔽率分析

不可见光中的紫外线过度照射会使人反应迟钝，可诱发皮肤、肺等方面疾病。因此，关于树种对UVB屏蔽效果的研究也很有必要。不同树种UVB屏蔽率变化范围为42.03%～93.55%，差异较大。最高的是雪松，高达93.55%；最低的是紫叶李，为42.03%。雪松的UVB屏蔽率是紫叶李的2.24倍。UVB屏蔽率从高到低排列的前10个树种分别为雪松、毛泡桐、银杏、西府海棠、油松、栾树、玉兰、悬铃木、元宝枫、榆树。

3.7 UVB屏蔽效果

综合考虑屏蔽率与屏蔽面积后，屏蔽效果发生了很大变化。UVB屏蔽效果的变化范围为1.3～140.0，相差很大。最强的依然为雪松，最弱的依然为紫叶李，但两者相差高达100多倍，可见屏蔽面积在其中起着重要影响。UVB屏蔽效果从强到弱排列前10个树种分别为雪松、毛泡桐、悬铃木、栾树、国槐、油松、垂柳、榆树、白蜡、银杏。

表3　遮荫效果分析

表4　UVB屏蔽效果分析

表4(续)

4 结论与讨论

由以上各单项结果分析可得到以下结论：

1) 决定树种遮荫效果的主导因素为遮荫面积，主要原因是面积的数值本身比其他因子大得多且范围变化较大。但是其他因子的重要性也不可忽视。光照、UVB过高对人体皮肤有伤害，温度过高会导致人体不适，因此计算方法也有不足。应综合考虑面积与荫质各元素之间的权重，不能一概而论，简单相乘。

2) 树种遮光率与UVB屏蔽率的排序大体相似，个别差异可能与叶片的生物学特性及抗UVB的黄酮类化合物含量等有关[9]，有待进一步研究。同一树种UVB屏蔽率比遮光率要低，可见UVB的穿透率要强一些。

3) 荫质受树冠疏密度、叶面大小和叶片透明度等多种因素的影响。比如西府海棠为小乔木，冠幅小，但荫质较高，原因有2点：一是是受枝下高的影响，其树干分枝点低，枝下高通常在1米内，阴影受外界辐射影响小；二是树枝直立性强(中龄后才外扩)，枝叶密集，成荫效果好。相反，毛白杨树形高大，但其枝下高基本在4 m之上，阴影受周边环境影响大，荫质反而差。可见，枝下高也能影响荫质，选择行道树时枝下高不能过低，也不宜过高。

总之，树种的遮荫及UVB屏蔽效果受多种因素影响，现实生活也可视情况适当调整，树种的荫质可通过其健康状况稍加改变；荫幅大小取决于树冠形态，实际应用中可用栽植距离、栽植位置来调剂。侧重行人遮荫时宜采用横展性强的树木，高层建筑防晒可采用耸立性强的树木。

参考文献

[1]吴永波，薛建辉.城市行道树的研究现状及展望[J].中国城市林业，2005，3(2)：54-56.

[2]霍晓娜.北京部分绿地群落光环境状况研究[D].北京：北京林业大学，2011.

[3]吴家兵，孙雨，李荣平，等.沈阳市6种行道树对紫外辐射屏蔽效应的研究[J].辽宁林业科技，2011(4)：1-3.

[4]李海涛，胡东，廖迎春，等.北京市六种园林绿化树种对UVB的屏蔽效应[J].城市环境与城市生态，2003，16(6)：139-141.

[5]北京市园林局.北京市城市园林绿化普查资料汇编2005[M].北京：北京出版社，2006.

[6]陈耀华.关于行道树遮荫效果的研究[J].园艺学报，1988(2)：135-138.

[7]陈耀华.关于园林树木遮荫效果定量分析方法的探讨[J].中国园林，1988(2)：61-63.

[8]吴翼.树木遮荫与街道绿化[J].园艺学报，1963，2(3)：295-308.

[9]李艳，张举仁，徐誉泰.银杏叶中槲皮素黄酮苷类抗紫外线作用的研究[J].中草药，1999，30(9)：671-673.

A Study of the Effect of Shading and UVB Shielding of 23 Species of Street Trees in Beijing

Cao BingbingQiu ErfaChen Mingming

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

Abstract:By measuring the illumination, temperature, UVB radiation intensity in the conditions of shade and sunshine, the effect of shading and UVB shielding of 23 species of street trees in Beijing was studied. The results revealed that Platanus occidentalis, Cedrus deodara (Roxb.) Don, Paulownia tomentosa Thunb. Steud, Sophora japonica L and Koelreuteria paniculata Laxm had better effect of shading, while C. deodara (Roxb.) Don, P. tomentosa Thunb. Steud, P. Occidentalis, K. paniculata Laxm and S. japonica L showed better effect of shielding to UVB .

Key words:street tree, shading effect, shade quality, UVB

DOI：10.3969/j.issn.1672-4925.2016.01.003

作者简介：曹冰冰，中国林业科学研究院风景园林硕士研究生，从事城市林业研究通信作者：邱尔发，副研究员，研究方向为城市林业，E-mail:efqiu@163.com

*基金项目：国家科技支撑计划项目(2015BAD07B06)

收稿日期：2015-10-07