全 文 ：夏季栾树群落冠层结构对其环境温湿度的调节作用∗
秦　 仲１，２，３，４　 李湛东１，２，３，４∗∗　 成仿云１，２，３，４　 沙海峰５
（ １北京林业大学园林学院， 北京 １０００８３； ２国家花卉工程技术研究中心， 北京 １０００８３； ３花卉种质创新与分子育种北京市重点
实验室， 北京 １０００８３； ４城乡生态环境北京实验室， 北京 １０００８３； ５北京市林业种子苗木管理总站， 北京 １０００２９）
摘　 要　 为探究栾树群落降温增湿作用与其冠层结构参数的相关性在一天中的变化趋势，于
天气晴朗的夏季对北京奥林匹克森林公园栾树群落内部和对照点的温度、相对湿度、群落冠
层结构参数进行了测定．结果表明： 栾树群落的郁闭度与叶面积指数、平均叶倾角呈显著相
关，且叶面积指数与平均叶倾角呈显著相关；在夏季 ８：００—１８：００，栾树群落可降低空气温度
０．４３～７．５３ ℃，在 １２：００左右达到降温最大值，增加相对湿度 １％ ～２２％，且在 １０：００ 左右增湿
作用最显著，而在 １８：００—次日 ８：００ 降温增湿效果不明显；９：００—１２：００，郁闭度和叶面积指
数显著影响栾树群落的降温增湿作用；１２：００—１４：００，仅郁闭度与降温增湿作用显著相关；直
到 １８：００，郁闭度和叶面积指数共同决定了栾树群落的降温增湿作用．因此，影响栾树群落降
温增湿作用的冠层结构参数在一天中随着时间的推移发生变化．
关键词　 园林植物； 空气温度； 相对湿度； 冠层结构参数； 栾树群落
文章编号　 １００１－９３３２（２０１５）０６－１６３４－０７　 中图分类号　 Ｓ７３１．２； ＴＵ９８６．２　 文献标识码　 Ａ
Ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｃａｎｏｐｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｎ ｉｎｎｅｒ ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｏｆ
Ｋｏｅｌｒｅｕｔｅｒｉａ ｐａｎｉｃｕｌａｔａ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｉｎ ｓｕｍｍｅｒ． ＱＩＮ Ｚｈｏｎｇ１，２，３，４， ＬＩ Ｚｈａｎ⁃ｄｏｎｇ１，２，３，４， ＣＨＥＮＧ
Ｆａｎｇ⁃ｙｕｎ１，２，３，４， ＳＨＡ Ｈａｉ⁃ｆｅｎｇ５ （ １Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｌａｎｄｓｃａｐｅ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ， Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｂｅｉ⁃
ｊｉｎｇ １０００８３， Ｃｈｉｎａ； ２Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｒｅ ｆｏｒ Ｆｌｏｒｉｃｕｌｔｕｒｅ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３， Ｃｈｉ⁃
ｎａ； ３Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｏｒｎａｍｅｎｔａｌ Ｐｌａｎｔｓ Ｇｅｒｍｐｌａｓｍ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｒｅｅｄｉｎｇ，
Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３， Ｃｈｉｎａ； ４Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｕｒｂａｎ ａｎｄ Ｒｕｒａｌ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｂｅｉｊｉｎｇ
