几种行道树对惠州市城市道路微气候的影响

王金涛，王建兵，王 盾，杨定海

（1.海南大学 热带农林学院，海南 海口 570228 ；2.惠州学院，广东 惠州 516007）

行道树是城市道路绿化的骨干树种，在城市道路绿化与园林绿化中起着重要作用，行道树作为道路功能的配套设施是十分必要的。优良的行道树不仅可以提高道路的使用质量，还可以改善道路周边区域生态环境，提升城市景观效果；枝叶密集的行道树具有消除噪音、净化空气、调节气候功能，覆盖浓密的行道树具有减少飞沙以及涵养水源的作用。道路绿化是城市绿化、美化的重要组成部分，对构建城市稳定绿地生态系统起到了非常重要的作用。所以在城市道路植物景观设计时，如何选择合适的行道树，既能满足观赏的要求，又取得好的遮荫降温效果，开展相应的行道树对周边生态环境微气候改善等方面的研究，引起了社会大众和科研人员的广泛关注，成为讨论的热点[1-6]。

近年来许多城市产生“热岛效应”的现象[7-12]，其中一个重要原因就是城市缺少园林植物遮盖地面。行道树具有一定的遮荫效果，可以有效地减少城市热岛效应。研究主要行道树对城市道路等微气候变化，对选择行道树，构建城市绿地生态系统具有非常重要的理论意义与应用价值。关于城市行道树种的遮荫效果等微气候的研究有些报道[13-17]。陈耀华对北京市常见的几种行道树的遮荫和降温作用进行调查，提出了关于荫质、遮荫效果等概念和定量计算公式及方法[13]；柳振誉应用多目标决策的原理对 30 种行道树进行综合效能的测评,筛选了行道树种[14]；谢云对张家界市的行道树进行了生长状况调查，提出了今后行道树选择筛选的标准[16]；Sanusid 在澳大利亚对榆树Ulmus procera 和悬铃木Platanus acerifolia 行道树的小气候进行研究[22]，但对岭南城市道路行道树的微气候研究少见报道。

本研究以岭南城市惠州市惠城区为例，对其主要的9 种行道树遮荫效果等微气候效应进行了初步研究，旨在揭示岭南城市常见行道树的遮荫效应等微气候变化规律，进而为深入探讨行道树的生态结构、功能以及如何正确评价行道树在绿地生态系统中改善环境小气候的作用提供理论依据，同时为道路绿化设计选择行道树种提供理论依据。

1 研究材料与方法

1.1 研究区概况

研究区选择在惠州市惠城区9 条单排行道树道路。此道路为6～12 m 宽的水泥路，行道树周边为绿地或低层建筑，距离建筑至少在10 m 以外。惠城区地理位置为114°25′ E，23°6′ N，北回归线以南，属南亚热带季风气候，年均气温21.50～23.50 ℃，7月最热，平均气温为28.3 ℃，1月最冷，平均气温为13 ℃，年平均相对湿度78%，年降水量1 690～2 380 mm，地带性植被是亚热带季风常绿阔叶林[18]。道路常见的行道树为：榕树Ficus microcarpa、高山榕F.altissima、香樟Cinnamomum camphora、芒果Mangifera indica、木棉Bombax malabaricum、白兰Michelia alba、非洲楝Khaya senegalensis、王棕Roystonea regia、长芒杜英Elaeocarpus apiculatus、海南红豆Ormosia pinnata、 麻楝Chukrasia tabularis、 人面子Dracontomelon duperreanum、红花羊蹄甲Bauhinia blakeana、蝴蝶果Cleidiocarpon cavaleriei、阴香Cinnamomum burmannii、蒲桃Syzygium jambos、海南蒲桃Syzygium hainanense 等树种，本实验选取了9 个行道树种作为测试树种，其中8 个常绿树种，1 个落叶树种。

1.2 使用的主要仪器

光照强度测试采用ST—80C型数字式照度计，温度测量采用WMY—01 数字温度计，树高测量采用SCG—1 高斯测高器，风速与湿度测量采用DEM6 型轻便三杯风向风速仪与数字湿度计，其它测量采用常规测量工具。

