城市公园不同绿地植物群落结构对夏季小气候的影响

贾晨凯，王小德

（浙江农林大学 风景园林与建筑学院、旅游与健康学院，浙江 杭州 311300）

绿地作为城市中的重要组成部分，具有调节气候、美化环境、休憩娱乐等功能。随着城市的扩张，城市内的热岛效应也愈发严重[1]，长期受影响的人会更高概率地出现失眠、抑郁、记忆力衰退等症状[2]。绿地作为城市中的自然净化装置，研究者把目光逐渐放到绿地上，越来越多的研究证明，通过合理化的构建绿地、利用绿地植物的调节与净化能力，可以有效改善城市气候，缓解热岛效应[3]。研究表明，科学的构建绿地布局、大小、形状等方式可以缓解城市生态问题，提高城市的宜居性[4-7]。此外，绿地内的植物可以通过吸收太阳辐射、增加空气湿度等方式改善局部小气候环境，并且由于植物种类[8]、结构[9]、冠层[10]等因素不同，对降温增湿效应的影响也各不相同。目前，对绿地植物的群落结构主要划分为乔木、灌木和草本三类，且主流观点都支持乔-灌-草>灌-草>草地的生态效益排序[11]。义乌市是浙江省新崛起的商贸城市，现正逐步向商业城市转型，大规模的城市绿地建设正成为该城市环境建设的重要内容。如何构建科学合理的植物群落结构，最大程度发挥绿地的生态效益，缓解城市发展带来的日益严重的热岛效应，也成为城市绿地建设中需要研究的一个重要问题。本文以义乌市绣湖公园为研究对象，实测8 种群落结构绿地和1 个硬质铺装对照组的温度、相对湿度、光照强度，通过对比数据和SPSS 相关性分析，探究城市公园中不同绿地植物群落结构对夏季小气候的影响，以期为城市绿地建设提供理论依据。

1 研究方法

1.1 样地选择

以浙江省义乌市的绣湖公园（以下简称公园）为研究对象，地理坐标为120°07′ E，29°31′ N。公园历史悠久，古今文人在此留下诸多笔墨。现今的绣湖公园是在绣湖原址基础上而建，以绣湖八景为蓝本，叠石理水，建筑多仿明清风格，文化景点密集，属于江南园林风格的开放式绿地，在义乌人民心中有着重要的地位。

公园地属亚热带季风气候，四季分明，冬冷夏热，年平均气温约为17℃，其中夏季日均气温约为28℃。公园占地面积有7.16 hm2，其中绿化面积有4.5 hm2，水域面积有2 hm2，自2003 年建成开放至今，植物群落结构稳定，生态环境优良。

1.2 实验方法

实验选择温度最高的夏季作为实验时间，具体时间分别为2020 年8 月10 日、8 月18 日、8 月19 日，实测日的天气情况见表1。

表1 实测日义乌市天气情况Table 1 Weather conditions on determination date in Yiwu

在公园内选取长势良好、群落结构稳定的8 个植物群落作为实验测试点，并设定硬质铺装为对照测试点（CK），各测试点距离水体都有一定距离，如图1。各测试点的植物构成如表2。为获得场地测试点准确的小气候因子数据，在晴朗无风的日子，利用Testo 610 温湿度仪、华谊照度计分别测定每个测试点距地面1.5 m 高处的空气温度、相对湿度以及光照强度数据。测定时间段为每日的8:00－16:00，每2 h 测定一次，每日测定5 次，取这3 日同时段数据的算术平均值作为结果，以减少偶然性误差。具体操作为：将操作人员分为2 人一组的4 个测定小组，每个小组测定指定的若干个测试点的小气候因子数据。测定期间保持安静，避免造成不必要的误差，每个测试点测定5～ 7 min，数据收集都在太阳未被云层遮蔽期间且直射一段时间后进行，所有测试点的测试时间差约在30 min 以内。

表2 绣湖公园各测试点植物群落空间结构情况Table 2 The spatial structure of communities in each determination point