１０００８３， Ｃｈｉｎａ； ５Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｓｅｅｄ ａｎｄ Ｓｅｅｄｌｉｎｇ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｔａｔｉｏｎ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００２９， Ｃｈｉｎａ） ．
⁃Ｃｈｉｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｅｃｏｌ．， ２０１５， ２６（６）： １６３４－１６４０．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｄｉｕｒｎａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｆ⁃
ｙｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ａｎｄ ｃａｎｏｐｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｋｏｅｌｒｅｕｔｅｒｉａ ｐａｎｉｃｕｌａｔａ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ， ｔｈｅ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ， ｃａｎｏｐｙ ｄｅｎｓｉｔｙ， ｌｅａｆ ａｒｅａ ｉｎｄｅｘ （ＬＡＩ） ａｎｄ
ｍｅａｎ ｌｅａｆ ａｎｇｌｅ （ＭＬＡ） ｗｅｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｏｎ ｃａｌｍ ｓｕｎｎｙ ｓｕｍｍｅｒ ｄａｙｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｉｎ Ｂｅｉｊｉｎｇ
Ｏｌｙｍｐｉｃ Ｆｏｒｅｓｔ Ｐａｒｋ， Ｃｈｉｎａ． Ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃａｎｏｐｙ ｄｅｎｓｉｔｙ， ＬＡＩ
ａｎｄ ＭＬＡ， ｗｈｉｃｈ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｆｙｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｔｏｇｅｔｈｅｒ． Ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｒｅａｃｈｅｄ ｉｔｓ
ｍａｘｉｍｕｍ ｂｙ １２：００， ｗｈｅｒｅａｓ ｔｈｅ ｈｕｍｉｄｉｆｙｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｒｅａｃｈｅｄ ｉｔｓ ｐｅａｋ ａｔ １０：００． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ
ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｐｅｎ ｓｐａｃｅ ｓｉｔｅ， ｔｈｅ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ａｐｐｅａｒｅｄ ｔｏ ｌｏｗｅｒ ｔｈｅ ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｂｙ ０．４３ ｔｏ ７．５３ ℃
ａｎｄ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｂｙ １％－２２％ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄａｙｔｉｍｅ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ａｎｄ
ｈｕｍｉｄｉｆｙｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｓｅｅｍ ｔｏ ｂｅ ｎｏｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｎｉｇｈｔ． Ｔｈｅ ｃａｎｏｐｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ＬＡＩ ｗｅｒｅ ｂｅｔ⁃
ｔｅｒ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｆｙｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｆｒｏｍ ９：００ ｔｏ １２：００． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｔｈｅｓｅ ｅｆｆｅｃｔｓ
ｗｅｒｅ ｌａｒｇｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｏｎｌｙ ｂｙ ｔｈｅ ｃａｎｏｐｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ｆｒｏｍ １２：００ ｔｏ １４：００ ａｎｄ ｗｅｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｃｏｒｒｅ⁃
ｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃａｎｏｐｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ＬＡＩ ａｆｔｅｒｗａｒｄｓ ｕｎｔｉｌ １８：００．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐｌａｎｔ； ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ； ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ； ｃａｎｏｐｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；
Ｋｏｅｌｒｅｕｔｅｒｉａ ｐａｎｉｃｕｌａｔａ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ．
∗北京市科学技术委员会项目（Ｄ１４１１００００４０１４００４）资助．
∗∗通讯作者． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｚｈａｎｄｏｎｇ＠ ｂｊｆｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
２０１４⁃０８⁃１５收稿，２０１５⁃０３⁃０７接受．
应 用 生 态 学 报　 ２０１５年 ６月　 第 ２６卷　 第 ６期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｊｕｎ． ２０１５， ２６（６）： １６３４－１６４０
　 　 作为园林绿地中的重要组成单元，园林植物群
落发挥着重要的生态服务功能，诸如降温增湿、滞
尘、杀菌、减噪等［１－５］，尤其在炎热的夏季，园林植物
群落可以通过自身生理活动对群落内部的热量、水
分和 ＣＯ２ 的交换进行调节［６］，同时，也可利用自身
的冠层结构，如郁闭度、叶面积指数、平均叶倾角等
阻挡一定的太阳直接辐射和周围环境的反射辐
射［７］，降低空气温度、增加相对湿度，进而调节局部
环境的微气候，进一步缓解城市的“热岛效应” ［８－１０］ ．
近年来，关于园林植物群落夏季降温增湿作用
的研究日益增多，主要集中在不同的植物群落种
类［１１－１３］、植物群落结构［１４－１８］、下垫面类型［１９－２０］以及
绿地尺度［２１］之间降温增湿作用的差异．研究表明，
植物群落可以明显改善周围环境的温湿效应，其冠
层结构通过直接或间接影响太阳辐射数量和植物本
身的生理活动，在降温增湿过程中起重要作
用［２２－２５］ ．晏海等［１７］通过对华北地区 ８个植物群落的
测定，发现群落叶面积指数、冠层盖度越大，则群落
