全 文 ：收稿日期：２０１３－０７－２６
作者简介：李　宇（１９８６－），女，河南洛阳人，硕士，主要从事绿色屋顶及城市热岛效应研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈａｋａｌｙ８６＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ
绿色屋顶植物景天属与水苏降温能力对比研究
李　宇
（河南省林业科学研究院，河南 郑州４５０００８）
摘要：为研究具有不同叶片形态的屋顶植物的降温能力，以景天属植物、水苏和裸土为供试材料，在
不同天气和水分条件下，分析景天属植物、水苏和裸土的基质含水量、表面净太阳辐射吸收值、表面温
度、基质温度和空气温度５组参数。结果表明：在同等天气和水分条件下，叶形较宽且密被白色绒毛
的水苏有较高的基质含水量；较少的表面净太阳辐射吸收值，在晴天、阴天的表面净太阳辐射吸收值
分别为５２３．６４、１５１．５６Ｗ／ｍ２，与景天属植物和裸土差异显著（Ｐ＜０．０５）；较低的表面温度，晴天旱处
理和正常浇水处理的水苏分别比同等条件的景天属植物降低１２．０℃和４．２℃，阴天旱处理的水苏比
景天属植物低３．１℃，但正常浇水的景天属植物比水苏低２．５℃；较低的基质温度，正常浇水和旱处
理条件下，水苏的基质温度分别为２０．２４℃和２４．０７℃，与景天属植物和裸土差异明显；较低的空气
温度（高于表面１００ｍｍ处），正常浇水处理和旱处理水苏的空气温度分别为２４．８２、２５．１４℃。正常浇
水的景天属植物的入风口空气温度和出风口空气温度差异明显，其平均空气温度差为１．２１℃。由此
可见，水苏有较好的降温能力，而景天属植物在正常水分条件下有利于上层空气流动。
关键词：景天属；水苏；基质含水量；表面净太阳辐射吸收值；表面温度；基质温度；空气温度
中图分类号：Ｓ８５２．７２　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００４－３２６８（２０１３）０１－０１１２－０４
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　Ｃｏｏｌｉｎｇ　Ａｂｉｌｉｔｙ　ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｓｔａｃｈｙｓ
ｂｙｚａｎｔｉｎａａｎｄ　Ｓｅｄｕｍｆｏｒ　Ｒｏｏｆ　Ｇｒｅｅｎｉｎｇ
ＬＩ　Ｙｕ
（Ｈｅｎａｎ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５０００８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ　ｔｈｅ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｒｏｏｆ　ｇｒｅｅｎｉｎｇ　ｐｌａｎｔｓ，ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒ－
ｍａｎｃｅ　ｏｆ　Ｓｔａｃｈｙｓ　ｂｙｚａｎｔｉｎａ，Ｓｅｄｕｍａｎｄ　ｂａｒｅ　ｓｏｉｌ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｗｉｔｈ　５ａｓｐｅｃｔｓ（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　ｍｏｉｓｔｕｒｅ
ｃｏｎｔｅｎｔ，ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｎｅｔ　ｓｏｌａｒ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ，ｓｕｒｆａｃｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ
ａｅｒｉａｌ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　Ｓｅｄｕｍａｎｄ　ｂａｒｅ　ｓｏｉｌ，ｔｈｅｒｅ　ｗａｓ　ｈｉｇ－
ｈｅｒ　ｓｏｉｌ　ｍｏｉｓｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｆｏｒ　Ｓｔａｃｈｙｓ　ｂｙｚａｎｔｉｎｅ；ｌｅｓｓ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｎｅｔ　ｓｏｌａｒ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ
５２３．６４Ｗ／ｍ２　ｏｎ　ｓｕｎｎｙ　ｄａｙ　ａｎｄ　１５１．５６Ｗ／ｍ２　ｏｎ　ｃｌｏｕｄｙ　ｄａｙ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ；ｌｏｗｅｒ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｔｅｍｐｅｒａ－
ｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈ　ｗｅｒｅ　１２．０℃ａｎｄ　４．２℃ｌｏｗｅｒ　ｆｏｒ　ｒａｉｎ－ｆｅｄ　ａｎｄ　ｉｒｒｉｇａｔｅｄ　Ｓｔａｃｈｙｓ　ｂｙｚａｎｔｉｎｅ　ｏｎ　ｓｕｎｎｙ
ｄａｙ，ｗｈｉｌｅ　ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　３．１℃ｌｏｗｅｒ　ｆｏｒ　ｒａｉｎ－ｆｅｄ　Ｓｔａｃｈｙｓ　ｂｙｚａｎｔｉｎｅ　ｏｎ　ｃｌｏｕｄｙ　ｄａｙ；ｌｏｗｅｒ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈ　ｗｅｒｅ　２０．２４℃ａｎｄ　２４．０７℃ｆｏｒ　ｉｒｒｉｇａｔｅｄ　ａｎｄ　ｒａｉｎ－ｆｅｄ　Ｓｔａｃｈｙｓ　ｂｙｚａｎｔｉｎｅ　ｒｅ－
ｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ；ｌｏｗｅｒ　ａｉｒ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅ　ａｉｒ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ　１００ｍｍ　ａｂｏｖｅ　ｔｈｅ　ｃａｎｏｐｙ　ｏｆ　ｉｒｒｉｇａｔｅｄ　ａｎｄ
ｒａｉｎ－ｆｅｄ　Ｓｔａｃｈｙｓ　ｂｙｚａｎｔｉｎｅ　ｗｅｒｅ　２４．８２℃ａｎｄ　２５．１４℃．Ｔｈｅｒｅ　ｗａｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｉｎ　ａｉｒ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｉｎｃｏｍｉｎｇ　ｓｉｄｅ　ａｎｄ　ｏｕｔｇｏｉｎｇ　ｓｉｄｅ　ｆｏｒ　Ｓｅｄｕｍ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｉｎ　ａｖｅｒａｇｅ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｗａｓ　１．２１℃．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ　Ｓｔｄｃｈｙｓ　ｂｙｚａｎｔｉｎａ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ａ　ｂｅｔｔｅｒ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ，Ｓｅｄｕｍ
