改善热舒适性的园林树木遮荫效果研究_杨建欣.pdf

V Jan N14812023o o 2 0 2 3 年1 月第48卷第1期林业科技FORESTRY SCIENCE&TECHNOLOGY改善热舒适性的园林树木遮荫效果研究杨建欣1,2 黄秋燕3*（1.西南林业大学园林园艺学院，云南 昆明 650224；2.肇庆学院，广东 肇庆 526061；3.广东理工学院 建设学院，广东 肇庆 526070）摘要：选取应用频率相对较高、生长状况较好的树木样株作为研究对象。采用手持式激光测距仪、温湿度露点测试器、照度计等仪器，观测、记录温度、湿度、照度等指标的变化情况。结果表明，不同树种的降温率、遮光率、增湿率、遮荫面积、荫质、遮荫效果存在较大差异。平均降温率、平均增湿率和平均荫质最高的树木为苹婆，分别为 7.808%、8.645%和 0.074n；平均遮光率最高的树木是阴香，为 94.263%；平均遮荫面积和平均遮荫效果表现最佳的树木为腊肠树，分别为 70.15m2和 3.732。苹婆、阴香、腊肠树等树木可以从降温、遮光、增湿等不同的角度改善环境热舒适性。降温率主要与树木枝叶的浓密程度及枝下高密切相关；遮光率主要取决于树冠结构和枝下高；遮荫面积主要取决于太阳高度角及冠幅；荫质由降温率和遮光率共同影响。树木遮荫面积和遮荫效果的决定性因素为冠幅。可以通过树木的种植设计、栽培管理等措施促进遮荫潜力的发挥。在应用遮荫树木时，不仅应考虑遮荫效果的波动及其峰值，也要关注平均遮荫效果，并与景观营造策略相结合，提高树木选择的针对性和科学性。关键词：园林树木;遮荫功能;遮荫效果;热舒适性;评价中图分类号：S792.99；Q 143.4 文献标识码：A 文章编号：1001-9499(2023)01-0037-07园林绿地中的树木可以通过以下 3 种方式降低环境温度1-3，一是蒸腾作用。通过蒸腾作用消耗太阳辐射能量，增加潜在热，使叶片及周围气温降低；二是遮荫作用。通过拦截太阳辐射，以荫影的形式在树冠下创造较为凉爽的区域。第三，通过影响空气运动和环境的热交换，使得周围的环境温度降低。在上述 3 种方式中，遮荫是树木改善环境、削减热岛效应和增加环境热舒适性的最直接和最重要的方式。树冠通过吸收、反射和传输进行辐射过滤4，减少了垂直向下的能量流动，改变了环境中的热量平衡。每种树木因结构特征不同，所产生的荫影有所差异，其树形、高度、树冠及枝叶密度、分枝结构等特点与阻挡阳光、产生荫影有密切关系4。研究树木的遮荫功能及其机理对于改善环境的热舒适性、提高夏季炎热环境条件下的空间使用效率具有十分重要的意义。高校校园是青年学子求学与成长的殿堂，其户外环境质量对大学教育功能的发挥有着重要的影响5。在构成校园景观的诸多要素中，园林植物是高品质校园空间形成的基础和前提。通过植物的合理组合与搭配，可以营造出生态优美、景观宜人的校园育人环境，并能改善校园环境小气候。高校校园内师生的主要交通方式为步行或骑行非机动车，在炎热的天气里，师生对环境热舒适性的期望值较高，尤其在华南地区的校园更是如此。然而目前关于高校校园植物景观的研究主要集中在植物资源的调查6、植物景观的优化7、植物景观的生态效益8及植物景观的评价9等方面，尚未见关于高校校园树木遮荫功能及改善热舒适性的量化评价研究。因此有必要对园林树木遮荫机理进行分析研究并提出建议，为炎热地区大学校园绿地树种的选择和科学配置提供参考。1 材料与方法1.1 研究地概况肇庆市位于广东省西部，地处22 47 24 24 N和11121112 52E，毗邻广佛，属于珠江三角洲核心城市和粤港澳大湾区重要节点城市。肇庆市属南亚热带季风气候，自然植被属于南亚热带常绿季雨林，年平均温度 20，年平均降雨量 1500mm，年平均日照约为1800h。肇庆学院位于肇庆市端州区，肇始于创办于1970年的肇庆地区师范学校，现有北*2021 年度“质量工程”项目“广东理工学院-肇庆市林业科学研究所农科教大学生社会实践教学基地”（SHSJJD202103）第 1 作者：杨建欣（1986），男，博士研究生，主要研究方向：风景园林植物应用与生态效益。