高得平，卞莹莹，樊 敏，王 娜

（宁夏大学 农学院，宁夏 银川 750021）

小气候是在一定空间范围内，由于土壤、植被等下垫面构造和特性不同而引起的地表水热收支差异[1]。随着社会发展，城市环境日益恶化，居住区作为居民社会生产活动中最重要、最核心的区域，是居民休闲及交流的室外公共空间环境，其植物群落配置是影响居住区小气候的主要因素[2-3]，优良的城市小气候有助于提升人民的生活品质、改善居住环境、促进城市发展[4]。居民区绿地对维持区域生态平衡[5]，调节和改善小气候环境起着至关重要的作用[6]。不同类型的植被由于其光合、呼吸、蒸腾等作用的差异，改变了其周围近地面区域的水热分配，进而形成了局地小气候[7]，局地小气候又反作用于区域内植物的生长发育、光合呼吸、蒸腾等生命活动。

Cruz等[8]、Gregg等[9]的研究结果表明，绿地的内部结构和空间布局覆盖率越大，降温增湿能力越强，对负氧离子浓度的调节作用越明显。张风[10]、王昕等[11]、段文嘉[12]的研究结果表明，与开阔的广场空间相比，植被密集区域比植被单一区域对小气候具有更好的降温、增湿效果，冬季广场上的太阳辐射比乔木冠层覆盖的和其他有复杂的群落结构的广场更高，空间舒适度更好。夏舒适[13]对沈阳围合居住区的研究结果表明，居民区内乔-草模式的绿地降温增湿效果优于灌-草模式。姚益平等[14]通过分析浙江省气象部门18个气象站数据，表明植被密度大的绿地负氧离子浓度远高于植被密度较小的区域。随着植被覆盖度降低，负氧离子浓度降低，日平均“清新”时间减少。毛成忠等[15]通过对宜昌市中心城区的研究结果表明，森林区负氧离子浓度高于无植被覆盖区域的5～6倍；肖以华等[16]发现空气负离子含量的日变化在植被环境中变化趋势较一致，平均含量约在800个/cm3以上；周德平等[17]发现不同植被环境的负氧离子含量由高到低依次为：阔叶林＞混交林＞针叶林＞草地＞山石；邓成等[18]研究表明伴随着林分发展阶段的深入，林分内部结构越来越复杂，森林净化空气的能力随之增强，植被的配置和密度是影响负氧离子含量的关键因素。以上研究结果多来源于一定季节内连续时间的集中观测数据，缺乏长期定位动态监测。本研究以银川市4种具有代表性的植被配置模式绿地为研究对象，定点观测秋冬季节各样地内太阳辐射、温度、湿度、空气负氧离子浓度4种主要气候指标，通过对比各样地内各指标的差异，筛选出适合银川市居民小区的植被配置模式，以期为改善银川居民区气候环境提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

银川市（106°0′50″E~106°26′52″E，38°21′58″N~38°37′52″N）位于黄河上游，宁夏平原中部，是典型的中温带干旱区大陆性气候，四季分明，昼夜温差大，气候干燥，风大沙多。年均气温8.5℃左右，年均日照时数2 800～3 000 h，年均降水量180~200 mm，年均蒸发量1 825 mm，年干旱指数7.8~8.0[19]。银川市居住区绿地主要以乔-灌-草、乔-草、灌-草植被配置模式为主，植物类型多样，乔木主要有国槐（Sophora japonicaLinn.）、白蜡（Fraxinus chinensis）、青海云杉（Piceacrassifolia Kom.）、小叶杨（Populussimonii Carr）等，灌木以紫叶李（Prunus cerasiferaEhrhar f.）、连翘（Forsythiasuspensa）、丁香（SyringaoblataLindl.var.alba Rehder）、珍珠梅（SorbariasorbifoliaL.）为主，草本植物以早熟禾（PoaannuaL.）、千屈菜（LythrumsalicariaL.）为主。

1.2 试验设计与方法

1.2.1试验设计 以银川市城市发展规划和绿地建设的相关资料为基础，对市辖区所有居住区绿地进行踏查，选择兴庆府大院和恒大名都2个居民区内的灌-草、乔-灌-草、密林、乔-草4种植被配置模式绿地为观测对象，以居住区内无植被覆盖的硬铺装地面为对照。每种植被配置模式绿地设置标准样地2块，面积20 m×20 m，各标准样地间隔≥200 m。在各标准样地内进行植物群落调查，乔木层测量乔木的胸径、树高、郁闭度等指标，灌木层测定其株数、高度、盖度等，草本层测量其盖度、多度等，分析植物群落数量特征及结构特点，样地基本信息如表1。

