曹則煜，李大鵬* ，陳婭奇，丁奧華，蔣晴初，靳 秀

（中南林業(yè)科技大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院，湖南 長沙 410004）

1 概述

隨著中國城市化的飛速發(fā)展，熱島效應(yīng)、環(huán)境污染等城市環(huán)境問題也愈發(fā)嚴重，城市綠地肩負起了調(diào)節(jié)城市生態(tài)環(huán)境的重任。作為城市綠地的重要組成部分，城市綠道對生態(tài)環(huán)境的影響改善有著不可忽視的作用，城市綠道的植物群落結(jié)構(gòu)是決定其生態(tài)效益優(yōu)劣的重要因素之一，而城市小氣候的改善是其發(fā)揮生態(tài)效益的直觀體現(xiàn)。因此研究城市綠道植物群落結(jié)構(gòu)與小氣候的影響對進一步了解城市綠道中不同植物群落結(jié)構(gòu)對周邊環(huán)境生態(tài)效益的影響具有重要意義，為城市綠道植物結(jié)構(gòu)的營造提供重要理論參考。

2 城市綠道植物群落結(jié)構(gòu)與小氣候概述

2．1 城市綠道植物群落結(jié)構(gòu)的概念及特征

肖篤寧等［1］（1997） 指出群落結(jié)構(gòu)指某個等級或尺度（種群、群落） 的生態(tài)系統(tǒng)中不同性狀與大小的組成單元在空間上的分布與排列。王旭東［2］（2016） 認為植物群落結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了群落內(nèi)個體間的空間分布格局，是不同生態(tài)學(xué)過程在不同時間與空間尺度上綜合作用的結(jié)果。而城市綠道是一種處在城市環(huán)境中通過自然和人工廊道建立的線性綠色開放空間，因此本文中研究的城市綠道植物群落結(jié)構(gòu)是指在城市綠道這一特定環(huán)境內(nèi)所有植物個體間在空間水平和豎直尺度以及形態(tài)分化程度上的排列分布格局。

王伯蓀［3］（1998） 認為城市綠地植被主要特征有： 生境的特化、區(qū)系成分的簡化、格局的園林化、結(jié)構(gòu)分化而單一化、演替偏途化。城市綠地植物群落是一種典型的人工植物群落，受到人為干擾因素較大。而城市綠道作為城市綠地的一種，其植物群落結(jié)構(gòu)特征同樣有較為獨特的城市生境條件、群落植物種類較少且趨于同質(zhì)化、群落結(jié)構(gòu)較為單一、其發(fā)展和演替都主要受到人為調(diào)控且在人為調(diào)控下其格局具有明顯的園林化特征等特點。

2．2 城市小氣候概念及特征

傅抱璞［4］（1994） 指出在小范圍內(nèi)因各種局部因素影響而形成的與大氣候不同的氣候特點為小氣候。周淑貞［5］（1994） 指出城市氣候就是在區(qū)域氣候的背景下，經(jīng)過城市化后，正在城市的特殊下墊面和城市人類活動的影響下而形成的一種局地氣候。因此城市小氣候就是指在大氣候范圍內(nèi)，在城市特殊下墊面條件、不同建筑綠地布局以及人類活動影響下形成的具有一定特點的局部性氣候。

3 國外相關(guān)研究動態(tài)

3．1 城市綠地植物群落結(jié)構(gòu)研究

國外在城市綠地植物群落結(jié)構(gòu)方面的研究開展較早，在19 世紀后期就已出現(xiàn)相關(guān)研究。人們開始從自然中學(xué)習(xí)植物的構(gòu)成類型和特點，并將一些植物科學(xué)地組成一個群體，有意識地模仿自然群落結(jié)構(gòu)進行營造。