内的空气温度越低，相对湿度越高．Ｐｅｔｅｒｓ 等［２６］研究
表明，植物群落的叶面积指数和郁闭度在很大程度
上决定了地表的空气温度．同时，通过对上海市外环
线以内地表温度与绿地覆盖率的相关性分析， 表明
绿地覆盖率与空气温度呈显著负相关，在整个外环
线范围地区，绿地覆盖率每增加 １％，地表平均温度
将下降 ０．０４７ ℃ ［２７］ ．上述结论大多是基于每天的日
平均降温增湿作用，而且模糊了树种的影响，忽略了
影响植物群落降温增湿作用的冠层结构参数在一天
中随着时间推移可能会发生变化．
栾树（Ｋｏｅｌｒｅｕｔｅｒｉａ ｐａｎｉｃｕｌａｔａ）为无患子科栾树
属落叶乔木，是北京的乡土树种和使用频率较高的
秋色叶树种．近年来，在国家倡导低碳园林、大量使
用乡土树种的背景下，栾树由于具有极高的观赏价
值，且耐寒、耐旱、耐盐碱，被林业部门列入北京市第
一批主要绿化树种，其在北京城市园林建设中的应
用量将逐渐增加［２８］ ．因此，本文以栾树群落为研究
对象，探讨了栾树群落冠层结构参数之间的相关关
系，分析了栾树群落降温增湿作用的日变化趋势，着
重研究了在一天中的不同时段栾树群落降温增湿作
用与郁闭度、叶面积指数、平均叶倾角的相关性，以
期为今后栾树群落的园林应用提供科学依据．
１　 研究地区与研究方法
１􀆰 １　 研究区概况
北京市（３９°４０′—４１°６０′ Ｎ，１１５°７０′—１１７°４０′ Ｅ）
位于华北平原西北边缘，地处中纬地带，属于典型的
暖温带半湿润大陆性季风气候，１ 月均温最低，７ 月
均温最高，全年无霜期 １８０ ～ ２００ ｄ，年降雨量 ６３０
ｍｍ，超过 ７０％降雨集中在 ７、８ 月［２９］ ．本研究在北京
奥林匹克森林公园 （ ４０°—４０° ２′ Ｎ， １１６° ２２′—
１１６°２４′ Ｅ）进行，总面积达 ６８０ ｈｍ２，其中绿地面积
约 ４５０ ｈｍ２，植被覆盖率达 ９０％（植物群落区域占地
面积在 ７０％以上） ［２９］ ．公园模拟北京当地乡土生态
环境及植物自然群落的组合规律，可以达到进一步
改善城市生态环境的作用．
１􀆰 ２　 栾树群落概况
栾树群落位于奥林匹克森林公园南园的西部
（４０°１′ Ｎ，１１６°２２′ Ｅ），面积为 ５０ ｍ×５０ ｍ，人可以自
由进入，且远离大面积水域和大型服务性建筑，包括
８４株尺寸规格和树龄相近的栾树，种植密度为 ０．０３
株·ｍ－２（表 １）．选择与栾树群落下垫面基本一致、
距该群落不超过 １００ ｍ 的空旷草地作为对照点，其
地被植物生长状态正常，将冠层结构作为研究对象
与对照点之间的主要变量．
１􀆰 ３　 测定项目与方法
园林植物群落降温增湿作用最明显的时期是天
气晴朗的夏季，故本试验在 ２０１２ 年 ８ 月 １０—１５ 日
进行，阴天、大风和下雨等非典型夏季气候暂停试
验．按照每 ２个测点间隔 １０ ｍ 且均匀布点的方式，
在群落内设置 １６个测点．测定群落内每株栾树的指
标（胸径、冠幅、树高）、空气温度、相对湿度、冠层结
构特征（郁闭度、叶面积指数、平均叶倾角）．
在 １６个测点和对照点处，分别放置ＣＥＮＴＥＲ⁃
表 １　 栾树群落空间结构特征
Ｔａｂｌｅ １　 Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｋｏｅｌｒｅｕｔｅｒｉａ ｐａｎｉｃｕｌａｔａ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ
物种
Ｓｐｅｃｉｅｓ
高度
Ｈｅｉｇｈｔ
（ｍ）
胸径
Ｄｉａｍｅｔｅｒ ａｔ
ｂｒｅａｓｔ ｈｅｉｇｈｔ （ｃｍ）
郁闭度 ／盖度
Ｃａｎｏｐｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ／
ｇｒｏｕｎｄ ｃｏｖｅｒ （％）
叶面积指数
Ｌｅａｆ ａｒｅａ
ｉｎｄｅｘ
平均叶倾角
Ｍｅａｎ ｌｅａｆ ａｎｇｌｅ
（°）
栾树 Ｋ． ｐａｎｉｃｕｌａｔａ ９．３４±２．６７ １３．５２±１．８４ ０．９０±０．０７ ２．１４±０．２３ ６８．９６±２０．４０
野牛草 Ｂｕｃｈｌｏｅ ｄａｃｔｙｌｏｉｄｅｓ ０．１９±０．０４ － ０．８３±０．０６ － －
