衛(wèi)笑 張明娟 魏家星 周忠勝 陳國青

摘要：文章以南京濱江公園為例，研究了5種不同結(jié)構(gòu)植物群落的溫濕度調(diào)節(jié)效應(yīng)，并初步分析了綠量與降溫增濕強度之間的關(guān)系。結(jié)果表明：植物群落的降溫增濕效應(yīng)具有季節(jié)性差異，春季和秋季喬灌草結(jié)構(gòu)的植物群落降溫增濕效益最為顯著，而夏季喬草結(jié)構(gòu)的群落降溫效益最明顯，喬木群落的增濕效益最好;綠量與降溫增濕強度均為正相關(guān)關(guān)系，春季和夏季綠量與降溫強度具有顯著或極顯著差異;綠量主要影響降溫強度，對增濕強度的影響較小。

關(guān)鍵詞：植物群落，溫濕度調(diào)節(jié)，群落結(jié)構(gòu)，綠量

目前已有較多對城市綠地溫濕度調(diào)節(jié)機制的影響研究，切入點有下墊面類型、空間形態(tài)、斑塊形狀等;另外具體針對植物的降溫增濕效益，也有從單個植物種類、群落結(jié)構(gòu)類型、群落結(jié)構(gòu)因子等方面進行的深入研究[1-7]。但是現(xiàn)階段的研究大多集中在夏季，此時植物群落降溫增濕效應(yīng)最為顯著，但是卻較少涉及其他季節(jié)植物群落的溫濕度調(diào)節(jié)效應(yīng)。

綠量的概念在1994年首次提出，與二維指標(biāo)相比，綠量能夠更確切地反映綠地植物空間構(gòu)成的合理性以及綠地系統(tǒng)所發(fā)揮的生態(tài)效益[8]。但是目前針對特定生態(tài)環(huán)境下植物群落綠量與降溫增濕效益的關(guān)系研究還比較少。本文以典型的城市帶狀綠地——南京濱江公園為例，在春夏秋三個季節(jié)選擇不同結(jié)構(gòu)類型的植物群落樣地，估算其整體綠量，并將其與測定的降溫增濕數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析，探究植物群落綠量對降溫增濕作用的影響。運用科學(xué)的統(tǒng)計和分析方法，將植物群落的降溫增濕效益進一步可控化，以期對新時代背景下的城市綠地建設(shè)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況與研究方法

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，占地面積近200hm²，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，目前已建設(shè)成為集娛樂、生態(tài)、科普、健身為一體的全新的城市公園。

1.2 樣地選擇

按照群落類型的不同，在公園內(nèi)選擇了3組共18個樣地（表1），每組6個樣地，分別為單層植被群落：草坪地被（專指草坪草）、灌木（低于1.8m）、喬木。雙層植被群落：草坪+喬木。復(fù)層植被群落：草坪+灌木+喬木;以及硬質(zhì)無蔭蔽對照點。所選樣地是以5 m為半徑的圓形區(qū)域，測量時站在樣地中心進行。

1.3 測量內(nèi)容及方法

本實驗在春夏秋三季對植物群落的降溫增濕效益進行測定。測量日期選在2016年5月11日和12日、7月25日和26日，以及11月13日。使用Kestrel 4000手持式移動氣象站，每天9：00-13：00，每小時測一次所有樣地距離地面1.5m處的空氣溫度、相對濕度、風(fēng)速等數(shù)據(jù)。每次讀取3組數(shù)據(jù)，最終計算平均值進行比較。另外記錄每個樣地的植物種類以及胸徑、高度、冠幅等數(shù)據(jù)用于計算植物綠量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)實測的氣象數(shù)據(jù)，在分析中利用相對值進行比較，避免因天氣原因造成的誤差。選取降溫強度T_p和增濕強度H_p為實際比較用值，具體計算方法如下：

其中T_ci是第i時刻的對照溫度（℃），T_i為第i時刻樣地的溫度（℃）。

其中H，是第i時刻的對照濕度（%），Hi為第i時刻樣地的相對濕度（%）。

另外使用SPSS22.0軟件的顯著性差異分析功能，計算每個樣地與對照點相比降溫增濕強度的顯著性。

綠量指標(biāo)的測算主要集中在三維綠色空間體積、葉面積總量和葉面積指數(shù)3大指標(biāo)。本文中選取三維綠色空間體積為綠量指標(biāo)，其中，喬木和大灌木的三維綠量以樹冠體積公式來計算，參考郭雪艷等[9-10]對樹冠體積和冠幅的回歸方程的研究結(jié)果，再通過實測獲得冠幅數(shù)據(jù)，從而根據(jù)回歸方程計算樹冠體積。對于文獻中尚未涉及的物種，則根據(jù)植物形態(tài)、種屬、個體大小等，取其近似種的回歸方程。灌木球的三維綠量計算方法參考球的體積計算公式。草本的三維綠量以其所占空間體積來計算，即覆蓋面積乘以平均株高。不同植物的具體計算公式略，通過估算得出各樣地植物群落的總體綠量見表2。

