南京地区城市绿地乔木遮光率*

汪瑞军 杨 静 成玉宁

东南大学建筑学院 南京 210096

由于树形、冠形、叶型等方面的变化，不同乔木种的遮光效果不尽相同，所形成的投影也存在质量上的差异。在比较和量化行道树遮荫能力时，从人的感受出发，常以 “荫质” 作为评价标准，由遮光率和降温率的乘积决定[1]。而对中下层植被的生长而言，遮光率的作用则更为突出，是量化冠下空间光照环境的重要指标。遮光率计算公式[1]为:L= (l1-l2)/l1×100%，其中，L为遮光率，l1为全光照下实测照度，l2树冠投影中心区域的实测照度。单层植物叶片可以吸收80%并反射10%的可见光辐射，约10%可以透过[2]。一株正常生长的树木，其叶片密度、叶片类型及冠层结构等都会影响到辐射消减比例，一些学者给出的大致范围是 80% ～90%[3]。叶面积指数(LAI)作为度量树冠整体空间特征的重要空间参数，被证明与直射光和散射光的消减率均呈极显著正相关关系[4-5]。

从叶片结构到分枝方式和树冠形态，不同树种形成了冠层遮光率的差异，该差异又会因各种内外部的空间变化而表现得更加丰富，在城市绿地中这种空间变化包括植株规格差异、乔木组合方式以及建筑的影响等。本文通过对南京市华东地区常见景观乔木树种遮光率的调查，从乔木树种和上述空间变化方面分析遮光率的表现特征，旨在为城市绿地植物群落的科学化构建提供参考。

1 调查对象与方法

1.1 调查对象

调查对象分为单株乔木和组合乔木，前者包括独立植株和建筑周边植株，后者包括同种群植和异种群植，乔木个体特征调查对象为建康生长的成年植株，无缺冠、无病虫害、无显著偏冠和过度修剪。此外，还包括对建筑周边无植被影响区域的光照调查作为对比参照和确定建筑对局域光照的影响范围。

独立植株的选择标准为: 与其他植株具有一定距离、树冠投影独立完整、树冠表面不受阴影遮盖。建筑周边光照的调查选择南北墙侧，其光照条件的差异性最大且在城市环境中的空间分布也最广。样点建筑墙面以常见浅色粉刷或饰面砖石为主，太阳辐射反射系数 0.44 ～0.50 (GB 50176-2016，民用建筑热工设计规范)。调查发现南侧墙面反射产生的光强增大现象在距墙基线大于3～4 m以后基本不显著，考虑栽植空间的需要，南墙侧测点的具体位置定为距离墙基线约2 m处，北墙侧测点位于光照分析＜4 h/日的阴区范围[6-7]，且测量时位于阴影区内。树冠的大部分位于上述光照受影响范围内，其中南墙侧以小乔木为主。

绿地乔木的组合方式具有较高的多样性，从影响遮光效果的角度考虑，栽植紧凑的组合树冠遮光相互影响会产生与单株相比的增益效果，疏散或单排行列栽植所形成的效果更多地仍由单株的遮光能力所决定。本调查过程中，将水平层面非单一方向上拥有3～5 株以上植株、树冠相连的小型片林归为群植组合。结合常用绿地植物配植手法与实际调查，群植组合主要分为同种群植和异种群植两种形式，同种群植由规格相近的同种乔木组合而成，异种群植又包括水平与垂直两种结构，前者为树形差异不大的不同树种形成的单乔木层，后者为树形差异较大的不同树种形成的复合乔木层。

1.2 测量方法

调查时间为夏末8 月下旬至9 月中旬，这是一年中树木生长量最大的时期，具体时间为晴朗天气正午 11 ∶ 00—13 ∶ 00，数据采集仪器为PM6612 型照度计。具体方法为在冠层投影中心区域不同点位多次 (3 ～5 次或以上，视阴影范围)测量并取均值记录为样点照度，就近全光照下以同样方式测得背景照度，高度均为地面以上1 m，建筑周边光照测量方法与此相同。植株胸径、冠幅和冠下高的测量由皮尺、激光测距仪和塔尺完成。调查共获得数据逾700 组，涉及57 个树种，其中单株数据53 种。

2 结果与分析

2.1 不同树种遮光率比较

单株遮光率分析结果降序排列如表1 所示，同种采集数据以平均值计。图1 为以背景照度均值 (74 870 lx)计算的各树种冠阴内照度比较，能够更加清晰地反映遮光率变化所产生的结果。

