城市机动车道颗粒污染物扩散对绿化隔离带空间结构的响应

通过设置绿化隔离带以减少道路污染物的扩散是目前采用的道路生态防控措施之一。如何减少道路污染对机动车道行人的影响等问题则少有关注。基于对城市非机动车道行人生态安全的考虑,采取现场模拟方法研究道路绿化隔离带对道路中心颗粒污染物向非机动车道扩散的影响。 试验地点选择太原市城区,具体方法是在机动车道和非机动车道之间设置遮阳网。通过增减遮阳网的层数调整模拟隔离带的宽度和疏透度,每50 cm间隔1层遮阳网。为了更接近实际的绿化隔离带和更利于调整疏透度,近机动车道一侧的遮阳网均匀捆扎新鲜的离体植物枝条。实验采用三因素、四水平正交设计方法,通过测定绿带两侧污染物含量的变化评价绿带对非机动车道的净化效应。结果表明,道路绿化隔离带对于减少道路颗粒污染物向非机动车道的扩散具有明显的作用。道路绿化隔离带的诸因子净化非机动车道环境的作用有明显的差异。其中疏透度和高度所起的作用较为显著。本试验中净化PM₁₀过程中三因子的重要性排序依次为高度、疏透度、宽度。净化TSP过程中的重要性依次为疏透度、高度、宽度。三因子净化非机动车道颗粒污染物的最佳水平分别是:疏透度20%,高度350 cm,宽度250 cm,对TSP和PM₁₀的净化百分率分别达到46.10%和42.94%。各因子不同水平的净化效应排序分别为:疏透度20%、30%、40%、10% ,高度350 cm、250 cm、150 cm、50 cm,宽度250 cm、350 cm、150 cm、50 cm。     

昼间气象条件对城市道路绿化带空气净化效果的影响——以太原市为例

道路绿化带可以净化空气,改善道路环境,道路中的小气候条件会改变道路污染物扩散方式和速度,进而会影响到绿化带对污染物净化效果。气象条件对道路绿地对大气污染物净化效果影响的研究将有助于了解道路绿地的净化途径,为改善城市道路环境提供依据。对太原市18个道路绿地气象因子和5种主要污染物浓度进行了观测。结果表明:夏季,太原市城市道路内各气象要素之间存在一定的相关性,气温和地温正相关显著,空气相对湿度与地温及气温呈显著和极显著负相关。大部分情况下,有绿地非机动车道污染物平均浓度低于无绿地非机动车道对照点平均浓度,即道路绿地起到了对道路污染物的净化作用。道路绿地对污染物的净化百分率与气象因子存在显著的回归关系,并可以建立达到统计显著水平的回归方程,但不同污染物受不同的主导气象因子影响。气象条件会影响道路绿地对道路污染物的净化效果,今后的城市建设和道路绿地规划中应更多地考虑气象条件对绿地净化效果的影响。     

城市街道绿化对空气质量及微气候影响的综合模拟研究

植被对街道峡谷行人水平空气质量的影响得到了广泛关注,然而,污染物浓度与真实街道几何的宽街谷下复杂的绿化条件之间的关系没有得到足够的重视,也很少有研究对这种街道绿地对空气质量和微气候的综合影响进行评价。研究探讨街道绿化如何影响慢行道空气质量及微气候,其因子相关性、影响效果如何,并评估其综合生态效益。结果表明,街道绿化有正负两方面生态效益,可增加慢行道PM_2.5浓度9.34%-99.70%,平均降低气温1.06℃。近源冠层体积分数与浓度变化率极显著正相关,最能表征绿化引起的慢行道空气质量变化。绿化覆盖率、慢行道SVF与温湿度、风速变化率显著相关。各道路等级下中等覆盖度的场景具有最佳综合生态效益,主次干道综合生态效益高的场景特点是机非绿带为乔灌结构,水平结构为均匀型。研究可促进对宽阔街道绿化生态功能权衡的深入认识,为街道绿地配置方法及生态效益评估提供依据。     