1.3 实验测试过程

在惠州城区内选取9 种单排行道树种（白兰、王棕、长芒杜英、榕树、海南红豆、高山榕、芒果、非洲楝、黄葛树Ficus lacor 作为测试对象（每种选3 株），分别于7—10月选取晴朗无风或微风的天气1 d，在10:00—12:00、14:00—15:00之间，分组分别同时测试树荫中心与裸地（水泥铺装地）全光照（离地1.5 m）的光照强度和温度，每一树种，重复3 次，同时测量空气湿度与风速。遮荫面积统一按冠幅的正投影面积计算，遮光度、降温率、荫质、遮荫效果按文献公式计算处理[13]。

1.4 数据处理与分析

根据测试记录数据，使用Excel 2016 与SPSS 25.0 进行计算、处理及分析。

2 结果与分析

2.1 试验用行道树树种特征

测试的树种特征如表1所示，主要测试树种选用白兰、王棕、长芒杜英、榕树、海南红豆、高山榕、芒果、非洲楝、黄葛树9 个岭南城市行道常见树种，树龄大约在15～20 a，长势中等较均衡，由于树种特性的不同，其平均树高和平均胸径还有一定的差距，其中最高的长芒杜英为13.27 m，最低的芒果为5.43 m，其它树种在9～12 m 之间；胸径最小的是芒果，其胸径为15 cm，胸径最大的是王棕，其胸径为40 cm，其他树种的胸径在20～30 cm 之间。本测试的正投影面积是按照平均冠幅来计算圆的半径，然后按圆的面积公式计算正投影的面积。

表1 几种行道树的形态特征Table 1 Morphological characteristics of several kind street trees

2.2 行道树对遮光率的影响

行道树对太阳辐射遮挡的程度是反映行道树遮荫能力的一个重要指标。行道树对遮光率的影响如表2所示，所测试的所有行道树都具有不同程度的遮光能力，通过单因素方差分析和Duncan两两差异性比较，表中同列不同小写字母表明在P ＜ 0.05 水平差异性显著。例如在7月1日的上午测试过程中，遮光率从71.77%～95.81%，光照强度从94 266 Lux 减弱到26 600 Lux，遮光最严重的减弱到只有3 622 Lux（如白兰），不同的树种因树种特性的不同，其遮光能力是不同的。如表2所示，在测试的4 个月份中，白兰的遮光能力是相对最强的，而长芒杜英和王棕的遮光能力是相对弱的；榕树、海南红豆、高山榕、芒果、黄葛树遮光能力是稍弱于白兰而要强于长芒杜英和王棕，这与这些树种的树叶生长状况和分枝特性是一致的。白兰枝叶密集，树冠硕大，故遮光能力最强，而王棕与长芒杜英，叶片稀疏，分枝松散，故其遮光能力较弱。其它树种，介于二者之间，所以其遮光能力中等。而对于每一树种，在不同月份其表现的变化规律不完全一致，但总体变化趋势一致，这可能是因为受到了测试时天空云彩的影响。

2.3 行道树对降温率的影响

能否降温是影响行道树遮荫效果的一个重要因素，降温率高其遮荫效果就较好，因此检验行道树的降温率是反映其遮荫效果的重要指标。本实验中的行道树对树下环境的降温率情况如表 3所示，所有的行道树种都具有一定的降温效果，从最低的1.5%（长芒杜英，8月29日 AM）到最高的9.83%（榕树，8月1日AM），从最少降温0.5 ℃至最大的3.5 ℃。相对于遮光率来说，降低的幅度没有遮光变化幅度大，虽然气温只降低2～3 ℃，但其降温效果还是相当明显的。就树种来比较，经Duncan 两两差异性比较，白兰与榕树的降温效果比较明显而且稳定，大多在5% 以上，而王棕与长芒杜英的降温效果相对来说要比较差一点，基本上在5% 以下，大多为3% 左右。其它树种降温率处于白兰、榕树、王棕与长芒杜英之间，部分树种在不同的月份有起伏，如高山榕和芒果，这可能与测试当天的风速与湿度有一定的关系，虽然测试都是选择在风速为1～2 级，湿度为60%左右的天气，但有时偶尔会刮3～4 级微风，湿度有时也有80%的情况出现，从而导致在不同月份里部分树种出现个别不一致的现象，但总体变化规律是十分明显的。

表2 几种行道树不同时期遮光率†Table 2 Shading rate of several kind street trees during different periods

表3 几种行道树不同时期降温率†Table 3 Cooling rate of several kind street trees during different periods

