全 文 ：第 52 卷 第 1 期
2 0 1 6 年 1 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 52，No. 1
Jan．，2 0 1 6
doi:10．11707 / j．1001-7488．20160105
收稿日期: 2014 － 10 － 29; 修回日期: 2015 － 10 － 23。
基金项目: 北京市科学技术委员会项目(D141100004014004)。
* 李湛东为通讯作者。
北京园林绿地 5 种植物群落夏季降温增湿作用*
秦 仲1 李湛东1 成仿云1 沙海峰2
(1． 北京林业大学园林学院 国家花卉工程技术研究中心 花卉种质创新与分子育种北京市重点实验室
城乡生态环境北京实验室 北京 100083; 2． 北京市林业种子苗木管理总站 北京 100029)
摘 要: 【目的】以往有关园材绿地降温增湿作用的研究主要基于大尺度，模糊了绿地中具体的群落结构和树种
影响，本研究基于小尺度探讨 5 种植物群落连续的温湿度日变化动态和准确的降温增湿作用，为其园林应用提供
参考，也为城市绿地系统的规划和建设提供理论依据。【方法】于天气晴朗且无风的夏季，在北京奥林匹克森林公
园选取毛白杨、榆、旱柳、栾树、银杏 5 种冠层结构特征不同的植物群落作为研究对象，以空旷草坪为对照，分别对 5
种植物群落及对照点的空气温度、相对湿度、风速和冠层结构参数进行测试，以每分钟的数据为基础，利用
EXCEL2010 和 SPSS19. 0 软件对测定结果进行数据处理和量化分析，研究了每种植物群落完整的温湿度日变化规
律，比较不同植物群落之间降温增湿作用的差异。【结果】5 种植物群落的温湿度在 24 h 中均呈现出“单峰型”的
变化规律，且各个群落在 1 天中处于高温低湿状态的时间段各不相同，毛白杨群落是 11:00—16:00，银杏群落是
12:00—17:00，旱柳群落的高温低湿时段最长，为 11:00—17:00，而榆树和栾树群落未出现明显的高温低湿时间
段。此外，在 08:00—18:00，5 种植物群落都具有明显的降温增湿作用，日均降温 3. 0 ～ 4. 3 ℃，平均为3. 7 ℃ ; 日均
增湿 10. 2% ～ 12. 8%，平均为 11. 3% ;而在 18:00—08:00，5 种植物群落与对照点之间的温湿度差异并不显著，仅
榆树群落具有不明显的降温增湿作用。【结论】基于每分钟的测定数据，该研究展示了北京 5 种常见植物群落在 1
天中的温湿度日变化趋势，且温度的日变化趋势比湿度更加稳定。同时，由于各个群落的冠层结构特征存在一定
差异，因此不同植物群落对其内部环境温湿度表现出不同的调节作用，该作用在白天时段达到显著水平，而在夜间
降温增湿作用并不明显。
关键词: 植物群落; 空气温度; 相对湿度; 热岛效应; 北京奥林匹克森林公园
中图分类号:S731. 2; TU986. 2 文献标识码:A 文章编号:1001 － 7488(2016)01 － 0037 － 11
Cooling and Humidifying Effects of Five Landscape Plant
Communities on Summer Days in Beijing
Qin Zhong1 Li Zhandong1 Cheng Fangyun1 Sha Haifeng2
(1 ． School of Landscape Architecture，Beijing Forestry University National Engineering Ｒesearch Centre for Floriculture
Beijing Key Laboratory of Ornamental Plants Germplasm Innovation and Molecular Breeding Beijing Laboratory of
Urban and Ｒural Ecological Environment Beijing 100083; 2 ． Beijing Forestry Seed and Seedling Management Station Beijing 100029)
Abstract: 【Objective】Previous researches on the cooling and humidifying effects of urban green space mainly base on
the large-scale and obscure the influence of plant community structure and tree species． However，this study based on the
fine-scale investigated the daily dynamics in air temperature and relative humidity and the accurate cooling and
humidifying effects of the five landscape plant communities during a calm sunny summer day，aiming to provide a reference
for their landscape application as well as provide the theoretical basis for planning and construction of the urban green
