席仁靜 狄育慧 鄭 松

（西安工程大學環(huán)境與化學工程學院 西安 710048）

0 引言

屋頂綠化可以廣泛地理解為在各類建筑物、假山、陽臺等構筑物表面營造景觀的一種空間美化方式。屋頂綠化不僅向空中發(fā)展綠地，節(jié)約土地，開拓城市空間，而且把建筑藝術與園林藝術完美結合，在保護城市環(huán)境，提高人們居環(huán)境質量方面也起著不可忽視的作用。隨著近些年城市化進程的加快，城市人口急劇增長，城市的環(huán)境問題日益突出，屋頂綠化也越來受到人們的關注。很多研究表明屋頂綠化可以明顯改善城市環(huán)境，李磊[1]等學者研究表明單片葉子可吸收所接受可見光的75%，反射15%，只有約10%可透射，顯著減少了屋頂的太陽輻射；王麗勉[2]學者通過對上海的莘莊建筑科學院科技園的綠化屋頂與非綠化屋頂主要氣候要素的觀測數據分析，得到屋頂綠化可降低室內氣溫約1℃，降低室外氣溫約1.7℃，增加室內濕度2%-4%；鄒敏[3]等人研究顯示花園式綠化可以提高相對濕度12.92%-24.9%。但相關學者研究均是整體研究綠化屋頂，沒有具體分析不同植物綠化類型的環(huán)境效益。本文針對目前屋頂綠化常見的草地+灌木、草地+喬木及藤蔓類三種綠化形式，研究了不同的植物群落綠化的降溫增濕效益，為屋頂綠化植物種類的具體選擇提供依據。

1 實驗對象與研究方法

1.1 實驗場地的設計

實驗對象建筑為西安市碑林區(qū)一棟2010年建成的5層的商業(yè)建筑，其位于街道一側，南北兩側均是密集高層住宅建筑，屋頂面積超過3300m2。對照裸屋頂在對象建筑的西北側，屋頂面積超過1600m2，兩建筑毗鄰，相距約50m。

屋頂的基質土厚度測試達到1.1m，根據綠化屋頂的植物群落情況，選擇草地+灌木、草地+喬木及藤蔓類三塊不同植物群落的實驗樣地，在裸屋頂中間選擇一塊對照組樣地，四塊試驗樣地面積均為300m2。根據屋頂實際綠化情況，藤蔓類實驗地規(guī)格為100m×3m，其他三塊樣地規(guī)格都為20m×15m，每一塊實驗樣地均勻選擇6個固定測試點，如圖1所示。

圖1 實驗場地詳圖Fig.1 detail experiment site

1.2 實驗樣地的植物群落狀況

參考《生態(tài)學實驗》[4]中關于植物群落研究方法，調查了3塊實驗樣地內部植物群落的結構，統(tǒng)計了主要植物種類，并計算種植密度和郁閉度，如表1所示。

表1 實驗樣地基本資料Table 1 Basic data to experimental samples

1.3 實驗內容與方法

實驗在溫度高、屋頂綠化的環(huán)境效益比較明顯的6月份開展，選擇天氣晴朗的3天時間測試，并要求風速低且平均風速接近0，以減少不同實驗樣地之間空氣流動的影響。試驗內容是測試不同實驗樣地1.5m高度的環(huán)境溫度和空氣相對濕度。

測試時間段是10∶00-18∶00，持續(xù)9個小時。所有測試點每小時測試并計數3次，每塊樣地共得到27個數據，取其平均值作為該樣地相應時刻的溫度和相對濕度值。測試過程中實驗儀器由1.5m高的支架固定，保證測試高度。最終將3天測試的各時刻數據加以平均作為最終的分析數據。

1.4 數據分析方法

由于城區(qū)建筑密集，城市環(huán)境復雜，實驗不可避免受到風速、局部風場等外界因素影響。因此，為了全面分析屋頂綠化的環(huán)境效益，除了計算平均溫度和平均相對濕度外，選取降溫程度與增濕程度、降溫率與增濕率作為溫濕度指數。同時結合方差檢驗和LSD兩兩比較檢驗，分析3種不同植物群落的綠化形式的降溫增濕效益。實驗數據處理使用EXCEL 2007和SPSS 21.0數據分析軟件。