在城市綠地植物群落結(jié)構(gòu)營造與構(gòu)建方面，在20 世紀20 年代，植物群落結(jié)構(gòu)的研究逐漸起步，在這個時期，荷蘭的生態(tài)學(xué)家Jaquesp．Thijsse 和C．sipkes 在布羅門代爾建造了一座自然景觀園林，他們通過自然環(huán)境的差異使植物種類多樣化，實現(xiàn)了植物的自行養(yǎng)護。20 世紀60年代末，德國植物學(xué)家ttixen 提出利用地域性植物和潛在物種按照“頂級群落”來構(gòu)建生態(tài)綠地。日本學(xué)者宮脅昭，通過大量的實踐，提出了如何構(gòu)建“低成本、高效率”的植物群落，被稱為“宮脅昭方法”［6］。20 世紀80 年代后期，美國基于ArcGIS9．X 開發(fā)的CITYgreen 系列模型（MillerRW，1996） 和LANDIS 景觀模 型（Mladenoffetaj，1996） 廣泛應(yīng)用于生長模擬、動態(tài)預(yù)測、城市植物群落評估和營造等方面。

在城市綠地植物群落結(jié)構(gòu)的調(diào)查與評估方面，John R．Dorney 團隊（1984） 以密爾沃基舊城區(qū)的木本植物群落為例，通過實地調(diào)查研究植被類型、結(jié)構(gòu)、生物量和生產(chǎn)力等因素，探究了城市木本植物群落結(jié)構(gòu)的相關(guān)特性。1973 年，遙感技術(shù)開始應(yīng)用于城市森林方面的調(diào)查，3S技術(shù)也已普遍用于城市森林資源調(diào)查。Nowak（2007）利用City-green，I-Tree 等軟件模型對城市森林植物群落的樹種組成、密度、分布等信息進行監(jiān)測和調(diào)查，并量化評估。美國林業(yè)局（2015） 以休斯頓的城市森林為例運用了I-Tree 工具通過量化社區(qū)樹木的群落結(jié)構(gòu)和樹木提供的環(huán)境服務(wù)，并對城市森林數(shù)量、成分等進行定時檢測和評估。

3．2 城市小氣候環(huán)境研究

國外在城市小氣候環(huán)境方面的研究開展也較早，19 世紀初，國外學(xué)者開始注意城市內(nèi)外的氣溫差異，并展開了城市小氣候的相關(guān)研究。隨著城市生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，國外學(xué)者對小氣候及其舒適度研究的關(guān)注度日漸上升，目前對小氣候方面的研究主要以溫度、濕度、風(fēng)速、太陽輻射等四個方面為主，研究四種指標的調(diào)節(jié)程度、影響范圍及相互之間的關(guān)聯(lián)性。

在溫濕度研究方面，Ca（1998） 研究了夏季城市公園綠地對周圍環(huán)境的降溫效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)公園面積0．6 hm2最多可使商務(wù)區(qū)氣溫降低1．5 ℃，對于下風(fēng)區(qū)域，影響范圍可達1 km。結(jié)果表明，植被可以有效地調(diào)節(jié)城市氣候。Limor 研究了建筑布局與間距對街道小氣候的影響，得出街道走向和其幾何形態(tài)決定了街道的被動散熱，而樹蔭則大大降低了街道的熱效應(yīng)［7］。

在風(fēng)速研究方面，TeresaSim珓oes（2016） 利用智慧城市相關(guān)理論，用CFD 模型對城市結(jié)構(gòu)進行建模，對城市地區(qū)風(fēng)數(shù)據(jù)進行了驗證，克服了城市風(fēng)能實驗數(shù)據(jù)的不足、誤差過大的問題。Chao Yuana，Leslie Norford 等（2017）利用CFD 模型以及相關(guān)風(fēng)洞實驗數(shù)據(jù)構(gòu)建實驗?zāi)Ｐ?，將城市密度、樹木的幾何指標與風(fēng)速相關(guān)聯(lián)，從而使規(guī)劃人員可以使用他們的內(nèi)部數(shù)據(jù)來計算樹木對氣流的影響。

在太陽輻射方面，Shahidan（2010） 等在比較鐵力木和響盒子兩種樹木調(diào)節(jié)城市熱環(huán)境的效果時發(fā)現(xiàn)，由于葉片濃密程度和分支特性的不同，導(dǎo)致不同樹種對太陽輻射的阻隔能力不同。Eliasson（2007） 運用了回歸分析的方法對廣場等四種戶外公共場所的空間使用與小氣候因子的關(guān)系進行了研究，結(jié)果表明：太陽輻射對城市空間的利用具有重要影響。