space system． 【Method】 In the Beijing Olympic Forest Park，five landscape plant communities with different canopy
structure characteristics， including Populus tomentosa community， Ulmus pumila community， Salix matsudana
community，Koelreuteria paniculata community，and Ginkgo biloba community，were selected as the research object． The
open turfgrass lawn served as control open space site． The air temperature，relative humidity，wind speed，and canopy
structure characteristics were measured in the field on calm sunny summer days． The collected data were processed and
quantitatively analysed in every minute through the EXCEL2010 and SPSS19． 0 software，to detect the detailed diurnal
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variation in the air temperature and relative humidity of the every studied community and to compare the cooling and
humidifying effects among the five communities． 【Ｒesult】The results showed that diurnal variation in the air temperature
and relative humidity of the five plant communities displayed a single peak in the 24 h of a day and the periods in which
a state of high temperature and low humidity was maintained were different among the communities． The period of high
temperature and low humidity appeared at 11:00 to 16:00 in P． tomentosa community，12:00 － 17:00 in G． biloba
community，and 11: 00 to 17: 00 in S． matsudana community which was relatively longer than other communities．
However，there was no obvious high temperature and low humidity state in U． pumila and K． paniculata communities．
Additionally，all the five plant communities had the significant cooling and humidifying effects during 08:00 to 18:00
when they lowered the air temperature by 3． 0 to 4. 3 ℃ with an average of 3. 7 ℃ ． Meanwhile，compared with the control
open space site，they increased the relative humidity by an average of 11． 3% and ranged from 10． 2% to 12． 8% ．
However，these two effects in the studied communities were not significantly different from the control during 18:00 to 08:
00 except in the U． pumila community． 【Conclusion】On the basis of measured data per minute，there was a unimodal
diurnal variation in these two microclimate indices in the five frequently-used communities and the diurnal variation in air
temperature was more stable than that in relative humidity． Moreover，these plant communities had different influence on