2.4 行道树对荫质的影响

荫质是树种的遮光率和降温率的乘积所得，因此荫质是综合树种的遮光效果和降温效果的一个指标，而不是单一的遮光或降温指标。根据测试的遮光率和降温率来计算出树种在遮光和降温方面的综合能力，其综合能力高说明树种具备较好的遮荫效果潜力，其综合能力低说明树种遮荫的潜力较差。本项目测试行道树种的荫质情况如表 4 所示，所有的测试树种都具备一定遮荫潜力，不同树种之间，其荫质有较大差距，对于表中同列不同小写字母树种，经SPSS 25.0 计算，其荫质在 P ＜0.05 水平，Duncan 两两比较中有显著性差异。不管是在1 d 内的测试结果，还是4 个月的结果来看，均表现出一致规律，数据结果表明，白兰与榕树的荫质较好，有7～8 次出现为a，而王棕与长芒杜英相对来说其荫质值较低。而海南红豆、高山榕、芒果、非洲楝、黄葛树介于白兰、榕树与王棕、长芒杜英之间，但也有个别情况例外（8月1日PM的高山榕与10月2日AM的芒果）。其它树种的荫质变化规律与降温率一致，与遮光率基本一致。

表4 几种行道树不同时期荫质 (N)†Table 4 Shade quality of several kind street trees during different periods

2.5 行道树对综合遮荫效果的影响

遮荫效果是检验行道树遮荫能力的最终指标。它是在荫质的基础上加上树木遮荫面积来综合评定。由于树种特性不同，树木冠幅有差异，因此荫质乘遮荫面积就会发生较大变化。各行道树遮荫效果如表 5 如示，所有测试树种都有一定的遮荫效果。日变化及月变化的试验结果表明，榕树都具有较好的遮荫效果，Duncan 两两差异性比较均为a,说明榕树不仅有较高的荫质，而且有较大的冠幅，其遮荫效果值为最大。相对来说遮荫效果值较低的有长芒杜英、芒果和王棕，其遮荫效果经Duncan 两两差异性比较，与其它树种有在 P ＜0.05 水平有显著性差异。实验结果表明，遮荫效果与荫质的变化规律不太一致，在分析荫质结果时发现白兰与榕树的荫质值是较大的，但白兰的遮阴效果不是最大，而是榕树最大，其原因为白兰的树冠没有榕树的树冠大，其遮荫效果值就没有榕树大。而在荫质分析时发现芒果是介于白兰、榕树与长芒杜英、王棕之间的，但在遮荫效果分析时，芒果基本上是遮荫效果最差的树种，出现这种情况的原因主要是这次测试的芒果树的树冠小（表 1 ），对于芒果树的遮荫效果还有待进一步的试验进行验证。其它树种的遮荫效果基本上是白兰＞海南红豆＞高山榕≈非洲楝≈黄葛树。

表5 几种行道树不同时期遮荫效果†Table 5 Shading effect on several kind street trees during different periods

2.6 行道树对空气湿度与风速的影响

空气湿度与风速会影响人的舒适度。其变化主要受当日天气影响较大，本实验在同一日的测试结果表明，行道树荫下与裸地，不同的行道树之间，其湿度及风速没有明显的差别，可能是由于行道树下比较空敞，空气流动快，不能形成小气候。在整个测试期间，空气湿度为45%～80%，风速为0.5～3 m·s-1。大部分测试天气的空气湿度为60% 左右，风速为1～2 m·s-1。

3 结论与讨论

3.1 结 论

行道树具有较强的遮光率。太阳辐射是产生林下热量的主要来源，遮光的强弱是影响遮荫效果的一个主要因素。试验结果表明，9 个行道树都具有较好的遮光率。例如在8月29日的上午测试过程中，遮光最差的王棕，其遮光率达到61.35%。遮光最好的应是白兰，在10月2日下午的测试中，其遮光率达到了97.13%，海南红豆、高山榕、芒果、非洲楝、黄葛树等树种，其遮光率在80%～90%之间。

行道树有一定的降温效果，但本次实验的树种降温效果没有遮光率降低的幅度大，且受测试环境影响较大。实验结果表明，行道树虽有一定的降温效果，但行道树降温的幅度没有遮光率下降的大，从最低的1.5%（长芒杜英，8月29日 AM）到最高的9.83 %（榕树，8月1日AM），温度仅降0.5～3.5 ℃，大部分降温率在5%左右，温度在1.5～2 ℃，且测试受测试时的风速和湿度大小影响较大，不过给人的感觉还是非常凉爽的。

