城市绿道植物群落结构对小气候影响研究进展★

曹则煜，李大鹏* ，陈娅奇，丁奥华，蒋晴初，靳 秀

（中南林业科技大学风景园林学院，湖南 长沙 410004）

1 概述

随着中国城市化的飞速发展，热岛效应、环境污染等城市环境问题也愈发严重，城市绿地肩负起了调节城市生态环境的重任。作为城市绿地的重要组成部分，城市绿道对生态环境的影响改善有着不可忽视的作用，城市绿道的植物群落结构是决定其生态效益优劣的重要因素之一，而城市小气候的改善是其发挥生态效益的直观体现。因此研究城市绿道植物群落结构与小气候的影响对进一步了解城市绿道中不同植物群落结构对周边环境生态效益的影响具有重要意义，为城市绿道植物结构的营造提供重要理论参考。

2 城市绿道植物群落结构与小气候概述

2．1 城市绿道植物群落结构的概念及特征

肖笃宁等［1］（1997） 指出群落结构指某个等级或尺度（种群、群落） 的生态系统中不同性状与大小的组成单元在空间上的分布与排列。王旭东［2］（2016） 认为植物群落结构体现了群落内个体间的空间分布格局，是不同生态学过程在不同时间与空间尺度上综合作用的结果。而城市绿道是一种处在城市环境中通过自然和人工廊道建立的线性绿色开放空间，因此本文中研究的城市绿道植物群落结构是指在城市绿道这一特定环境内所有植物个体间在空间水平和竖直尺度以及形态分化程度上的排列分布格局。

王伯荪［3］（1998） 认为城市绿地植被主要特征有： 生境的特化、区系成分的简化、格局的园林化、结构分化而单一化、演替偏途化。城市绿地植物群落是一种典型的人工植物群落，受到人为干扰因素较大。而城市绿道作为城市绿地的一种，其植物群落结构特征同样有较为独特的城市生境条件、群落植物种类较少且趋于同质化、群落结构较为单一、其发展和演替都主要受到人为调控且在人为调控下其格局具有明显的园林化特征等特点。

2．2 城市小气候概念及特征

傅抱璞［4］（1994） 指出在小范围内因各种局部因素影响而形成的与大气候不同的气候特点为小气候。周淑贞［5］（1994） 指出城市气候就是在区域气候的背景下，经过城市化后，正在城市的特殊下垫面和城市人类活动的影响下而形成的一种局地气候。因此城市小气候就是指在大气候范围内，在城市特殊下垫面条件、不同建筑绿地布局以及人类活动影响下形成的具有一定特点的局部性气候。

3 国外相关研究动态

3．1 城市绿地植物群落结构研究

国外在城市绿地植物群落结构方面的研究开展较早，在19 世纪后期就已出现相关研究。人们开始从自然中学习植物的构成类型和特点，并将一些植物科学地组成一个群体，有意识地模仿自然群落结构进行营造。

在城市绿地植物群落结构营造与构建方面，在20 世纪20 年代，植物群落结构的研究逐渐起步，在这个时期，荷兰的生态学家Jaquesp．Thijsse 和C．sipkes 在布罗门代尔建造了一座自然景观园林，他们通过自然环境的差异使植物种类多样化，实现了植物的自行养护。20 世纪60年代末，德国植物学家ttixen 提出利用地域性植物和潜在物种按照“顶级群落”来构建生态绿地。日本学者宫胁昭，通过大量的实践，提出了如何构建“低成本、高效率”的植物群落，被称为“宫胁昭方法”［6］。20 世纪80 年代后期，美国基于ArcGIS9．X 开发的CITYgreen 系列模型（MillerRW，1996） 和LANDIS 景观模 型（Mladenoffetaj，1996） 广泛应用于生长模拟、动态预测、城市植物群落评估和营造等方面。

在城市绿地植物群落结构的调查与评估方面，John R．Dorney 团队（1984） 以密尔沃基旧城区的木本植物群落为例，通过实地调查研究植被类型、结构、生物量和生产力等因素，探究了城市木本植物群落结构的相关特性。1973 年，遥感技术开始应用于城市森林方面的调查，3S技术也已普遍用于城市森林资源调查。Nowak（2007）利用City-green，I-Tree 等软件模型对城市森林植物群落的树种组成、密度、分布等信息进行监测和调查，并量化评估。美国林业局（2015） 以休斯顿的城市森林为例运用了I-Tree 工具通过量化社区树木的群落结构和树木提供的环境服务，并对城市森林数量、成分等进行定时检测和评估。