the air temperature and relative humidity within the internal environment likely because of the difference in canopy
structure characteristics． These cooling and humidifying effects tended to be significant during the daytime while they were
not significant during the night． Therefore，this study might form a theoretical reference for people to pleasantly employ the
urban green space with the five tree species． Furthermore，other frequently-used tree species would be investigated on this
issue，to provide a reference for the scientific planting design to build a urban green space with the pleasing temperature
and humidity，as well as to promote the comfort degree for outdoor activities．
Key words: plant community; air temperature; relative humidity; heat island effect; Beijing Olympic Forest Park
随着城市化进程的加快和城市人口的不断增
加，城市“热岛效应”日益突出(Oke，1982; Mohan et
al．，2011; Hathwaya et al．，2012)，尤其在高温的夏
季，给人们的正常工作和生活带来了诸多不适
(Golden，2004; Nikolopoulou et al．，2006)。植物群
落是园林绿地发挥温湿效应的主要载体，不仅可以
通过冠层结构特征，如郁闭度、叶面积指数、平均叶
倾角等影响吸收和反射太阳直接辐射和周围环境的
反射辐射(Smith et al．，2004; Tanaka et al．，2006)，
而且也可以通过蒸腾作用、光合作用等生理活动对
群落内部的热量和水分进行调节 ( Foley et al．，
2003; Moriwaki et al．，2004)，进而降低林下空气温
度，增加林下相对湿度，改善周围环境的小气候，以
缓解 城 市 “热 岛 效 应 ”( 陈 自 新 等， 1998;
Panagopoulos，2008; Gomez-Munoz et al．，2010)。
有关城市绿地降温增湿作用的研究表明，与无植
物冠层遮挡的空间相比，植物群落可以降低空气温度
0. 8 ～ 5. 15 ℃，增加相对湿度 2. 9% ～ 8. 3% ( Jonsson，
2004; 张明丽等，2008; Zoulia et al．，2009; Cohen
et al．，2012; Vailshery et al．，2013)，而降温增湿作用
差异的主要影响因子包括树种和冠层结构特征
(Emily et al．，2010; 李英汉等，2011; Qin et al．，
2014)。Cohen 等(2012)以植被覆盖度不同的城市绿
地为研究对象，对其温湿度的日变化和季节性变化进
行研究发现，在夏季降温作用最大可达 3. 8 ℃。张明
丽等(2008)在上海选取 14 个典型园林植物群落进行
降温增湿效果研究，结果显示不同植物群落的降温增
湿效果有很大差异，降温幅度为 3. 3 ～ 4. 5℃，而增湿
幅度为 10. 6% ～ 17. 4%。Emily 等(2010)的研究则
进一步印证了植物群落的郁闭度和叶面积指数可以
显著影响其降温增湿作用，且这种影响在夏季 1 天的
不同时刻都在发生变化(Qin et al．，2014)。此外，在
更大尺度上，城市公园、居住区绿地和街旁绿地等城
市绿地系统通过大面积的植物群落覆盖，可对整个城
市的小气候起到调节作用(刘娇妹等，2008; 李英汉
等，2011; 朱春阳等，2011)。在城市绿地系统中，植
物群落按照一定的种类组成、数量比例和结构特征，
共同形成城市绿地的重要组成单元，决定其降温增湿
作用，而基于大尺度的研究模糊了绿地中具体的群落
结构和树种影响。因此，对小尺度植物群落降温增湿
作用的研究，是研究城市绿地生态效益的重要基础，
对城市绿地系统规划具有更为直接的指导作用。此
外，以往研究多集中在每天的日平均降温增湿作用或
是以一个时段为数据间隔的降温增湿作用(刘娇妹
等，2008; 张明丽等，2008; Cohen et al．，2012)，忽略
了在 1 天中细微的变化趋势，因而有可能遗漏已存在
83
第 1 期 秦 仲等: 北京园林绿地 5 种植物群落夏季降温增湿作用
的一段极端温湿度状态，而这部分值对分析群落温湿
度的实际变化规律及其实际的平均降温增湿作用具
有重要意义。
本研究以北京园林绿地 5 种常见植物群落为对
象，基于每分钟的测定数据，研究每个群落相对完整
的温湿度日变化规律，比较在 1 天中不同时段不同
植物群落之间降温增湿作用的差异，探讨形成这种
差异的驱动机制，以期探明出 5 种植物群落连续的
温湿度日变化动态和准确的降温增湿作用，为其园
林应用提供相应参考，也为城市绿地系统的规划和
