丁元春，吳小雨，范志強(qiáng)*，孔群芳，陳 陳，楊 榮

(1.安慶師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,安徽 安慶 246011;2.皖西南生物多樣性與生態(tài)保護(hù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 安慶 246011)

近年來(lái)，由于城市的快速發(fā)展和全球氣候變暖效應(yīng)，城市熱島問(wèn)題已經(jīng)引起了普遍關(guān)注.城市綠地作為城市公共服務(wù)設(shè)施的重要組成部分，一方面可以為居民服務(wù)，給居民提供優(yōu)美的景觀與休閑空間，另一方面可以調(diào)節(jié)與改善局部小氣候，從而緩解城市熱島效應(yīng).植物群落具有增濕降溫等生態(tài)功能，是改善城市熱島問(wèn)題和調(diào)節(jié)人體舒適度的有效途徑[1-3].

目前，關(guān)于小氣候?qū)θ梭w環(huán)境調(diào)節(jié)功能的研究已經(jīng)引起很多學(xué)者關(guān)注.如衛(wèi)笑等[2]關(guān)于春夏秋三季不同類型植物群落的溫濕度調(diào)節(jié)效應(yīng)研究，秦仲等[3]對(duì)北京園林綠地5種植物群落夏季降溫增濕作用進(jìn)行小尺度研究，等.但是，前人大多是針對(duì)夏季和冬季植物群落小氣候?qū)θ梭w舒適度的研究，以及研究不同圍合形式下的植物群落對(duì)小氣候的調(diào)節(jié)作用[4-7].很多研究主要針對(duì)大城市，而關(guān)于中小城市植物群落調(diào)節(jié)春季小氣候以及改善人體舒適度的研究相對(duì)較少.因此，本文以安慶市蓮湖公園春季植物群落為調(diào)查對(duì)象，通過(guò)調(diào)查安慶市蓮湖公園內(nèi)綠地的綠化配置形式，對(duì)比分析安慶市蓮湖公園內(nèi)6種不同植物群落結(jié)構(gòu)綠地的空氣溫度、相對(duì)濕度和人體舒適度的差異,分析安慶市蓮湖公園春季綠地不同植物群落結(jié)構(gòu)的增濕降溫作用以及對(duì)人體環(huán)境舒適度的影響，從而為我國(guó)公園綠地設(shè)計(jì)提供參考依據(jù).

1 區(qū)域概況與研究方法

1.1 區(qū)域概況

在安慶市蓮湖公園內(nèi)進(jìn)行調(diào)查研究，區(qū)域位于安慶市菱湖風(fēng)景區(qū)東南部，屬典型的亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，四季分明、氣候溫和、風(fēng)景優(yōu)美.安慶市春季和秋季偏短，春季以3月最具代表性.蓮湖公園占地4.75 km2，其中湖面有2.49 km2.蓮湖公園東南區(qū)域配備設(shè)施較多、綠化形式多樣，并且為群眾休閑游憩的主要場(chǎng)所，故選擇東南區(qū)作為重點(diǎn)調(diào)查區(qū)域.

1.2 樣地選擇

主要研究安慶市蓮湖公園綠地內(nèi)不同植物群落結(jié)構(gòu)對(duì)小氣候的調(diào)節(jié)作用以及對(duì)人體環(huán)境舒適度的效應(yīng).在公園內(nèi)選擇人流量比較大的3個(gè)大區(qū)域作為調(diào)查場(chǎng)地，在調(diào)查場(chǎng)地內(nèi)選擇小喬-草地結(jié)構(gòu)、喬木-灌木-草地結(jié)構(gòu)、大喬木結(jié)構(gòu)、灌木-草地結(jié)構(gòu)、喬木-灌木結(jié)構(gòu)以及純草地結(jié)構(gòu)6種植物群落結(jié)構(gòu)不同但面積相似的6個(gè)小區(qū)域作為樣地.為了確保測(cè)定數(shù)據(jù)的可靠性、保證數(shù)據(jù)之間的可比性以及減少群落數(shù)據(jù)測(cè)定的邊緣效應(yīng)，所選取的群落應(yīng)該遠(yuǎn)離水體區(qū)域[3].在這些選擇好的樣地中，大喬木為具有明顯主干，高度在5 m以上的木本植物；小喬木為具有明顯主干且高度在3～5 m之間的木本植物；草地為長(zhǎng)勢(shì)較好、莖葉柔軟且低矮的草本植物；灌木為沒(méi)有明顯主干，或主干分支比較多的木本植物[5].針對(duì)蓮湖公園內(nèi)不同植物群落綠地的特征，在這6個(gè)樣地內(nèi)同時(shí)選取3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，記錄并算出各個(gè)樣地的氣象要素平均值，并在樣地附近選擇出1塊開闊并且無(wú)植被的區(qū)域作為對(duì)照地(圖1)[6-9].

