北京市23種行道樹遮蔭及UVB屏蔽效果研究*

曹冰冰　邱爾發(fā)　陳明明

中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所　國家林業(yè)局城市森林研究中心　北京　100091

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北京市23種行道樹遮蔭及UVB屏蔽效果研究*

曹冰冰邱爾發(fā)陳明明

中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所國家林業(yè)局城市森林研究中心北京100091

摘要：通過測量植物陰影與全光下的照度、溫度、UVB輻射強(qiáng)度等值，對北京市道路23種綠化樹種遮蔭及UVB屏蔽效果進(jìn)行研究，結(jié)果表明，懸鈴木、雪松、毛泡桐、國槐、欒樹等樹種綜合遮蔭效果較好；雪松、毛泡桐、懸鈴木、欒樹、國槐等樹種UVB屏蔽效果較好。

關(guān)鍵詞：道路綠化樹種，遮蔭效果，蔭質(zhì)，UVB

城市道路綠化作為城市重要的綠色基礎(chǔ)設(shè)施，在改善人們的生活環(huán)境中起著重要作用[1]。尤其在行道樹的遮蔭效果上，炎炎夏日，濃密的樹蔭不僅給人們帶來清涼，還能幫人們阻擋光照、紫外線等對皮膚的灼傷。不同樹種遮蔭效果并不相同，當(dāng)前對不同樹種間的定量比較研究相對較少，研究內(nèi)容及研究對象均不全面[2-4]。論文通過選取目前北京市最常使用的23種行道樹進(jìn)行研究，比較其遮蔭及UVB屏蔽效果的差異，試圖為北京市行道樹的選擇提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與試驗材料

試驗地點位于北京市海淀區(qū)，屬溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫12.5 ℃，極端最低氣溫-21.7 ℃，最高氣溫為41.6 ℃。年日照數(shù)2 662 h，無霜期211天。海淀區(qū)道路用地總面積為2 694.49 hm2，道路長度為764.8 km，道路綠化覆蓋面積為994.18 hm2，道路綠化長度為650.5 km，綠地率為34.65%，綠化覆蓋率為36.90%，道路綠化情況較好。

根據(jù)北京市常用綠化樹種[5]，在北京市海淀區(qū)選取了國槐、毛白楊、垂柳等23種喬木樹種作為研究對象，對行道樹進(jìn)行調(diào)查，每個樹種選取生長正常的3株樹木進(jìn)行測定(表1)。

2 研究方法

2.1 測定指標(biāo)與時間

試驗采用TES-1332A照度計、NK5920便攜式風(fēng)速氣象測定儀、UV-B單通道紫外輻照計同步測定植物樹蔭下(樹蔭中心)和全光下(樹蔭外緣3米處)的照度、溫度和紫外線輻射強(qiáng)度，每個樹種均測量3株，取平均值(結(jié)果見表2)。測定時間為2015年的8月2日和9日13∶00,選擇在自然光照良好、溫度較高且晴朗，無風(fēng)無云的條件下進(jìn)行室外測定。

表1　樣本樹木基本狀況

表2　照度、溫度、UVB輻射強(qiáng)度試驗結(jié)果統(tǒng)計

2.2 計算方法

2.2.1 遮蔭效果計算方法

遮蔭效果的計算方法采用陳耀華[6-7]關(guān)于園林樹木遮蔭效果的定量分析方法：

遮蔭效果=蔭質(zhì)×遮蔭面積

(1)

樹冠的陰影質(zhì)量稱為蔭質(zhì)，決定蔭質(zhì)的主要因素為遮光率和降溫率，其計算公式為：

蔭質(zhì)=遮光率×降溫率

(2)

由于試驗在正午進(jìn)行，忽略太陽高度角的影響，視為垂直投影，遮蔭面積為植物冠幅面積[8]。因此，遮蔭面積采用以下方法計算：

(5)

2.2.2 UVB屏蔽效果計算方法

UVB屏蔽效果由屏蔽率與屏蔽面積決定，屏蔽面積參考遮蔭面積，其計算公式為：

樹蔭中心UVB強(qiáng)度)/全光下UVB強(qiáng)度}

(6)