建设提供理论依据。
1 研究区概况与研究方法
1. 1 研究区概况
北京市位于华北平原西北部，地处中纬度地带，
属于典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，夏季高
温多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促。1 月的平均温
度最低，约为 － 3. 7 ℃，而 7 月的平均温度最高，约
为 26. 2 ℃。
本研究在北京奥林匹克森林公园(40. 00°—40. 03° N，
116. 37°—116. 40° E)进行，南起奥林匹克中心区，
北接城郊防护绿地，横跨北五环主路，东起安立路，
西至白庙村路，总面积 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 70%以上)(潘剑彬，2011)。
1. 2 样地选择
所选 5 个植物群落均位于奥林匹克森林公园南
园。为保证测定数据的可靠性并具有可比性，同时
减少群落测定的边缘效应，所选群落均远离水域和
大型服务性建筑，试验样地设置于群落的中心位置，
面积 50 m × 50 m，人可自由进入，每种群落均为
“乔 －草”结构，且乔木之间的尺寸规格和树龄均相
近(表 1)。此外，为尽可能使对照点与各个群落的
环境背景一致并排除其他因子的影响，将对照点设
置于距离每种植物群落不超过 100 m 的空旷草地，
共计 5 处，其生长状态正常，维护管理情况与试验样
地基本一致。
表 1 5 种植物群落的空间结构特征①
Tab. 1 Structural characteristics of the five plant communities
植物群落
Plant
community
树高
Tree
height /m
冠幅
Crown
diameter /m
胸径
DBH /cm
郁闭度
Canopy
density
叶面积
指数
LAI
平均叶
倾角
MLA /( °)
地被植物
Groundcover
plant
地理位置
Geographical
position
毛白杨
Populus
tomentosa
15. 70 ±
3. 40
4. 39 ±
1. 53
19. 26 ±
5. 55
0. 78 ±
0. 22
1. 89 ±
0. 14
79. 19 ±
10. 44
艾蒿 Artemisia argyi，抱茎苦荬菜
Ixeridium sonchifolium，蒲公英
Taraxacum mongolicum
40. 013 9° N，
116. 392 7° E
榆树
Ulmus
pumila
11. 02 ±
1. 92
3. 92 ±
1. 62
14. 64 ±
5. 48
0. 91 ±
0. 04
1. 96 ±
0. 26
61. 50 ±
21. 04
抱茎苦荬菜 I． sonchifolium，萝藦 Metaplexis
japonica，蒲公英 T． mongolicum
40. 020 5° N，
116. 388 0° E
旱柳
Salix
matsudana
9. 84 ±
2. 40
4. 43 ±
1. 21
14. 41 ±
2. 06
0. 86 ±
0. 06
1. 61 ±
0. 26
78. 05 ±
12. 82
野牛草 Buchloe dactyloides，狗尾草 Setaria
viridis，蒲公英 T． mongolicum
40. 018 2° N，
116. 375 7° E
栾树
Koelreuteria
paniculata
9. 34 ±
2. 67
4. 38 ±
1. 91
13. 52 ±
1. 84
0. 90 ±
0. 07
2. 14 ±
0. 23
68. 96 ±
20. 40
野牛草 B． dactyloides，狗尾草 S． viridis，
抱茎苦荬菜 I． sonchifolium
40. 017 2° N，
116. 374 6° E
银杏
Ginkgo
biloba
8. 08 ±
2. 12
2. 84 ±
0. 81
15. 93 ±
2. 49
0. 88 ±
0. 06
1. 86 ±
0. 24
68. 52 ±
18. 75
高羊茅 Festuca elata，
蒲公英 T． mongolicum
40. 013 0° N，
116. 379 6° E
①DBH: Diameter at breast height; LAI: Leaf area index; MLA: Mean leaf angle．
1. 3 测试时间及指标
植物群落降温增湿作用最明显的时期是晴朗无
风(风速小于 2 m·s － 1 )的夏季，故本研究在 2012 年
7—8 月进行，每个群落至少测 3 天，每天 24 h 连续
测定，排除阴天、大风和下雨等非典型夏季气候的测
定数据，尽可能确保 5 种植物群落测定时期的外部
气候条件基本一致，使得群落之间的温湿度具有可
比性。按照每 2 个测点间隔 10 m 且均匀布点的方
式，在每个样地内设置 16 个测点(图 1)。测试指标
有群落内每株植物的指标(胸径、冠幅、树高)、空气
温度、相对湿度、风速、冠层结构特征(郁闭度、叶
面积指数和平均叶倾角)。
1. 4 测试方法
温湿度及风速:在每个样地内 16 个测点和对照
点处，分别安置 CENTEＲ-342 温湿度记录仪 (温度
测试精度 ± 0. 4 ℃，相对湿度测试精度 ± 3% )，每天
93
林 业 科 学 52 卷
图 1 试验样地中测点及对照点布置示意