(a) 小喬-草地結(jié)構(gòu) (b) 喬木-灌木-草地結(jié)構(gòu) (c) 大喬木結(jié)構(gòu) (d) 灌木-草地結(jié)構(gòu)

(e) 喬木-灌木結(jié)構(gòu) (f) 純草地結(jié)構(gòu) (g) 對(duì)照地圖1 各測(cè)量點(diǎn)實(shí)景拍攝Fig.1 Actual shooting at each measuring point

如圖1所示，安慶市蓮湖公園內(nèi)測(cè)驗(yàn)樣地群落共有6種類型，分別為垂絲海棠-草地的喬草雙層型群落(a)、桂花-海桐-草地的喬灌草復(fù)層型的群落(b)、香樟為主的大喬木單層型群落(c)、紅花檵木-冬青-海桐-草地的灌草雙層型的群落(d)、香樟-金邊黃楊的喬灌雙層型群落(e)以及酢漿草-狗牙根的草本單層型群落(f).

1.3 研究方法

于2021年3月測(cè)定蓮湖公園內(nèi)綠地樣地與對(duì)照樣地的空氣溫度、風(fēng)速和相對(duì)濕度[6].試驗(yàn)儀器為3臺(tái)LM800A多功能便捷式環(huán)境測(cè)試儀，儀器的測(cè)量高度距離地面1.5 m.便捷式環(huán)境測(cè)量?jī)x溫度的精度為±1%,分辨率為0.1 ℃,測(cè)量范圍為0～50 ℃;測(cè)量?jī)x的相對(duì)濕度的精度為70%±4%,分辨率為0.1%,測(cè)量范圍為10%～95%.具體觀測(cè)時(shí)間為9:00-20:00,每30 min記錄1次數(shù)據(jù),每1 h計(jì)算該時(shí)段內(nèi)空氣溫度、相對(duì)濕度與風(fēng)速的平均值.由于數(shù)據(jù)較多，所以對(duì)不同植物群落的日均氣溫與日均相對(duì)濕度進(jìn)行差異性分析.綠地群落降溫增濕效果分別采用日均降溫百分率(Tp)和日均增濕百分率(Hp)表示,則每個(gè)植物群落樣地的日均氣溫T(單位:℃)、日均相對(duì)濕度H(單位:%)、日均降溫百分率(Tp)、日均增濕百分率(Hp)計(jì)算公式為[1]：

(2)

(4)

其中:i為測(cè)量時(shí)間點(diǎn)(i為9:00-20:00，每1 h計(jì)算1次數(shù)據(jù)的時(shí)間點(diǎn));Hi為空氣相對(duì)濕度，%;Ti為空氣溫度，℃；Hci為對(duì)照點(diǎn)內(nèi)空氣相對(duì)濕度，%;Tci為對(duì)照點(diǎn)空氣溫度,℃.

表1 人體環(huán)境舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Evaluation standard of human environmental comfort

表2 6種植物群落及其對(duì)照點(diǎn)的空氣溫度Tab.2 Air temperature of six plant communities and their control sites

2 評(píng)估方法

城市公園綠地群落的空氣溫度、相對(duì)濕度以及風(fēng)速的變化會(huì)對(duì)公園綠地的局部小氣候產(chǎn)生影響，從而影響人體環(huán)境舒適程度,所以本研究通過(guò)蓮湖公園內(nèi)春季綠地群落的增濕降溫作用來(lái)衡量綠地的小氣候調(diào)節(jié)功能[7].其中,空氣溫度和相對(duì)濕度通過(guò)便捷式環(huán)境測(cè)量?jī)x可直接得到,而人體舒適感覺(jué)根據(jù)陸鼎煌提出的綜合舒適度指數(shù)(S)進(jìn)行評(píng)價(jià)[8-10].

S=0.6|T-24|+0.07|H-70|+0.5|V-2|.

(5)

式(5)中，S為綜合舒適度指數(shù);T為氣溫，℃;H為相對(duì)濕度，%;V為2 m高處風(fēng)速，m/s;S值與人體舒適度的劃分標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1.

