劉朵,邢紅爽，2,溫肇鵬，馬曉敏，任潔，李海防

(1. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園林與林學(xué)院，山東青島 266109；2. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所，北京 100091)

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市綠地在改善城市生態(tài)環(huán)境方面的作用越來越重要[1-2]。在城市綠地中，各種喬灌木依據(jù)景觀設(shè)計(jì)原則，營(yíng)造出大量景觀空間，景觀空間不僅能夠滿足市民多樣化休閑娛樂的需求，而且空間小環(huán)境對(duì)人體生理、心理乃至人體舒適度產(chǎn)生重要影響[3-4]。景觀空間小環(huán)境作為城市微氣候?qū)W、景觀生態(tài)學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)等諸多學(xué)科交叉領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，已成為探究公園綠地生態(tài)服務(wù)功能方面的重要內(nèi)容[5]。景觀空間小環(huán)境受地形、植被、氣候、人類及生物活動(dòng)的影響，隨晝夜變化和四季變化，對(duì)進(jìn)入景觀空間的游客人體舒適度產(chǎn)生重要影響[6]。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于公園綠地的研究多注重于功能區(qū)域化及植物景觀配置研究，對(duì)不同景觀空間小環(huán)境對(duì)人體舒適度影響的研究相對(duì)較少。因此，本研究以青島世紀(jì)公園為例，研究廣場(chǎng)型、草坪型和林蔭型3種景觀空間小環(huán)境對(duì)人體舒適度的影響，為科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)城市綠地提供理論依據(jù)和科學(xué)支撐。

1 研究地點(diǎn)與研究方法

1.1 研究地點(diǎn)選取

研究地點(diǎn)選擇青島世紀(jì)公園內(nèi)，公園位于青島市城陽區(qū)(東經(jīng)120°39′，北緯36°28′)，屬北溫帶季風(fēng)大陸氣候，受海洋氣候影響，海陸風(fēng)較為明顯，空氣較為濕潤(rùn)，夏季降雨量尤其充沛[7]，全區(qū)氣候相對(duì)溫和，夏季平均氣溫約為26～34 ℃[8]。研究根據(jù)科學(xué)性、綜合性、便利性的原則，在公園內(nèi)選取廣場(chǎng)型(A)、草坪型(B)、林蔭型(C)3種典型景觀空間，每個(gè)空間設(shè)置3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)(圖1)，各觀測(cè)點(diǎn)間隔10 m，呈等邊三角形，即在9個(gè)觀測(cè)點(diǎn)同步進(jìn)行小環(huán)境因子監(jiān)測(cè)。3種景觀空間本底特征見表1。

圖1 青島世紀(jì)公園3種景觀空間位置Fig. 1 Three kinds of landscape spaces location in Qingdao Century Park

表1 3種景觀空間本底特征Table 1 Background characteristics of three kinds of landscape spaces

1.2 研究方法

1.2.1 小環(huán)境因子測(cè)定

實(shí)驗(yàn)于2019年夏季6月至8月進(jìn)行，每月選擇7 d晴朗天氣，同步測(cè)定廣場(chǎng)型(A)、草坪型(B)、林蔭型(C)3種典型景觀空間的小環(huán)境因子。每天的測(cè)定時(shí)間段為7：00到18：00，觀測(cè)時(shí)間間隔為1 h。具體測(cè)定方法如下：

1.2.1.1 小氣候測(cè)定

光照測(cè)定采用TES-1332A光照儀測(cè)定，測(cè)定精度范圍0～2×104Lx；空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)速、氣壓等氣象因子測(cè)定采用美國(guó)Kestrel 3500Po氣象測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定，其中空氣溫度監(jiān)測(cè)精度范圍-29～70 ℃，風(fēng)速監(jiān)測(cè)精度范圍為0.6～40 m/s，空氣濕度監(jiān)測(cè)精度范圍為5%～95%。

1.2.1.2 粉塵、負(fù)氧離子濃度測(cè)定

將粉塵檢測(cè)儀在距離地面1.5 m處(人體平均呼吸高度)進(jìn)行粉塵濃度測(cè)定；同時(shí)，采用999A空氣負(fù)氧離子檢測(cè)儀對(duì)空氣負(fù)氧離子濃度進(jìn)行測(cè)定。