表1 标准样地基本信息

2019年10月至2020年1月，每月中旬选取晴好、无风的相似天气，在各植被配置模式标准样地内随机选择3个测量点，同时测定其太阳辐射、温度、湿度、空气负氧离子浓度。测量时间为测量日的08∶00—18∶00，时间间隔为2 h，观测高度为地表以上1.5 m处，与成人呼吸高度基本一致。气象数据来源于居住区内布设的自动气象站，观测样地内人为干扰信息来自居住区物业管理公司，人为干扰因素包括草地修剪、乔灌木修枝、人工灌溉等。

1.2.2数据采集 太阳辐射使用台湾泰仕高精度太阳能辐射仪（TES-1333R）测定；空气温、湿度使用Kestrel（NK5500）手持式气象观测站测定；空气负氧离子浓度使用空气负离子检测仪（KEC900+II）测定。

1.3 数据处理

数据整理采用microsoft excel 2016，统计分析采用SPSS 21.0，单因素方差分析用于比较不同植被配置模式样地间空气温度、湿度、太阳辐射强度、空气负氧离子浓度的差异；作图采用origin 2018。

2 数据分析

2.1 不同植被配置模式绿地内太阳辐射强度差异比较

银川市居民区在秋冬季的太阳辐射强度随月份变化呈持续减弱趋势（图1a）。4种植被配置模式绿地内太阳辐射强度在10月、11月、12月差异显著（P＜0.05），10月份各样地内太阳辐射强度最高的是灌-草模式，为317.3 W/m2，最低的是密林模式，为72.8 W/m2；11月份各配置模式间无明显差异，裸地相较其他配置模式负氧离子浓度较高，12月份乔-草模式样地内太阳辐射强度最高，乔-草模式的太阳辐射强度分别为291.3 W/m2，密林模式最低为28.9W/m2；1月份各配置模式间无明显差异。

如图1b所示，不同植被配置模式绿地内太阳辐射强度差异显著（P＜0.05），太阳辐射强度大小依次为裸地＞乔-草＞灌-草＞乔-灌-草＞密林。

图1 不同植被配置模式绿地内秋冬季太阳辐射强度差异

2.2 不同植被配置模式绿地内空气温度、湿度差异比较

如图2a可知，不同配置模式绿地内温度随月份变化呈现下降的趋势，10月至翌年1月，居民区各植被配置模式间绿地内温度均无显著差异（P＞0.05），白天最高温度达13.85℃，最低为-2.04℃，温差为15.89℃。如图2b所示，秋冬季居民区4种植被配置模式绿地内温度无显著差异（P＞0.05）。各配置模式中密林模式对提高湿度的效果最为明显，乔-草模式的最差。

图2 不同植被配置模式空气温湿度的差异

如图3a所示，10月至翌年1月，居民区4种植被配置模式绿地内湿度无显著差异（P＞0.05），不同配置模式绿地内湿度随月份变化呈先下降后升高的变化趋势。如图3b所示，居民区4种植被配置模式绿地内湿度无显著差异（P＞0.05），对居民区绿地内增湿效果从高到低依次是密林＞乔-草＞乔-灌-草＞灌-草。其中密林模式的湿度为41.0%，相比灌-草模式（41.0%）差异最大，相差2.5%。

图3 不同植被配置模式对空气湿度的差异

2.3 不同植被配置模式绿地内空气负氧离子浓度差异比较

如图4a所示，随着月份变化，居民区4个植被配置模式绿地内负氧离子浓度整体呈下降趋势，密林的变化趋势最为明显；各月份各植被配置模式间负氧离子浓度差异显著（P＜0.05）。如图4b所示，负氧离子浓度从高到低依次是密林＞乔-灌-草＞乔-草＞灌-草＞裸地，相较裸地而言，密林模式具有较高的负氧离子浓度。10月份密林模式（676.3个/cm3）负氧离子浓度最高且与其他植被配置模式均存在显著差异（P＜0.05），其他配置模式间无显著差异，最低的是乔-草模式，为297.3个/cm3。11月份密林模式的负氧离子浓度高于其他配置模式，且其他配置模式之间无明显差异。12月份居民区密林模式的负氧离子浓度低于乔-灌-草模式，相差90.71个/cm3，高于其他配置模式。1月份各配置模式间的乔-草模式的负氧离子浓度差最低，灌-草和乔-灌-草之间无明显差异（P＜0.05）。整体来看，灌-草、乔-灌-草和乔-草模式之间无明显差异，和密林模式和裸地有显著差异，密林和裸地间有显著差异且差异最大（P＜0.05）。

