春夏秋三季不同類型植物群落的溫濕度調節效應研究

衛笑 張明娟 魏家星 周忠勝 陳國青

摘要：文章以南京濱江公園為例，研究了5種不同結構植物群落的溫濕度調節效應，并初步分析了綠量與降溫增濕強度之間的關系。結果表明：植物群落的降溫增濕效應具有季節性差異，春季和秋季喬灌草結構的植物群落降溫增濕效益最為顯著，而夏季喬草結構的群落降溫效益最明顯，喬木群落的增濕效益最好;綠量與降溫增濕強度均為正相關關系，春季和夏季綠量與降溫強度具有顯著或極顯著差異;綠量主要影響降溫強度，對增濕強度的影響較小。

關鍵詞：植物群落，溫濕度調節，群落結構，綠量

目前已有較多對城市綠地溫濕度調節機制的影響研究，切入點有下墊面類型、空間形態、斑塊形狀等;另外具體針對植物的降溫增濕效益，也有從單個植物種類、群落結構類型、群落結構因子等方面進行的深入研究[1-7]。但是現階段的研究大多集中在夏季，此時植物群落降溫增濕效應最為顯著，但是卻較少涉及其他季節植物群落的溫濕度調節效應。

綠量的概念在1994年首次提出，與二維指標相比，綠量能夠更確切地反映綠地植物空間構成的合理性以及綠地系統所發揮的生態效益[8]。但是目前針對特定生態環境下植物群落綠量與降溫增濕效益的關系研究還比較少。本文以典型的城市帶狀綠地——南京濱江公園為例，在春夏秋三個季節選擇不同結構類型的植物群落樣地，估算其整體綠量，并將其與測定的降溫增濕數據進行相關性分析，探究植物群落綠量對降溫增濕作用的影響。運用科學的統計和分析方法，將植物群落的降溫增濕效益進一步可控化，以期對新時代背景下的城市綠地建設提供理論依據和數據支撐。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

南京濱江公園位于南京市建鄴區河西新城，毗鄰長江夾江，占地面積近200hm²，是典型的城市帶狀綠地。作為南京濱江風光帶的重要組成部分，目前已建設成為集娛樂、生態、科普、健身為一體的全新的城市公園。

1.2 樣地選擇

按照群落類型的不同，在公園內選擇了3組共18個樣地（表1），每組6個樣地，分別為單層植被群落：草坪地被（專指草坪草）、灌木（低于1.8m）、喬木。雙層植被群落：草坪+喬木。復層植被群落：草坪+灌木+喬木;以及硬質無蔭蔽對照點。所選樣地是以5 m為半徑的圓形區域，測量時站在樣地中心進行。

1.3 測量內容及方法

本實驗在春夏秋三季對植物群落的降溫增濕效益進行測定。測量日期選在2016年5月11日和12日、7月25日和26日，以及11月13日。使用Kestrel 4000手持式移動氣象站，每天9：00-13：00，每小時測一次所有樣地距離地面1.5m處的空氣溫度、相對濕度、風速等數據。每次讀取3組數據，最終計算平均值進行比較。另外記錄每個樣地的植物種類以及胸徑、高度、冠幅等數據用于計算植物綠量。

1.4 數據處理

根據實測的氣象數據，在分析中利用相對值進行比較，避免因天氣原因造成的誤差。選取降溫強度T_p和增濕強度H_p為實際比較用值，具體計算方法如下：

其中T_ci是第i時刻的對照溫度（℃），T_i為第i時刻樣地的溫度（℃）。

其中H，是第i時刻的對照濕度（%），Hi為第i時刻樣地的相對濕度（%）。

另外使用SPSS22.0軟件的顯著性差異分析功能，計算每個樣地與對照點相比降溫增濕強度的顯著性。

綠量指標的測算主要集中在三維綠色空間體積、葉面積總量和葉面積指數3大指標。本文中選取三維綠色空間體積為綠量指標，其中，喬木和大灌木的三維綠量以樹冠體積公式來計算，參考郭雪艷等[9-10]對樹冠體積和冠幅的回歸方程的研究結果，再通過實測獲得冠幅數據，從而根據回歸方程計算樹冠體積。對于文獻中尚未涉及的物種，則根據植物形態、種屬、個體大小等，取其近似種的回歸方程。灌木球的三維綠量計算方法參考球的體積計算公式。草本的三維綠量以其所占空間體積來計算，即覆蓋面積乘以平均株高。不同植物的具體計算公式略，通過估算得出各樣地植物群落的總體綠量見表2。