1.2.2 小環(huán)境因子相關(guān)性分析

采用統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)3種景觀空間中的光照空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)速、粉塵、負(fù)氧離子等環(huán)境因子進(jìn)行相關(guān)性分析，確定各環(huán)境因子的相關(guān)性。

1.2.3 小環(huán)境人體舒適度計(jì)算

關(guān)于人體舒適度指數(shù)的計(jì)算，文獻(xiàn)有大量不同的公式和方法[9-11]，但影響人體舒適度指數(shù)的主要因素為空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)速等微氣候因素，論文采用陸鼎煌等[11]人的舒適度計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，公式為：

S=0.6(|T-24|)+0.07(|RH-70|)+0.5(|V-2|)

式中：S為綜合舒適度指標(biāo)；T為空氣溫度(℃)；RH為空氣濕度(%)；V為風(fēng)速(m/s)。

劃分小環(huán)境人體舒適度等級(jí)，進(jìn)行人體舒適度評(píng)價(jià)，具體劃分標(biāo)準(zhǔn)如下(表2)：

表2 人體舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Evaluation criteria of human comfort

1.3 數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性檢查、統(tǒng)計(jì)分析和圖表處理；多重比較采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種景觀空間小環(huán)境日變化

統(tǒng)計(jì)廣場(chǎng)型、草坪型以及林蔭型3種景觀空間小環(huán)境的光照、空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)速、粉塵、負(fù)氧離子等環(huán)境因子的平均值日變化(圖 2)，可以看出，從7：00至18：00，各環(huán)境因子均發(fā)生規(guī)律性變化，廣場(chǎng)型光照強(qiáng)度的峰值出現(xiàn)在10：00，為80 420 Lx，草坪型光照強(qiáng)度的峰值出現(xiàn)在13：00，為85 940 Lx，林蔭型光照強(qiáng)度的峰值出現(xiàn)在11：00，為34 010 Lx(圖2A)。3種景觀空間的空氣溫度都呈凸形曲線，廣場(chǎng)型和草坪型空氣溫度都在14：00達(dá)到峰值，分別為32.7 ℃和30.7 ℃，林蔭型的空氣溫度在12：00達(dá)到峰值，為28.6 ℃(圖2B)；與此相反，3種景觀空間空氣的濕度都呈凹形曲線變化，廣場(chǎng)型和草坪型的空氣濕度都在15：00達(dá)到最小值，為29.7%、36.4%，林蔭型的空氣濕度在14：00達(dá)到最小值，為42.1%(圖2C)。3種景觀空間中，風(fēng)速日變化規(guī)律不明顯(圖2D)。廣場(chǎng)型和草坪型的粉塵濃度峰值均出現(xiàn)在18：00，分別為159 μg/m3和119 μg/m3，林蔭型的粉塵濃度峰值出現(xiàn)在上午8：00，為58 μg/m3(圖2E)。3種景觀空間的空氣負(fù)氧離子濃度也呈凹形曲線變化，在測(cè)定時(shí)間段內(nèi)，廣場(chǎng)型、草坪型和林蔭型均在7：00空氣負(fù)氧離子濃度為最高峰，其最大值分別為3 260個(gè)/cm3、3 782個(gè)/cm3、4 654個(gè)/cm3(圖2F)。

圖2 3種景觀空間小環(huán)境因子日變化Fig. 2 Daily variation of microenvironment factors in three landscape spaces