图4 不同植被配置模式空气中负氧离子浓度的差异

2.4 配置模式绿地内小气候指标与气候因子、绿地郁闭度、楼高、楼间距等的相关性

由表2可知，银川市居民小区灌-草模式样地内的温度与湿度、楼高、郁闭度、平均湿度呈正相关，与空气负氧离子浓度呈负相关（P＜0.01）；湿度与楼间距和负氧离子浓度呈负相关；湿度与楼高和郁闭度呈正相关（P＜0.01）；空气负氧离子浓度与楼高和郁闭度呈负相关（P＜0.01）；其他指标间均无显著相关。乔-灌-草配置模式内，温度与湿度呈正相关，与空气负氧离子浓度、楼间距和郁闭度呈负相关（P＜0.01）；湿度与楼间距和负氧离子浓度呈负相关（P＜0.01），与灌-草一致，湿度与楼高正相关（P＜0.01）；空气负氧离子浓度与楼间距和郁闭度呈负相关（P＜0.01），其他指标间均无显著相关。密林模式中，太阳辐射强度与其他因素无显著相关，温度和湿度、楼高、郁闭度呈正相关，与空气负氧离子浓度、楼间距呈负相关（P＜0.01）；空气负氧离子浓度与楼间距呈正相关，与楼高、郁闭度、降水呈负相关关系（P＜0.01）。乔-草模式中风速和温度、湿度、楼高、郁闭度呈负相关（P＜0.05）；温度与湿度、楼高、郁闭度呈正相关，与空气负氧离子浓度呈负相关关系（P＜0.01）；湿度与负氧离子浓度呈负相关，与楼高、郁闭度呈正相关（P＜0.01）。空气负氧离子浓度与楼高、郁闭度呈负相关关系（P＜0.01）。裸地对照组中，太阳辐射和温度、楼高呈正相关，与空气负氧离子浓度呈负相关（P＜0.01）；而温度与空气负氧离子浓度具有负相关关系，与楼高呈正相关（P＜0.01）；湿度与负氧离子浓度呈负相关，与楼高呈正相关（P＜0.01）；负氧离子浓度和楼高呈负相关关系（P＜0.01）。

表2 植被配置模式与气候因子的相关性分析

2.5 配置模式绿地内小气候指标评分比较

由表3可知，通过对秋冬季银川市居民区不同植被配置模式绿地内各小气候指标（太阳辐射强度、温度、湿度、空气负氧离子浓度）进行评分[20]，综合各配置模式得分情况可知各模式优化效果依次为灌-草、乔-灌-草、乔-草、密林模式，筛选出秋冬季银川市居民区最优植被配置模式绿地为灌-草模式。

表3 各配置模式评分比较

3 讨论

3.1 植被配置模式对太阳辐射的影响

太阳辐射是生活中不可或缺的环境因素之一，由于乔灌木的树冠阻挡、吸收和反射太阳辐射，植被的蒸腾吸收部分热量[21]，植被枝叶阻挡空气快速流通作用，以及楼层等建筑物通过遮挡太阳光[22]间接影响太阳辐射强度，减缓气温的日变化，缩小日振幅，所以植物、地形、水体、铺装、构筑物等多个要素共同影响特定环境下的小气候特征[23]。本研究中，4种植被配置模式均显著降低了太阳辐射强度，尤其是密林模式对太阳辐射的减弱程度最大。李坤[24]、常猛等[25]人研究表明，林内太阳辐射强度远低于裸地，林内太阳辐射强度日变化均呈现先增加后减弱的趋势，与本研究结果一致，居民区不同植被配置模式由于其林木郁闭度和林间密度的不同，使得裸地与其他4种配置模式的太阳辐射有显著性差异。一般来说，随秋冬季节的变化，太阳辐射强度会逐月降低。本研究中，2个居民区的太阳辐射变化下降的趋势并不明显，主要是由于秋冬季天气状况和建筑高度等对太阳辐射的影响，小区内树种多为落叶乔木，随着郁闭度的降低，植被覆盖的样地对太阳辐射强度减弱效果降低，使得配置间的太阳辐射效果不明显，影响太阳辐射的主要因素会变成天气情况和建筑物等。