2 結果

2.1 不同季節植物群落的溫濕度差異

對春夏秋三季各類型植物群落樣地的溫濕度與對照點之間進行顯著性檢驗，結果如表3所示。空氣溫度方面，春季組1和組2數據中，除灌木單層型外，其余樣地均為極顯著差異，而組3樣地只有灌木單層型為極顯著差異。夏季的組1和組2數據均為極顯著差異，組3數據除了草本單層型和灌木單層型，其余各點與對照點相比均有顯著或極顯著差異。秋季數據只有組1的喬木單層型與對照點相比有極顯著差異，其余各點均無顯著性差異。

相對濕度方面，春季組1樣地中除了灌木單層型，其余各點均有顯著或極顯著差異;組2樣地均為極顯著差異;組3樣地中只有草本單層型和喬灌草復層型為顯著或極顯著差異。夏季組1樣地除了草本單層型，其余樣地與對照點相比均有顯著或極顯著差異;組2樣地均為極顯著差異;組3樣地草本單層型和喬木單層型為顯著或極顯差異。秋季組1樣地除了喬灌草復層型，其余各點均有顯著或極顯著差異;組2樣地除了草本單層型和喬草復層型，其余各點均有顯著或極顯著差異;組3樣地均為極顯著差異。

2.2 不同群落結構樣地的降溫增濕強度比較

將各季節不同群落結構樣地的降溫增濕強度平均值進行比較，可以得出：春季灌木單層型不具有降溫效益，除此之外，各植物群落均具有不同程度的降溫增濕效益（圖1），降溫強度從大到小排序為喬灌草>喬草>草本>喬木;增濕效果從大到小排序為喬灌草>草本>喬草>灌木>喬木。顯著性檢驗結果表明，降溫強度方面，草本單層型與喬灌草復層型、喬草雙層型與喬灌草復層型之間具有顯著性差異;增濕強度方面，喬草雙層型與喬灌草復層型之間有顯著性差異。

夏季植物群落都表現出降溫增濕作用（圖2），其中喬草結構的降溫強度最大，其次是喬灌草、喬木和草本，灌木結構最小。增濕強度方面，喬木樣地最高，其次分別為喬灌草、草本和和灌木，喬草結構最小。顯著性檢驗的結果表明：在降溫強度方面，單層型結構的群落（草本、灌木、喬木）與多層型結構的群落（喬草和喬灌草）之間都具有顯著性差異;而增濕強度方面，單層型群落中的草本和灌木與多層型結構的群落（喬草和喬灌草）之間具有顯著性差異。

秋季喬木單層型群落降溫增濕強度最高（圖3）。其中灌木樣地的降溫強度為負值，其余各群落降溫強度排序為喬木>喬灌草>草本>喬草;增濕作用方面，同樣是喬木群落最高，其次是灌木、喬灌草和草本，喬草的增濕強度最小。顯著性檢驗結果為：降溫強度方面，灌木單層型和喬草雙層型、喬草雙層型和喬灌草復層型之間具有顯著性差異;增濕強度方面，喬木單層型與喬草雙層型之間具有顯著性差異。

2.3 植物群落綠量與降溫增濕強度的回歸性分析

將各樣地的綠量與各季節降溫增濕強度分別進行線性回歸分析，得出回歸方程以及調整后的R²值見表40其中降溫強度用T_p表示，增濕強度為T_p表示，綠量用字母g表示，降溫強度和增濕強度的單位是%，綠量的單位是襯。