榕树的遮荫效果最好，其次是白兰、海南红豆、高山榕、非洲楝和黄葛树再次之，最差是王棕、长芒杜英。综合荫质与遮荫效果计算，除8月29日AM、10月2日PM、10月25日 AM 外（Duncan两两比较仅为b），测试结果表明榕树的遮荫效果均好于其它树种，与榕树的枝叶特征和生长特性一致。王棕与长芒杜英的遮荫效果是除芒果外最差的部分。而其它树种介于它们之间，因此在设计行道树种选择时可综合考虑上述各树种的遮荫特性。

3.2 讨 论

1）行道树树冠对太阳辐射的吸收、阻挡和反射是影响行道树遮荫效果的主要原因。测试结果表明，每种行道树都能遮挡部分光线，由于树种生长特性和分枝特性的差异，叶片枝条疏密，叶片面积大小，叶片透光度造成其遮光率是有差异的，遮光能力强的树种（例如白兰）其遮光率能达到97.13%，遮光能力较差的王棕也能达到61.35%。谢平等研究湛江东海岛海岸沙地防护林对太阳辐射降低幅度为95.90%[19]，管伟等在研究广州南沙人工红树林湿地小气候效应时发现红树林在夏季的平均遮光效果达64.98%[20]，虽然以上学者的实验是对防护林和人工红树林湿地遮光效果的研究，但与城市道路行道树的遮光效果结果颇为相似，树木具备较强遮光能力得到进一步验证。在遮光率测试过程中有受天空云彩的影响，在不同的时期略有起伏，但遮光效果与树木枝叶的分枝特征是相关的。枝叶密集的白兰、榕树等遮光率较高，而枝叶稀疏的王棕、长芒杜英遮光率较低。虽然没有做遮光率与降温率的相关性研究，测试数据表明：遮光率高的树种，其降温率高，遮光率低的树种，其降温率也低。对于遮光率与树木枝叶的分枝特征的相关性可做进一步研究。

2）树冠的冠幅大小是决定行道树遮荫效果的关键因素。有了前面荫质的基础，最后决定遮荫效果是遮荫面积的大小，而遮荫面积源自树冠的大小。树冠大，树荫相对也大，形成的遮荫面积大，树荫下测试温度受环境影响较小。按照前人的测试方法，要求实测树冠荫影面积，其与树冠形状，冠高及太阳的高度角和测试时间都有关系[13]，而且实际测算较复杂，工作难度较大，其准确度可能会受到一定影响。在本实验中，直接采用冠幅来计算中午的正投影面积是比较简约而且直接反映树种特性，若树冠近似球形，其投影近似圆形，则准确度较高，若树冠为不规则椭圆或其它形状，其值将会产生一定偏差，因此在测试时应多测几个方向冠幅直径，然后取其平均值进行修正，将可以减少实验误差。至于如何准确、快速、简便测量树冠阴影面积，是今后进一步研究方向。

3）既然冠幅是决定行道树遮荫效果的关键因素，除了选择冠幅较大行道树以外，还可以通过养护管理增大冠幅。例如给行道树去顶，解除行道树顶端优势，使其横向发展，降低了高度，增加了宽度，既可以增加遮荫效果，又可降低台风对行道树造成的影响。研究结果表明，仅从遮荫功能方面考虑，行道树选择应选择榕树、白兰、海南红豆、高山榕、非洲楝和黄葛树，但是从景观设计的角度看，王棕、长芒杜英虽遮荫效果欠佳，但是具有特色景观观赏功能，长芒杜英叶片深秋黄红色，良好的观赏效果，王棕挺拔的树干，高大有气势，有南亚热带风情的岭南特色，较适合在进入城市的主干道、机关单位前庭院、学校主入口等公共场所种植，作为主要行道景观树种，能够满足其景观观赏功能和营造特色气势的功能，而通往城市的商业、生活区域的道路上设计遮荫效果好的行道树能满足行人的遮荫需求功能，因此对于行道树的选择要根据其设计功能来综合考虑。

致谢：本项目在测试实验过程中得到惠州学院园林专业老师和学生的帮助，同时感谢广东省科技计划和惠州学院协同育人平台给本项目提供经费支持，在此一并致谢！