城市景观防护林群落是城市森林生态环境建设的重要组成部分，对城市区域具有显著的环境调节效应; 尤其在降低城市热岛效应方面表现出的环境作用，凸显出森林的蒸腾吸热、降低空间气温、促进水分的小循环、调节空气湿度效应［1］。城市化道路密度增加使沥青下界面增加，沥青下界面吸收辐射热量大而反射低，又是通过长波辐射形式释放，导致涡流加剧，迫使路面及周围大气温度升高。据试验测定，沥 青 路 面 1 天 热 辐 射 量 是 草 地 的 10． 7倍［2 －5］，而城市化的机动车流量增加，尾气排放使地面大气的 NO2、SO2浓度增加; NOx、SO2为影响大气环境质量及人体健康的主要气态污染物组分，诸如尾气中的 NOx及其衍生物对人体有强刺激性，导致呼吸抵抗力减弱而发生感染性疾病［6 －8］。城市绿地、森林群落对城市热岛效应具有显著的缓解、消减效应在国内外已有大量研究报道［9 －13］，而且森林植被通过植被器官气孔吸附大气 NO2、SO2协同角质层的透入传输至根系被吸收，从而有效地吸储积累环境污染物，达到净化环境的效果［14］。广州市是珠三角地区经济社会快速发展、城市化进程最快的区域，为了缓解城市化发展中带来的环境负荷，市政府已经实施了“青山绿地”生态工程，完成了环城绿带、城市隔离绿带、主干道景观林带、周边天然林及区内各类园林绿地的生态环境建设过程，形成完整的区域绿地及城市森林生态系统，尤其是沿白云机场公路两侧的带状景观防护林带体系，不仅能凸显出独特的城市森林景观特色，而且对公路热岛效应、尾气污染的缓解、消减是极其有效的。采用森林群落生态与时空观测方法，研究了白云机场公路防护林群落消减路面热岛、尾气 NO2、SO2浓度的时空特征，旨在为城市景观防护林的构建技术提供科学依据。

1 试验区概况

机场路景观防护林实验区位于市区的西北( 112°57' 114°03'E、22°26' 23°56'N) ，属南亚热带季风气候，年平均气温为 22． 0 ℃，年平均降水量为 1 725． 7 mm 且在雨季 4—9 月占 82． 1%，年平均湿度为 79． 0%; 森林群落的土壤为红壤; 森林群落构建在机场公路两侧各 30 50 m 宽，主要构建种群有: 尾叶桉( Eucalyptus urophylla × E． grandis) 、高山榕( Ficus altissima Blume) 、海南蒲桃( Syzygium cu-mini ( L． ) Skeels ) 、海 南 红 豆 ( Ormosia pinnata( Lour． ) Merr． ) 、人面子( Dracontomelon duperreanumPierre) 、小叶榕 ( Ficus microcarpa L． f． ) 、羊蹄甲( Bauhinia blakeana Dunn) 、海芒果( Cerbera manghasLinn． ) 、印度紫檀( Pterocarpus indicus Willd． ) 、赛楝( Khaya senegalensis ( Desr． ) A． Juss． ) 、黄槐( Cassiasurattensis Burm． f． ) 、樟树 ( Cinnamomum camphora( L． ) Presl． ) 、楝 叶 吴 茱 萸 ( Evodia glabrifolia( Camp． ex Benth． ) Huang) 、格木( Erythrophleum for-dii Oliv． ) 等 26 个树种; 森林群落的平均胸径 10． 3cm，平均高 6. 6 m; 林下灌木的平均高 3． 2 m; 地表草本的平均高 0． 6 m，群落的郁闭度达 0． 68。

2 试验观测方法

2． 1 景观防护林群落特征测定

在公路一侧景观防护林内设置 2 个 0． 2 hm2观测样地，采用森林群落生态定位观测方法，对森林群落的空间结构、种群生态要素( 种名、年龄、树高、胸径、冠幅、枝下高等) 、群落的多度、郁闭度以及草本层种群及多度、高度等进行调查观测。

2． 2 环境观测试验及观测内容

在公路一侧的路面至景观林内设置水平空间观测点，空间观测点分别为: 机场路侧的路面( 下文中统称路面) 、林内 10、20、30、40 m，对应设置无林等距离对照观测点; 观测时间 2006 年 6、9 月与 2008 年 9 月的典型晴天及多云阴天，实施日白昼连续时同步观测，时隔2 h 观测 1 次; 观测空间高度 1． 5 2． 0 m。观测内容: 空气 SO2、NO2浓度，空气温度、湿度、风速等; 观测读数间隔4 6 s，重复读数46 次。