3．3 城市綠道植物群落結(jié)構(gòu)對小氣候影響研究

目前，國外對于城市綠道植物群落結(jié)構(gòu)對小氣候影響的研究相對較少，但對于植物群落與小氣候之間的關(guān)系進行了一定的探索，通過研究發(fā)現(xiàn)優(yōu)化植物群落對小氣候的調(diào)控具有積極作用。而相關(guān)領(lǐng)域部分研究利用軟件進行建模模擬分析，并結(jié)合實地數(shù)據(jù)進行測驗，所得出的結(jié)果印證了利用軟件模擬環(huán)境進行實驗的科學(xué)性和高效性，展現(xiàn)了軟件建模等數(shù)字化手段在研究城市綠道植物群落結(jié)構(gòu)對小氣候影響中具有重大意義。

2004 年，Linda B． Stabler 通過對美國菲尼克斯大都市地區(qū)中1976 年、1999 年兩個樣帶收集的土地進行分析，歸一化差分植被指數(shù)（NDVI） 和小氣候數(shù)據(jù)進行比較分析。研究得出這個荒漠城市的小氣候是在植物覆蓋率、植被密度和其他種類城市下墊面的共同作用下形成的。2015 年，Robert D． Brown 使用人類能量預(yù)算模擬，對21 世紀中葉的預(yù)測氣候進行建模，這些模擬表明對于公園進行合理的種植設(shè)計可以減少熱浪的威脅。2021 年，T．A． N． T． Perera 利用ENVImet 氣候模型對斯里蘭卡科倫坡都市圈緩解UHI 的綠色基礎(chǔ)設(shè)施可能性進行建模，其提出的綠色基礎(chǔ)設(shè)施方案被證明是改善城市環(huán)境熱舒適條件的最適宜方式。

4 國內(nèi)相關(guān)研究動態(tài)

4．1 城市綠地植物群落結(jié)構(gòu)研究

城市綠地植物群落的健康和穩(wěn)定是衡量綠地生態(tài)效益的前提，而群落結(jié)構(gòu)的合理性則是植物群落健康與穩(wěn)定的關(guān)鍵。因此，我國對城市植物群落結(jié)構(gòu)進行了廣泛的調(diào)查研究。在以往的研究中，因地理信息技術(shù)的運用程度和基礎(chǔ)資料不足等限制，部分論文未能對衛(wèi)星遙感影像蘊含的信息進行深入的應(yīng)用。當前相關(guān)研究中引進了更多數(shù)據(jù)處理方式，以及軟件模擬方法，有助于研究的進一步深入。目前，城市植物群落結(jié)構(gòu)研究主要集中在針對某一類型綠地植物群落結(jié)構(gòu)的特征和人工植物群落結(jié)構(gòu)的營造方面。

在研究不同綠地類型的物種結(jié)構(gòu)比較與多樣性評價方面。張杰［8］（2009） 以漯河市為例，通過對其城市綠地植物群落多樣性、綠地結(jié)構(gòu)、景觀格局等因素進行量化分析，提出了城市綠地景觀建設(shè)要自然化、管理有序化的建議。南偉疆等（2012） 、張艷麗等（2013） 、沈忱等（2014） 、張琳等（2017） 通過分層抽樣的方法，通過對物種重要值和物種豐富度等測度，分別對尼勒克縣、杭州市、大連市、鄭州市的綠地植物結(jié)構(gòu)和植物多樣性進行了調(diào)查研究。孔慶仙等（2017） 探討河岸帶植物多樣性特征及其影響因子，指出草本植物適應(yīng)環(huán)境能力強、靈活性好，使得其比喬灌木多樣性、豐富度高［9］。白亞東等（2020） 對重慶市廣陽島的植被組成進行了調(diào)查，利用多種指標分析其多樣性及植被類型。