ｃｏｕｌｄ　ｈａｖｅ　ａ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｍｏｖｉｎｇ　ａｉｒ　ａｂｏｖｅ　ｔｈｅｍ　ｕｎｄｅｒ　ｎｏｒｍａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓｅｄｕｍ；Ｓｔａｃｈｙｓ　ｂｙｚａｎｔｉｎｅ；ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　ｍｏｉｓｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ；ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｎｅｔ　ｓｏｌａｒ
ｒａｄｉａｔｉｏｎ；ｓｕｒｆａｃｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ａｉｒ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
　河南农业科学，２０１４，４３（２）：１１２－１１５
　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｅｎａｎ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
DOI:10.15933/j.cnki.1004-3268.2014.02.028
　　由于城市人口不断递增，促使城市中高楼大厦
等非自然表面（ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　ｓｕｒｆａｃｅ）不断增加，吸收大
量的太阳辐射，产生城市温度比周边郊区温度高的
现象，即城市热岛效应。最有效的解决方法就是增
加城市自然表面（ｎａｔｕｒａｌ　ｓｕｒｆａｃｅ）———绿色植物［１］。
绿色屋顶被认为是一种较有效削弱热岛效应的
方法。
景天属植物抗逆性强，生长迅速，并能在恶劣条
件下（屋顶）有效减少水土流失，因此，景天属植物被
广泛应用于屋顶绿化［２］，例如在西方国家，普遍用的
是白景天（Ｓｅｄｕｍ　ａｌｂｕｍ）、高加索景天（Ｓｅｄｕｍ
ｓｐｕｒｉｕｍ）和石景天（Ｓｅｄｕｍ　ａｃｒｅ），而在中国则是佛
甲草（Ｓｅｄｕｍ　ｌｉｎｅａｒｅ　Ｔｈｕｎｂ．）。随着屋顶绿化的发
展，对屋顶绿化植物的选择已不仅仅只关注于成活
率，而更多的关注于对小环境的改善能力，例如降温
能力。全球都在努力寻找能够替代景天属并能够更
好地改善环境的屋顶绿化植物，例如德国试用球根
类和草类［３］；日本在小型灌木、草类、观赏花卉中寻
找［４］；而加拿大则大量试用多肉植物［５］。
绿色植物叶片的生态学特征（例如叶大小、形状
等）与其降温能力有直接关系，本研究选取２种叶片
形态学特征完全不同的植物（景天属和水苏）和表面
没有任何植物覆盖的裸土为研究对象，通过对比分
析基质含水量、表面净太阳辐射吸收值、表面温度、
基质温度和空气温度，比较绿色屋顶植物的降温能
力，为绿色屋顶植物的研究提供理论依据。
１　材料和方法
１．１　试验地点和材料
试验地位于英国雷丁大学园艺学院试验基地。
基地东临一个开放性的公园，其余三面被教学楼围
合。设定试验基地东为入风口，西为出风口。
供试材料：①景天属植物（白景天、高加索景天
和石景天），叶针形，肉质；②水苏（Ｓｔａｃｈｙｓ　ｂｙｚａｎｔｉ－
ｎａ），叶较宽（长８ｃｍ，宽２ｃｍ），整株被白色绒毛
覆盖。
１．２　试验设计
２０１１年５月２７日所有植物随机栽种在６个长
２．２ｍ、宽２．２ｍ、深１０ｃｍ的木质容器中，基质采用
英国Ｊｈｏｎ　Ｉｎｎｅｓ　ＮＯ．２基质，深１０ｃｍ。以没有栽
种任何植物的裸土为对照。５ｄ后（即６月１日）植
物生长良好，１００％覆盖容器表面，开始进行浇水处
理。正常浇水处理是１周２次，每周三和周日１２：００
浇水，共浇７次；旱处理是１周１次，每周三浇水，共
４次。
１．３　测定指标和方法
１．３．１　基质含水量　用英国 ＡＴ　Ｄｅｌｔａ－Ｔ有限公