狗尾草 Ｓｅｔａｒｉａ ｖｉｒｉｄｉｓ ０．３７±０．０７ － ０．０９±０．０４ － －
抱茎苦荬菜 Ｉｘｅｒｉｄｉｕｍ ｓｏｎｃｈｉｆｏｌｉｕｍ ０．１３±０．０５ － ０．０６±０．０３ － －
５３６１６期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 秦　 仲等： 夏季栾树群落冠层结构对其环境温湿度的调节作用　 　 　 　 　 　
３４２温湿度记录仪（温度测试精度±０．４ ℃，相对湿
度测试精度±３％）同步记录栾树群落的温湿度，每
天 ２４ ｈ连续测定，记录时间间隔 １ ｍｉｎ，测定高度为
１．５ ｍ．
基于现场测绘的群落植物分布图，详细测量、记
录每株栾树的相关参数，即胸径、冠幅、树高．用 ＣＩ⁃
１１０植物冠层图像分析仪分别测定叶面积指数和平
均叶倾角，并使用配套的 ＣＩ⁃１１０ 软件计算数值［３０］ ．
利用数码相机（ＳＯＮＹ ＤＳＣ⁃Ｔ２０）在距离地面 １．５ ｍ
高处使镜头始终保持水平向群落冠层拍照，借助
Ａｄｏｂｅ Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ ＣＳ５ 软件，将照片转为灰度双色调
图像，统计整个冠层封闭区域和天空影像的像
素［３１］ ．郁闭度 ＝ １－冠层范围内天空影像的像素值 ／
整个冠层范围像素值．
１􀆰 ４　 数据处理
将降温作用和增湿作用分别定义为温度差值和
湿度差值，计算公式：
ｄＴａｉｒ ＝Ｔａｉｒｓｕｎ－Ｔａｉｒｓｈ
ｄＲＨ ＝ＲＨｓｈ－ＲＨｓｕｎ
式中：ｄＴａｉｒ为温度差值（℃）；Ｔａｉｒｓｕｎ为对照点温度；
Ｔａｉｒｓｈ为群落内部温度；ｄＲＨ为湿度差值（％）；ＲＨｓｈ为
群落内部湿度；ＲＨｓｕｎ为对照点湿度．
将试验中每天同一时刻的温湿度值进行算术平
均，再将同一时刻 １６ 个测点的数据进行平均计算，
得到该时刻群落的温湿度数据，并在 Ｅｘｃｅｌ ２０１０ 软
件中绘制温湿度的日变化趋势图．利用 ＳＰＳＳ １７．０软
件对群落内部和对照点白天（８：００—１８：００）及晚上
（１８：００—次日 ８：００）的温湿度分别进行单因素方差
分析．分别将降温增湿值与 ３ 个冠层结构参数导入
ＳＰＳＳ １７．０软件进行相关性分析，评价郁闭度、叶面
积指数、平均叶倾角对降温增湿作用的影响程度，并
将其分析结果在 Ｅｘｃｅｌ ２０１０ 软件中记录并作图．最
后，依据群落内 １６ 个测点的郁闭度、叶面积指数和
平均叶倾角数据，在 ＡｒｃＶｉｅｗ ＧＩＳ ３．３ 中通过空间插
值计算，分别绘制３个冠层结构参数在群落中的水
表 ２　 栾树群落郁闭度、叶面积指数和平均叶倾角之间的相
关系数
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃａｎｏｐｙ ｄｅｎｓｉ⁃
ｔｙ， ＬＡＩ ａｎｄ ＭＬＡ ｏｆ ｔｈｅ Ｋｏｅｌｒｅｕｔｅｒｉａ ｐａｎｉｃｕｌａｔａ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ
郁闭度
Ｃａｎｏｐｙ ｄｅｎｓｉｔｙ
叶面积指数
ＬＡＩ
平均叶倾角
ＭＬＡ
郁闭度 Ｃａｎｏｐｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ０．３３２∗∗ ０．６６７∗∗
叶面积指数 ＬＡＩ ０．３３２∗∗ ０．３６５∗∗
平均叶倾角 ＭＬＡ ０．６６７∗∗ ０．３６５∗∗
∗Ｐ＜０．０５； ∗∗ Ｐ＜０．０１． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
平分布图．
２　 结果与分析
２􀆰 １　 栾树群落郁闭度与叶面积指数、平均叶倾角的
相关关系
一般情况下，郁闭度大的测点具有较大的叶面
积指数和平均叶倾角．而叶面积指数较大的区域平
均叶倾角也较大（图 １）．栾树群落的郁闭度与叶面
积指数和平均叶倾角均呈显著正相关，但郁闭度和
叶面积指数的相关性不及平均叶倾角．此外，叶面积
指数与平均叶倾角也达到显著相关（表 ２）．因此，栾
树群落的 ３个冠层结构参数之间表现出密切的相关