在分析群落結(jié)構(gòu)特征和生態(tài)功能關(guān)聯(lián)性方面，傅徽楠等［10］（2000） 從探索園林植物群落的結(jié)構(gòu)性規(guī)律出發(fā)，以上海城市園林植物群落為例，選取了植物群落結(jié)構(gòu)、土壤、光照等因子，探究其對植物群落結(jié)構(gòu)和功能的影響。崔玲等（2008） 以遙感測量和野外調(diào)研的方式對三江平原生態(tài)功能保護區(qū)的植物群落進行了分類分析。王穎（2020） 應(yīng)用I-Tree 模型探究了城市公園植物群落生態(tài)效益價值。蘇津（2020） 測量并量化了泉州3 個城市公園24 個植物群落結(jié)構(gòu)的三維綠量和生態(tài)效益。

在植物群落結(jié)構(gòu)的設(shè)計與構(gòu)建方面。魏長順等［11］（2009） 以群落組成、喬灌層密度及木本植物樹種中的常綠與落葉比等方面為切入點進行調(diào)查，對蕪湖主要公園綠地的植物群落結(jié)構(gòu)特征進行了分析，并且對今后城市綠地植物群落營造方面提出了相關(guān)建議。羅婉貞［12］（2011） 通過對廣州綠道建設(shè)中的植物群落案例設(shè)計的研究，利用生態(tài)學(xué)與園林學(xué)結(jié)合的方法，研究植物群落與結(jié)構(gòu)的關(guān)系； 對綠道植物群落的設(shè)計要點、工程施工、管理養(yǎng)護形成積極的指導(dǎo)意義，也為城市綠道建設(shè)提供相關(guān)的參考性建議。洪志猛［13］（2015） 通過模擬地帶性植被特征，利用適宜的造林措施，調(diào)控群落演替。結(jié)合植物季相變化，對植物群落景觀結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，依據(jù)不同功能需求創(chuàng)建適宜的景觀特色。鐘軍珺（2020） 對崇明島不同綠地類型的植物群落現(xiàn)狀進行調(diào)查，提出植物配置意見。

4．2 城市小氣候環(huán)境研究

隨著城市環(huán)境日益惡化以及人們對良好的人居環(huán)境的追求，國內(nèi)對城市小氣候環(huán)境的相關(guān)研究大量涌出。研究方向主要集中在對城市公共空間小氣候特點分析、對舒適度的影響、以及改善城市環(huán)境這三個方面，且主要運用樣地實測、資料整理、定量分析、問卷調(diào)查、軟件模擬的方式。然而也存在對影響城市小氣候的因素研究不夠全面，例如城市綠地面積、物種組成等因素方面研究較少；各項評價體系和定量標準不夠完善使得研究成果較籠統(tǒng)模糊等問題。

在研究城市小氣候?qū)θ说氖孢m性的影響方面，冷紅等［14］（2010） 對哈爾濱中央大街冬季小氣候舒適性進行了實測，并結(jié)合CFD 軟件對中央大街的太陽輻射與風(fēng)環(huán)境進行模擬，定性分析了嚴寒地區(qū)城市步行街舒適度的限制因素與評價指標內(nèi)容。齊夢楠［15］（2016） 研究了冬夏季節(jié)，步行街空間走向布局與街道微氣候間的關(guān)系，通過調(diào)整相關(guān)因子的設(shè)計來提升使用者的舒適度感受。程梓易等［16］（2019） 以重慶興龍湖城市公園為例，通過實測樣地和問卷調(diào)查的方式對城市公園中景觀要素形成的空間小氣候條件和游客行為特征進行分析，研究空間和景觀要素對小氣候的調(diào)節(jié)能力、小氣候舒適度對游客行為的影響。陳凱旋等［17］（2020） 以福建農(nóng)林大學(xué)為例，選取溫度、風(fēng)速、濕度3 個因素，通過12 h 連續(xù)定點測量的方法，對不同景觀空間的小氣候進行實測和對比研究，評估這些活動空間在夏季的人體舒適度。