回歸方程中綠量的系數均為正值，說明綠量與降溫增濕強度均為正相關關系。夏季綠量與降溫強度的回歸方程表現為極顯著相關，且調整后R²值為0.577;春季綠量與降溫強度的回歸方程為顯著相關，調整后R²值為0.180;秋季綠量與降溫強度沒有顯著相關性。同時春夏秋三季增濕強度與綠量之間均無顯著相關性，且R²值都比較小。結果表明春夏季降溫強度與綠量具有顯著的回歸相關性，其中綠量對夏季降溫強度影響更大，同時說明綠量是植物群落溫濕度調節機制的影響因子之一，且在不同季節其影響機制不同。

3 討論

3.1 植物群落溫濕度調節能力的季節性差異

由數據分析可知，植物群落的降溫增濕效應具有明顯的季節性差異，與對照點相比，夏季植物群落的溫濕度調節能力最為顯著，春季的溫濕度調節能力較弱，秋季植物群落對溫度的調節能力最小，但對濕度的調節能力比較明顯。這可能是因為南京夏季溫度高且濕度大，植物群落的降溫增濕效應主要是因為植物冠層對太陽輻射的遮擋作用和葉片的蒸騰作用[11]。外部環境溫度較高時，葉片內外的溫差大，這會導致葉片氣孔的蒸騰速率增加[12-13]，進一步提高其降溫增濕效應。所以一般情況下，夏季植物群落的降溫增濕效應要比其他季節更明顯。這也與多數研究的結果相符。

3.2 群落結構對降溫增濕能力的影響

在不同結構群落的溫濕度調節能力方面，春季和秋季喬灌草復層結構的植物群落降溫增濕效益最為顯著，而夏季喬草雙層型結構的群落降溫效益最明顯，喬木單層型群落的增濕效益最好;單層、雙層以及復層群落結構之間的降溫增濕強度具有顯著性差異，說明群落結構確實是降溫增濕強度的影響因子之一。夏季群落的降溫增濕情況與春秋季相比出現了反常情況，喬草結構的群落降溫強度最高而增濕強度卻最低，喬木的增濕強度最大。植物群落主要通過冠層結構吸收、反射和遮擋太陽輻射，使到達地面及樹冠下面的太陽輻射顯著減少，從而調節林下溫度[14]。濕度的增加主要是由于葉片的蒸騰作用，另外濕度還會受土壤含水量、灌溉時間、土壤蒸發、地被植物蓋度以及風速等因素影響[15]。所以出現反常的原因可能是南京夏季為高溫高濕天氣，喬灌草結構的群落本身郁閉度較高，四周的圍合度也比較高，空氣流通不暢，高溫高濕的環境會使群落中心更加悶熱，而喬草結構的群落上方有喬木遮陰，中層空間通透，有利于風的穿行，從而達到更好的降溫效果，而且風的穿行也會帶走一部分水汽，降低相對濕度。這種情況反而會在夏季悶熱潮濕的天氣情況下為人們創造更好的舒適度體驗。因此良好的生態環境不能單純考慮氣候數據，還要考慮使用者的舒適度體驗，兩者結合才能更好的實現氣候適應性設計的要求。

3.3 綠量對群落降溫增濕能力的影響

從結果來看，綠量與降溫增濕強度成正相關關系，且綠量主要影響降溫強度。但調整后R2值比較小，說明綠量并不是影響降溫增濕效益的唯一因素，還可能取決于群落的結構因子如郁閉度、圍合度等以及其他外部因素。因此，在提高植物群落降溫增濕作用時，可以考慮將綠量和群落因子以及其他因素進行綜合配置，使植物群落產生更高的生態效益。由于本文所選的綠量指標為三維綠色空間體積，與葉面積指數、葉面積總量等指標有一定差異，所以結果與以往研究中的結論有所不同，其本質上的影響機制還有待進一步研究和驗證。

參考文獻

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