司的 ＨＨ２湿度计，从６月１日开始，固定周三和周
日浇水前测定基质含水量，共测试７次。每次每个
容器重复测量１２次，计算平均值。
１．３．２　表面净太阳辐射吸收值　分别于６月３日、
６月４日、６月１９日（天气晴朗，天空蔚蓝，无云，无
风，定为晴天）和６月１１日、６月１２日、６月２３日
（无阳光，云层较厚，无风，定为阴天）用澳大利亚墨
尔 Ｍｉｄｄｌｅｔｅｎ　＆ＣＯ有限公司的净辐射计ＣＮ１／９１９
对正常浇水的景天属植物、水苏和裸土分别测定表
面净太阳辐射吸收值，每个对象每次测定时间长为
１５．５ｍｉｎ，得出的平均值分别代表晴天和阴天的表
面净太阳辐射吸收值。
１．３．３　表面温度　所有表面的热图像均由日本东
京ＮＥＣ　Ｓａｎ－ｅｉ仪器有限公司生产的ＴＨ７８００外热
成像摄像机取得，记录图像四角和中心点数据并取
平均值作为各种研究对象的表面温度。
１．３．４　基质温度　热电传感器埋于每个容器表面
下１ｃｍ处，用于测量基质温度，每隔１０ｍｉｎ记录１
个数值，最后取平均值作为基质温度。
１．３．５　空气温度　分别在每个容器的入风口和出
风口高于表面１００ｍｍ处安置１个热传感器，测试
两侧温度。每隔１０ｍｉｎ记录１个数值，最后得平均
值。设定每个容器的入风口温度为整个容器的空气
温度，其空气温度差为入风口空气温度与出风口空
气温度差值。晴天（６月４日）条件下，监测景天属
植物、水苏和裸土的空气温度，比较各处理空气温
度差。
１．４　数据处理
使用Ｅｘｃｅｌ软件和英国数据分析软件ＧｅｎＳｔａｔ
１３．０进行数据处理。
２　结果与分析
２．１　不同处理基质含水量比较
由图１可知，在正常浇水条件下景天属植物的基
质含水量在０．０５４～０．２７０ｍ３／ｍ３、水苏的基质含水
量在０．１０４～０．４３０ｍ３／ｍ３，裸土的基质含水量在
０．０５３～０．１７５ｍ３／ｍ３；在旱处理条件下，景天属植物
的基质含水量在０．０２７～０．１６９ｍ３／ｍ３，水苏的基质
含水量在０．０７０～０．２５０ｍ３／ｍ３，裸土的基质含水量
在０．００５～０．１２４ｍ３／ｍ３。在同样浇水条件下基质含
水量表现为水苏＞景天属植物＞裸土，６月１７日之
后，在同等条件下，三者差异显著（Ｐ＜０．０５），同时旱
处理比正常浇水处理条件下的基质含水量低。
３１１　第２期 李　宇：绿色屋顶植物景天属与水苏降温能力对比研究
图１　不同浇水处理对基质含水量的影响
２．２　不同处理表面净太阳辐射吸收值比较
由图２可知，在同等条件下，景天属植物、水苏
和裸土的表面净太阳辐射吸收值均表现为阴天＜晴
天，差异极显著（Ｐ＜０．０１）。在晴天，景天属植物和
水苏叶表面净太阳辐射吸收值分别为５５２．７２、
５２３．６４Ｗ／ｍ２，裸土为６６５．０６Ｗ／ｍ２，最大差异达
１４１．４２Ｗ／ｍ２；在阴天，景天属植物和水苏叶表面净
太阳辐射吸收值分别为１６２．２４、１５１．５６Ｗ／ｍ２，裸
土为２００．００Ｗ／ｍ２，最大差异达４８．４４Ｗ／ｍ２。在
相同天气和浇水处理条件下表面净太阳辐射吸收值
均表现为水苏＜景天属植物＜裸土，其中水苏与其
余两者之间差异显著（Ｐ＜０．０５）。
图２　不同天气对景天属植物、水苏和裸土的表面
净太阳辐射吸收值的影响
２．３　不同处理表面温度比较
由图３可知，在晴天，正常浇水处理的表面温度
均低于旱处理，水苏旱处理和正常浇水处理的表面
温度差异不明显（Ｐ＞０．０５），其余两者差异显著，其
中景天属植物在２种浇水处理条件下的表面温度相
差８．０℃。在同样浇水条件下表面温度均表现为：
水苏＜景天属植物＜裸土，旱处理和正常浇水处理
的水苏分别比同等条件的景天属植物低１２．０、
４．２℃。
在阴天，旱处理条件下表面温度均表现为水
苏＜景天属植物＜裸土；正常浇水处理下，景天属植
物＜水 苏 ＜ 裸 土。旱 处 理 的 水 苏 表 面 温 度
（２０．１℃）比景天属植物低３．１℃，正常浇水处理景
天属植物比水苏（２３．１℃）低２．５℃。裸土和水苏