在研究調(diào)節(jié)小氣候因子從而改善更新城市環(huán)境方面。鄧世超［18］（2014） 通過橫向分析和對比影響城市街區(qū)微氣候的因素與城市街區(qū)更新的各項內(nèi)容，總結(jié)出合理的綠色更新模式，提出城市街區(qū)綠色更新應(yīng)遵循的原則。段佳佳［19］（2017） 通過對北京城市街區(qū)的調(diào)研和整理歸納得出北京城市街區(qū)綠地格局的類型與特征及影響其形成的因素，得到五種街區(qū)綠地格局類型并利用軟件模擬的方法提出綠地格局優(yōu)化策略以改善微氣候。

在研究時間、空間對城市小氣候的影響方面，劉貴利［20］（2002） 對三類不同地形的濕度、溫度、風(fēng)速、日照輻射等微氣候因子進行分析，并闡述其生態(tài)環(huán)境特點。段文嘉［21］（2016） 以大雁塔東園為測量樣地，對用戶進行標注調(diào)研，繪制行為分布圖，分析提取受到用戶偏好的空間，并在冬夏進行小氣候測量。

4．3 城市綠道植物群落結(jié)構(gòu)對小氣候影響研究

綠道小氣候與綠道內(nèi)的植物、水、地形、界面等要素密切相關(guān)，通過調(diào)節(jié)這些要素可以有效緩解城市熱島效應(yīng)。近年來，國內(nèi)逐漸開展了景觀變量對綠道小氣候影響的相關(guān)研究，大多趨向于選擇實地測量和軟件模擬的方式對城市綠道小氣候的影響進行整體分析，但少有系統(tǒng)地對綠道植物群落結(jié)構(gòu)進行針對性研究。

宮祥寧（2017） 對北京市若干新建綠道小氣候環(huán)境進行了測量，結(jié)合問卷調(diào)查，總結(jié)了影響綠道小氣候的各種因素，并提出了不同環(huán)境條件下的優(yōu)化方法。王慶等（2019） 選取深圳5 條綠道，以綠化條件不同為變量探究綠道小氣候?qū)κ孢m度的影響，得出綠道綠化帶斷面結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、植被層次的豐富程度，與城市小氣候的改善作用成正比。李羽瀅（2019） 以成都熊貓綠道轎子立交橋航天立交橋段為研究對象。在軟件模擬的基礎(chǔ)上，對植物連續(xù)性、種植距離、水分連續(xù)性、距離、形狀、微地形景觀等變量對氣溫、風(fēng)速、平均輻射溫度、相對濕度等氣候因子的影響進行了補充分析，探討了氣候優(yōu)化設(shè)計策略。李麗等（2020） 以廣州地區(qū)為例，重點研究綠道設(shè)計中鋪地材質(zhì)和周圍景觀環(huán)境2 個基本要素對綠道微氣候的影響，發(fā)現(xiàn)采用喬－水、喬－草復(fù)合環(huán)境，能營造更良好的綠道小氣候。

5 實踐與應(yīng)用

在中南林業(yè)科技大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目“長沙市綠道植物群落結(jié)構(gòu)對城市小氣候影響研究”中利用上述綜述內(nèi)容分為四個階段對長沙市綠道植物群落結(jié)構(gòu)對城市小氣候的影響進行調(diào)查研究。

1） 長沙市綠道植物群落結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀調(diào)查。通過對長沙市市域范圍內(nèi)空間位置、公園面積、綠化率不同的城市綠道進行現(xiàn)狀調(diào)查，對其進行分類和隨機抽樣，從樣本中選取典型的植物群落，設(shè)定多個樣方進行實地調(diào)查。調(diào)查內(nèi)容包括該植物群落內(nèi)植物的組成、分布情況以及植物群落結(jié)構(gòu)（植物群落結(jié)構(gòu)的物種多樣性、頻度、蓋度、密度四個指標） 為參數(shù)進行實地調(diào)查。

2） 綠道小氣候指標測定。在對長沙市綠道植物群落結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀調(diào)查的基礎(chǔ)上，運用相關(guān)測量儀器對綠道樣地及周邊地區(qū)的小氣候指標進行測定，在指標選擇上選取溫濕度、風(fēng)速和太陽輻射三種小氣候指標進行測定。