根據(jù)式(5)算出綜合舒適度指數(shù)，進(jìn)行對(duì)比進(jìn)而獲得各植物群落內(nèi)綠地小氣候?qū)θ梭w舒適度的影響差異.

用Microsoft Excel對(duì)所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次曲線擬合分析,完成相關(guān)性檢驗(yàn)[9-12].為便于公園綠地降溫增濕效果與群落結(jié)構(gòu)多樣性的比較分析，研究中采用SPSS 22.0軟件中的單因素ANOVA分析對(duì)不同群落的增濕降溫效應(yīng)進(jìn)行顯著性差異分析[1-3].

3 結(jié)果與分析

3.1 6種植物群落降溫作用的比較

6種植物群落及其對(duì)照地的空氣溫度如表2所示.由表2可知，在9:00-20:00時(shí)間段內(nèi)，春季蓮湖公園內(nèi)對(duì)照地的空氣溫度與公園綠地內(nèi)6種植物群落的空氣溫度的變化都相對(duì)平穩(wěn)，并且在整個(gè)日變化過(guò)程中，對(duì)照地與6種植物群落的空氣溫度都表現(xiàn)出一致的總體趨勢(shì)，都呈現(xiàn)出“先上升后下降”的變化[3].除此之外，在9:00-20:00這個(gè)時(shí)間段，對(duì)照地的溫度大多明顯高于各個(gè)群落內(nèi)部環(huán)境的空氣溫度.

1) 大喬木.根據(jù)公園大喬木群落的觀測(cè)數(shù)據(jù)，算出了大喬木群落的日均空氣溫度和對(duì)照地的日均空氣溫度分別為(21.9±2.2)℃和(24.5±1.8)℃.結(jié)果表明，與對(duì)照地相比,安慶市蓮湖公園內(nèi)大喬木群落內(nèi)環(huán)境平均可使空氣溫度降10.56%(相當(dāng)于觀測(cè)日空氣溫度降低了2.6℃).并且，將大喬木群落與對(duì)照地的空氣溫度進(jìn)行單因素方差分析后發(fā)現(xiàn)，大喬木群落與對(duì)照地的空氣溫度差異達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)(表2).此外,本次研究還對(duì)比了不同觀測(cè)時(shí)段公園大喬木群落內(nèi)部環(huán)境對(duì)空氣溫度的影響,并發(fā)現(xiàn)了顯著差異,中午(13:00-16:00)和下午(16:00-20:00)時(shí)段公園內(nèi)大喬木群落對(duì)溫度的影響明顯比上午觀測(cè)時(shí)段(9:00-12:00)大(表3).

2) 喬木-灌木.由表2的研究數(shù)據(jù)可以看出，與對(duì)照地的日均空氣溫度相比，喬木-灌木群落的日均空氣溫度(22.0±2.4)℃明顯要低于對(duì)照地的日均空氣溫度(24.5±1.8)℃.數(shù)據(jù)表明，與對(duì)照地相比,安慶市蓮湖公園內(nèi)喬木-灌木的群落內(nèi)環(huán)境平均可使空氣溫度降10.37%(相當(dāng)于觀測(cè)日空氣溫度降低了2.5 ℃)，這與大喬木群落對(duì)空氣溫度的效應(yīng)相近.并且，將喬木-灌木群落內(nèi)環(huán)境空氣溫度與對(duì)照地空氣溫度進(jìn)行單因素方差分析后，結(jié)果表明，喬木-灌木群落與對(duì)照地的空氣溫度具有極顯著性差異(P<0.01).

表3 6種植物群落在不同觀測(cè)時(shí)間的降溫率Tab.3 Cooling rates of six plant communities at different observation times

表4 6種植物群落及其對(duì)照點(diǎn)的相對(duì)濕度Tab.4 Relative humidity of six plant communities and their control sites

3) 灌木-草.經(jīng)計(jì)算，灌木-草群落結(jié)構(gòu)綠地的日均空氣溫度明顯低于對(duì)照地空氣溫度，但其降溫作用就沒(méi)有大喬木群落以及喬木-灌木群落明顯.其與對(duì)照地空氣溫度相比，降溫率為8.74%，低于大喬木群落和喬木-灌木群落結(jié)構(gòu)綠地的降溫率.在顯著性上，雖然其顯著水平也低于0.05，但和大喬木群落和喬木-灌木群落相比，其對(duì)空氣溫度的降低效果不如大喬木群落和喬木-灌木群落明顯.

