基于降温增湿效果8 种不同野花组合的人体舒适感研究

卢 彤，李良涛，李 安，高萌萌，陈 曦，刘帅帅

（河北工程大学园林与生态工程学院，河北邯郸 056000）

“热岛效应”的加剧，城市温湿度的失衡，使城市的舒适性降低。当前各地争创营建生态宜居型园林城市，配置合理植物组合可以降低环境温度，增加空气湿度，研究显示，其降温增湿主要来源于叶片的蒸腾作用，与叶片温度、叶片总面积、叶片密度、风速、空气湿度等紧密相关[1-5]。野花组合选取多种色彩斑斓的花卉品种，不同花期的配置，可以展现出不同特点的视觉效果，展现自然的季相之美。将野花组合景观布置于公园、街旁、居住区、农业园区[6-8]等城乡各个角落，不仅丰富了居民的业余生活，美化环境，还创造了一个清新舒适的宜居环境。基于降温增湿效果、对土壤温度的控制作用及不同野花组合的人体舒适感研究，为不同立地条件和生态服务需求的野花组合推广应用提供参考。

1 试验材料与方法

1.1 试验准备

本试验在曲周县第四疃镇中国农业大学曲周实验站进行。曲周县位于河北省邯郸市，东经114°50′22.3″～115°13′27.4″，北纬36°35′43″～36°57′，属暖温带半湿润大陆性季风气候区，年平均气温13.1℃。年平均降雨量为556.2mm，年均日照2557h[9]。

通过文献综述和近2年试验，筛选处适应性较强、观赏性比较好、养护管理容易的秋英（Cosmos bipinnata）、虞美人（Papaver rhoeas）、百日草（Zinnia elegans）、金鸡菊（Coreopsis drummondii）、一串红（Salvia splendens）、满天星（Gypsophila paniculata）、大花飞燕草（Consolida ajacis）、宿根蓝亚麻（Linum usitatissimum）、福禄考（Phlox drummondii）、常夏石竹（Dianthus chinensis）、紫花苜蓿（Medicago sativa Linn.）、蓝蓟（Echium vulgare）、百里香（Thymus mongolicus）13 种花卉进行不同生态服务功能组合。于2019年3月底在相同外界条件下播种8个不同花卉组成的野花组合（表1），同时预留1个空白对照样地，每个样地16m2，总面积144m2。

表1 野花组合及其特点

1.2 试验方法

观测选择植物开花相对集中，生命力相对旺盛的盛花期开展，每隔7 天测定1 次。在晴朗无风的天气从8：00～18：00 每2h 用Kestrel145NV 便携式温湿度测量仪测量样地的空气温度（T）和相对湿度（H），同时测定与植物群落呼吸作用拟合最好的地下10cm 处的土壤温度（Ts）[10]。通过对土壤的降温作用的研究，对野花组合在城市园林应用及农田生态保护中对周围动植物生存生长的促进作用提出一定的指导性建议。如在测量时间内遇到风雨等异常天气，顺延1～2d。在测量每个样地的土温和温湿度时，在样地内选择8个测量点，在土温测定的同时，对植物的上（距地面0.4m）、中（植物株高中点处）、下（距植物顶端0.4m）3个部位进行温湿度的测量[11]。将各个样地的测量数据均取均值。选择裸地为空白对照样地，同样进行上述操作，结果取均值。

1.3 数据处理

为保证实验的准确性，除计算平均温湿度外，引入各样地与对照样地温度平均值差值的比值为降温率（TR）及各样地与对照样地空气相对湿度平均值差值的比值为增湿率（HR）[12-13]、以温湿度指数（THI）描述人体舒适度[14]，对各个组合的对于地上部分的降温增湿作用及地下部分的降温作用进行更加直观的比较。

其中降温率、增湿率和温湿度指数计算方法如下：

降温强度：△T=T1-T2△Ts=Ts1-Ts2

降温率：TR（%）=（T1-T2）/T1×100 TsR（%）=（Ts1-Ts2）/Ts1×100

其中T1表示空白样地平均空气温度（℃），T2表示试验样地平均空气温度（℃）；Ts1表示空白样地平均土壤温度（℃），Ts2表示试验样地平均土壤温度（℃）。

增湿强度：△H=H2-H1

增湿率：HR（%）=（H2-H1）/H1×100%

其中H1表示空样地平均空气相对湿度（%），H2表示试验样地平均空气相对湿度（%）。

温湿度指数：THI=Tm-0.55×（1-Hm）×（Tm-14.5）

其中Tm 表示m 时刻的空气温度（℃），Hm 表示m 时刻的空气相对湿度（%）。

温湿度指数可以反映人体对环境的容忍度（见表2）。

表2 夏季人体舒适度等级表

用Excel 2016 和SPSS 23.0 对数据进行方差齐性检验分析。

2 结果与分析

2.1 不同野花组合降温增湿能力

图1 各样地不同时刻Ts 折线图

2.1.1 不同野花组合土壤降温能力的变化分析。由图1可知各个样地的Ts 呈“单峰”分布趋势。组3 和组6 的降温效果较好，组4 相对较差。各组降温幅度较大，与空白组温差明显，均在14:00 达到最大值。除组4 外，其他组合间降温差异不明显。对8个野花组合样地与空白样地各个时刻的Ts 进行单因素方差分析（表3），结果表明，各组合样地与空白样地的Ts 存在显著性差异（F=2.210＞F0.05（8,45）≈2.152，P=0.044＜0.05），各组合对土壤均有降温效果。在对不同组合进行两两比较（Duncan's 新复极差检验法，下同）后，得出除组4外，其他组均与空白对照组有显著性差异。平均降温幅度范围为2.12～4.74℃，降温率为5.80%～12.96%，△Ts与TsR 变化相同，为组6＞组3＞组1＞组2＞组5＞组8＞组7＞组4。