屏蔽(遮蔭)面積=π{(南北冠幅+

(7)

屏蔽效果=UVB屏蔽率×屏蔽面積

(8)

2.3 數(shù)據(jù)處理方法

所有數(shù)據(jù)均采用Excel軟件進(jìn)行分析處理。

3 結(jié)果分析

3.1 遮蔭面積

蔭影面積不僅決定了成蔭的大小，還決定了樹蔭受到四周環(huán)境放射和反射的熱能及光照的多少，尤其是人工下墊面(水泥、瀝青等)的影響面積越大，受影響越少，效果越好。不同樹種遮蔭面積變化范圍為3.10～150.16 m2，差異很大。遮蔭面積最大為雪松，面積達(dá)150.16 m2；最小的是紫葉李，為3.10 m2。兩者相差近50倍。遮蔭面積從大到小排列前10個樹種分別為雪松、毛泡桐、懸鈴木、國槐、欒樹、垂柳、油松、榆樹、洋白蠟、臭椿。

3.2 遮光率

遮光是行道樹遮蔭的一個核心指標(biāo)。太陽光是一種電磁波，分為可見光和不可見光，這里僅考慮了可見光。樹種遮光率變化范圍為66.26%～97.80%，相差不多，均達(dá)到了較高的遮光率。遮光率最高為雪松，最低的是紫葉李，雪松的遮光率是紫葉李的1.48倍。遮光率從高到低排列前10個樹種分別為雪松、毛泡桐、銀杏、玉蘭、油松、龍柏、西府海棠、欒樹、懸鈴木、圓柏。

3.3 降溫率

不同樹種降溫率變化范圍為2.17%～5.10%，差異不大。降溫率最高的為懸鈴木，溫度降低了5.10%；最低的是龍柏，為2.17%。懸鈴木的降溫率是龍柏的2.35倍。降溫率從高到低排列前10個樹種分別為懸鈴木、國槐、碧桃、旱柳、刺槐、西府海棠、元寶楓、欒樹、白蠟、紫葉李。其中，針葉樹種排名均靠后，樹種排名依次為油松14、雪松15、側(cè)柏16、白皮松20、圓柏21、龍柏23，降溫效果較差。

3.4 蔭質(zhì)

蔭質(zhì)反映的是樹蔭質(zhì)量，與人體感知密切相關(guān)。不同樹種間蔭質(zhì)變化范圍為0.020 6～0.048 1，差別不大。蔭質(zhì)最好的為懸鈴木，蔭質(zhì)為0.048 1；最差的是龍柏，為0.020 6。懸鈴木的蔭質(zhì)是龍柏的2.34倍。蔭質(zhì)從好到差排列前10個樹種分別為懸鈴木、國槐、西府海棠、欒樹、銀杏、元寶楓、毛泡桐、雪松、油松、刺槐。

3.5 遮蔭效果

不同樹種綜合遮蔭效果變化范圍為0.082～5.286，差異很大。最好的為懸鈴木，遮蔭效果為5.286；最差的是紫葉李，為0.082。兩者相差60多倍。遮蔭效果從好到差排列前10個樹種分別為懸鈴木、雪松、泡桐、國槐、欒樹、油松、垂柳、白蠟、銀杏、旱柳，均為北京行道樹較常見的樹種。

3.6 UVB屏蔽率分析

不可見光中的紫外線過度照射會使人反應(yīng)遲鈍，可誘發(fā)皮膚、肺等方面疾病。因此，關(guān)于樹種對UVB屏蔽效果的研究也很有必要。不同樹種UVB屏蔽率變化范圍為42.03%～93.55%，差異較大。最高的是雪松，高達(dá)93.55%；最低的是紫葉李，為42.03%。雪松的UVB屏蔽率是紫葉李的2.24倍。UVB屏蔽率從高到低排列的前10個樹種分別為雪松、毛泡桐、銀杏、西府海棠、油松、欒樹、玉蘭、懸鈴木、元寶楓、榆樹。