基于ENVI-met的道路绿带规划设计对PM2.5消减作用的模拟研究

城市道路绿地是城市绿地系统重要的组成部分,道路绿带承担着城市道路重要的生态环境改善功能,道路绿带的断面布局是道路绿地规划设计的核心内容。首次将ENVI-met运用于城市道路断面绿带规划设计模拟中,定量研究城市道路绿带断面形式对PM2.5的消减作用,结果表明: 1）道路横断面绿化类型对PM2.5分布有显著影响。道路绿化导致机动车道PM2.5浓度增加,非机动车道及人行道PM2.5浓度减少;2）道路绿化能明显消减人行道PM2.5浓度。从PM2.5的消减面积来看,四板五带式>两板三带式>一板两带式>三板四带式;从PM2.5的消减程度来看,两板三带式>四板五带式> 一板两带式>三板四带式。3）两板三带式、四板五带式绿化消减效果最佳,人行道消减率最大提高了18%。研究证实了道路绿化确能改善非机动车道及人行道的颗粒物污染,为绿色基础设施消减PM2.5浓度提供了有力的支撑。     

昆仑山北坡不同海拔塔里木沙拐枣的光合生理生态特性

在2008年7月25日-8月6日的连续晴天中,选择昆仑山北坡塔里木沙拐枣自然分布区3个海拔高度(2100,2300,2500m),利用便携式光合测定仪LI-6400测定塔里木沙拐枣的光合生理生态特性。结果表明:2100m处塔里木沙拐枣的光补偿点(LCP)和光饱和点(LSP)与2300m,2500m处差异分别达到显著,而3者间的最大净光合速率(P_max)差异均达显著。表观量子效率(AQY)在3个海拔之间差异均不显著,但在2100m处的羧化效率(CE)分别与2300m和2500m处的差异显著。相同海拔下塔里木沙拐枣的暗呼吸速率值(R_day)要高于光呼吸速率值(R_p),且2500m处的暗呼吸速率分别与2100m和2300m处的有显著的差异,2100m处的光呼吸速率分别与2300m和2500m差异显著。3个海拔塔里木沙拐枣的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)和气孔导度(G_s)的日变化均为单峰曲线。随着海拔的升高,塔里木沙拐枣P_n,T_r,G_s和L_s的日均值降低,但光能利用率(LUE)和水分利用效率(WUE)却显著增加。塔里木沙拐枣的P_n与叶温(T_l)、大气温度(T_a)和光照强度(PPFD)具有极显著的正相关关系,与海拔呈显著负相关,与空气相对湿度(RH)和大气CO₂浓度(C_a)之间均不具有显著相关性。T_r与T_a,T_l和PPFD具有极显著的正相关性,与RH之间存在显著的负相关。G_s只与C_a之间呈极显著的负相关。P_n与T_r,L_s,G_s,WUE和V_pdl分别具有极显著的正相关性,与C_i呈极显著的负相关。通过对不同海拔高度塔里木沙拐枣光合生理参数与光、温等生态因子关系的对比分析表明:塔里木沙拐枣对山地荒漠草地自然环境变化的温度和光照有很好的生态适应性。     

塔里木河下游地下水埋深对胡杨气体交换和叶绿素荧光的影响

为了分析干旱环境下地下水埋深变化对胡杨(Populus euphratica oliv.)光合作用的影响,对塔里木河下游3个地下水埋深(4.91,6.93m和8.44m)环境下胡杨叶片的气体交换日变化、光响应曲线、PN-C_i曲线以及叶绿素荧光特性等进行了比较研究。研究结果表明:当地下水埋深从4.91m增加到6.93m和8.44m,胡杨光合速率(P_N)(10:00),初始荧光(F₀)、最大荧光(F_m)、以及PSⅡ实际光化学效率(Ω_PSⅡ)、电子传递速率(ETR)、非光化学猝灭系数(NPQ)和正午叶水势(Ψ_midday)等都发生了明显变化,其中胡杨NPQ增加了109% 127%,Ω_PSⅡ,ETR和Ψ_midday分别减小了24% 29%,17% 22%和31.6% 45.6%,表明胡杨受到的干旱胁迫程度在增加;而当地下水埋深在6.93 8.44m之间时,上述参数无显著变化,表明胡杨很可能处于相同干旱胁迫程度;并且在地下水埋深4.91 8.44m范围内,最大光化学效率(F_v/F_m),表观量子效率(φ),Rubisco羧化速率(V_cmax), 等参数都未发生明显变化,表明即使地下水埋深增加到8.44m,此时的干旱胁迫程度也未超过胡杨的耐受能力,其光合能力也未受到不可逆转的伤害。     