正常浇水处理的表面温度大于旱处理，但景天属植
物旱处理的表面温度（２３．２℃）大于正常浇水处理
（２０．６℃），其温度差为２．６℃。
图３　不同天气和浇水处理对表面温度的影响
２．４　不同处理基质温度比较
由表１可知，正常浇水处理各材料的基质温度
均低于旱处理。正常浇水条件下，水苏的基质温度
为２０．２４℃，比景天属植物低１３．５４℃，比裸土低
１５．２８℃；旱处 理 条 件 下，水 苏 的 基 质 温 度 为
２４．０７℃，比景天属植物低１０．６４ ℃，比裸土低
１４．６６℃。在同样浇水处理下基质温度表现为
水苏＜景天属植物＜裸土。
表１　不同浇水处理下各材料的基质温度、
空气温度以及空气温度差 ℃　
材料 处理 基质温度 空气温度 空气温度差
水苏 正常浇水 ２０．２４　 ２４．８２　 ０．１２
干旱 ２４．０７　 ２５．１４　 ０．０７
景天属植物 正常浇水 ３３．７８　 ２４．９３　 １．２１
干旱 ３４．７１　 ２５．１６　 ０．１２
裸土 正常浇水 ３５．５２　 ２５．０２ －０．３３
干旱 ３８．７３　 ２５．５９ －０．４５
２．５　不同处理空气温度比较
由表１可知，正常浇水处理的空气温度低于旱
处理；在２种浇水处理下空气温度均表现为水苏＜
景天属植物＜裸土。正常浇水处理下水苏的空气温
度（２４．８２℃）比同等条件下的景天属植物（２４．９３
℃）和裸土（２５．０２℃）分别低０．１１℃和０．２℃，旱
处理水苏的空气温度（２５．１４ ℃）比景天属植物
（２５．１６℃）低０．０２℃，比裸土（２５．５９℃）低０．４５
℃。此外，正常浇水处理下水苏的平均空气温度差
４１１ 河南农业科学 第４３卷　
是０．１２ ℃，而景天属植物的平均空气温度差为
１．２１℃，差异明显。
３　结论与讨论
本研究结果表明，景天属植物、水苏和裸土的基
质含水量表现为正常浇水＞旱处理，且同等浇水条件
下，基质含水量表现为水苏＞景天属植物＞裸土。在
相同的浇水条件下，景天属植物、水苏和裸土的表面
净太阳辐射吸收值和表面温度均表现为阴天＜晴天，
差异极显著，且表面净太阳辐射吸收值表现为水苏＜
景天属植物＜裸土，其中水苏在晴天和阴天的表面净
太阳辐射吸收值分别为５２３．６４、１５１．５６Ｗ／ｍ２，与其
余两者之间差异显著。在晴天，正常浇水处理的表面
温度均低于旱处理，但在阴天，景天属植物却表现为
旱处理的表面温度大于正常浇水处理，其温度差为
２．６℃；在阴天正常浇水处理下表面温度表现为景天
属植物＜水苏＜裸土，景天属植物比水苏降低了
２．５℃，其他情况下表面温度均表现为水苏＜景天
属植物＜裸土。基质温度和空气温度都表现为正常
浇水＜旱处理；同等浇水条件下，其表现为水苏＜景
天属植物＜裸土。水苏的入风口和出风口空气温度
差不明显，正常浇水的景天属植物的空气温度差明
显，其平均空气差为１．２１℃。
相对于景天属植物，一方面，水苏通过较宽的叶
片阻挡了大量的直射光，从而减少了基质水分的散
失［６］，促使水苏的基质含水量较高；另一方面，白色
的叶绒毛增加了水苏的叶表面反射率，无论晴天还
是阴天水苏都吸收了较少的净太阳辐射，从而导致
水苏有较低的表面温度以及较低的基质温度和空气
温度，具有较强的降温能力。相比而言，正常浇水
的景天属植物入风口和出风口空气温度有较大的
差异，能促进植物上层空气的流动，有利于改善小
环境。在阴天水分充足情况下，植物的蒸腾作用
受阻，正常浇水处理的水苏和裸土的表面温度高
于旱处理，而景天属植物的表面温度却低于旱处
理。推测当其他植物蒸腾作用受阻时，景天属植
物的蒸腾作用更旺盛。降低城市热岛效应已成为
全球的热门话题，本试验中由于选取的植物种类
较少，需要进一步选择更多叶片形态的植物来进
行对比研究。
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２０２．
５１１　第２期 李　宇：绿色屋顶植物景天属与水苏降温能力对比研究