其中降溫程度和增濕程度的計算公式為：

降溫率與增濕率的計算公式[3]為：

式中，Td和Ts分別表示對照組和實驗組各時刻的環(huán)境溫度，Rs和Rd分別表示實驗組和對照組的各時刻環(huán)境相對濕度，n表示實驗測試次數。

1.5 測試儀器

本次試驗主要測試風速、溫度和濕度三個參數。使用Testo416葉輪風速儀測試風速，其分辨率為0.1m/s。溫度和濕度的測試儀器選用美國TSI公司的Q-Trak空氣品質測試儀器，溫度測試的分辨率達到0.1℃，相對濕度測試的分辨率為0.1%。

2 實驗結果與分析

2.1 不同綠化形式的降溫效益

2.1.1 3塊實驗樣地的溫度統(tǒng)計

本實驗選擇在無風晴朗天氣下進行，風速的測試每實驗樣地每小時讀數3次，3天共記錄數據324次，其中有259次風速測試數據為0，平均風速僅0.03m/s，因此風速較小滿足實驗要求。表2是四塊試驗樣地每個時間段3天的測試數據平均值，同時把各時刻的溫度值加以平均求得全天的平均溫度，圖2是用折線圖表示。

表2 各試驗地各時刻溫度統(tǒng)計表Table 2 Each testing samples temperature statistics

圖2 各試驗地不同時刻溫度折線圖Fig.2 Every samples temperature line chart of different time

由表2四塊樣地測試數據顯示，對照組裸露屋面的平均溫度最高為35.42℃，藤蔓類試驗樣地平均溫度最低為31.71℃，和對照組相比降低3.71℃。而草地+灌木組和草地+喬木組的平均溫度分別為33.28℃和33.03℃，只相差0.25℃。裸露屋頂溫度峰谷差達6.46℃，而3種綠化屋頂最高與最低溫度差均小于4.2℃，和對照組相比溫度變化幅度較小。從圖2也可看出，和對照組相比，綠化屋頂的溫度折線趨勢明顯平緩，溫度更穩(wěn)定。此外，四種形式屋頂的溫度都呈“單峰”分布，10∶00-12∶00溫度上升很快，12∶00-14∶00期間太陽輻射減弱，溫度上升變緩，在14或15時溫度達到最高溫度后又緩慢降低。

2.1.2 3種屋頂綠化形式降溫效果的比較

根據表2的實驗組與對照組的各時刻溫度，計算3塊試驗樣地的降溫程度變化范圍分別為：1.06℃-3.72℃，0.8℃-4.36℃，2.17℃-4.52℃；計算對照組與3塊實驗樣地平均溫度差，得到3塊樣地平均降低溫度為：2.14℃，2.39℃，3.71℃；計算降溫率分別為：5.9%，6.6%，10.4%。可以看出藤蔓類綠化的降溫優(yōu)勢比較明顯，而草地喬木和草地灌木兩實驗樣地的降溫程度的范圍相近，平均降低溫度和降溫率相差也不大。

表3 3種綠化形式與對照組的溫度方差分析Table 3 Temperature analysis of variance between greening forms and the control group

表3是綠化屋頂與對照裸屋頂溫度的方差分析，組間均方差為19.5，組內均方差為2.627。F＝7.424＞F0.05（3,32）≈2.92，表明不同形式的屋頂綠化對屋頂的溫度有非常顯著的影響。顯著性水平P表示因素對實驗結果無顯著影響的概率，P=0.001＜0.05，說明在α＝0.05顯著性水平下，F(xiàn)檢驗是顯著的，也表明不同綠化形式對實驗指標屋頂溫度的影響顯著。

方差分析只能判斷整體各觀測變量均值不完全相等，卻不能得出各均值之間完全不相等的結論，各因素水平下觀測變量均值的更為細致的比較就需要用多重比較檢驗[5]。先檢驗方差的齊次性，計算結果為P＝0.695＞0.05，所以得到不同綠化形式的溫度滿足方差齊性的結論。然后用SPSS軟件做LSD兩兩比較檢驗，分析不同綠化形式之間的降溫效果差異。