基于城市微气候模拟软件的城市道路绿化带对PM2.5消减作用的研究

随着经济的快速发展及机动车保有量的持续增长，车辆造成的道路污染问题日益严重。广州作为中国重要的经济发展城市，交通源排放问题高度集中，机动车排放是城市PM2.5的主要来源之一，开展减缓城市道路污染危害的研究具有重要意义。本研究为调查绿化带对广州城市道路PM2.5的影响，运用实测与城市微气候模拟软件（ENVI-met）模拟结合的研究方法，实测并分析城市道路空间PM2.5的浓度分布及其影响因素，使用实测数据对模拟软件进行验证分析，模拟研究理想道路模型下不同高宽比、风向等因素及绿化带植配类型对PM2.5的消减作用。研究表明：（1）城市道路空间PM2.5浓度分布受污染源、街道高宽比、风速风向、绿化带等综合影响，自然消减情况下，其主要受风速风向和高宽比双因素影响；（2）通常街道高宽比越大，越有利于道路空间PM2.5的扩散；（3）城市道路空间PM2.5自然沉降最小距离为12 m，0-12 m范围内应保持无障碍物的开敞环境，PM2.5消减的关键范围是12-24 m，此范围内可以利用生态手段沉降颗粒物；（4） PM2.5消减率受绿化带和风向的双控制，应根据主导风向选择绿化带植配方式。在主导风平行面和垂直迎风面绿化带对PM2.5有正消减效应，建议植配类型为"乔-乔+灌+草"；在主导风垂直背风面绿化带对PM2.5呈负消减效应，植配类型为"乔-灌"绿化带消减率接近于自然消减率，而植配类型为"乔-灌+草"和"乔-乔+灌+草"的绿化带加重了颗粒物在该区域的积聚。     

高大气CO2浓度下小麦旗叶光合能量利用对氮素和光强的响应

采用开顶式气室盆栽培养小麦,设计2个大气CO₂浓度、2个光照强度和2个氮水平的组合处理,通过测定小麦叶片光合速率-胞间CO₂浓度响应曲线和叶绿素荧光参数,来测算小麦叶片光化学速率、光合电子传递速率以及叶绿体磷酸丙糖利用效率(TPU)等参数,研究施氮量和光强对高大气CO₂浓度下小麦旗叶光合能量传递与分配的影响,以阐明全球气候变化下植物光合能量分配对光合作用适应性下调的作用机制及其氮素调控。结果表明,大气CO₂浓度升高后小麦叶片的光呼吸电子传递速率(J₀)和Rubisco氧化速率(V₀)显著下降;光合电子流的光化学传递速率(J_C)、Rubisco羧化速率(V_C)和TPU则明显升高,而且施氮后变化幅度加大;小麦叶片J_C/J_F(PSⅡ反应中心总电子流速率)和TPU/V_C显著增加,经过PSⅡ反应中心的电子流更多地进入碳同化过程,表现较高的光合速率(P_n)。遮荫提高了叶片光化学速率和PSⅡ反应中心总电子流速率(J_F),这一作用在低氮叶片尤为突出,但使得J₀和V₀明显升高,并显著降低J_C/J_F,所以P_n明显下降。正常光照条件下,增施氮素可提高小麦叶片的J_F、J_C、V_C和TPU,并使高大气CO₂浓度下J₀和V₀较正常大气CO₂浓度处理显著降低,有效地提高了植物叶片对光能的利用效率;遮荫后高大气CO₂浓度下小麦叶片J_C、V_C、TPU、J_C/J_F和TPU/V_C显著高于正常大气CO₂浓度处理,而且这一变化不受氮素水平的显著调节。因此,氮素在高大气CO₂浓度下对小麦叶片光合能量利用的调节因光强而异,正常光照下可显著改善小麦叶片对光合能量的利用状况,而遮荫后这一作用减弱。     