所有调查树种中常绿树的遮光率整体高于落叶树，表1 中排序前10 的均为常绿树种，其平均遮光率为 93.67%，冠阴内照度均值为4 742.18 lx； 落叶树平均遮光率为90.89%，冠阴内照度均值为6 817.66 lx。常绿树叶片通常具有较厚的角质层，不仅增加了叶片的厚度，其中亮泽的蜡质还增强了叶片表面对光线的反射[8]，提高了树冠整体的遮光能力。另外，在常绿和落叶树种内部的比较中均体现出树形和叶型对遮光率的影响。常绿阔叶树种的遮光率普遍较针叶树种高，针叶树中圆柏、雪松等分枝集中且树冠紧凑，排序相对靠前； 阔叶树中树形较小的排序更加靠前，例如枇杷、珊瑚树和桂花，可能与其较小的冠下高削弱了散射光的影响有关。落叶树中，叶型宽大的树种遮光率偏大，例如泡桐、桑树、柿树等； 冠形高窄或平展松散的树种遮光率偏小，例如银杏、意杨、合欢和苦楝等； 而桃树、樱花和梅花等小乔木虽然株形较小，冠下高不大，但整体枝形开展，冠层体量较小并多缝隙，遮光率排序位于中后段且相对集中。棕榈的情况较为特殊，虽然属于常绿树种，叶片革质，但树冠过小，叶片深裂有缝隙，且常在人为干预的影响下形成数倍于冠幅的冠下高，因而遮阴能力大为消减。

表1 不同树种单株遮光率统计

图1 不同树种单株冠阴内照度值升序排列

2.2 乔木规格对遮光率的影响

同种植株间叶型和分枝结构等特征变化不大，由树龄引起的规格差异在空间形态上主要表现为树高、冠幅、冠下高等整体形态参数的变化。冠幅越大产生的投影面积越大，冠下高越小投影区受周围环境散射光影响越小； 树高主要决定了早晚太阳高度角较小时的树阴范围，在光合作用主要发生时段的影响不大。在衡量植株的规格时，出于测量的方便与精确，胸径常被作为重要指标，且其与冠幅之间存在较为普遍的显著正相关性[9-10]。

表2 为样本数量大于15 的各乔木种空间指标之间及各指标与单株遮光率之间相关性分析的结果。胸径与冠幅呈现全面的显著正相关性，胸径与冠下高之间仅悬铃木表现出显著负相关，绝大多数树种的胸径与冠幅表现与遮光率的显著相关性，并以正相关居多，少数树种冠下高与遮光率呈显著负相关。具有差异化表现的几个树种中，垂柳胸径和冠幅与遮光率的负相关可能与其特殊的枝叶形态相关，叶片着生角度小、小枝细软、规格越大，主枝越开展，增加了冠层的透光能力；悬铃木胸径与冠下高呈现的显著负相关性可能与被调查植株树龄较大有关 (胸径为55 ～120 cm)，高龄段植株侧枝发达且具有末端枝稍下垂的趋势；雪松属于锥状树形，一方面冠下高较小，另一方面，人为修剪或自然生长疏枝产生冠下高增大的同时会导致冠幅减小，因此冠下高的变化对遮光率的影响被突显出来。

表2 乔木空间指标与单株遮光率相关性分析结果

上述分析验证了胸径与冠幅的强关联性，而对于城市绿地中栽植的成年以上植株，规格变化与冠下高的关联并不显著，是树木生长特征的自然表现，也可能包含人为控制的影响。冠幅与遮光率的关系基本上与理论预期相符。，对于常见的卵形类树冠乔木而言，植株规格增大很大程度上会引起遮光率的升高。

2.3 群植组合的遮光率分析

2.3.1 单株与同种群植的比较

调查共采集到20 个树种的同种群植数据，同树种样地取平均值，分别按遮光率计算结果、同比单株增长幅度、同比单株冠阴内照度降幅做降序排列 (图2)。其中遮光率的增幅是两种状态下的直接比较，照度降幅则是下降值占单株值的比例，前者均值为4.20%，后者为50.67%。杨梅、重阳木、木瓜3 种无单株调查数据，未进行后续分析。群植组合下桂花遮光率最大，达99.69%，冠阴内照度仅232 lx； 杨树最小，为90.96%，冠阴内照度为6 768 lx； 常绿树仍普遍大于落叶树。与同种单株相比，群植遮光率均有所提高，其中增幅最大的是棕榈，达15.79%； 最小的是枫杨，为0.77%。单株遮光率排序比较靠后的棕榈、栾树和鸡爪槭的增幅均比较显著，群植产生的整体冠层变化很大程度弥补了单株形态在遮光效果上的劣势。冠阴内的照度降幅最大的是桂花，达87.08%； 最小的是枫杨，为9.71%； 多数常绿树种在70%以上，均值为70.75%，而落叶树均值为39.72%，表明在阴生环境的塑造上，常绿树种在群植后容易达到更为极端的程度。