如表4所示，3種綠化形式與對照組的溫度差異的顯著性水平均小于0.05，表明3種屋頂綠化形式均有顯著的降溫效果。但草地灌木和草地喬木這兩種綠化形式相比，P＝0.749＞0.05，表明這兩種綠化形式差異不明顯。而藤蔓類與草地灌木相比，P＝0.048，表明藤蔓類綠化的降溫效果即使與草地灌木綠化形式相比，仍差異顯著，降溫效果很好。

綜上所述，根據平均溫度、降溫程度、降溫率及方差檢驗與LSD檢驗，3種不同植物群落的綠化形式都有顯著的降溫作用，其降溫效果為：藤蔓類＞草地+喬木＞草地＋灌木，其中草地灌木和草地喬木這兩種綠化形式降溫效果沒有顯著差異，藤蔓類綠化形式的降溫效果最好，明顯優(yōu)于其他兩種屋頂綠化形式。

表4 3種綠化形式及對照組溫度LSD兩兩比較分析Table 4 Temperature LSD pairwise comparison analysis between 3 kinds of greening forms and the control group

2.2 不同綠化形式的增濕效益

2.2.1 3塊試驗樣地的相對濕度統(tǒng)計

如表5所示，相對于對照裸屋頂，3種綠化形式的屋頂的相對濕度都有不同程度的提高，藤蔓類試驗樣地的平均相對濕度最高，為38.11%，而對照組的相對濕度最低，為32.64%。草地灌木和草地喬木的樣地平均相對濕度為34.75%和34.88%，相比差異不大。同時結合圖3可以看出，各實驗地的相對濕度呈現(xiàn)先下降后稍微上升的趨勢。在10∶00 相對濕度最高，在 10∶00-14∶00 時刻之間相對濕度急劇下降，各試驗地分別在14∶00-16∶00時刻之間相對濕度達到最低值后，又有緩慢上升的趨勢。其中草地灌木和草地喬木樣地的相對濕度曲線十分接近，在 15∶00-18∶00有交叉。

表5 各試驗地各時刻相對濕度統(tǒng)計/%Table 5 Each samples statistical relative humidity of different moment/%

圖3 各試驗地不同時刻相對濕度折線圖Fig.3 Each samples relative humidity line chart of different time

2.2.2 3種屋頂綠化形式增濕效果的比較

根據表5的3塊綠化試驗樣地與對照試驗地的相對濕度，計算3塊樣地的平均相對濕度增加為：2.11%，2.24%，5.47%；增濕程度范圍為：0.98%-3.94%，0.4%-4.1%，3.22%-7.5%；增濕率為：6.4%，6.8%，16.6%。以上數據可以看出藤蔓類綠化形式的增濕效果最明顯，而草地灌木和草地喬木兩種綠化形式的增濕程度范圍相近，平均相對濕度增加量和增濕率差異也不大。

表6 3塊試驗地與對照組相對濕度方差分析Table 6 Relative humidity variance analysis of testing samples and the control

表6的方差分析顯示，總離差為438.384，組間均方差為137.373，組內平方和為301.011，而F＝4.868＞F0.05（3,32）≈2.92，表明不同的綠化形式對屋頂相對濕度有非常顯著的影響。P=0.007＜0.01，也表明不同綠化形式對實驗指標相對濕度影響顯著。

方差分析表明各試驗地測試溫度均值并不相等，具體分析各試驗地（綠化形式）之間的相對濕度的差異要做兩兩比較分析。先對各種綠化形式的相對濕度方差齊次性檢驗，結果為P＝0.505＞0.05，表明方差滿足齊次性要求。然后對各種綠化形式的相對濕度做LSD兩兩比較檢驗，分析不同綠化形式之間的增濕效果的差異。

表7 3種綠化形式及對照組相對濕度LSD兩兩比較分析Table 7 Relative humidity LSD pairwise comparison analysis on greening forms and the control group

如表7所示，草地灌木和草地喬木兩種綠化形式的相對濕度與對照組相比，均無顯著性差異，表明它們的增濕效果并不明顯，而藤蔓類綠化形式與對照組相比，P=0.001＜0.05，表明只有藤蔓類綠化形式有顯著的增濕效果。同時藤蔓類綠化與另兩種綠化形式相比，P＜0.05，這表明，藤蔓類綠化的相對濕度不僅與對照組相比有顯著性的差異，而且與其他兩種屋頂綠化形式相比也差異顯著，可顯著提高屋頂的相對濕度，改善建筑局部微氣候環(huán)境。