农林复合生态系统防护林斑块边缘效应对节肢动物的影响

于2008和2009年在黄淮海平原典型地区商丘民权林场(34°31'-34°52'N, 115°00'-115°28'E)进行。选择杨树林、槐树林和杨槐混交林3种人工林模式,调查节肢动物群落构成、生物多样性及边缘效应对节肢动物群落结构的影响。结果显示,节肢动物科级水平上不同年份间的类群数和个体数差异都不显著(P>0.05),防护林不同模式间个体数(df=2, F=59.48, P<0.001)和类群数(df=2, F=15.44, P<0.001)差异均显著。3种防护林中以杨树林物种丰富度指数较高,S_杨树林(9.65)>S_{杨槐混交林}(8.78)>S_槐树林(7.47);生物多样性指数H'_杨树林(1.78)>H'_{杨槐混交林}(1.65)>H'_槐树林(1.46),其中杨树与槐树林的S和H'差异显著(P<0.05)。杨树林和槐树林边缘效应对节肢动物群落的影响大于杨槐混交林,林地边缘节肢动物的类群数和个体数均较高。节肢动物类群组成表现为林地边缘的偶见种和农田种多于林内。杨树林和槐树林边缘节肢动物多样性指数较高,向林内40m显著下降;而杨槐混交林边缘效应对节肢动物多样性指数的影响较小。综合分析认为,杨树林和槐树林边缘效应对节肢动物群落结构和多样性的影响距离为40m,杨槐混交林距离为20m。单一树种农田防护林斑块不小于80m宽,混交林斑块不小于40m宽,可以保护林内物种生存,维持农田生态系统生物多样性。     

苹果三维树冠的净光合速率分布模拟

构建三维树冠光合模型可模拟出叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)和光能利用效率(LUE)在树冠内的三维分布。以17年生纺锤形"富士"苹果树(Malus domestica Borkh. cv. ‘Fuji’)为试材,通过实测确定三维树冠内叶片和辐射分布,根据不同部位叶片最大光合速率经验公式模拟叶片P_n 在三维树冠空间内分布,并据2007-2009年测定数据拟合相关模型参数。模拟表明,苹果树冠叶片P_n 和辐射的三维分布相似,在树冠上部P_n 三维分布比较平缓,然后随辐射的减少而迅速降低。高辐射条件下(PAR=1500 μmol·m^-2·s^-1),从树冠上部3 m处降到到1 m,平均相对辐射从71.18%降到8.05%,减少了89%,叶片平均P_n从15.05 μmol·m^-2·s^-1降到1.92 μmol·m^-2·s^-1,减少了87%。单位体积小室内的总净光合速率大小主要取决于叶面积密度,部分取决于P_n。G_s三维分布与P_n相似,而LUE分布与辐射相反,中下部高,上部低。根据光合机理模型、树冠内辐射和叶面积三维分布可模拟出苹果三维树冠内叶片的P_n、G_s和LUE分布,该模型参数少,可方便用于其它果树三维光合模型构建和果树整形修剪研究。     

厦门市交通主干道绿化带结构及其减噪效果研究

通过对厦门市主干道绿化带种类结构调查以及噪声测定等,分析了厦门市主干道绿化带结构及其减噪效果。结果表明,厦门市主干道绿化带可分为4种结构:单一乔木型、乔木+疏灌木/绿篱型、乔木+密灌木型以及乔木+小乔木+灌木/绿篱型,带宽多在4~10 m。厦门市主干道绿化带总体减噪能力为0.93~12.96 dB,绿化带对交通噪声超标治理率达70%。绿化带减噪能力y(dB)与带宽x(m)呈显著的线性关系:y=1.2251x+0.2416(R²=0.8603);绿化带的附加衰减与总衰减亦呈显著正相关:y=0.4535x+0.2698 (R²=0.9242),噪声的附加衰减主要受绿化带结构的影响,上述四种结构对噪声附加衰减平均值分别达0.93、2.25、4.43和6.72 dB。绿化带的宽度和结构均是影响其减噪效果的关键因素。     

