安庆市菱湖公园不同配植类型绿地冬季温湿效应研究

葛文焱，钱晓彤，杨 荣，凌羽枫，偶 帆，范志强

(安庆师范大学生命科学学院，皖西南生物多样性研究与生态保护安徽省重点实验室，安徽 安庆 246133)

随着城市化的快速发展，大多数的城市建设活动并没有考虑其对微气候的影响。城市建成区的面积增加，植被覆盖率下降，城市热岛效应逐步加剧[1]。城市热岛效应是城市中的气温明显高于外围区的现象，是城市气候中最显著的特征[2]。城市公园作为常见的公共绿地，能够调节城市微气候，提供生物栖息地，是大众游憩休闲的主要场所[3]。

绿地植物能够通过植物的蒸腾作用和光合作用有效吸收到达地表的太阳能辐射[4]，通过植物遮蔽效应拦截太阳辐射并改变空气运动和气流交换以降低地表温度[5]。而植被降温增湿的效果则受到斑块面积和形状、植物类型、植物冠层结构及季节等多方面的影响。彭历等[6]研究表明，不同质地的下垫面其地质构造不同，导致其对热量的吸收能力和保蓄水能力也不同；金虹等[7]研究提出，增加乔木数量和乔木叶面积密度可降低城市热岛及改善人体热舒适效果显著。在城市公园中，单层乔木、乔-草结构及乔-灌-草结构的林地都比较普遍常见，因此对下垫面不同的乔木林地的温湿效应进行研究，对于提高城市绿地的微气候舒适度具有重要意义。

本研究选取了安庆市菱湖风景区内4处不同配植类型的绿地（单层草地、单层乔木、乔-草林地、乔-灌-草林地）作为研究对象，实地调查了绿地在不同时刻的温湿度变化情况，比较不同绿地的降温增湿及微气候调节能力的差异性，结合季节和植物生理等因素探讨形成的原因，为今后城市公园的绿地植物配植规划提供依据。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究地区概况

安庆市位于安徽省西南部、长江下游北岸、皖河入江处。地理坐标介于北纬29°47′~31°16′和东经115°45′~117°44′，属于北亚热带湿润气候，季风明显，无霜期长，严寒期短，年平均气温14.5~16.6 ℃，年均降水量1 250~1 430 mm。安庆地貌多样，襟江带淮，山地、丘陵、河湖面积约各占1/3。

菱湖风景区位于安徽省安庆市迎江区菱湖南路中心，总占地面积达4.496 km2，其中水面2.107 km2、陆地2.389 km2。菱湖风景区包括菱湖公园、莲湖公园、皖江公园和文化广场四大景区，共由5个湖泊组成。风景区内有花圃、儿童游乐园、盆景园、动物园和茶社等设施，是安庆居民休闲娱乐的重要场所之一。

1.2 样地选择

本研究以安庆市内菱湖风景区的植物群落为研究对象，选择了4种不同植物配植类型的绿地，包括草坪型、单层乔木型、乔-草型、乔-灌-草型4种类型。其中单层乔木型绿地指的是上层为乔木，地表为硬质铺装的绿地；乔-草型指上层为乔木，无灌木层，地表为草本植物的绿地。为了减少群落面积、群落郁闭度、植株密度及冠层结构等因素的影响，所选样地内的乔木在冠层结构、郁闭度及植株密度无明显差异。每种类型的样地面积为100~200 m2，与最近的水体距离在30 m以上，并在公园内选择一块没有任何乔、灌、草覆盖及建筑物遮阴的硬质铺装空地作为对照点。

1.3 数据测量及处理

2020年11月上旬，选择晴朗无风的天气进行研究调查，在对照点和4块绿地内各设置3个均匀分布的测点，两测点间隔在10 m以上。测量高度约为1.5 m（与成人呼吸高度基本一致），使用XX仪器对测点处的空气温度和相对湿度进行测定。由于条件限制，5处样地均测量了2 d，测量时间段为8∶00—17∶00，每隔1 h记录1次各测点的温湿度，共记录10次。针对每种群落，将试验中各测点同一时刻的数据平均计算，再将同一时刻3个测点的数据进行算术平均，即得到该时刻群落的温湿度数据，并绘制温湿度的日变化趋势图。以日平均值作为样地空气温度和相对湿度的数值，降温率及增湿率的计算公式如下：

上式中T0，RH0分别为对照点空气温度（℃）和空气相对湿度（%）日平均值；T、RH分别为样地内空气温度和相对湿度的日平均值。

人体舒适度计算指标采用的是温湿指数（CIi）进行计算[8-9]，是较为常用的表征人体舒适度的方法，计算公式如下。

上式中，Ti和RHi分别表示某样地i时刻的空气温度和相对湿度，CIi为某样地i时刻的温湿指数，CI0i为对照点i时刻的温湿指数。当温湿指数大于25.5时，数值越高，代表过于炎热，舒适度下降；而当温湿指数小于17.0时，数值越低，代表过于寒冷，舒适度下降。

所有数据用Excel 2019进行算术平均和标准差计算，运用SPSS 20.0软件的单因素方差分析，对5处样地每日各时刻的温湿度数据差异是否显著进行比较，同时比较了4种植物群落的降温增湿作用及日均温湿指数改善值的差异。

2 结果与分析

2.1 不同植物群落的温度分析

不同结构的植物群落内部的温度随着时间的变化情况见图1。各群落内的温度先呈上升的趋势，于13∶00—15∶00达到温度最大值，之后下降。在这一天中，样地内的温度都出现了程度不一的波动，乔木单层、乔-草及乔-灌-草型的绿地温度变化幅度较平缓，对照点的温度变化最剧烈，且在15∶00时又出现了一个温度高峰，出现该现象可能与周边环境有关。与对照点的相比，草坪上方的温度变化与其类似。