通過以上的平均相對濕度、增濕程度、增濕率及方差檢驗與LSD檢驗，看出3種綠化形式的增濕效果為：藤蔓類＞草地+喬木＞草地＋灌木，其中草地灌木和草地喬木兩種綠化形式增濕效果沒有較大的差異，而僅有藤蔓類綠化能顯著提高環(huán)境的相對濕度。

2.3 結果分析

本次實驗的結果表明，綠化屋頂有一定的降溫增濕效應，這與國內外學者研究是一致的。同時測試數據顯示，草地喬木綠化方式和草地灌木綠化方式相比，屋頂的降溫與增濕效果并沒有顯著的差異，而藤蔓類綠化方式降溫增濕效益最好。

通過相關學者的研究表明[6-9]，綠化的降溫增濕主要得益于植物的遮擋太陽輻射和蒸騰作用。郁閉度是指森林中喬木樹冠遮蔽地面的程度，表示植物對太陽輻射的遮擋。表1的綠化植物群落調查顯示，草地灌木和草地喬木兩實驗樣地的郁閉度相近，而藤蔓類實驗地塊的郁閉度明顯高于其他兩塊試驗樣地，其遮擋太陽輻射降溫效果會更好。

蒸騰作用是水分從活的植物體表面（主要是葉子）以水蒸汽狀態(tài)散失到大氣中的過程。栽培學和氣象學相關理論指出，蒸發(fā)面積、微環(huán)境溫度和氣孔內外壓差是影響植物蒸騰速率的主要原因。董澤軍提出蒸騰作用的速率的分析，需要植物氣孔下腔蒸發(fā)表面積、氣孔下腔微環(huán)境中飽和差、氣壓、溫度、氣孔內外氣壓差、植物體內特別是細胞間隙中水溶液濃度、植物生長期蒸騰作用等植物生理學試驗數據來支撐[10]。由此看來，具體每種綠化植物的降溫增濕效益與蒸騰作用、呼吸作用等生理活動的關系，應從植物生理學方面進行更加深入微觀的定量研究，而本文是以實際測試數據宏觀分析其降溫增濕效果，這是本文的不足之處。

在調研中，屋頂管理人員指出藤蔓類植物容易養(yǎng)護，灌木生長狀況也良好，但喬木類綠化植物生長受到基質厚度、土質等環(huán)境因素的限制，枝葉稀少，長勢不好，經常有生病枯枝現(xiàn)象。他們提出喬木的生長問題使其不能充分發(fā)揮它的生態(tài)效益，因此建議在屋頂條件有限情況下，屋頂綠化不適宜種植過多喬木，而應種植適應性強的藤蔓類、小灌木和草本類植物。

3 結論

（1）本次實驗的測試數據顯示，草地+灌木、草地+喬木和藤蔓類三種綠化形式能降低平均溫度分別為：2.14℃，2.39℃，3.71℃；降溫程度分別為：1.06℃～3.72℃，0.8℃～4.36℃，2.17℃～4.52℃；降溫率分別為：5.9%，6.6%，10.4%。方差檢驗和LSD兩兩比較檢驗表明，和對照組相比，3種綠化形式均有顯著的降溫作用，其中草地+灌木和草地+喬木的降溫效果差異不大，而藤蔓類綠化的降溫效益最好。

（2）本次實驗的測試數據顯示，草地+灌木、草地+喬木和藤蔓類三種綠化形式均有一定的增濕作用，能增加相對平均濕度分別為：2.11%，2.24%，5.47%；增濕程度范圍分別為：0.98%～3.94%，0.4%～4.1%，3.22%～7.5%；增濕率為：6.4%，6.8%，16.6%。方差檢驗和LSD兩兩比較檢驗表明，草地+灌木和草地+喬木兩種綠化形式的增濕效果沒有顯著性的差異。同時與對照組相比，只有藤蔓類綠化有顯著的增濕效益。

（3）根據所測試的數據和檢驗分析，在屋頂環(huán)境有限的情況下，建議優(yōu)先選擇降溫增濕效益最好、適應性強的藤蔓類綠化植物，結合低矮灌木和地被類植物（佛甲草、四季青等）進行屋頂綠化，不推薦種植較多的喬木，因為喬木不易養(yǎng)護，且其降溫增濕效果與灌木相比并沒有顯著差異。