4) 小喬-草.如表2數(shù)據(jù)所示，在該研究的6種植物群落結(jié)構(gòu)綠地中，小喬-草群落結(jié)構(gòu)綠地的日均空氣溫度(21.7±2.0)℃小于其他5種群落內(nèi)環(huán)境溫度.數(shù)據(jù)表明，在研究的樣地中，小喬-草群落結(jié)構(gòu)綠地對(duì)空氣溫度的降低發(fā)揮了最大作用，日均降溫2.8 ℃.其內(nèi)環(huán)境平均可使空氣溫度降低11.62%，小喬-草群落內(nèi)環(huán)境空氣溫度與對(duì)照地的空氣溫度具有極顯著差異.

5) 草地.根據(jù)表2中草地群落內(nèi)環(huán)境溫度的數(shù)據(jù)，不難發(fā)現(xiàn)，草地群落內(nèi)環(huán)境對(duì)安慶市蓮湖公園內(nèi)空氣溫度的影響不大.與對(duì)照地空氣溫度相比，草地群落內(nèi)環(huán)境空氣溫度日均降低0.5 ℃，其日均降溫率為2.45%，其降溫效果明顯低于上述的4種植物群落.將草地的日均溫度與對(duì)照地的日均溫度進(jìn)行單因素ANOVA分析，其與對(duì)照地的顯著性為0.059，大于0.05，結(jié)果表明，草地群落內(nèi)環(huán)境空氣溫度與對(duì)照地空氣溫度并無(wú)顯著性差異.

6) 喬-灌-草.由表2數(shù)據(jù)所示，喬-灌-草群落結(jié)構(gòu)綠地的日均空氣溫度(22.2±2.1)℃，低于對(duì)照地空氣溫度，其日均降溫率為9.73%，群落內(nèi)環(huán)境空氣溫度與對(duì)照地的空氣溫度具有顯著差異.

3.2 6種植物群落增濕作用的比較

1) 大喬木.大喬木群落是以香樟為主要樹種的喬木單層型群落，該群落的植物冠層結(jié)構(gòu)對(duì)太陽(yáng)輻射的阻擋作用和植物群落的光合作用發(fā)揮得較好，對(duì)小氣候的調(diào)節(jié)作用比較突出.通過(guò)對(duì)大喬木群落內(nèi)環(huán)境相對(duì)濕度的觀測(cè)，數(shù)據(jù)表明，大喬木群落日均相對(duì)濕度(43.7±5.5)%，高于對(duì)照地的日均相對(duì)濕度(37.7±5.3)%，其增濕率為13.86%(相當(dāng)于相對(duì)濕度日均增加6.0%).與其他5種植物群落相比，其相對(duì)濕度具有顯著差異.

2) 喬木-灌木.研究樣地中，群落(e)是香樟和金邊黃楊搭配種植的喬灌雙層型群落.該群落內(nèi)環(huán)境的日均相對(duì)濕度為(43.1±5.2)%，略低于大喬木群落的日均相對(duì)濕度，其日均增濕量比大喬木群落低0.5%.

3) 灌木-草.表4數(shù)據(jù)表明，將灌木-草群落結(jié)構(gòu)綠地的日均相對(duì)濕度(41.5±5.8)%與其他5種植物群落內(nèi)環(huán)境相對(duì)濕度進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，灌木-草群落內(nèi)環(huán)境的相對(duì)濕度僅僅高于草地群落內(nèi)環(huán)境的相對(duì)濕度，其增濕作用也不如其他4種群落明顯.

4) 小喬-草.小喬木-草群落是以垂絲海棠為主，搭配草地的喬草雙層型群落，該群落由于郁閉度不高，其對(duì)太陽(yáng)輻射的阻擋作用和其蒸騰作用就不如喬灌草結(jié)構(gòu)群落.表4數(shù)據(jù)表明，小喬木-草群落的日均增濕率低于大喬木群落、喬木-灌木群落以及喬木-灌木-草群落.但是，與其他植物群落相比，安慶市蓮湖公園內(nèi)小喬-草群落在增濕效果上具有極顯著差異.

5) 草地.根據(jù)表4中草地的測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，在這6種植物群落中，草地對(duì)相對(duì)濕度的增加效應(yīng)最不明顯.比其他植物群落內(nèi)環(huán)境日均相對(duì)濕度相比，草地群落內(nèi)環(huán)境的日均相對(duì)濕度(38.8±5.3)%明顯低于其他植物群落.