2 結(jié)果

2.1 不同季節(jié)植物群落的溫濕度差異

對春夏秋三季各類型植物群落樣地的溫濕度與對照點之間進行顯著性檢驗，結(jié)果如表3所示?？諝鉁囟确矫妫杭窘M1和組2數(shù)據(jù)中，除灌木單層型外，其余樣地均為極顯著差異，而組3樣地只有灌木單層型為極顯著差異。夏季的組1和組2數(shù)據(jù)均為極顯著差異，組3數(shù)據(jù)除了草本單層型和灌木單層型，其余各點與對照點相比均有顯著或極顯著差異。秋季數(shù)據(jù)只有組1的喬木單層型與對照點相比有極顯著差異，其余各點均無顯著性差異。

相對濕度方面，春季組1樣地中除了灌木單層型，其余各點均有顯著或極顯著差異;組2樣地均為極顯著差異;組3樣地中只有草本單層型和喬灌草復(fù)層型為顯著或極顯著差異。夏季組1樣地除了草本單層型，其余樣地與對照點相比均有顯著或極顯著差異;組2樣地均為極顯著差異;組3樣地草本單層型和喬木單層型為顯著或極顯差異。秋季組1樣地除了喬灌草復(fù)層型，其余各點均有顯著或極顯著差異;組2樣地除了草本單層型和喬草復(fù)層型，其余各點均有顯著或極顯著差異;組3樣地均為極顯著差異。

2.2 不同群落結(jié)構(gòu)樣地的降溫增濕強度比較

將各季節(jié)不同群落結(jié)構(gòu)樣地的降溫增濕強度平均值進行比較，可以得出：春季灌木單層型不具有降溫效益，除此之外，各植物群落均具有不同程度的降溫增濕效益（圖1），降溫強度從大到小排序為喬灌草>喬草>草本>喬木;增濕效果從大到小排序為喬灌草>草本>喬草>灌木>喬木。顯著性檢驗結(jié)果表明，降溫強度方面，草本單層型與喬灌草復(fù)層型、喬草雙層型與喬灌草復(fù)層型之間具有顯著性差異;增濕強度方面，喬草雙層型與喬灌草復(fù)層型之間有顯著性差異。

夏季植物群落都表現(xiàn)出降溫增濕作用（圖2），其中喬草結(jié)構(gòu)的降溫強度最大，其次是喬灌草、喬木和草本，灌木結(jié)構(gòu)最小。增濕強度方面，喬木樣地最高，其次分別為喬灌草、草本和和灌木，喬草結(jié)構(gòu)最小。顯著性檢驗的結(jié)果表明：在降溫強度方面，單層型結(jié)構(gòu)的群落（草本、灌木、喬木）與多層型結(jié)構(gòu)的群落（喬草和喬灌草）之間都具有顯著性差異;而增濕強度方面，單層型群落中的草本和灌木與多層型結(jié)構(gòu)的群落（喬草和喬灌草）之間具有顯著性差異。

秋季喬木單層型群落降溫增濕強度最高（圖3）。其中灌木樣地的降溫強度為負(fù)值，其余各群落降溫強度排序為喬木>喬灌草>草本>喬草;增濕作用方面，同樣是喬木群落最高，其次是灌木、喬灌草和草本，喬草的增濕強度最小。顯著性檢驗結(jié)果為：降溫強度方面，灌木單層型和喬草雙層型、喬草雙層型和喬灌草復(fù)層型之間具有顯著性差異;增濕強度方面，喬木單層型與喬草雙層型之間具有顯著性差異。

2.3 植物群落綠量與降溫增濕強度的回歸性分析

將各樣地的綠量與各季節(jié)降溫增濕強度分別進行線性回歸分析，得出回歸方程以及調(diào)整后的R²值見表40其中降溫強度用T_p表示，增濕強度為T_p表示，綠量用字母g表示，降溫強度和增濕強度的單位是%，綠量的單位是襯。