3） 計算機模擬比對。利用ENVI-met 軟件模擬綠道樣地植物群落結(jié)構(gòu)和小氣候情況，并與實地調(diào)查數(shù)據(jù)及分析所得規(guī)律進行比對，確定軟件模擬的可信度和可行性。

4） 計算機軟件建模和數(shù)據(jù)分析。分析不同城市綠道植物群落結(jié)構(gòu)對小氣候的影響。在計算機模擬的可信度和可行性達標的基礎(chǔ)上，利用ENVI-met 軟件模擬不同類型不同組合方式的植物群落結(jié)構(gòu)，并研究其對小氣候的影響情況。利用軟件模擬的大量數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析和規(guī)律總結(jié)，以期能發(fā)現(xiàn)更加適合長沙市城市綠道的植物群落結(jié)構(gòu)，為長沙市城市綠道的建設(shè)和營造提供重要理論參考。

6 結(jié)論與展望

我國對于城市植物群落結(jié)構(gòu)、小氣候方面研究雖相較于國外起步較晚，但近些年來相關(guān)領(lǐng)域研究進步迅速，逐步成為風(fēng)景園林研究的熱點之一。當前隨著地理信息衛(wèi)星遙感技術(shù)、軟件模擬技術(shù)等數(shù)字技術(shù)手段的廣泛運用，使學(xué)者們對城市植物群落結(jié)構(gòu)、小氣候方面的研究在廣度與深度上有了較大突破，比如在不同綠地類型的物種結(jié)構(gòu)比較與多樣性評價、在分析群落結(jié)構(gòu)特征和生態(tài)功能關(guān)聯(lián)性、在植物群落結(jié)構(gòu)的設(shè)計與構(gòu)建方面、以及城市小氣候?qū)θ说氖孢m性的影響和改善城市小氣候研究等方面取得了較多的研究成果，但仍舊存在著研究因素不全面、評價和定量體系不完善等問題。未來需要在以下幾個方面進一步研究。

1） 眾多學(xué)者對植物群落結(jié)構(gòu)或城市小氣候等方面進行了大量的相關(guān)研究，但針對綠道植物群落結(jié)構(gòu)對城市小氣候兩者之間聯(lián)系和影響規(guī)律方面的具體研究目前仍然相對較少。城市綠道植物群落在調(diào)節(jié)城市小氣候、改善城市環(huán)境方面發(fā)揮著重要的作用，深化城市植物群落結(jié)構(gòu)對小氣候影響的相關(guān)研究，探討如何通過優(yōu)化城市植物群落結(jié)構(gòu)，使群落內(nèi)植物的生態(tài)效益、景觀效果和審美價值等方面達到最佳十分重要。

2） 近年來，隨著地理信息衛(wèi)星遙感技術(shù)、以Citygreen，I-tree 為代表的軟件模擬技術(shù)的運用，使得植物群落結(jié)構(gòu)、城市小氣候的相關(guān)研究逐步從定性分析朝著定量分析的方向前進。但由于技術(shù)手段和起步較晚等因素，部分研究在定量分析上不夠深入。目前大部分研究的定量分析停留在改變個別影響因素來觀察小氣候因素的變化情況，而少有對兩者之間相互影響規(guī)律利用回歸方程等數(shù)據(jù)處理手段進行定量分析。

3） 隨著風(fēng)景園林學(xué)相關(guān)研究深度的加深，單一的學(xué)科研究方式難以與之相適應(yīng)。而加強風(fēng)景園林學(xué)與生態(tài)學(xué)、生理學(xué)、氣象學(xué)、社會調(diào)查學(xué)等多學(xué)科交叉理念發(fā)展，使現(xiàn)有的研究方式和分析手段不斷拓寬，對于城市小氣候、植物群落結(jié)構(gòu)等方面研究工作的開展和完善來說是極大的助益，將使研究內(nèi)容愈發(fā)完善和全面。因此，建立適合風(fēng)景園林學(xué)的多學(xué)科交叉體系將是未來一段時間的研究方向之一。