不同类型绿化带对交通噪声的衰减效果比较

为研究绿化带对交通噪声的衰减效应,在北京市郊国道边或市区内有代表性的绿化带设置30 m宽林带23个,测试不同类型林带对实时交通噪声、模拟交通噪声、白噪声和不同频率噪声(125~8 000 Hz)的降噪值,并分析了季节和距噪声源的距离对各林带降噪效果的影响。结果显示:不同林带的降噪效果有明显差异。对于实时交通噪声,降噪效果最佳的是刺槐(Robinia pseudoacacia)纯林和油松-刺柏(Pinus tabulaeformis-Juniperus formosana)混交林,最弱的是旱柳(Salix matsudana)纯林;对于模拟交通噪声,降噪效果最佳的是刺柏-侧柏(Juniperus formosanaPlatycladus orientalis)混交林和国槐(Sophora japonica)纯林,最弱的是旱柳纯林和加杨(Populus×canadensis)纯林;对于白噪声,油松纯林的降噪效果较好,银杏-圆柏(Ginkgo biloba-Sabina chinensis)混交林降噪效果较差。冬季不同林带对不同噪声的衰减效果总体上小于夏季,其中,针叶混交林、针阔叶混交林或针叶纯林在夏、冬季对实时交通噪声和模拟交通噪声或白噪声的降噪效果接近。10 m宽林带的降噪值随距噪声源距离的变化而差异明显,离噪声源越近降噪效果越好。不同林带对中低频率(2 000 Hz以下)噪声的整体降噪效果优于对高频噪声的降噪效果,其中对500 Hz噪声的降噪值最大,对5 000和8 000 Hz噪声的降噪值最小。为了充分发挥绿化带的降噪功能,根据研究结果,建议在公路绿化带建设中应优先选用针叶混交林或分枝高度较低且分枝多、叶片小而密集的树种;绿化带的宽度至少10 m且应规则种植。     

北京城区道路系统路网空间特征及其与LST和NDVI的相关性

城市道路系统是人类活动最为频繁的场所之一,研究路网空间特征与相关环境指标的关系,可为定量分析城市建设过程对城市生态环境的影响以及为城市基础设施规划管理提供方法。对北京市五环内各级道路抽样调查及面向对象的高分辨率遥感影像识别,建立道路空间信息数据库,运用TM影像反演获得地表温度(LST)及归一化植被指数(NDVI),研究4种不同分析网格下城市路网特征与两者的空间相关性。结果表明,在较大分析网格下(4×4),路网空间指标与LST mean及NDVI mean相关性显著;中等网格下,除LST与NDVI的平均值外,路网空间指标还可与两者最小值建立相关性;在较小窗口下(32×32),除平均值与最小值,还可建立特定道路指标与LST max及NDVI max的联系;各路网指标中,单位面积道路总长与LST及NDVI相关性最强;加权道路结点数在8×8和32×32网格分析中,与NDVI的相关性高于该指标未加权值,而结点指标均不适合与LST max建立联系;在各分析网格下,4项道路指标均与NDVI mean呈极显著负相关,表明道路绿地建设规模还不足以对NDVI的强度及分布产生较大影响。     

基于夏季小气候效应的杭州街道适应性设计策略研究

随着城市热岛效应日趋严重,小尺度公共空间的气候研究已成为风景园林学科的研究热点之一。选取杭州市文一西路和古墩路作为实测对象,于2017年8月对各测点空间的空气温度、相对空气湿度、太阳辐射强度、风速风向进行测定,分析小气候因子日变化趋势,并运用Rayman 1.2模型评价人体舒适度,针对性提出街道空间小气候适应性设计策略。研究表明,尽可能设定与城市主导风平行或接近的街道朝向,通过人为增建遮阴空间、调控街道界面小气候一致、采用植物或绿色建筑材料、增设道路中央景观界面,且当人行道及机非分隔绿带分别种植落叶、常绿乔木,设五条绿带,选用乔—灌—草复层结构,同时增设垂直绿化时,能够有效缓解夏季极端热感受,从而营建舒适健康的城市街道空间。     