3．2 城市小气候环境研究

国外在城市小气候环境方面的研究开展也较早，19 世纪初，国外学者开始注意城市内外的气温差异，并展开了城市小气候的相关研究。随着城市生态环境的不断恶化，国外学者对小气候及其舒适度研究的关注度日渐上升，目前对小气候方面的研究主要以温度、湿度、风速、太阳辐射等四个方面为主，研究四种指标的调节程度、影响范围及相互之间的关联性。

在温湿度研究方面，Ca（1998） 研究了夏季城市公园绿地对周围环境的降温效应，发现公园面积0．6 hm2最多可使商务区气温降低1．5 ℃，对于下风区域，影响范围可达1 km。结果表明，植被可以有效地调节城市气候。Limor 研究了建筑布局与间距对街道小气候的影响，得出街道走向和其几何形态决定了街道的被动散热，而树荫则大大降低了街道的热效应［7］。

在风速研究方面，TeresaSim珓oes（2016） 利用智慧城市相关理论，用CFD 模型对城市结构进行建模，对城市地区风数据进行了验证，克服了城市风能实验数据的不足、误差过大的问题。Chao Yuana，Leslie Norford 等（2017）利用CFD 模型以及相关风洞实验数据构建实验模型，将城市密度、树木的几何指标与风速相关联，从而使规划人员可以使用他们的内部数据来计算树木对气流的影响。

在太阳辐射方面，Shahidan（2010） 等在比较铁力木和响盒子两种树木调节城市热环境的效果时发现，由于叶片浓密程度和分支特性的不同，导致不同树种对太阳辐射的阻隔能力不同。Eliasson（2007） 运用了回归分析的方法对广场等四种户外公共场所的空间使用与小气候因子的关系进行了研究，结果表明：太阳辐射对城市空间的利用具有重要影响。

3．3 城市绿道植物群落结构对小气候影响研究

目前，国外对于城市绿道植物群落结构对小气候影响的研究相对较少，但对于植物群落与小气候之间的关系进行了一定的探索，通过研究发现优化植物群落对小气候的调控具有积极作用。而相关领域部分研究利用软件进行建模模拟分析，并结合实地数据进行测验，所得出的结果印证了利用软件模拟环境进行实验的科学性和高效性，展现了软件建模等数字化手段在研究城市绿道植物群落结构对小气候影响中具有重大意义。

2004 年，Linda B． Stabler 通过对美国菲尼克斯大都市地区中1976 年、1999 年两个样带收集的土地进行分析，归一化差分植被指数（NDVI） 和小气候数据进行比较分析。研究得出这个荒漠城市的小气候是在植物覆盖率、植被密度和其他种类城市下垫面的共同作用下形成的。2015 年，Robert D． Brown 使用人类能量预算模拟，对21 世纪中叶的预测气候进行建模，这些模拟表明对于公园进行合理的种植设计可以减少热浪的威胁。2021 年，T．A． N． T． Perera 利用ENVImet 气候模型对斯里兰卡科伦坡都市圈缓解UHI 的绿色基础设施可能性进行建模，其提出的绿色基础设施方案被证明是改善城市环境热舒适条件的最适宜方式。

4 国内相关研究动态

4．1 城市绿地植物群落结构研究

城市绿地植物群落的健康和稳定是衡量绿地生态效益的前提，而群落结构的合理性则是植物群落健康与稳定的关键。因此，我国对城市植物群落结构进行了广泛的调查研究。在以往的研究中，因地理信息技术的运用程度和基础资料不足等限制，部分论文未能对卫星遥感影像蕴含的信息进行深入的应用。当前相关研究中引进了更多数据处理方式，以及软件模拟方法，有助于研究的进一步深入。目前，城市植物群落结构研究主要集中在针对某一类型绿地植物群落结构的特征和人工植物群落结构的营造方面。

在研究不同绿地类型的物种结构比较与多样性评价方面。张杰［8］（2009） 以漯河市为例，通过对其城市绿地植物群落多样性、绿地结构、景观格局等因素进行量化分析，提出了城市绿地景观建设要自然化、管理有序化的建议。南伟疆等（2012） 、张艳丽等（2013） 、沈忱等（2014） 、张琳等（2017） 通过分层抽样的方法，通过对物种重要值和物种丰富度等测度，分别对尼勒克县、杭州市、大连市、郑州市的绿地植物结构和植物多样性进行了调查研究。孔庆仙等（2017） 探讨河岸带植物多样性特征及其影响因子，指出草本植物适应环境能力强、灵活性好，使得其比乔灌木多样性、丰富度高［9］。白亚东等（2020） 对重庆市广阳岛的植被组成进行了调查，利用多种指标分析其多样性及植被类型。