Fig． 1 The location of the measuring point and control open space site
24 h 连续同步记录温湿度，记录间隔设为1 min，测
定高度为 1. 5 m，(即一般人的呼吸高度)。此外，在
每个样地中心及距中心 10 m 的东、南、西、北 4 个方
向上分别使用风速仪测定风速，每小时记录 1 次。
群落结构及冠层结构参数:实地测绘每个试验
样地内每株乔木的平面分布图，测量、记录每株乔木
的胸径、冠幅、树高和枝下高，以便详细掌握整个群
落的构成特征和相关参数。同时，在样地内的 16 个
测点处用 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
计算其数值(Norman et al．，1989)。此外，用数码相
机(SONY DSC-T20)在 16 个测点处距离地面 1. 5 m
使镜头始终保持水平向群落冠层拍照，并借助
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
(骆汉等，2011)，计算郁闭度:
郁闭度 = 1 － B /A。
式中:A 为整个冠层范围像素值; B 为冠层范围内天
空影像的像素值。
1. 5 数据处理
本研究将降温作用和增湿作用分别定义为温度
差值和湿度差值，而将降温率和增湿率分别定义为
温度差值和湿度差值与对照点温湿度的比值。从而
可以对 5 种植物群落在不同日期和不同时刻的降温
增湿作用进行有统计学意义地分析和比较，计算公
式如下:
dT air(℃ ) = T airsun － T airsh;
dT air(% ) = (T airsun － T airsh) / T airsun;
dＲH (% ) = ＲHsh － ＲHsun;
dＲH (% ) = (ＲHsh － ＲHsun) / ＲHsun。
式中:dT air (℃ ) 为温度差值; dT air (% ) 为降温率;
T airsun为对照点温度;T airsh群落内部温度; dＲH(% )
为相对湿度差值;dＲH(% )为增湿率;ＲHsh为群落
内部湿度;ＲHsun对照点湿度。
针对每种群落，将试验中每天同一时刻的温湿
度值加以算术平均，再将同一时刻 16 个测点的数据
进行平均计算，即得到该时刻群落的温湿度数据，并
在 EXCEL 2010 中绘制温湿度的日变化趋势图以及
不同群落降温增湿作用之间的柱状图。此外，通过
SPSS 17. 0 软件的单因素方差分析，对每种群落白
天(08:00—18:00)及夜间(18:00—08:00)的降温
增湿作用是否显著进行比较。同时，对 5 种植物群
落的降温增湿作用进行单因素方差分析，并对其平
均降温增湿作用的差异性进行评价。
2 结果与分析
2. 1 5 种植物群落内部环境温度的日变化趋势
由图 2 可以看出，由于外界环境条件的瞬时改
变，对照点的空气温度在试验过程中出现了较激烈
的波动，而 5 种植物群落内温度的变化相对平稳，但
都表现出日变化过程中的动态细节且总体趋势一
致，均呈现“先上升后下降再上升”的单峰型变化。
从08:00—18:00，对照点的温度明显高于各个群落
内部的温度，虽然这种温度差值在不同群落中因冠
层结构的差异而不同，但均在全天的高温时段最明
显。5 种植物群落 1 天中温度大于 30 ℃的高温时
段各不相同，毛白杨群落为 11:00—16:00，银杏群
落为 12:00—17:00，旱柳群落持续时段最长，为
11:00—17:00，而栾树和榆树群落未出现明显高于
30 ℃的高温时段。从 18:00—08:00，各个群落内部
04
第 1 期 秦 仲等: 北京园林绿地 5 种植物群落夏季降温增湿作用
图 2 5 种植物群落及其对照点空气温度的日变化趋势
Fig． 2 Diurnal variation in the air temperature of the five plant communities and the open space site
的温度并不明显低于对照点，在温度下降过程中对
照点的降幅甚至更大;尤其是旱柳、栾树和银杏群落
的表现最为突出，从 19:00—07:00，其内部空气温
度明显高于对照点，直到第 2 天 07:00 之后，随着太
阳辐射增强，对照点温度又显著高于群落内部的温
度。因此，植物群落在 1 天中依次完成这种周期性
的温度变化趋势。
2. 2 5 种植物群落的降温作用比较
5 种植物群落及其对照点 08:00—18:00 的平均
温度单因素方差分析结果(表 2)表明，植物群落与对
照点的平均温度均存在显著差异，说明在白天植物群
落对林下环境具有明显的降温作用。与对照点相比，
5 种植物群落白天日均降温 3. 0 ～ 4. 3 ℃，平均为
3. 7 ℃ ;降温率 9. 1% ～ 12. 8%，平均为 11. 1%。在不
14
林 业 科 学 52 卷
同群落之间进行多重比较(Turkey HSD 多重比较，P
＜ 0. 01)发现，毛白杨群落降温作用与旱柳、栾树、银
杏群落的差异性均达到了显著水平，而榆树与旱柳群
落的日均降温作用也差异显著。因此，5 种植物群落
虽都能不同程度地起到降温作用，但各自的降温能力
不同(图 3)。在 08:00—18:00，银杏群落的降温作用
最大，为 4. 3 ℃，栾树、榆树和旱柳群落次之，分别为
4. 0，3. 8 和3. 4 ℃，而毛白杨群落的降温作用相对最
弱，仅 3. 0 ℃ ;降温率的大小排序与降温作用一致，为
银杏、栾树、榆树、旱柳和毛白杨。
5 种植物群落及对照点 18:00—08:00 的平均