关系，且共同影响群落的降温增湿作用．
２􀆰 ２　 栾树群落降温和增湿作用的日变化
２􀆰 ２􀆰 １降温作用的日变化　 栾树群落内部及对照点
的温度均随时间呈现“上升—下降—上升”的变化
趋势，在 １５：００ 左右达到全天的最高温度．除了
１９：００—次日 ６：００，栾树群落内各个测点的温度均
低于对照点，对照点的温度为 ２１．９３～３７．７８ ℃，而群
落内部的温度集中在 ２２．９２ ～ ３０．４８ ℃ （图 ２）．同时，
栾树群落的降温作用在一天中表现出单峰型变化，
且与对照点的温度有关．８：００—１２：００，随着外界温
度的升高，栾树群落的降温作用越来越显著，并在中
午 １２：００左右达到最大值；１９：００之后，随着太阳辐
射的消失以及地面辐射和大气逆辐射的增加，外界
温度降低而群落内部温度升高，导致降温值＜０，表
明栾树群落在该时段失去了降温作用，直到次日
图 １　 栾树群落郁闭度（ａ）、叶面积指数（ｂ）和平均叶倾角（ｃ）的分布
Ｆｉｇ．１　 Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｎｏｐｙ ｄｅｎｓｉｔｙ （ａ）， ＬＡＩ （ｂ） ａｎｄ ＭＬＡ （ｃ）．
６３６１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
７：００以后，降温值＞０，依次完成周期性的变化．
栾树群落白天平均温度（８：００—１８：００）与对照
点差异显著，这表明在 ８：００—１８：００，栾树群落具有
明显的降温作用，与对照点相比，栾树群落的降温作
用为 ０．４３～７．５３ ℃，平均值为 ３．７５ ℃ ．栾树群落晚上
平均温度（１８：００—次日 ８：００）与对照点无显著差
异，这与降温作用日变化情况一致．
２􀆰 ２􀆰 ２增湿作用的日变化　 栾树群落内部及对照点
的相对湿度在一天中均呈现“Ｕ”型变化，随着温度
的升高相对湿度逐渐降低，且在 １５：００ 左右群落温
度达到最大值时，相对湿度最小 （图 ２ ）． 除了
１９：００—次日 ６：００以外，群落内部的相对湿度均高
于对照点，主要为 ５７％～９２％，而对照点相对湿度最
低为 ４６％，最高为 ９７％，表明栾树群落在一天的大
部分时间中均可发挥增湿作用，并在 １０：００ 左右达
到最大值；但是 １９：００以后，对照点相对湿度高于群
落内部，即增湿作用出现负值，这是因为晚上外界温
度急剧降低，湿度相应升高，同时，植物群落的蒸腾
作用减弱，散发出的水分减少，因此群落内部湿度逐
渐降低，直到低于对照点；次日 ７：００，增湿作用缓慢
恢复，在 ８：００左右呈现正值，重新发挥增湿作用．
将栾树群落和对照点的白天平均相对湿度
（８：００—１８：００）、晚上平均相对湿度（１８：００—次日
８：００）进行单因素方差分析，白天群落的平均相对
图 ２　 栾树群落空气温度（Ａ）和相对湿度（Ｂ）的日变化
Ｆｉｇ．２　 Ｄｉｕｒｎａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｕ⁃
ｍｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｋｏｅｌｒｅｕｔｅｒｉａ ｐａｎｉｃｕｌａｔａ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ．
Ⅰ： 栾树群落 Ｋ． ｐａｎｉｃｕｌａｔａ ｃｏｍｎｕｎｉｔｙ； Ⅱ： 对照点 Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｐｅｎ ｓｐａ⁃
ｃｅ ｓｉｔｅ； Ⅲ： 差值 Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ．
湿度与对照点有显著差异，所以在白天，栾树群落的
增湿作用非常有效，相比对照点，平均增湿 １１％，最
小值为 １％，最大值为 ２２％；但在晚上，群落内部相
对湿度与对照点不存在显著差异，表明该时段栾树
群落虽然可以增加林下空间的相对湿度，但这种增
湿作用很有限，与其日变化趋势一致．
２􀆰 ３　 栾树群落降温和增湿作用与郁闭度、叶面积指
数、平均叶倾角的相关性