2.3.2 异种群植的遮光率分析

调查共得到13 种不同混植组合并具有多个重复样本的测量数据，包含水平组合6 种、垂直组合7 种。如表3 所示，垂直组合的遮光率普遍大于水平组合，均值为98.75%，其中以纯落叶树种组合最低，并且各组合遮光率均大于其中任一树种的单株数值。与同种群植比较，在重合的树种中除桂花外，垂直组合的遮光率也都大于所含树种的群植数值。水平组合的均值为97.59%，同样，组合遮光率均大于其中任一树种的单株数值，与同种群植相比，组合值接近其中常绿树种的同种群植数值，如香樟与枫杨组合的遮光率97.44%，十分接近香樟群植的数值97.64%，而枫杨为92.81%。

图2 同种群植遮光率及与单株数据的比较分析

表3 异种群植组合遮光率统计

2.4 建筑对乔木遮光率的影响

2.4.1 建筑周边照度分析

调查共采集到南北墙侧数据各15 组，如图3 所示。南墙侧照度平均增长6.75%，以背景照度的均值计算照度增值为5 254 lx；北墙侧照度的平均下降幅度为90.94%，阴影内的平均照度为6 799 lx，与调查中落叶乔木的平均水平(90.89%、6 818 lx)相当。

图3 正午时段建筑南北侧照度调查与分析

2.4.2 建筑周边乔木遮光率

在建筑影响光照区域内，共采集到样本数量大于10 的南侧光照增强区7 个树种和北侧阴影区9 个树种的单株数据，且所选植株与单株调查中对应树种的平均规格相近，以减小规格变化产生的影响。表4 中的增幅是指较非建筑影响下相关树种单株遮光率的增加值。

表4 建筑周边光照环境下乔木遮光率统计与分析

南侧光照增强区内各树种的遮光率均有不同程度的减小，常绿树种的降幅整体小于落叶树种，棕榈冠幅小冠下高大，墙面反射增加的环境散射光影响相对更高。北侧阴影区内各树种遮光率均有不同程度的增加，常绿树种的增幅整体小于落叶树种，枇杷的遮光率几乎未发生变化。两侧树种遮光率的排序与对应非建筑影响下的结果 (表1)基本一致，常绿树种的遮光率在建筑对环境光照的影响下表现得更为稳定。

另外，同种群植、建筑遮荫分别与单株遮光率的比较中共有5 个树种重合 (表5)。除桂花表现出同种群植的影响略大之外，其余树种遮光率均在建筑遮荫的影响下具有更大的增幅，双重遮荫对光照的消减更为显著。

3 结论与讨论

城市绿地乔木遮光率的变化表现出与多种空间因素的关联。针对乔木植株本身，单株遮光率变化与树种差异关系密切，常绿树整体大于落叶树； 同树种内部规格与遮光率表现出普遍的显著相关性，且以正相关为主； 群植遮光率不同程度地大于其中树种的单株遮光率，绝对数值变化与组成树种和组合关系均存在关联。在建筑物对光照的影响范围内，乔木遮光率在受光面与背光面分别表现出下降与增加的特征，变化幅度因树种而异，整体上常绿树小于落叶树。

表5 同树种不同条件下遮光率的比较

乔木遮光率的差异对应产生的是冠下空间不同的光照环境，它既是合理构建绿地植物群落所需充分认知的基础信息，也是多样化生境条件营造的重要依据。根据植物生长过程中对光照的需求，常以阳性、中性 (耐阴)、阴性的分类方式划分。阳性植物光补偿点约为1 000 lx，光饱和点≥50 000 lx； 阴性植物光补偿点为 100 ～ 300 lx，光饱和点约5 000 ～10 000 lx； 中性植物能够接受全光照2%以下的弱光环境[11-12]。光强接近补偿点时，植物很难完成养分积累正常生长[13]。

单株乔木冠阴内照度都在1 500 lx 以上，平均为6 109 lx，符合阴生植物的光照需求，且不会影响中性和部分阳性植物的生长，尤其是其中的落叶树种； 异种群植和常绿同种群植的平均遮光率都在98%以上，即冠阴内照度在大约1 500 lx以下，只有阴性植物能够适应。某些因树种或建筑环境产生的极端光照区域则具有更为严苛的限制，常绿中小型乔木群植和建筑全阴区 (光照＜2 h/日)乔木冠阴内的光照均处于极低水平，如桂花群植冠阴内照度不足300 lx，只有吉祥草和山麦冬等少数植物能够生长，二者的光补偿点在200～300 lx 左右[14～15]，属于极耐阴植物。

结合城市环境的空间特征和植物景观构建的一般规律，系统梳理乔木遮光率的变化有助于在绿地植物群落营造中针对光照因子实现空间、生境、习性三者的紧密联系，促进营造过程科学化与精细化程度的提高。