低覆盖度行带式固沙林对土壤及植被的修复效应

在我国干旱、半干旱地区由于水分条件的制约,经过漫长的自然演替过程,逐步发育形成了广泛分布的低覆盖度植被,这些低覆盖度植被类型中存在大量的天然乔木疏林或稀疏灌丛,地表处于半流动状态,而配置成行带式后,能够完全固定流沙,并且不同配置模式下行带式固沙林土壤与植被自然恢复程度不同.因此,通过对不同带宽的低覆盖度行带式固沙林对土壤及植被修复的影响研究,揭示了不同带宽行带式固沙林带间土壤因子与植被因子的变化过程,从而阐明行带式固沙林对带间植被自然恢复和土壤发育的促进作用.结果表明,行带式杨树固沙林能够明显的促进带间土壤与植被修复;带间距离的宽窄影响植被恢复及土壤发育效果;宽带间距固沙林带间植被多样性指数高,地上生物量大,根系生物量,总长度及表面积均高,土壤水分养分条件好,微生物数量大植物残体分解快,有利于植被的生长;模糊综合评估结果表明,不同带间距行带式固沙林土壤植被恢复程度不同,宽带间距20m的恢复效果＞带间距15m＞带间距10m.行带式固沙林通过带间宽度的变化可以调节植被与土壤之间的相互作用,窄带间距固沙林土壤与植被的相互作用则由于造林密度大而受到抑制.宽带间距可以明显加快土壤及植被修复的速度,进而缩短土壤及植被修复的时间.     

低覆盖度固沙林的乔木分布格局与防风效果

低覆盖度植被是我国干旱、半干旱区经过漫长的自然演替过程逐步发育形成且广泛分布的植被类型。前人研究认为,植被覆盖度达到40%为固定沙地,40%-20%为半固定-半流动沙地。但在实践观察中发现:在低密度(或覆盖度)时,灌丛的水平分布格局对固定流沙和阻止风沙流的作用差异显著。在干旱区、半干旱区,存在着大量天然的乔木疏林,其覆盖度均在低于40%,地表处于半流动状态,而配置成行带式后,即使覆盖度降低到20%时,地面也不会出现风蚀现象。因此,在内蒙古浑善达克沙地,针对覆盖度在20%左右的乔木疏林,同时测定了随机与行带式两种分布格局的防风阻沙效果。结果表明:(1)在不同的对照风速下,行带式配置的林内的相对风速均低于随机分布,其中在200 cm高度处行带式配置的平均相对风速比随机分布的低53.89%,在50 cm高度处低36.82%;(2)行带式林内的水平风速流场变化有一定规律,而随机分布林内风速流场变化主要受树冠在空间的分布影响,变化非常复杂;(3)随机分布的疏林内出现风速超过旷野对照的现象,在50 cm和200 cm的两个观测高度上分别有约27.45%和22.55%的风速测定值超过对照风速,说明出现明显的局部风速"抬升"现象,形成了强的涡流;(4)行带式配置林内的平均地表粗糙度达到1.01 cm,比随机分布的疏林内增大约5倍之多;(5)总体而论,行带式分布格局第1带降低风速的作用最显著,第2带及其以后各带间的风速均比第1带后的风速小,但逐带降低的叠加效益不明显;(6)由于乔木基本(枝下高)没有枝条对风的阻碍,乔木行带式固沙林在迎风面的第1林带的基部有一定的风力"抬升"作用,对林带基部地面产生较强的侵蚀作用,多数第1带树木的根系被侵蚀裸露,过境的风沙流只能在林带后树冠外侧堆积;(7)随机分布林内在许多位置出现了非常低的地表粗糙度,地表粗糙度低的位置基本与风速"抬升"区相吻合,这种"抬升"区形成的强的涡流是疏林内出现风蚀坑的重要因素,这也是浑善达克沙地出现榆树与风蚀坑相间分布的主要原因。     

交通绿化带植物配置对空气颗粒物的净化效益

交通绿化带有显著的净化街道空气的环境效益。通过对上海浦东某交通干道旁侧绿化带不同季节大气中总悬浮颗粒物(TSP)的测定,定量研究了绿化带对TSP的净化效益;同时对研究区域内植物的配置情况用郁闭度和疏透度进行了表征,并研究了其与TSP的净化效益之间的相关性。研究结果表明:交通绿化带对由机动车引起的TSP污染有明显的净化作用,其中夏、秋季净化百分率较高,春、冬季较低;为达到较高的TSP净化效益,交通绿化带宽度应不小于5m,最佳为10m,采用先灌后乔的配置方式,并更多的选用常绿树种;绿地对TSP的净化百分率同植物群落的郁闭度成正相关,同疏透度成负相关关系;绿地内植物郁闭度的最佳范围为0.70～0.85,疏透度的最佳范围为0.25～0.33。研究结果可为评价现有交通绿化带植物配置情况和日后的城市绿地规划和建设提供技术依据。