２􀆰 ３􀆰 １降温作用　 由于栾树群落降温作用显著的时
间段为 ８：００—１８：００，故在该时间段内探讨降温作
用与郁闭度、叶面积指数和平均叶倾角的相关性．栾
树群落的 ３个冠层结构参数均可对其降温作用产生
影响，但对每个参数的影响程度不一样，且这种影响
随时间的推移而发生变化（图 ３）．相对于平均叶倾角，
郁闭度、叶面积指数均与降温作用关系紧密，郁闭度
的作用显著且稳定，而叶面积指数的影响却波动较
大．在 ８：００—１２：００，郁闭度、叶面积指数与降温作用
呈显著正相关，而平均叶倾角对降温作用的影响不显
著．１２：００—１４：００，叶面积指数的作用出现波动，仅郁
闭度显著影响群落的降温作用，直至１８：００，郁闭度和
叶面积指数又与降温作用呈显著正相关（表 ３）．
２􀆰 ３􀆰 ２增湿作用　 由于栾树群落增湿作用明显的时
间段为 ８：００—１８：００，因而在该时间段内将增湿作
用分别与郁闭度、叶面积指数、平均叶倾角进行相关
图 ３　 栾树群落降温（Ａ）和增湿（Ｂ）作用与郁闭度（ａ）、叶面
积指数（ｂ）、平均叶倾角（ｃ）相关系数的日变化
Ｆｉｇ．３　 Ｄｉｕｒｎａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ
ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｆｙｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｃａｎｏｐｙ ｄｅｎｓｉｔｙ （ａ）， ＬＡＩ
（ｂ） ａｎｄ ＭＬＡ （ｃ）．
７３６１６期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 秦　 仲等： 夏季栾树群落冠层结构对其环境温湿度的调节作用　 　 　 　 　 　
表 ３　 栾树群落降温和增湿作用与郁闭度、叶面积指数、平
均叶倾角的相关性
Ｔａｂｌｅ ３　 Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｆｙｉｎｇ
ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｃａｎｏｐｙ ｄｅｎｓｉｔｙ， ＬＡＩ ａｎｄ ＭＬＡ
时刻
Ｏ’ｃｌｏｃｋ
郁闭度
Ｃａｎｏｐｙ
ｄｅｎｓｉｔｙ
叶面积
指数
ＬＡＩ
平均叶
倾角
ＭＬＡ
降温作用 ８：００—１２：００ ０．５１５∗∗ ０．４４５∗ ０．０９６
Ｃｏｏｌｉｎｇ １２：００—１４：００ ０．６８２∗ ０．３６０ ０．２８７
ｅｆｆｅｃｔ １８：００ ０．６９９∗∗ ０．４６６∗ ０．１９８
增湿作用 ９：００—１２：００ ０．５２４∗ ０．５２９∗ ０．１０１
Ｈｕｍｉｄｉｆｙｉｎｇ １２：００—１４：００ ０．６１７∗ ０．３５４ ０．１８４
ｅｆｆｅｃｔ １８：００ ０．４９７∗ ０．４４３∗ ０．１１６
性分析．在试验过程中，郁闭度、叶面积指数和平均
叶倾角均在不同程度上决定了群落的增湿作用，但
这种作用并非恒定．从整体上看，郁闭度、叶面积指
数对增湿作用的影响大于平均叶倾角，且在 １４：００
之后表现出了不稳定（图 ３）．９：００—１２：００，郁闭度、
叶面积指数与增湿作用呈显著正相关，而平均叶倾
角的促进作用不明显；１２：００—１４：００，叶面积指数的
作用骤然减弱，仅郁闭度显著影响群落的增湿作用；
１７：００以后，郁闭度、叶面积指数与增湿作用之间的
相关性逐渐增强，在 １８：００左右，郁闭度和叶面积指
数又共同决定了栾树群落的增湿作用，而平均叶倾
角的影响依然很弱（表 ３）．
３　 讨　 　 论
３􀆰 １　 栾树群落降温增湿作用的日变化
目前，大多数研究的关注焦点集中在日平均温
湿作用与冠层结构参数的相关性［１６－１７］，忽略了影响
降温增湿作用的冠层结构参数有可能在一天中的不
同时段发生变化．因此，本文在描述栾树群落降温增
湿作用日变化趋势的基础上，系统分析了一天中不
同时段降温增湿作用与冠层结构参数的相关性．
由于植物群落主要依靠其冠层结构阻挡太阳直
接辐射，对内部温湿度进行调节，所以在一天当中随
