徐振華

（1.河北省林業(yè)科學(xué)研究院，河北 石家莊 050061；2.河北省林木良種工程技術(shù)研究中心，河北 石家莊050061）

針對(duì)目前城市用地日趨緊張、城市綠地的發(fā)展受到限制這一現(xiàn)實(shí)，有學(xué)者提出了向“建筑的第五面索取綠色”的設(shè)想[1]，屋頂綠化越來越受到人們的重視并不斷得到應(yīng)用。屋頂綠化特殊環(huán)境要求植物具有較強(qiáng)的抗逆性[2]，還要求有一定的氣象條件，如溫度、光照和水分等，這些條件通過植物的生理生態(tài)活動(dòng)對(duì)生長(zhǎng)、發(fā)育發(fā)揮作用[3，4]，適宜的氣象條件有助于植物的生長(zhǎng)發(fā)育[5]。大量研究認(rèn)為[6-9]，根溫可直接影響植物的生長(zhǎng)，也可通過對(duì)光合作用、水分代謝、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)和植物激素等的作用間接影響植物生長(zhǎng)。本試驗(yàn)對(duì)河北省林業(yè)科學(xué)研究院辦公樓樓頂環(huán)境的溫度、風(fēng)力、相對(duì)濕度進(jìn)行觀測(cè)，并對(duì)土壤根溫、地面花盆和樓頂花盆根溫進(jìn)行了定期測(cè)定，通過統(tǒng)計(jì)分析，揭示出樓頂氣象環(huán)境特征的變化規(guī)律，以期為篩選屋頂綠化材料和開展屋頂綠化工作提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在河北省林業(yè)科學(xué)研究院，地處石家莊市北郊（38°8′N，114°28′E），年平均氣溫12.9℃，年平均最低溫-2.2℃，極端最低溫-19.3℃，極端最高溫41.5℃。年平均日照時(shí)數(shù)2527h，日照率58%，太陽輻射總量平均531.72kJ/cm2。年平均降水量為552.8mm，年平均水面蒸發(fā)量1800mm，年平均蒸發(fā)量是降水量的3.5倍。年平均相對(duì)濕度（RH）62%。

1.2 氣象因子觀測(cè)

于2010年6月至2011年2月，采用AZ9871列表式風(fēng)速儀分別對(duì)河北省林業(yè)科學(xué)研究院辦公樓樓頂（垂直地面距離19m）、地面1.5m處的溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度（RH）進(jìn)行觀測(cè)，每月連續(xù)觀測(cè)5d，每5min記錄1次。

分別于2009年7～9月和2010年4～11月，采用地溫計(jì)對(duì)土壤溫度、地面花盆和樓頂花盆根溫進(jìn)行觀測(cè)。土壤測(cè)定15cm處的土壤溫度，地面花盆和樓頂花盆分別測(cè)定花盆中部15cm處的溫度，每天記錄 8∶00、14：00、20∶003 個(gè)時(shí)間段溫度，分別放置5塊，取其平均值為測(cè)定值。

2 結(jié)果與分析

2.1 屋頂與地面溫度、風(fēng)力、相對(duì)濕度變化情況

2.1.1 屋頂與地面溫度的日變化情況 通過對(duì)地面和屋頂2010年7月至2011年2月份溫度的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)：地面和屋頂溫度呈單峰變化。由于太陽高度角的月變化，不同月份地面接受太陽輻射的起始時(shí)間不同，2010 年 7～11 月，8∶00～17∶00地面溫度大于樓頂溫度；隨著冬季的來臨，日出時(shí)間的后移，2010年12月~2011年1月地面溫度大于樓頂溫度從10∶00開始直至下午17∶00；而到2011年2月份，地面溫度直至中午12點(diǎn)才開始高于樓頂溫度。從圖1可以看出，2010年7月與2月，地面溫度高于樓頂溫度，為日射型分布。晚上 18∶00～次日 7∶00 樓頂溫度大于地面溫度，為輻射型分布。

圖1 2010年7月份與翌年2月份屋頂和地面溫度的日變化

圖2 2010年不同月份地面和樓頂月平均最高、最低溫度變化

圖3 不同月份地面和樓頂月平均風(fēng)速變化

圖4 不同月份地面和樓頂月平均相對(duì)濕度變化

2.1.2 屋頂與地面溫度、風(fēng)力、相對(duì)濕度的月變化情況 從圖2可以看出，2010年6月至2011年2月，月平均最高溫度地面高于樓頂，6月份地面和樓頂平均溫度均達(dá)到最高值，且地面溫度比樓頂溫度高出7.8℃，其它月份兩者相差0.20～3.60℃；月平均最低溫度樓頂高于地面，2011年1月份樓頂平均溫度與地面平均溫度相差最大，樓頂平均溫度高于地面7.25℃，8月份兩者相差最小，樓頂平均溫度低于地面0.58℃。晝夜溫差樓頂小于地面。圖3顯示，樓頂月平均風(fēng)速始終高于地面，兩者在不同月份相差0.92～1.55m/s。由圖4可知，月平均空氣相對(duì)濕度樓頂比地面低9.91個(gè)百分點(diǎn)至24.32個(gè)百分點(diǎn)。