2.2 3種景觀空間小環(huán)境比較分析

廣場(chǎng)型和草坪型景觀空間的光照強(qiáng)度(54 652 Lx、50 130 Lx)和風(fēng)速(1.8 m/s、1.7 m/s)顯著高于林蔭型(16 764 Lx、0.4 m/s)(P<0.01)(圖3A、3D)；廣場(chǎng)型景觀空間空氣溫度(27.9 ℃)顯著高于林蔭型(26.1 ℃)(P<0.01)，但草坪型與廣場(chǎng)型空氣溫度差異不顯著，與林蔭型空氣溫度差異也不顯著(圖3B)；廣場(chǎng)型景觀空間空氣濕度顯著低于林蔭型(P<0.01)，廣場(chǎng)型、草坪型與林蔭型空氣濕度分別為36.8%、41%、46.5%(圖3C)；廣場(chǎng)型粉塵濃度顯著高于草坪型和林蔭型(P<0.05)，值分別為108 μg/m3、82 μg/m3、39 μg/m3(圖3E)；廣場(chǎng)型景觀空間負(fù)氧離子濃度顯著低于草坪型和林蔭型(P<0.01)，值分別為1 967 個(gè)/cm3、2 952 個(gè)/cm3、3 515 個(gè)/cm3(圖3F)。

圖3 3種景觀空間小環(huán)境日均值比較Fig. 3 Comparison of daily mean values of microenvironment in three landscape spaces注：圖中柱上不同小寫字母表示各類型在P<0.05水平差異顯著,不同大寫字母表示在P<0.01水平差異顯著。

2.3 3種景觀空間小環(huán)境因子相關(guān)性分析

對(duì)3種景觀空間所有小環(huán)境因子相關(guān)性進(jìn)行分析，有表3可知各因子之間的相關(guān)性。其中，空氣溫度與光照呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，而空氣濕度與光照和空氣溫度都呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，這是因?yàn)殡S著太陽升起，光照增強(qiáng)，空氣溫度提高，導(dǎo)致空氣水分蒸發(fā)散失加快。風(fēng)速與光照呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，但與空氣濕度呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與空氣溫度不相關(guān)，這是由于風(fēng)速增強(qiáng)，空氣水分蒸發(fā)加快的緣故。負(fù)氧離子與空氣濕度呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，與空氣溫度呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，這是由于空氣負(fù)氧離子的形成往往與植物光合作用等生理過程相關(guān)，空間小環(huán)境的變化會(huì)導(dǎo)致光合作用等植物生理過程發(fā)生相應(yīng)的改變。粉塵與光照、空氣溫度、空氣濕度和風(fēng)速都不相關(guān)。相關(guān)性分析說明空氣溫度、空氣濕度和風(fēng)速這3種環(huán)境因子相關(guān)性顯著，空氣溫度、空氣濕度和風(fēng)速能夠反映小環(huán)境因子的人體舒適度。

表3 景觀空間小環(huán)境因子相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of landscape spatial microenvironment factor

2.4 景觀空間小環(huán)境與人體舒適度

計(jì)算3種景觀空間小環(huán)境人體舒適度指數(shù)，并根據(jù)人體舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表 2)對(duì)景觀空間舒適度進(jìn)行分析。由表4可知，在夏季，廣場(chǎng)型景觀空間7：00人體舒適度評(píng)價(jià)為舒適，8：00—12：00和17：00—18：00為較舒適，在12：00—17：00時(shí)間段為不舒適；草坪型景觀空間7：00—8：00和18：00后為舒適，在8：00—12：00和14：00—17：00時(shí)間段為較舒適，13：00不舒適；林蔭型景觀空間7：00—9：00和16：00—18：00為舒適，10：00—15：00為較舒適。整體上看在夏季早上和傍晚3種景觀空間的舒適度都較高，但隨著太陽的升起，空氣溫度逐漸升高，舒適度指數(shù)下降，當(dāng)午后空氣溫度達(dá)到高峰時(shí)，林蔭型景觀空間舒適度更高，草坪型景觀空間次之，廣場(chǎng)型景觀空間舒適度最低。

表4 3種景觀空間人體舒適度日變化Table 4 Daily variation of human comfort in three landscape spaces