在分析群落结构特征和生态功能关联性方面，傅徽楠等［10］（2000） 从探索园林植物群落的结构性规律出发，以上海城市园林植物群落为例，选取了植物群落结构、土壤、光照等因子，探究其对植物群落结构和功能的影响。崔玲等（2008） 以遥感测量和野外调研的方式对三江平原生态功能保护区的植物群落进行了分类分析。王颖（2020） 应用I-Tree 模型探究了城市公园植物群落生态效益价值。苏津（2020） 测量并量化了泉州3 个城市公园24 个植物群落结构的三维绿量和生态效益。

在植物群落结构的设计与构建方面。魏长顺等［11］（2009） 以群落组成、乔灌层密度及木本植物树种中的常绿与落叶比等方面为切入点进行调查，对芜湖主要公园绿地的植物群落结构特征进行了分析，并且对今后城市绿地植物群落营造方面提出了相关建议。罗婉贞［12］（2011） 通过对广州绿道建设中的植物群落案例设计的研究，利用生态学与园林学结合的方法，研究植物群落与结构的关系； 对绿道植物群落的设计要点、工程施工、管理养护形成积极的指导意义，也为城市绿道建设提供相关的参考性建议。洪志猛［13］（2015） 通过模拟地带性植被特征，利用适宜的造林措施，调控群落演替。结合植物季相变化，对植物群落景观结构进行优化，依据不同功能需求创建适宜的景观特色。钟军珺（2020） 对崇明岛不同绿地类型的植物群落现状进行调查，提出植物配置意见。

4．2 城市小气候环境研究

随着城市环境日益恶化以及人们对良好的人居环境的追求，国内对城市小气候环境的相关研究大量涌出。研究方向主要集中在对城市公共空间小气候特点分析、对舒适度的影响、以及改善城市环境这三个方面，且主要运用样地实测、资料整理、定量分析、问卷调查、软件模拟的方式。然而也存在对影响城市小气候的因素研究不够全面，例如城市绿地面积、物种组成等因素方面研究较少；各项评价体系和定量标准不够完善使得研究成果较笼统模糊等问题。

在研究城市小气候对人的舒适性的影响方面，冷红等［14］（2010） 对哈尔滨中央大街冬季小气候舒适性进行了实测，并结合CFD 软件对中央大街的太阳辐射与风环境进行模拟，定性分析了严寒地区城市步行街舒适度的限制因素与评价指标内容。齐梦楠［15］（2016） 研究了冬夏季节，步行街空间走向布局与街道微气候间的关系，通过调整相关因子的设计来提升使用者的舒适度感受。程梓易等［16］（2019） 以重庆兴龙湖城市公园为例，通过实测样地和问卷调查的方式对城市公园中景观要素形成的空间小气候条件和游客行为特征进行分析，研究空间和景观要素对小气候的调节能力、小气候舒适度对游客行为的影响。陈凯旋等［17］（2020） 以福建农林大学为例，选取温度、风速、湿度3 个因素，通过12 h 连续定点测量的方法，对不同景观空间的小气候进行实测和对比研究，评估这些活动空间在夏季的人体舒适度。

在研究调节小气候因子从而改善更新城市环境方面。邓世超［18］（2014） 通过横向分析和对比影响城市街区微气候的因素与城市街区更新的各项内容，总结出合理的绿色更新模式，提出城市街区绿色更新应遵循的原则。段佳佳［19］（2017） 通过对北京城市街区的调研和整理归纳得出北京城市街区绿地格局的类型与特征及影响其形成的因素，得到五种街区绿地格局类型并利用软件模拟的方法提出绿地格局优化策略以改善微气候。

在研究时间、空间对城市小气候的影响方面，刘贵利［20］（2002） 对三类不同地形的湿度、温度、风速、日照辐射等微气候因子进行分析，并阐述其生态环境特点。段文嘉［21］（2016） 以大雁塔东园为测量样地，对用户进行标注调研，绘制行为分布图，分析提取受到用户偏好的空间，并在冬夏进行小气候测量。

4．3 城市绿道植物群落结构对小气候影响研究

绿道小气候与绿道内的植物、水、地形、界面等要素密切相关，通过调节这些要素可以有效缓解城市热岛效应。近年来，国内逐渐开展了景观变量对绿道小气候影响的相关研究，大多趋向于选择实地测量和软件模拟的方式对城市绿道小气候的影响进行整体分析，但少有系统地对绿道植物群落结构进行针对性研究。