温度单因素方差分析结果(表 2)表明，植物群落与
对照点的平均温度不存在显著差异，说明在夜间植
物群落对林下环境没有降温作用。与对照点相比，5
种植物群落夜间平均降温 － 0. 9 ～ 0. 1 ℃，而降温率
为 － 3. 7% ～ 0. 3%，仅榆树群落的内部温度比对照
点低 0. 1 ℃，其他 4 种植物群落的内部温度均大于
对照点(图 3)。同时在不同群落之间进行多重比较
(Turkey HSD 多重比较，P ＜ 0. 01)发现，榆树群落的
降温作用与旱柳、栾树、银杏群落均存在显著差异，
而与毛白杨群落的差异性不显著。因此，在18:00—
08:00，仅榆树群落具有不明显的降温作用。
表 2 5 种植物群落及其对照点不同时期的空气温度①
Tab. 2 Air temperature of five plant communities and the open space site in different time
植物群落
Plant
community
08:00—18:00 18:00—08:00
平均值
Mean /
℃
最大值
Max． /
℃
最小值
Min． /
℃
降温作用
Cooling
effect /
℃
降温率
Cooling
rate
(% )
平均值
Mean /
℃
最大值
Max． /
℃
最小值
Min． /
℃
降温作用
Cooling
effect /
℃
降温率
Cooling
rate
(% )
毛白杨
P． tomentosa
29. 8 ± 1. 9 32. 1 25. 7 3 a 9. 1 23. 6 ± 2. 0 29. 1 20. 8 － 0. 1 a － 0. 4
对照点
Open space site
32. 8 ± 2. 9 39. 2 26. 3 23. 5 ± 2. 4 28. 8 20. 4
榆
U． pumila
28. 2 ± 1. 0 29. 9 26. 3 3. 8 ab 11. 8 25. 2 ± 1. 0 28. 0 23. 8 0. 1 a 0. 3
对照点
Open space site
32. 0 ± 2. 3 35. 2 27. 2 25. 3 ± 1. 6 29. 7 23. 4
旱柳
S． matsudana
30. 8 ± 2. 1 33. 5 26. 4 3. 4 c 9. 8 25. 0 ± 2. 2 29. 6 22. 6 － 0. 8 b － 3. 2
对照点
Open space site
34. 2 ± 3. 6 41. 1 27. 9 24. 2 ± 2. 8 31. 5 21. 5
栾树
K． paniculata
28. 9 ± 1. 7 30. 9 24. 5 4. 0 bc 12. 1 25. 0 ± 1. 9 29. 4 22. 9 － 0. 9 b － 3. 5
对照点
Open space site
32. 9 ± 3. 3 38. 6 25. 4 24. 1 ± 2. 3 29. 8 21. 9
银杏
G． biloba
29. 5 ± 2. 4 32. 6 23. 1 4. 3 c 12. 8 22. 7 ± 2. 2 29. 0 19. 7 － 0. 8 b － 3. 7
对照点
Open space site
33. 8 ± 4. 2 42. 2 23. 9 21. 9 ± 2. 7 28. 9 18. 1
①平均值后面的正负数值为标准差，降温作用后面的字母为不同群落间的多重比较( Turkey HSD 多重比较，不同字母表示差异显著，P ＜
0. 01)。下同。The positive and negative values followed the mean are standard deviations． The letters followed the cooling effect are the multiple
comparisons between different plant communities (Turkey HSD，the different letters indicate significant P ＜ 0. 01) ． The same below．
2. 3 5 种植物群落内部环境相对湿度的日变化
趋势
与气温相比，相对湿度对周围环境影响因子的
变化更为敏感，如人工灌溉、降雨、土壤蒸发等，且由
于太阳高度角的瞬时变化，导致群落内部的气象因
素相应变动，因而在日动态上，5 种植物群落表现出
更为丰富的细节波动，特别是毛白杨和栾树群落，且
相互之间的差异较大。其中，银杏群落相对湿度的
日变化曲线振幅最大，在白天时段呈现出明显的
“U”形，毛白杨和旱柳群落次之，而榆树和栾树群落
的日动态均较为平缓(图 4)。在 08:00—18:00，群
落内部的相对湿度显著高于对照点，且各个群落内
低湿状态的时段各不相同。毛白杨和银杏群落内相
对湿度低于 50%的时段为 12:00—16:00，旱柳群落
相对湿度低于 60%的时段为 12:00—16:00，而榆树
和栾树群落未出现相对湿度明显小于 60%的时段。
在 18:00—08:00，由于没有太阳辐射的作用，外界
环境的影响因子稳定且单一，所以植物群落和对照
点的相对湿度变幅不大。栾树群落的相对湿度在
20:00 以后明显低于对照点，而榆树群落的相对湿
度在夜间则依旧稍高于对照点，其他 3 种植物群落
相对湿度的变化动态与对照点不存在明显差异。
24
第 1 期 秦 仲等: 北京园林绿地 5 种植物群落夏季降温增湿作用
图 3 不同植物群落降温作用及降温率