通过多重比较发现草坪与对照点处温度无显著差异（表2），分别为24.94℃和25.42℃。不同配植类型绿地的日均降温率依次为乔-草、乔-灌-草、乔木单层、草坪。方差分析表明对照点处的温度与乔木单层、乔-草及乔-灌-草结构的群落具有显著差异（P<0.05），乔木单层、乔-草、乔-灌-草3种结构的群落内部的温度变化无显著差异。

表1 不同植物配植类型绿地空气温度多重比较结果

表2 不同植物配植类型绿地相对湿度比较

2.2 不同植物群落的相对湿度分析

调查结果表明，4种不同配植类型的植物群落及对照点的相对湿度均呈先下降后上升的趋势（图2），且最高值出现在8∶00，对照点与乔-灌-草的最低值出现在15∶00，其他群落的相对湿度最低值均出现在14∶00。出现该种现象可能是因为夜间植物生理活动较弱，叶片中储存了大量的水分子，植物在清晨通过光合作用和蒸腾作用向外界环境释放水蒸气，加上气温较低，水蒸气上升缓慢，所以早晨群落内的相对湿度较大，中午前后气温上升，叶片的光合作用及蒸腾作用效率降低，湿度下降。

通过多重比较发现对照点与草坪的相对湿度无显著差异（表2），对照点的日均相对湿度为37.34%，草坪的日均相对湿度为37.01%，单层草地相对于对照点的增湿率为负值，这可能与冬季气温低，植物生理活动弱导致蒸腾及光合作用减弱有关。日均增湿率依次为乔-草＞乔-灌-草＞乔木单层＞草坪。通过多重比较发现对照点处的相对湿度与乔木单层、乔-草及乔-灌-草结构的群落具有显著差异（P<0.05），乔木单层、乔-草、乔-灌-草3种结构的群落内的相对湿度无显著差异。

2.3 不同植物群落的温湿指数分析

草坪、乔木单层、乔-草及乔-灌-草4种不同结构的群落温湿指数分别为21.09、18.94、18.22、18.48（表3），各群落对微气候调节的温湿指数改善值由大到小依次为乔-草>乔-灌-草>乔木单层>草坪，各种程度的植被覆盖都有一定改善微气候舒适度的能力。对照点与草坪的温湿指数进行多重比较分析发现它们之间无显著差异，而对照点与乔木单层、乔-草、乔-灌-草之间均具有显著差异（P<0.05），乔木单层、乔-草及乔-灌-草之间对微气候舒适度的改善效果无显著差异

表3 不同植物配植类型绿地温湿指数比较

3 结论与讨论

研究发现，在8∶00—17∶00时间段中，对照点与单层草坪处的温度波动幅度较大，单层草坪与对照点处的温湿度变化无显著差异。由于冬季气温普遍较低，植物生理活动效率下降，向外界释放水蒸气的能力减弱；加上冬季空气干燥，无遮阴的单层草地上方空气交换比较快，因此单层草坪的绿地湿度较低。彭历等[6]的研究表明，草地这样的软质地面对于太阳辐射的吸收性较好，冬季会释放吸收热量，提高局部温度。因此，虽然单层草地的植株在冬季依旧保持绿色的外貌没有枯萎，但不再具有显著的降温增湿效果。各群落的温湿指数改善值均为正值，说明各种程度的植被覆盖都有一定改善微气候舒适度的能力，有研究表明单层草地有一定的微气候舒适改善的效果，但本研究通过多重比较发现草坪与对照点处的温湿指数无显著差异，秦仲等[10]研究也表明草坪绿地在低温时段缓解外界热环境变化的能力较小，说明草坪在冬季调节微气候能力较弱。

除单层草坪外，与对照点相比其他3种类型的绿地均有显著的降温增湿效果。植物群落通过冠层结构能够吸收、反射和遮挡太阳辐射，从而有效调节林下温度[11]，植物群落降温效果与叶面积指数呈正相关[12]，在冬季虽然植物因温度低而降低了生理活动效率，但乔木具有浓密的群落冠层且叶面积指数高，总体上仍具有显著的降温效果。植物群落增湿效应主要与植物的蒸腾强度有关[13]。随着时间推移环境温度升高，植物群落总体的蒸腾作用增加，叶片向外界环境释放出大量的水分子，再加上植物冠层之间的重叠覆盖，土壤及植被释放的水蒸气更容易被拦截停留，因此单层乔木、乔-草和乔-灌-草3种有乔木的林地降温增湿效果明显。

通过对3种绿地的降温增湿效果以及温湿指数进行多重比较发现它们之间无显著差异，一方面可能与冬季温度低、植物生理活动降低有关，另一方面可能是因为乔木的遮阴效果影响了林下草坪的光合作用及蒸腾作用，再加上所选样地内的乔木在植株密度、树干高度及群落郁闭度等方面没有明显的差异，故这3种类型的林地之间调节微气候的能力无显著差异，这与张明娟等[14]的研究结果相似。

总体上，乔木群落具有良好的调节微气候的能力，能够有效提高微气候舒适度，减轻城市热岛效应带来的不好影响。而单层草坪型的绿地调节微气候的能力较弱，但从心理学及景观评价方面出发，常绿的草坪能够提高居民心情愉悦度，因此单层草坪仍具有一定的价值。在城市公园以后的建设中，园林设计师可以在植物配植方面考虑以乔木为主体，结合公园形状、面积及居民娱乐休息等多方面因素，适当增加乔灌草、乔-草及单层乔木类型的绿地，提高公园内部的微气候舒适度。——————