6) 喬木-灌木-草.喬木-灌木-草結(jié)構(gòu)由于自身郁閉度較高、綠量較大，所以可以有效地阻擋太陽(yáng)輻射，并通過(guò)強(qiáng)大的植物蒸騰作用，產(chǎn)生較好的增濕降溫作用[5].與其他5種植物群落內(nèi)環(huán)境的日均相對(duì)濕度相比，喬木-灌木-草群落內(nèi)環(huán)境的日均相對(duì)濕度最大.在增濕作用方面，喬木-灌木-草群落對(duì)相對(duì)濕度的日均增加作用為6.3%，日均增濕率達(dá)到了14.41%，均明顯高于其他植物群落.

圖2 不同植物群落人體舒適度變化特征Fig.2 Characteristics of human comfort in different plant communities

3.3 6種植物群落對(duì)人體舒適度的影響

將6種植物群落和對(duì)照樣地的綜合舒適度指數(shù)的平均值進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)(圖2)：?jiǎn)棠?灌木-草群落(S=3.96)<大喬木群落(S=4.14)<喬木-灌木群落(S=4.15)<對(duì)照地(S=4.30)<小喬-草群落(S=4.39)<草地(S=4.40)<灌木-草群落(S=4.74).結(jié)合表1中的人體氣候舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果表明，安慶市蓮湖公園內(nèi)的小喬-草、灌木-草群落和草地群落給人舒適的感覺(jué)，喬木-灌木-草群落內(nèi)環(huán)境的人體舒適度最佳，其次為大喬木群落或喬木-灌木群落.

4 結(jié)論與討論

植物通過(guò)光合、蒸騰作用，以及其林冠層對(duì)太陽(yáng)輻射的遮擋與吸收等作用，來(lái)改變植物群落結(jié)構(gòu)綠地局部的小氣候[10-13].本研究基于安慶市蓮湖公園內(nèi)的6種植物群落樣地，實(shí)測(cè)安慶市蓮湖公園內(nèi)春季綠地的微氣象要素，重點(diǎn)分析了不同植物群落的增濕降溫能力，從而得出不同植物群落對(duì)人體舒適度的效應(yīng).

在降溫作用上，小喬-草結(jié)構(gòu)群落>大喬木或喬木-灌木結(jié)構(gòu)群落>喬木-灌木-草結(jié)構(gòu)群落>灌木-草結(jié)構(gòu)群落>草地結(jié)構(gòu)群落，且小喬-草結(jié)構(gòu)群落內(nèi)環(huán)境空氣溫度與對(duì)照地的空氣溫度具有最顯著的差異性.而在增濕效果上，喬木-灌木-草結(jié)構(gòu)群落>大喬木結(jié)構(gòu)群落>喬木-灌木結(jié)構(gòu)群落>小喬-草結(jié)構(gòu)群落>灌木-草結(jié)構(gòu)群落>草地結(jié)構(gòu)群落，且小喬木-草結(jié)構(gòu)群落內(nèi)環(huán)境的相對(duì)濕度與對(duì)照地的相對(duì)濕度具有最顯著的差異[14-15].將各植物結(jié)構(gòu)群落的綜合舒適度進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，安慶市蓮湖公園內(nèi)喬木-灌木-草群落內(nèi)環(huán)境的人體舒適度最佳，其次為大喬木或喬木-灌木群落.因此，在今后的城鎮(zhèn)綠地規(guī)劃設(shè)計(jì)中，應(yīng)優(yōu)先考慮喬灌草或喬灌等復(fù)層結(jié)構(gòu)[9].

雖然長(zhǎng)勢(shì)較好的植物群落結(jié)構(gòu)能夠有效地吸收和阻擋太陽(yáng)輻射，從而調(diào)節(jié)空氣相對(duì)濕度，改善人體環(huán)境舒適度.但是，這種降溫增濕作用與植物群落結(jié)構(gòu)綠地類型、樹冠郁閉度和植物的綠量都有關(guān)，且與調(diào)查區(qū)域內(nèi)的自然環(huán)境條件、公園綠地種植形式以及空間布局等有關(guān)[9].除此之外，該研究是基于6個(gè)植物群落樣地降溫增濕平均值得出的，一些觀測(cè)數(shù)據(jù)過(guò)高可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)群落的降溫增濕作用偏高，因此需要增加更多的樣地觀測(cè)結(jié)果加以驗(yàn)證[11].