图1 绣湖公园观测点分布平面Figure 1 Distribution of determination points in Xiuhu Park

将得到的数据输入Excel软件整理、绘制表格，数据分析使用SPSS 软件，采用SPSS 方差分析探究数据之间差异的显著性，并用Pearson 相关性分析检验因子之间的相关性。最后利用Origin 2018 绘制图表。

2 结果与分析

2.1 不同植物群落结构对空气温度变化的影响

公园内各测试点3 日同时段平均温度变化如图2。由图可知，各测试点不同时间平均温度曲线变化趋势大体相同，随着测试时间的推移，太阳辐射增强，各测试点的空气温度都出现不同幅度的增长，在14:00 左右到达高峰，继而下降。由于植物群落结构等因素的不同，各测试点之间的温度出现明显的差异性。

对各测试点的平均温度、平均湿度以及平均光照强度数据进行方差分析，结果见表3。

表3 绣湖公园各测试点小气候因子方差分析Table 3 ANOVA on microclimate factors of each detemination point

据表3 可得，各类植物群落结构都具有一定的降温效应，表现为大乔木-小乔木-灌木-草≈单一大乔木≈大乔木-草>小乔木-草>灌-草≈CK。将测试点的温度与CK 的温度进行多重比较分析，仅P8 与CK 间未出现显著性差异，两者间的平均温仅相差0.36℃，可见灌-草组合在空间降温方面效果不明显。而在所有测试点中，P1的33.62℃为8 个测试点中的最低平均温度，其与P2、P4、P3 与P5 之间未出现显著差异，这5 个测试点虽然植物群落结构不同，但群落内都以大乔木为主，平均温差在0.5℃以内；对比P1、P2、P4、P3、P5 与P6、P7，前五者与两者间的温度均出现明显的差异（P＜0.05），其原因可能大乔木相较于小乔木、灌木以及草地等，在降温方面有明显的优势，一方面，以其高大的树形、浓郁的树冠有效阻挡太阳辐射，另一方面，其茂密的林叶发挥蒸腾作用，是所属空间降温的关键。对比P6、P7 与P8 的数据，相较于灌木与草地，小乔木具有明显的降温效应，但其绿量难以与大乔木相媲美，调节能力有限。对比相同结构下P1 与P2 的温度差，在14:00 时，P2的温度要高于P1，其可能原因是P1 中樟、黄山栾树等乔木枝叶较为开展，植株更为高大，因而冠幅更大，遮光性更强，绿地内的温度上升也更为缓慢。同理，雪松的遮光效果强于枫香树、银杏等植物，因而，P5 的温度低于P4。

2.2 不同植物群落结构对相对湿度变化的影响

由图3 可知，公园内各测试点3 日同时段的平均相对湿度在31.1%～ 62.9%。在各测试点中，总体上相对湿度的排序为CK单一大乔木≈大乔木-草>小乔木-草>灌-草；P1 的平均相对湿度最高，复杂的复合式空间结构使其具有强大的温湿度调节能力；通过将P8 数据进行多重比较分析（表4），发现其与CK 的相对湿度之间出现显著差异（P＜0.05），这证明了灌草结构在增湿方面起到了一定效果。P6、P7（小乔木-草结构）的温度明显高于P3、P4（P＜0.05），而其湿度与后二者之间的差异较小，可能的原因是公园内的高大乔木大多为樟、鹅掌楸、黄山栾树等分枝点比较高的树种，枝叶都散布在3～ 10 m 的高度空间，而人类活动最频繁的1.5 m 高度空间由于缺少枝叶，通透性强，水分散发快，而小乔木和灌木的活动普遍集中在这个高度，有效地为人类活动的高度空间增湿。几组相同植物群落结构绿地的平均湿度差异性并不明显，仅在午后P1 的相对湿度大于P2，其原因与造成温度差异的原因相同，即在相同植物群落结构下，绿地的增湿效果与绿地内的乔木高度、冠幅呈正相关。