綜合分析認(rèn)為：屋頂風(fēng)大，空氣流動(dòng)快，相對(duì)濕度小，再加上屋頂土層厚度的限制，即使下雨或者人工澆灌，水分也很快蒸發(fā)，會(huì)加重干旱程度；而晝夜溫差小不利于植物有機(jī)物的積累。因此，屋頂惡劣的環(huán)境條件，致使很多植物難以適應(yīng)，綜合多種不利因素決定了屋頂植物的選擇應(yīng)該具有生長(zhǎng)力強(qiáng)，耐干旱瘠薄，抗風(fēng)力強(qiáng)等特點(diǎn)。

2.2 土壤根溫、地面花盆根溫和樓頂花盆根溫變化情況

2.2.1 不同月份土壤根溫、地面花盆根溫和樓頂花盆根溫變化情況

圖5 不同月份8∶00土壤根溫、地面花盆根溫和樓頂花盆根溫變化

圖6 不同月份14∶00土壤根溫、地面花盆根溫和樓頂花盆根溫變化

圖7 不同月份20∶00土壤根溫、地面花盆根溫和樓頂花盆根溫變化

土壤溫度是植物生長(zhǎng)的重要生態(tài)因子，對(duì)植物根系水分、營(yíng)養(yǎng)的吸收有重要影響[10]。不同植物種類根系生長(zhǎng)的最適溫度不盡相同，通常在20～25℃。從圖 5～7 可以看出，4～8 月份上午 8∶00，地面花盆根溫>樓頂花盆根溫>土壤根溫，而在8~11月份上午8∶00，土壤根溫>樓頂花盆根溫>地面花盆根溫；14∶00和20∶00樓頂花盆根溫與地面花盆根溫差異不明顯，但均高于土壤根溫。土壤根溫最高值在8月，為25.97℃，對(duì)植物正常生長(zhǎng)影響較小。樓頂花盆最高根溫在7月份，為29.80℃。樓頂花盆溫度高這與其接受的熱輻射多密切相關(guān)，導(dǎo)致根溫顯著高于土壤根溫。高根溫時(shí)根冠比低，是根系直接受害的結(jié)果，溫度越高，氣孔張開越大，但更高的溫度導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，凈光合效率下降。高根溫也可能直接抑制與根生長(zhǎng)有關(guān)的酶而抑制根生長(zhǎng)，或使根呼吸消耗增多，可利用的底物不足，生長(zhǎng)減慢[14-16]，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致植物死亡。

從圖8可以看出，樓頂花盆和地面花盆根溫變幅顯著高于地面土壤，5月變幅最大，分別為9.0、8.7、4.26℃。測(cè)定期內(nèi)，樓頂花盆根溫變幅高于地面土壤2.87～4.80℃。土壤根溫晝夜變幅對(duì)苗木的生長(zhǎng)有一定的影響，變幅過大，抑制營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)。

圖8 不同月份土壤、地面花盆和樓頂花盆溫差比較

2.2.2 不同年份土壤根溫、地面花盆根溫和樓頂花盆根溫對(duì)比變化情況—由圖9～11可以看出，2009、2010 年 8～9 月份上午 8：00，土壤根溫>樓頂花盆根溫；2009、2010 年 7～9 月份下午 14：00和晚上20：00，土壤根溫<樓頂花盆根溫，且除了2009年7月和9月份下午14：00外，樓頂花盆根溫與地面花盆根溫均差異不明顯。

圖 9 2009、2010年 7～9月份 8：00土壤根溫、地面花盆根溫和樓頂花盆根溫變化

圖 10 2009、2010年 7～9月份 14：00土壤根溫、地面花盆根溫和樓頂花盆根溫變化

圖 11 2009、2010年 7～9月份 20：00土壤根溫、地面花盆根溫和樓頂花盆根溫變化

3 結(jié)論與討論

（1）通過觀測(cè)屋頂和地面1.5m處的溫度發(fā)現(xiàn)，樓頂溫差小于地面，春、夏和秋季三個(gè)季節(jié)樓頂最高溫度比地面低，最低溫度比地面高，冬季則相反，與以往研究結(jié)果存在差異，其原因可能在于：一方面，地面是大氣增溫的主要和直接熱源，對(duì)流層主要依靠吸收地面長(zhǎng)波輻射增溫，因而距離地面越遠(yuǎn)，獲得的地面長(zhǎng)波輻射的熱能也越少，溫度越低；另一方面，距離地面越近，大氣中能夠強(qiáng)烈吸收地面長(zhǎng)波輻射的水汽和氣溶膠粒子也就越多，溫度也就越高，越遠(yuǎn)離地面，水汽和氣溶膠粒子越少，則溫度越低。冬季由于地面強(qiáng)烈輻射冷卻，使得貼近地面的氣層隨之降溫。也可能是特定環(huán)境的原因，與樓頂風(fēng)速和觀測(cè)點(diǎn)的設(shè)置等也有一定關(guān)系。

（2）試驗(yàn)中測(cè)定的氣象特征，與前期測(cè)定的地面、樓頂表面溫度存在一定差異。徐靜平等[14]在研究8種屋頂綠化木本植物的耐熱性比較時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣溫達(dá)到40.6℃時(shí)，樓頂水泥表面溫度為49.9℃，樓頂冠層溫度為47.7℃，分別比土壤表面溫度高出4.9、2.7℃。這可能與3個(gè)測(cè)量點(diǎn)設(shè)置不同，導(dǎo)致其所獲取的熱輻射不同而造成的差異，在屋頂綠化植物選擇和栽培管理工作中要充分考慮氣象因子的變化規(guī)律。

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