表3 各样地的Ts 变化情况统计

2.1.2 不同野花组合空气降温增湿能力的变化分析。由图2 可知，各样地的T 呈“单峰”分布，H 呈“单谷”分布的趋势，各组与空白组的降温增湿效果明显。组4、组1的降温能力相对较差，其他组之间的降温效果区别相对较小，不同组合的最佳降温时间不同。在14:00 左右为高温低湿阶段。组4、组8 增湿能力相对较差，组2的增湿能力较强，其他组在各时刻的增湿效果区别不是很明显。

图2 各样地不同时刻平均温湿度折线图

对8个野花组合样地与空白样地各个时刻的T、H进行单因素方差分析（见表4），各组合样地与空白样地的T、H 存在显著性差异（T∶F=2.179＞F0.05（8,45）≈2.152，P=0.048＜0.05；H∶F=6.403＞F0.05（8,45）≈2.152，P=0.000015＜0.05），均有一定降温增湿效果。在对不同组合进行两两比较后，组1、组4 在降温效果上与空白对照没有显著差异性；除组4 外，在增湿效果上其他组均与空白对照组有显著性差异，组2 与组4、组8 有显著性差异，除此之外，组4 还与组1、组3、组5、组6、组7 有明显差异。平均降温幅度范围为2.49～5.04℃，降温率为7.10%～14.30%，平均增湿幅度范围为2.32%～12.12%，增湿率为4.49%～23.45%。△T与TR 变化均为组3＞组2＞组8＞组5＞组7＞组6＞组1＞组4，△H 与HR 均为组2＞组3＞组1＞组6＞组5＞组7＞组8＞组4 的顺序。

表4 各样地的平均温湿度变化情况统计

2.2 人体舒适性研究

根据表2 可知，在炎热的夏季，THI 值越低，人体舒适感越强。各组合各时间点的THI 呈“单峰”分布（见图3）。清晨和傍晚时人体舒适感最强，可以达到3级，随着太阳辐射的增加，舒适感降低，14:00 舒适感最差，为5 级，容易发生胸闷、中暑等情况。组4 和组1 各个时间段THI 均高于其他组合，其降温增湿的综合能力较差。

图3 各样地不同时刻THI 折线图

对8个野花组合样地与空白样地各个时刻的平均THI 进行单因素方差分析（见表5），各样地与空白样地的THI 存在显著性差异（F=3.093＞F0.05（8,27）≈2.305，P=0.013＜0.05），各样地均有增加人舒适感的作用。在对不同组合进行两两比较后，除组1 外，其他组均与空白对照组有显著性差异。各组的人体舒适度等级均为4 级，空白对照组等级为5。各组平均THI 排序为：组3＜组8＜组5＜组7＜组2＜组6＜组4＜组1＜空白对照组。

表5 各样地的THI 变化情况统计

3 结论与讨论

植物的降温增湿效果主要通过植物的蒸腾作用、遮荫作用及减少场地的热流交换实现的[15]，植物群落的结构很大程度上影响植物的降温增湿作用。植物通过叶片对太阳辐射的遮挡作用，降低周围温度，同时利用太阳辐射增加光合作用及蒸腾作用，增加周围空气湿度，以达到改善环境小气候的效果。对不同组合来说，组2 以其高密度叶片，形成保水层并阻挡热流交换，具有低温高湿的特点。组3 具有较强的遮荫及蒸腾作用，比其他组合具有更多的植物种类及叶片密度，表现出更明显的降温增湿效果,给人最佳的舒适感。同时，植株的株高、叶片的全裂、叶面积的大小、土壤微气候也在一定程度上影响植物群落的降温增湿效应。

对不同组合来说，组6、组3 对于土壤温度的改善作用最为明显。在一定范围内，植物周围的土壤温度与植物呼吸作用呈正相关，植物生长促进土壤温度的升高[16]。植物生命活动最为旺盛的9：00～11：00、15：00～17：00[17]，此时各组合的生命活动增强，促进土壤温度升高。其中通过叶片照射到土壤上的太阳辐射直接作用于土壤，同样影响土壤温度，使土壤不致因植物活动而升温过高。随着城乡硬质化的进一步加剧，土壤温度的降低还能改善其地下部分的环境，为动植物提供良好的生存环境。

空气温湿度、土壤温度等等均影响着周围的微环境[18]。植物生长越旺盛，其叶片越茂密，对于太阳辐射的遮荫效果越好，植物周围小气候改善越明显[19]。本试验采取不同花卉组合的方式，以其对周围环境及土壤温度的改善作用的探索，重点分析了各组合在盛花期的降温增湿能力差异及人体舒适度感受，筛选出观赏性好、适应性强、易于养护且生态价值高的组合2、组合3 和组合6。广泛应用于城市道路绿化中，使其在观赏的同时，改善周围小气候，缓解“热岛效应”，或者播种于农田周围，为天敌等提供生态栖息地，减少农田病虫害。值得注意的是，小气候的形成与多种因素有关，且彼此之间相互影响，因此单因素与多因素的结果分析可能会出现较大的差距，例如风速、建筑等，还需要再进一步的研究。