3.2 植被配置模式对温、湿度和负氧离子的影响

温度、湿度是人类感知外界环境舒适度的重要指标之一。不同植被模式通过改变太阳辐射平衡来影响气温和湿度，植被覆盖度大，树种种类多的地区，小气候较为稳定[26]，其平均温度及最高温度低于无植被覆盖区，最低温度则较高，温差变化更小[27]。古琳[28]等人在惠山国家森林公园游憩林小气候研究中发现，林分在调节小气候效应更为明显的季节是夏季。武小刚等[29]人在太原市区对绿地特征要素与绿地降温增湿效应的研究中发现，绿地降温增湿效果与绿量、绿地面积显著正相关，植被的郁闭度越高，对太阳辐射的遮挡效果越明显，从而降低局部区域内气温的升高，同时也会对湿度变化产生明显的影响。罗凤敏等[30]人在乌兰布和绿洲小气候效应研究中发现，林外地表温度和蒸发量增长率均高于林内，冬季则相反；四季的相对湿度均为林内高于林外。本研究中不同植被配置模式绿地内的空气温、湿度无显著差异，可能由于本试验时期处于秋冬季且地处西北地区，植被多属落叶乔灌木，大量林木落叶导致林内林外差异变小。

空气负氧离子是大气中带负电荷的单个气体分子和氢离子团的总称[31]，作为评测空气质量与环境舒适度重要指标，有广泛的生理生化效应和功能[32-33]。本研究中，密林植被配置模式对居民区负氧离子浓度的调节作用最好，随植被数量和种类的减少，负氧离子浓度也随之降低，负氧离子浓度从高到低依次是密林、乔-灌-草、乔-草、灌-草、裸地。此研究结果与肖以华等[34]、周德平等[35]、邓成等[36]人的研究结果一致。

3.3 植被配置模式内受气候因子、绿地郁闭度、楼高、楼间距、小区面积的影响

居民区大面积铺装地面和现代化建筑物的高度以及高强度的人类活动改变了地面大气的分布情况，形成了同外界差异较大的局部小气候，引起了周围辐射及空气温湿度的变化[2，7，10]。植被是影响居民区小气候中温湿度变化重要因素之一。本研究中，10月、11月份兴庆府大院的负氧离子浓度均高于恒大名都，这与兴庆府大院的植被密度大、植被类型丰富，建筑物低且密集程度较小有关，导致空气负氧离子浓度偏高；而在12月份，恒大名都的裸地和灌草的负氧离子浓度均高于兴庆府大院，缘于这2种植被类型附近人工湖的存在[37]增加了空气的相对湿度，大气中的离子被吸附，从而形成凝结核，导致大气中负氧离子浓度增加。赵蕾等[38]研究表明负氧离子浓度与气温呈负相关，与湿度呈正相关。本研究表明，空气负氧离子浓度与温度和湿度呈负相关性。尹淑娴等[39]研究发现，太阳辐射强度增强导致光化学反应加剧，使得污染物在扩散，此过程中大量空气负离子被吸附，因此空气中负离子浓度明显降低。丰一鸣等[40]发现，空气负氧离子浓度6—8月份达到最高，12月至翌年1月份最低，整体呈现负氧离子浓度先显著下降，然后开始逐渐升高，这些研究与本研究结果一致，12月、1月的空气负氧离子浓度最低，从10月份至翌年1月份呈现逐渐下降的趋势。

4 结论

1）银川市兴庆府大院和恒大名都居住小区内，秋冬季灌草植被配置模式对小区内小气候的调节效果较好，可作为银川市居住小区内绿地建设的推广模式。

2）气候因素(绿地郁闭度、楼高、楼间距、小区面积)是影响银川市居住小区内小气候的主要因素，为了改善居住区内秋冬季小气候可选择灌-草模式绿地，可以将楼高建立在在8～10层，楼间距在≥100 m的范围内，秋冬季可以更大程度增加小区内太阳辐射强度和空气负氧离子浓度。