回歸方程中綠量的系數(shù)均為正值，說明綠量與降溫增濕強度均為正相關(guān)關(guān)系。夏季綠量與降溫強度的回歸方程表現(xiàn)為極顯著相關(guān)，且調(diào)整后R²值為0.577;春季綠量與降溫強度的回歸方程為顯著相關(guān)，調(diào)整后R²值為0.180;秋季綠量與降溫強度沒有顯著相關(guān)性。同時春夏秋三季增濕強度與綠量之間均無顯著相關(guān)性，且R²值都比較小。結(jié)果表明春夏季降溫強度與綠量具有顯著的回歸相關(guān)性，其中綠量對夏季降溫強度影響更大，同時說明綠量是植物群落溫濕度調(diào)節(jié)機制的影響因子之一，且在不同季節(jié)其影響機制不同。

3 討論

3.1 植物群落溫濕度調(diào)節(jié)能力的季節(jié)性差異

由數(shù)據(jù)分析可知，植物群落的降溫增濕效應(yīng)具有明顯的季節(jié)性差異，與對照點相比，夏季植物群落的溫濕度調(diào)節(jié)能力最為顯著，春季的溫濕度調(diào)節(jié)能力較弱，秋季植物群落對溫度的調(diào)節(jié)能力最小，但對濕度的調(diào)節(jié)能力比較明顯。這可能是因為南京夏季溫度高且濕度大，植物群落的降溫增濕效應(yīng)主要是因為植物冠層對太陽輻射的遮擋作用和葉片的蒸騰作用[11]。外部環(huán)境溫度較高時，葉片內(nèi)外的溫差大，這會導(dǎo)致葉片氣孔的蒸騰速率增加[12-13]，進一步提高其降溫增濕效應(yīng)。所以一般情況下，夏季植物群落的降溫增濕效應(yīng)要比其他季節(jié)更明顯。這也與多數(shù)研究的結(jié)果相符。

3.2 群落結(jié)構(gòu)對降溫增濕能力的影響

在不同結(jié)構(gòu)群落的溫濕度調(diào)節(jié)能力方面，春季和秋季喬灌草復(fù)層結(jié)構(gòu)的植物群落降溫增濕效益最為顯著，而夏季喬草雙層型結(jié)構(gòu)的群落降溫效益最明顯，喬木單層型群落的增濕效益最好;單層、雙層以及復(fù)層群落結(jié)構(gòu)之間的降溫增濕強度具有顯著性差異，說明群落結(jié)構(gòu)確實是降溫增濕強度的影響因子之一。夏季群落的降溫增濕情況與春秋季相比出現(xiàn)了反常情況，喬草結(jié)構(gòu)的群落降溫強度最高而增濕強度卻最低，喬木的增濕強度最大。植物群落主要通過冠層結(jié)構(gòu)吸收、反射和遮擋太陽輻射，使到達地面及樹冠下面的太陽輻射顯著減少，從而調(diào)節(jié)林下溫度[14]。濕度的增加主要是由于葉片的蒸騰作用，另外濕度還會受土壤含水量、灌溉時間、土壤蒸發(fā)、地被植物蓋度以及風(fēng)速等因素影響[15]。所以出現(xiàn)反常的原因可能是南京夏季為高溫高濕天氣，喬灌草結(jié)構(gòu)的群落本身郁閉度較高，四周的圍合度也比較高，空氣流通不暢，高溫高濕的環(huán)境會使群落中心更加悶熱，而喬草結(jié)構(gòu)的群落上方有喬木遮陰，中層空間通透，有利于風(fēng)的穿行，從而達到更好的降溫效果，而且風(fēng)的穿行也會帶走一部分水汽，降低相對濕度。這種情況反而會在夏季悶熱潮濕的天氣情況下為人們創(chuàng)造更好的舒適度體驗。因此良好的生態(tài)環(huán)境不能單純考慮氣候數(shù)據(jù)，還要考慮使用者的舒適度體驗，兩者結(jié)合才能更好的實現(xiàn)氣候適應(yīng)性設(shè)計的要求。

3.3 綠量對群落降溫增濕能力的影響

從結(jié)果來看，綠量與降溫增濕強度成正相關(guān)關(guān)系，且綠量主要影響降溫強度。但調(diào)整后R2值比較小，說明綠量并不是影響降溫增濕效益的唯一因素，還可能取決于群落的結(jié)構(gòu)因子如郁閉度、圍合度等以及其他外部因素。因此，在提高植物群落降溫增濕作用時，可以考慮將綠量和群落因子以及其他因素進行綜合配置，使植物群落產(chǎn)生更高的生態(tài)效益。由于本文所選的綠量指標(biāo)為三維綠色空間體積，與葉面積指數(shù)、葉面積總量等指標(biāo)有一定差異，所以結(jié)果與以往研究中的結(jié)論有所不同，其本質(zhì)上的影響機制還有待進一步研究和驗證。

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