通讯作者：黄秋燕（1985），女，硕士，讲师，主要研究方向：风景园林植物应用。收稿日期 2022-07-21DOI:10.19750/ki.1001-9499.2023.01.008 第 48卷林业科技38岭主校区和星湖校区两个校园。经过50余年的发展建设，现已发展成为学科门类齐全、以师范教育为特色、多学科协调发展的综合性大学，2013年荣膺“全国绿化模范单位”。主校区位于肇庆市端州区北岭山脚下，拥有得天独厚的自然环境。经调查及统计，校园内共有园林植物61科138属175种，其中乔木类27科55属74种10。1.2 研究方法1.2.1 观测对象及样株的选取在调研地范围内的所有树木中选择拟观测的树种，从选取的树种中挑选符合要求的树木样株。观测样株需要符合以下要求：栽植或移植年限超过5年；胸径范围在20 30cm 之间，种间及种内胸径差异10cm；树木生长状态良好。为尽可能得到准确的结果，结合肇庆学院主校区校园遮荫树木应用和分布的实际情况，本次研究的树木每种选择3株样株（表1）。表 1 观测对象及样株基本数据序号植物名称平均株高/m平均胸径/cm平均冠高/m平均冠幅/m平均枝下高/m1 盆架木 12.400.77 26.321.51 9.880.97 5.460.65 2.750.272 腊肠树 11.660.83 23.270.46 8.571.008.21+1.69 3.090.553苹婆8.460.24 25.242.09 5.050.24 6.460.71 3.400.064桃花心木14.990.52 26.282.80 11.720.59 6.250.16 3.270.075芒果11.900.12 28.150.22 8.860.42 6.130.23 3.040.306 凤凰木 9.950.07 23.011.35 7.731.63 7.940.31 2.880.357阴香11.060.10 24.542.83 11.070.11 6.210.14 3.040.358 洋紫荆 8.440.43 19.560.62 11.281.25 7.330.17 2.960.20注：表中数据为均值 标准差，n=3图 1 降温率变化趋势降温率/%降温率/%观测时间观测时间A 组：常绿树B 组：落叶树盆架木苹婆桃花心木芒果阴香腊肠树凤凰木洋紫荆9:009:0012108642098765432110:3010:3012:0012:0013:3013:3015:0015:0016:0016:001.2.2 样株观测及数据收集（1）观测时间。为使相关指标的测量数据尽可能准确，所选择的观测日期应满足气温较高、晴朗无风、光照充足、无明显云层等气象条件；为减少观测和读数误差，采取多时段观测而计算数据平均值。根据实际气象条件，选择 2021 年 7 月-8月期间气温相对较高的日期及时间段（即每天 9：00-16：30）进行数据观测。读数时间间隔为 1.5h，观测次数为 5 次/d，重复测量时间为 3d。（2）观测地点。为确保数据尽可能真实反映树木的遮荫能力，观测点的选取应注意以下事宜：第一，选取观测点和对照点，分别位于树荫下和荫影之外 3m 处；第二，观测点和对照点的高度必须一致（均为 1.2m）；第三，观测点和对照点的下垫面铺装材质必须一致。（3）观测步骤。首先，采用手持式激光测距仪测量样株的高度、冠幅、枝下高、胸径等数据，求取平均值；第二，在荫影中心位置、距离地面1.2 m的高度处用温度湿度露点测试器测定植物树荫下的空气温度、湿度，用照度计测量荫影下的光照强度；第三，在对照点处用相同的仪器按顺序测量以上 3个指标。每种树木每株样株均需测量一次，取平均值。2 结果与分析高度、胸径、冠幅、温度、湿度、照度等数据运用Excel 2003软件进行统计和分析。