宫祥宁（2017） 对北京市若干新建绿道小气候环境进行了测量，结合问卷调查，总结了影响绿道小气候的各种因素，并提出了不同环境条件下的优化方法。王庆等（2019） 选取深圳5 条绿道，以绿化条件不同为变量探究绿道小气候对舒适度的影响，得出绿道绿化带断面结构的复杂程度、植被层次的丰富程度，与城市小气候的改善作用成正比。李羽滢（2019） 以成都熊猫绿道轿子立交桥航天立交桥段为研究对象。在软件模拟的基础上，对植物连续性、种植距离、水分连续性、距离、形状、微地形景观等变量对气温、风速、平均辐射温度、相对湿度等气候因子的影响进行了补充分析，探讨了气候优化设计策略。李丽等（2020） 以广州地区为例，重点研究绿道设计中铺地材质和周围景观环境2 个基本要素对绿道微气候的影响，发现采用乔－水、乔－草复合环境，能营造更良好的绿道小气候。

5 实践与应用

在中南林业科技大学大学生创新训练项目“长沙市绿道植物群落结构对城市小气候影响研究”中利用上述综述内容分为四个阶段对长沙市绿道植物群落结构对城市小气候的影响进行调查研究。

1） 长沙市绿道植物群落结构现状调查。通过对长沙市市域范围内空间位置、公园面积、绿化率不同的城市绿道进行现状调查，对其进行分类和随机抽样，从样本中选取典型的植物群落，设定多个样方进行实地调查。调查内容包括该植物群落内植物的组成、分布情况以及植物群落结构（植物群落结构的物种多样性、频度、盖度、密度四个指标） 为参数进行实地调查。

2） 绿道小气候指标测定。在对长沙市绿道植物群落结构现状调查的基础上，运用相关测量仪器对绿道样地及周边地区的小气候指标进行测定，在指标选择上选取温湿度、风速和太阳辐射三种小气候指标进行测定。

3） 计算机模拟比对。利用ENVI-met 软件模拟绿道样地植物群落结构和小气候情况，并与实地调查数据及分析所得规律进行比对，确定软件模拟的可信度和可行性。

4） 计算机软件建模和数据分析。分析不同城市绿道植物群落结构对小气候的影响。在计算机模拟的可信度和可行性达标的基础上，利用ENVI-met 软件模拟不同类型不同组合方式的植物群落结构，并研究其对小气候的影响情况。利用软件模拟的大量数据进行数据分析和规律总结，以期能发现更加适合长沙市城市绿道的植物群落结构，为长沙市城市绿道的建设和营造提供重要理论参考。

6 结论与展望

我国对于城市植物群落结构、小气候方面研究虽相较于国外起步较晚，但近些年来相关领域研究进步迅速，逐步成为风景园林研究的热点之一。当前随着地理信息卫星遥感技术、软件模拟技术等数字技术手段的广泛运用，使学者们对城市植物群落结构、小气候方面的研究在广度与深度上有了较大突破，比如在不同绿地类型的物种结构比较与多样性评价、在分析群落结构特征和生态功能关联性、在植物群落结构的设计与构建方面、以及城市小气候对人的舒适性的影响和改善城市小气候研究等方面取得了较多的研究成果，但仍旧存在着研究因素不全面、评价和定量体系不完善等问题。未来需要在以下几个方面进一步研究。

1） 众多学者对植物群落结构或城市小气候等方面进行了大量的相关研究，但针对绿道植物群落结构对城市小气候两者之间联系和影响规律方面的具体研究目前仍然相对较少。城市绿道植物群落在调节城市小气候、改善城市环境方面发挥着重要的作用，深化城市植物群落结构对小气候影响的相关研究，探讨如何通过优化城市植物群落结构，使群落内植物的生态效益、景观效果和审美价值等方面达到最佳十分重要。

2） 近年来，随着地理信息卫星遥感技术、以Citygreen，I-tree 为代表的软件模拟技术的运用，使得植物群落结构、城市小气候的相关研究逐步从定性分析朝着定量分析的方向前进。但由于技术手段和起步较晚等因素，部分研究在定量分析上不够深入。目前大部分研究的定量分析停留在改变个别影响因素来观察小气候因素的变化情况，而少有对两者之间相互影响规律利用回归方程等数据处理手段进行定量分析。

3） 随着风景园林学相关研究深度的加深，单一的学科研究方式难以与之相适应。而加强风景园林学与生态学、生理学、气象学、社会调查学等多学科交叉理念发展，使现有的研究方式和分析手段不断拓宽，对于城市小气候、植物群落结构等方面研究工作的开展和完善来说是极大的助益，将使研究内容愈发完善和全面。因此，建立适合风景园林学的多学科交叉体系将是未来一段时间的研究方向之一。