图3 各测试点不同时间平均相对湿度的变化Figure 3 Change of mean relative humidity of each point

2.3 不同植物群落结构对光照强度变化的影响

光照是影响场地小气候的重要因子，公园内各测试点3 日同时段的平均光强度变化如图4。由图4 可知，各个测试点基本呈现为在8:00 开始光照强度逐步攀升，在14:00 左右达到顶峰，光照强度开始出现明显的差距，后逐渐转为下降趋势。遮光效益表现为大乔木-小乔木-灌木-草>单一大乔木≈大乔木-草>小乔木-草>灌-草；其中，CK 的平均光照强度可达到56 260 lx，峰值可达83 700 lx，而P1 的光照强度维持在800～ 1 500 lx 之间，光照强度在8:00－16:00 的日变化不大，平均值仅为CK 的1/46。通过SPSS 软件对各测试点进行多重比较分析，结果表明，大、小乔木对光照的削弱虽有一定的差距，但都起着极大的作用。对光照强度与温度、相对湿度进行Pearson 相关性分析（表4），结果表明，空气相对湿度与光照强度之间呈负相关的关系，且相关性显著（P<0.05），温度与光照强度之间呈显著正相关（P<0.05），两者都会因为光照强度的变化而产生变化，P6 的相对湿度与光照强度未呈显著相关的原因可能是杜英集中在绿地外侧，空气流通难以带去水分。

图4 各测试点不同时间光照强度的变化Figure 4 Change of illumination intensity of each point

表4 各测试点光照强度与温度、相对湿度的相关性分析Table 4 Correlation analysis between illumination intensity and temperature/relative humidity

3 结论与讨论

通过对绣湖公园8 个不同植物群落结构测试点的调查与分析发现：（1）各类结构的植物群落对夏季小气候都有着积极的影响，大乔木-小乔木-灌木-草、大乔木-草或单一大乔木结构的群落对小气候的调节最为明显，其中，以大乔木-小乔木-灌木-草的复层结构最为突出，在其他条件相似的情况下，大乔木的降温、遮光效应显著强于小乔木以及灌木（P＜0.05）。这种差距主要是由郁闭度不同而造成，阳光带来的热辐射是地表温、湿度变化的主要原因，大乔木的树冠更为庞大，枝叶开展，叶面积指数也越高，透过的光照与辐射也越小，遮阴效果也越强，降温增湿效果越明显。可见，大乔木在调节空间小气候中占主导地位，在乔灌草配置模式中的“乔”，应当以大乔木为主。而灌木-草的绿地由于结构简单，对空间的降温增湿难以形成影响，其对小气候调节不具有明显意义；（2）对于小型乔木与灌木作为中层结构贴近市民活动的空间高度，通过蒸腾作用和减缓空气流动，有效减缓该空间的水分散失，因此，小型乔木的增湿效果要大于降温效果；（3）在自然条件下，太阳光照强度是决定小气候条件的主要因素，空气相对湿度与光照强度之间呈显著负相关（P<0.05），温度与光照强度呈显著正相关（P<0.05）。

绿地小气候受到多方面因素的影响，如下垫面、水体、建筑、绿地类型等，想要在用地日益紧张的城市中充分发挥植物群落对小气候的调节效应，需要以更为科学、生态的植物群落配植方式来构建绿地。在绿地规划中，应尽量增加大乔木的占比，多构建乔-灌-草结构的植物空间，增加绿量，同时，大乔木可以在冬季有效遮挡寒风，提高冬季的舒适度。遮阴乔木是夏季绿地的首要选择，尽量选择如黄山栾树、樟等树冠开展、树形高大的乔木，可以有效提高绿地夏季的舒适度。但考虑到冬季场地内需要一定光照，因此，即使樟、雪松等这些常绿乔木夏季降温明显，但不适宜在人群集中活动区占太大比例。而灌木与草地的生态效益较低，应尽量避免大范围的构建。但公园中不免需要出现以草坪为代表的开放空间与密林景观形成视觉上的对比，或作为春、秋、冬季的活动场所，此类空间的大小关系需要平衡。

本文从植物群落结构入手，将植物分为大乔木、小乔木、灌木、草地四层结构，探究其对夏季小气候因子的影响，希望为义乌和此类发展城市提供绿地建设的理论依据。