着太阳直接辐射的规律性变化，植物群落的降温增
湿作用也表现出一定规律［１２］ ．随着环境温度的升
高，蒸腾作用相应增强，而冠层结构限制了蒸腾作用
释放水分的散失，使得群落内部湿度维持在较高的
水平［７，３２］ ．本研究中，栾树群落的降温增湿作用也呈
现出周期性的日变化趋势，降温作用在１２：００左右达
到最大值，增湿作用在 １０：００左右达到最大值，白天
可降温 ０．４３ ～ ７．５３ ℃，平均 ３．７５ ℃，可增湿 １％ ～
２２％，平均 １１％．这与植物群落在城市园林绿地环境
下可降温 ０．８０ ～ ５．１５ ℃、增湿 ３％ ～ ９％［１７，３３－３５］的结
论一致．
在 １９：００—次日 ６：００ 降温增湿作用出现负值，
这是因为晚上对照点的温度骤降，而群落内部白天
积累的热量由于冠层结构的遮挡不易散发出去，使
得群落内部的温度在该时段反而比对照点高．同时，
晚上植物的生理活动减弱，水分大量储藏在植物叶
片中而不会散发到群落内部，因此晚上群落内的湿
度比对照点小．而白天植物的各种生理活动又会消
耗大量水分，直至晚上又开始建立这样的水分存储，
所以群落的温湿作用形成一个周期性的日变化趋
势［１５］ ．晏海等［１７］对华北地区树木群落（包括栾树群
落）夏季微气候特征的研究也得出类似的结论．
３􀆰 ２　 栾树群落冠层结构参数对降温增湿作用的
影响
武小刚等［１６］对绿地绿量、叶面积指数与绿地降
温增湿效应之间的相关性进行了研究，认为在垂直
方向上降温效应与叶面积指数呈显著正相关，但增
湿效应与叶面积指数的相关性不显著．同时，毛白杨
群落的叶面积指数和郁闭度对其环境温湿度具有重
要的调节作用，且这种调节作用在一天中的不同时
段分别发生变化［２４］ ．本研究也发现，郁闭度和叶面
积指数是影响栾树群落降温增湿作用的主要因子，
进一步验证了 Ｅｍｉｌｙ 等［２６］的研究成果，即在白天，
地表空气温度的高低主要由郁闭度和叶面积指数决
定，郁闭度越大、叶面积指数越高，则群落内的空气
温度就越低．
但是，这 ２ 个影响因子与降温增湿作用的相关
性在一天中并非固定不变，而是随着时间的推移发
生变化．９：００—１２：００，郁闭度和叶面积指数与降温
增湿作用均呈显著相关，而 １２：００—１４：００，只有郁
闭度显著影响群落的降温增湿作用，直至 １８：００，郁
闭度和叶面积指数又共同决定了降温增湿作用．群
落冠层对太阳辐射的阻挡影响着群落内部的温湿
度［６－７］，又因为太阳入射角在一天中的不同时刻发
生变化，所以群落冠层的阻挡效果也相应改变，当入
射角度较小且辐射强度较弱时，群落冠层所承受的
阻挡强度相对较小，因此郁闭度可以对群落内部的
温湿度起到决定作用，而随着入射角度逐渐增大，辐
射强度增强，不仅郁闭度，叶面积指数也会对调节群
落内部的温湿度发挥重要作用．但是，与空气温度相
比，相对湿度受群落冠层结构的影响较小．这是因为
相对湿度不仅受植物蒸腾作用影响，还受到土壤含
水量、灌溉时间、土壤蒸发以及地被植物盖度等因素
的影响．
８３６１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
本文重点探讨了栾树群落的降温增湿作用及其
与 ３个冠层结构参数的相关性，其他常用园林树种
以及其他影响降温增湿作用的冠层结构参数还有待
进一步研究．以此为基础，可以基于降温增湿作用，
对植物配置中园林树种的选择提供科学依据，确保
城市绿地在一天中的不同时段均可呈现出明显的温
湿效应．同时，根据植物群落冠层结构参数与降温增
湿作用之间的相关性，通过对冠层结构参数的测定，
也可初步评价植物群落的温湿效应．
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４０８－４１５
作者简介　 秦　 仲，男，１９８６ 年生，博士研究生．主要从事园
林植物应用与园林生态研究． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｚｑｘｊ１５＠ １６３．ｃｏｍ
责任编辑　 孙　 菊
０４６１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