Fig． 3 Comparison of cooling effect and cooling rate among different plant communities during
A: 08:00—18:00;B: 18:00—08:00．
2. 4 5 种植物群落的增湿作用比较
5 种植物群落及对照点 08:00—18:00 的平均
相对湿度单因素方差分析结果(表 3)表明，植物群
落与对照点的平均相对湿度均存在显著差异，说明
群落对林下环境具有明显的增湿作用。与对照点相
比，5 种植物群落白天日均增湿10. 2% ～ 12. 8%，平
均 为 11. 3%，增 湿 率 17. 7% ～ 30. 5%，平 均 为
23. 0%。在不同群落之间，群落冠层结构的差异导
致具增湿作用各不相同(图 5)，其中，毛白杨和旱柳
群落的日均相对湿度差异达到了显著水平，而其他
群落之间的差异性并不显著(P ＜ 0. 01)。银杏群落
的日均增湿作用最大，为 12. 8%，栾树、榆树和旱柳
群落次之，分别是 11. 6%，11. 2%和 10. 7%，而毛白
杨群落的日均增湿作用最小，为 10. 2%。因此在白
天观测时间内，5 种植物群落的平均增湿作用排序
为:银杏 ＞ 栾树 ＞ 榆树 ＞ 旱柳 ＞ 毛白杨; 而增湿率
依次为:银杏 ＞毛白杨 ＞旱柳 ＞栾树 ＞榆树。
5 种植物群落及对照点 18:00—08:00 的平均
相对湿度单因素方差分析结果(表 3)表明，植物群
落与对照点的相对湿度差异均不显著，说明在夜间
植物群落没有明显的增湿作用。与对照点相比，增
湿作用最大的是榆树群落，为 3. 5%，毛白杨群落的
增湿作用次之，为 1. 7%，而旱柳、栾树和银杏群落
的相对湿度比对照点更低，差值为 － 5. 5% ～
－ 1. 5% (图 5)。同时，增湿率的排序情况与增湿作
用一致，毛白杨和榆树群落的增湿率分别为 2. 3%
和 4. 1%，而栾树、旱柳和银杏群落的增湿率均小于
0。在不同群落之间，除了旱柳和银杏群落增湿作用
的差异达到显著水平外，其他群落之间不存在显著
差异(P ＜ 0. 01)。因此，在 18:00—08:00，毛白杨和
榆树群落的相对湿度虽然高于对照点，但其增湿作
用不显著，而其他 3 种植物群落无增湿作用。
3 讨论
3. 1 不同植物群落降温作用的差异性分析
植物群落通过冠层结构能够吸收、反射和遮挡
太阳辐射，并借助自身的光合作用将太阳能转化为
化学能，使到达地面及树冠下面的太阳辐射显著减
少，从而对调节林下温度(刘娇妹等，2008)。在本
研究中，5 种植物群落在 08:00—18:00 对内部空间
的温度均表现出显著的调节能力，其日均降温3. 0 ～
4. 3 ℃，平均为 3. 7 ℃，降温率 9. 1% ～ 12. 8%，平均
为 11. 1%，与其他学者的研究结论基本一致(郭伟
等，2009; 苑征，2011)。同时，由于白天太阳高度
角的时刻变化，导致进入群落的太阳辐射角度和强
度发生瞬时改变，进而使群落内部的空气温度在白
天呈现出丰富的变化细节。旱柳群落的叶面积指数
最小，且冠层稀疏，所以其内部温度大于 30 ℃的高
温时段最长，从 11:00 持续到 17:00，而栾树和榆树
群落的郁闭度和叶面积指数均较大，能有效调阻止
太阳辐射的进入，故其内部不存在明显高于 30 ℃的
高温时段。与之相反，以一段时间为数据间隔来分
析温度的日变化规律有可能会忽略每段时间之间出
现的持续高温或低温状态，因而得不到相对准确的
变化趋势。此外，基于接近真实值的日变化曲线，也
可指导人们对林下空间的使用，回避高温时段带来
的不舒适感。
34
林 业 科 学 52 卷
图 4 5 种植物群落及其对照点相对湿度的日变化趋势
Fig． 4 Diurnal variation in the relative humidity of the five plant communities and the open space site
植物群落的降温作用与其冠层结构参数具有显
著相关性，尤其郁闭度和叶面积指数是决定群落降
温作用的重要因子( Emily et al．，2010; Qin et al．，
2014)。本研究中 5 种植物群落在白天表现出不同
的降温作用，栾树群落的郁闭度和叶面积指数最大，
在 1 天中的大部分时间都能对内部空间温度进行有
效调节，因此其降温作用维持在较高水平;毛白杨群
落的郁闭度和叶面积指数最小，群落内可接收到大
量的太阳辐射热，促使温度升高，因此其降温作用最
小;而银杏群落的郁闭度和叶面积指数虽然不大，但
是其降温作用却很显著，说明其降温作用除了受到
郁闭度和叶面积指数的影响外，可能与其他冠层结
构参数相关。但是在夜间，除了榆树群落有微弱的
降温作用，其他 4 种植物群落的降温作用均不显著，
分析其原因是夜间对照点的温度骤降，群落内部白
天积累的热量由于冠层结构的遮挡不易传递出去，
44
第 1 期 秦 仲等: 北京园林绿地 5 种植物群落夏季降温增湿作用
因而使得群落内部的温度反而比对照点更高。此结
论与刘娇妹等(2008)的研究结果类似，即在18:00
之后，在草坪绿地上由于没有乔灌木遮盖，热量的流
动、交换比较快，因此在低温时段温度比其他绿地
低，说明草坪绿地缓解外界热环境变化的能力较小。
表 3 5 种植物群落及其对照点不同时期的相对湿度
Tab. 3 Information of relative humidity in five plant communities and the open space site in different time
植物群落
Plant