3 結(jié)論與討論

為科學(xué)打造城市園林景觀空間，提高游客人體舒適度，本研究探討了廣場(chǎng)型、草坪型和林蔭型3種景觀空間小環(huán)境對(duì)人體舒適度的影響機(jī)理。結(jié)果表明，3種景觀空間小環(huán)境在夏季一天內(nèi)，具有明顯的時(shí)空變化特征，光照和氣溫呈單峰曲線變化，而相對(duì)濕度、粉塵、負(fù)氧離子等呈凹型曲線變化。一天內(nèi)光照、空氣溫度、相對(duì)濕度的變化與太陽的升起和降落有關(guān)，粉塵變化可能受周邊早晚上下班高峰的影響，這與晏海等[12]人對(duì)夏季小氣候環(huán)境的研究結(jié)果基本一致。就空氣負(fù)氧離子而言，日變化規(guī)律與金琪等人[13]研究結(jié)果一致，都是清晨和傍晚高，白天低。對(duì)比3種景觀空間微環(huán)境各因子平均值，可見廣場(chǎng)空間的光照、空氣溫度、風(fēng)速、粉塵等都顯著高于草坪和林蔭型，而空氣濕度則低于林蔭型。廣場(chǎng)屬于開放空間，沒有植被冠層郁閉，容易受周邊大環(huán)境的干擾，導(dǎo)致光照強(qiáng)度、空氣溫度、風(fēng)速、粉塵等因子較高，而林蔭型景觀空間由于林冠郁閉度高，樹冠遮擋陽光，降溫降噪，能夠營(yíng)造低溫、高濕的小環(huán)境。此外，由于植物的光合作用，植被繁茂的林蔭型更加有利于激發(fā)空氣中的某些分子產(chǎn)生自由電子，附著在一些分子及原子上從而形成空氣負(fù)離子[14]。段文軍等[15]對(duì)比研究森林和城市環(huán)境空氣負(fù)離子濃度，發(fā)現(xiàn)林內(nèi)空氣負(fù)離子濃度都比城市廣場(chǎng)增加15倍以上。

分析3種景觀空間小環(huán)境因子之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)光照、溫度呈正相關(guān)，且都與空氣濕度呈負(fù)相關(guān)；負(fù)氧離子與空氣濕度呈正相關(guān)，與空氣溫度呈負(fù)相關(guān)；粉塵與光照、溫度、濕度相關(guān)關(guān)系不強(qiáng)，這與郭二果等[16]的研究森林環(huán)境保健因子的相關(guān)性基本一致。就景觀空間小環(huán)境與人體舒適度關(guān)系而言，在夏天，早晚人體舒適度等級(jí)都為舒適，但隨著太陽的升起，廣場(chǎng)和草坪溫度逐漸升高，午后，廣場(chǎng)和草坪溫度達(dá)到最高值，廣場(chǎng)為不舒適，而林蔭型空間由于植被的降溫增濕作用，舒適度等級(jí)為舒適。草坪型屬于軟質(zhì)下墊面，不同于廣場(chǎng)的硬質(zhì)鋪裝，植物在一定程度上對(duì)空間環(huán)境產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。晏海等[17]研究城市公園綠地小氣候環(huán)境效益及其影響因子發(fā)現(xiàn)，夏季不同下墊面氣溫存在明顯差異，硬質(zhì)鋪裝的下墊面氣溫最高，草坪次之，林地氣溫最低。

綜上所述，在北方夏季，林蔭型景觀空間小氣候變化平穩(wěn)、溫度低、濕度大、負(fù)氧離子濃度較高，人體舒適度偏高，在游覽公園時(shí)，游客更傾向于林蔭型景觀空間，在林下休憩、玩耍；而草坪型景觀空間舒適度指數(shù)稍高，但是草坪為開放空間，視野寬闊，鋪裝柔軟，游客中特別是兒童，更傾向于利用草坪空間玩耍、嬉戲。廣場(chǎng)屬于硬質(zhì)鋪裝，小氣候變化幅度較大，在夏天整體舒適度最低，導(dǎo)致午后利用效率最低。因此，我們?cè)谒茉炀坝^空間時(shí)，設(shè)計(jì)師要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂?、地形、水體、植被和季節(jié)等因素，堅(jiān)持以人為本的設(shè)計(jì)理念，以提高游客人體舒適度為目標(biāo)，合理進(jìn)行植物配置，規(guī)劃景觀小空間的布局，提高景觀空間的利用效率。