3.7 UVB屏蔽效果

綜合考慮屏蔽率與屏蔽面積后，屏蔽效果發(fā)生了很大變化。UVB屏蔽效果的變化范圍為1.3～140.0，相差很大。最強(qiáng)的依然為雪松，最弱的依然為紫葉李，但兩者相差高達(dá)100多倍，可見屏蔽面積在其中起著重要影響。UVB屏蔽效果從強(qiáng)到弱排列前10個樹種分別為雪松、毛泡桐、懸鈴木、欒樹、國槐、油松、垂柳、榆樹、白蠟、銀杏。

表3　遮蔭效果分析

表4　UVB屏蔽效果分析

表4(續(xù))

4 結(jié)論與討論

由以上各單項結(jié)果分析可得到以下結(jié)論：

1) 決定樹種遮蔭效果的主導(dǎo)因素為遮蔭面積，主要原因是面積的數(shù)值本身比其他因子大得多且范圍變化較大。但是其他因子的重要性也不可忽視。光照、UVB過高對人體皮膚有傷害，溫度過高會導(dǎo)致人體不適，因此計算方法也有不足。應(yīng)綜合考慮面積與蔭質(zhì)各元素之間的權(quán)重，不能一概而論，簡單相乘。

2) 樹種遮光率與UVB屏蔽率的排序大體相似，個別差異可能與葉片的生物學(xué)特性及抗UVB的黃酮類化合物含量等有關(guān)[9]，有待進(jìn)一步研究。同一樹種UVB屏蔽率比遮光率要低，可見UVB的穿透率要強(qiáng)一些。

3) 蔭質(zhì)受樹冠疏密度、葉面大小和葉片透明度等多種因素的影響。比如西府海棠為小喬木，冠幅小，但蔭質(zhì)較高，原因有2點：一是是受枝下高的影響，其樹干分枝點低，枝下高通常在1米內(nèi)，陰影受外界輻射影響小；二是樹枝直立性強(qiáng)(中齡后才外擴(kuò))，枝葉密集，成蔭效果好。相反，毛白楊樹形高大，但其枝下高基本在4 m之上，陰影受周邊環(huán)境影響大，蔭質(zhì)反而差。可見，枝下高也能影響蔭質(zhì)，選擇行道樹時枝下高不能過低，也不宜過高。

總之，樹種的遮蔭及UVB屏蔽效果受多種因素影響，現(xiàn)實生活也可視情況適當(dāng)調(diào)整，樹種的蔭質(zhì)可通過其健康狀況稍加改變；蔭幅大小取決于樹冠形態(tài)，實際應(yīng)用中可用栽植距離、栽植位置來調(diào)劑。側(cè)重行人遮蔭時宜采用橫展性強(qiáng)的樹木，高層建筑防曬可采用聳立性強(qiáng)的樹木。

參考文獻(xiàn)

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A Study of the Effect of Shading and UVB Shielding of 23 Species of Street Trees in Beijing

Cao BingbingQiu ErfaChen Mingming

(Research Institute of Forestry, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China)

Abstract:By measuring the illumination, temperature, UVB radiation intensity in the conditions of shade and sunshine, the effect of shading and UVB shielding of 23 species of street trees in Beijing was studied. The results revealed that Platanus occidentalis, Cedrus deodara (Roxb.) Don, Paulownia tomentosa Thunb. Steud, Sophora japonica L and Koelreuteria paniculata Laxm had better effect of shading, while C. deodara (Roxb.) Don, P. tomentosa Thunb. Steud, P. Occidentalis, K. paniculata Laxm and S. japonica L showed better effect of shielding to UVB .

Key words:street tree, shading effect, shade quality, UVB

DOI：10.3969/j.issn.1672-4925.2016.01.003

作者簡介：曹冰冰，中國林業(yè)科學(xué)研究院風(fēng)景園林碩士研究生，從事城市林業(yè)研究通信作者：邱爾發(fā)，副研究員，研究方向為城市林業(yè)，E-mail:efqiu@163.com

*基金項目：國家科技支撐計劃項目(2015BAD07B06)

收稿日期：2015-10-07