降温率、遮光率、遮荫面积、荫质、遮荫效果等相关指标按照吴翼11、陈耀华12-13推荐的研究方法进行计算。园林树木降低环境温度有遮荫降温和蒸腾降温两条途径15，两者都是遮荫功效发挥的基础。因此，增湿率也应作为遮荫功效的指标之一进行观测和计量。增湿率的计算参照关任16所采用的方法。采用 Excel 2003、SPSS 18.0 等进行数据分析，用 Origin 2018 进行分析图绘制。为了便于更加清晰地利用折线图对比园林树木的遮荫效果，将调查对象分为 A、B 两组，A 组为盆架木（Alstonia scholaris）、苹婆（Sterculia nobilis）、桃花心木（Swietenia mahagoni）、芒果（Mangifera indica）和 阴 香（Cinnamomum burmannii）5 种常绿树，B 组为腊肠树（Cassia fistula）、洋紫荆（Bauhinia variegata）、凤凰木（Delonix regia）3 种落叶树。2.1 树木遮荫指标及其变化情况分析2.1.1 降温率此次调查的8种树木降温率的变化范围为0.85%-10.61%，最高值为苹婆在 12:00 时的降温率，最低值为阴香在 16:00 时的降温率（图 1）。在上述两个时刻降温率存在较大差异的原因是苹婆的枝叶第 48卷39图 2 避光率变化趋势图 3 增湿率变化趋势避光率/%避光率/%避光率/%避光率/%杨建欣等:改善热舒适性的园林树木遮荫效果研究观测时间观测时间观测时间观测时间A 组：常绿树A 组：常绿树B 组：落叶树B 组：落叶树盆架木苹婆桃花心木芒果阴香盆架木苹婆桃花心木芒果阴香腊肠树凤凰木洋紫荆腊肠树凤凰木洋紫荆9:009:009:009:00989694929088868482201816141210864209590858075701412108642010:3010:3010:3010:3012:0012:0012:0012:0013:3013:3013:3013:3015:0015:0015:0015:0016:3016:3016:3016:30浓密、叶面积指数较高、遮挡太阳辐射的能力较强，并且其下垫面为嵌草砖，能较好地减少地面反射热；而阴香虽然也有相对浓密的枝叶，但种植地点周围人工硬底化面积较大，降温效果受到严重削弱。在中午 12:30 13:30 时间段内，除了芒果、腊肠树和凤凰木之外，其余树木的降温率均呈下降趋势，其主要的原因是环境温度的升高，导致蒸腾能力有所下降，虽然树木都具备较强的遮荫能力，但对太阳辐射能的阻隔不足以抵消蒸腾降温能力的减弱，最终还是造成降温率的下降；芒果、腊肠树和凤凰木的降温率不降反升的原因可能是这几种树木的蒸腾作用受到高温的影响较小，午间温度较高时仍能保持较高的蒸腾效率和降温能力。从降温率的数值变化曲线及上述分析可知，研究对象 8 种树木的降温率有一定变化规律单但也表现出较大的差异。该结果也验证了不同类型及不同生长阶段的树木，由于其结构特征和生理活动能力的不同，以及受到外界环境条件的影响，其降温能力存在着较大的差异性17-20。2.1.2 遮光率树木在阻挡和过滤太阳辐射方面的表现取决于冠层的形式和密度，树冠的形式和密度则主要与分枝形式、小枝的排列方式以及树叶的覆盖情况有关21-22；树木的遮光率还与树木叶片的倾角、叶片厚度、叶绿素含量、类黄酮含量4及太阳光的强度、周围环境的散射光等外界环境条件有关。由于阳光的照射方向和强度日变化和季节变化，因此遮光率随之发生变化。8 种树木遮光率的变化范围为 69.61%96.86%，变化幅度不大，证明这些树种均具有较好的遮荫能力。除洋紫荆外，其他树木的遮光率在观测时间内均有一定起伏；除凤凰木外，其他树种的遮光率均呈“升-降”或“升-降-升-降”的变化趋势。遮光率最好的树木是苹婆，主要因为该树种叶片较为浓密，且树木分枝较多，形成了透光率较低的树冠结构；此外，遮光率还与植物叶片层数23及冠高直接相关，随着植物叶片层数的增多和冠高的增大，拦截太阳辐射的能力会得以增强