community
08:00—18:00 18:00—08:00
平均值
Mean
(% )
最大值
Max．
(% )
最小值
Min．
(% )
增湿作用
Humidifying
effect
(% )
增湿率
Humidifying
rate
(% )
平均值
Mean
(% )
最大值
Max．
(% )
最小值
Min．
(% )
增湿作用
Humidifying
effect
(% )
增湿率
Humidifying
rate
(% )
毛白杨
P． tomentosa
50. 4 ±6. 5 66. 7 41. 2 10. 2 a 25. 5 76. 4 ±9. 9 87. 4 50. 9 1. 7 a 2. 3
对照点
Open space site
40. 2 ±8. 5 65. 2 25. 0 74. 7 ±12. 8 89. 4 45. 1
榆
U． pumila
74. 7 ±6. 6 85. 5 61. 6 11. 2 ab 17. 7 89. 2 ±5. 8 96. 3 74. 5 3. 5 b 4. 1
对照点
Open space site
63. 5 ±8. 9 80. 9 46. 6 85. 7 ±7. 0 92. 9 62. 9
旱柳
S． matsudana
61. 3 ±8. 4 75. 7 48. 6 10. 7 b 21. 2 83. 8 ±11. 8 96. 0 59. 4 －1. 6 c －1. 9
对照点
Open space site
50. 6 ±10. 8 69. 5 28. 8 85. 4 ±13. 9 96. 4 50. 8
栾树
K． paniculata
68. 7 ±10. 1 89. 4 55. 0 11. 6 ab 20. 4 82. 4 ±9. 6 92. 0 61. 7 －5. 5 d －6. 2
对照点
Open space site
57. 1 ±10. 9 88. 5 38. 3 87. 8 ±11. 3 97. 0 58. 2
银杏
G． biloba
54. 9 ±13. 6 87. 8 38. 2 12. 8 ab 30. 5 92. 0 ±8. 6 96. 8 55. 3 －1. 5 c －1. 7
对照点
Open space site
42. 1 ±15. 0 83. 6 18. 1 93. 5 ±9. 0 99. 1 54. 6
图 5 不同植物群落增湿作用及增湿率
Fig． 5 Comparison of humidifying effect and humidifying rate among different plant communities
3. 2 不同植物群落增湿作用的差异性分析
由于植物群落主要通过冠层结构对太阳辐射的
阻挡以及自身的生理过程对其内部的相对湿度进行
调节，所以在 1 天当中随着太阳辐射的规律性变化，
植物群落的增湿作用也表现出一定规律。本研究中
5 种植物群落在 08:00—18:00 均呈现出显著的增
湿能力，日均增湿 10. 2% ～ 12. 8%，平均为 11. 3%，
增湿率 17. 7% ～ 30. 5%，平均为 23. 0%，与 Georgi
等(2006)的研究结论类似。与其他 3 个群落相比，
榆树和栾树群落虽然有一段波谷状态，但其相对湿
度仍较高，为 60% ～ 70%，且持续时间最短，形成这
种差异的主要原因是榆树和栾树群落的叶面积指数
较大，加之环境温度逐渐升高，使得叶片的蒸腾作用
增强，能够蒸腾出大量水分，同时浓密的群落冠层可
有效截留散发的水分子，使得对照点相对湿度快速
降低而群落内部的相对湿度依然保持较高水平
54
林 业 科 学 52 卷
(Smith et al．，2004; Tanaka et al．，2006)。
在本研究中，5 种植物群落在08:00—18:00表
现出强度不一的增湿能力，其中，银杏群落的增湿作
用最大，栾树、榆树群落次之，而旱柳、毛白杨群落的
增湿作用相对较弱。相对湿度除了受冠层结构的影
响外，还会受土壤含水量、灌溉时间、土壤蒸发以及
地被植物盖度等因素影响(Victor et al．，1999)。因
此，榆树群落的郁闭度和叶面积指数相对较大，但是
其增湿作用低于栾树和银杏群落，而其增湿率却最
弱;与之类似，毛白杨群落的冠层结构参数值相对较
小，但其增湿率却保持在较高水平。在 18: 00—
08:00，旱柳、栾树和银杏群落的增湿作用出现负值，
这是因为在夜间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，因此群落
内的相对湿度甚至比对照点更低。而白天植物的各
种生理活动会消耗大量水分，直至夜间又开始建立
这样的水分存储，所以群落的增湿作用会形成一个
周期性的日动态(Byrne et al．，2008)。
本研究根据每分钟的测定数据，重点分析了北
京园林绿地 5 种常见植物群落在 1 天中相对完整的
温湿度日变化趋势及其降温增湿作用之间的差异，
以期体现出植物群落在 1 天中连续出现的极端温湿
度情况，提高温湿度日变化规律的准确性，使其更接
近于真实值，从而可相对准确地反映出植物群落的
降温增湿作用。在深入研究其他常用园林树种温湿
效应的基础上，可以为种植设计中树种的选择提供
参考，进一步调节城市小气候，缓解城市“热岛效
应”。
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(责任编辑 王艳娜)
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