2． 3 试验观测仪器

采用 Interscan-4240 SO2、4150 NO2( USA) 便携式气体分析仪( 范围 0 19． 99 μmol•mol－ 1，精度0. 01 μmol• mol－ 1) 观测空气 SO2、NO2浓度; 采用QDF － 6 型数字风速仪( 分辨率 0． 01 m•s－ 1) 、美国Honeywell 湿度传感器的 RHTH － 1 型数字式温度 /湿度仪( 温度精度 ±0． 2 ℃、湿度精度 ±3%) 观测空气温度、湿度及风速。

2． 4 统计分析

采用 excel 及 dps 软件统计分析，其中，趋势面统计各测点上的 NO2、SO2浓度及同步观测的时间，林内至路面距数据记为: Ci、Hi、Wi( i = 1，2，…，n) ，用回归分析方法求出污染气体浓度( C) 与时间( H) 、林内至路面距( W) 间的回归方程 C = f( H，W) ，使残差平方和 Q =∑ni = 1［Ci－ f( Hi，Wi) ］2达到最小; 这就是最小二乘法意义下的曲面拟合，根据观测值 Ci、Hi、Wi( i =1，2，…，n) 确定多项式的系数b0，b1，…，bP并使残差平方和( Q) 最小。

3 结果与分析

3． 1 机场路景观防护林群落生态特征

广州白云机场路景观防护林群落的 Shannon( H) 多样性指数达 2． 39，均匀度指数达 0． 76，群落的郁闭度 0． 68。森林群落垂直呈 4 层，水平为 3050 m 宽带状分布; 上层为尾叶桉种群，其平均胸径为 14． 6 cm，平均高 12． 6 m; 中层树种有樟树、人面子、海南蒲桃、高山榕、海南红豆、羊蹄甲、赛楝等 12个多色彩树种，其平均胸径达 9． 8 cm，平均高 6． 3m; 灌木层平均高 3． 2 m; 地表草本层平均高 0． 6 m。森林群落结构为覆层、带状配置，其群落的生态参数测算见表 1。表 1 的生态参数测算值反映出，尾叶桉种群除相对频度较小外均占绝对优势，在群落中的重要值达 122． 43%，相对显著度达 60． 81%，相对多度达49. 12% ; 其次是高山榕种群，重要值达 61． 51% ，相对显著度达 23． 52%，相对频度为 16． 67%，多度为21． 33% ; 羊蹄甲、小叶榕、海南蒲桃、人面子的重要值依次为 28． 78%、20． 41%、14． 70%、14． 03%，除小叶榕种群外，其余 3 个种群的相对显著度在 5. 32%3． 41% ，而羊蹄甲种群的相对多度为 10． 96% ，反而比这 3 个种群的高。群落中乡土树种高山榕与羊蹄甲种群的正向演替特征显著，森林群落的多层次、多色彩的景观特点显著。

3． 2 机场路防护林群落典型天气的环境效应

不同天气类型、平均车流量 63 辆•min－ 1的状况下，路面至防护林内 10、20 m 的 3 个测点空气SO2、NO2含量及温湿度、风速的初步实验观测结果( 表 2) 表明: 各测点晴天的日均 NO2浓度均大于多云阴天的相应浓度，而 SO2浓度则正好相反。原因在于晴天光照下 NO － NO2转化效应，而多云阴天的空气 SO2浓度受空气水汽压、湿度增大、气温降低的影响。路面至防护林内 10、20 m 的 3 个测点不同天气的空气 SO2、NO2浓度存在差异( 表2) : 晴天类天气，按照( C10－ C0) /C0× 100% 和( C20－ C0) /C0× 100%式计量，林内 10、20 m 空间相对路面的 SO2浓度分别减 小 64. 1%、65． 7%，NO2浓 度 则 分 别 减 小65. 7% 、64． 4% ; 而多云阴天，林内 10、20 m 空间相对路面的 SO2浓度分别减小36． 4%、51． 9%，NO2浓度则分别减小78． 1%、80． 6%; 表现出晴天日 SO2浓度、多云阴天 NO2浓度的减小强度较大。结合无林等距离对照 ( ( C10－ Ca10) /Ca10× 100% 和 ( C20－Ca20) /Ca20× 100% ) 计量森林群落的净消减效应，晴天类天气，林内 10、20 m 空间净消减路面空气 SO2浓度 分 别 为 55． 8%、36． 6%，NO2浓 度 分 别 为63. 7% 、47． 4% ; 而多云阴天，林内 10、20 m 空间净消减路面 SO2浓度40． 2%、13． 8%，NO2浓度则分别为 75. 3%、64． 2%; 而且，沿路景观防护林群落的水平宽至少达到 20 m，林内的空气 SO2、NO2的日均浓度方才达到大气环境质量Ⅰ类标准( ≤0． 05 mg•m－ 3)。路面、林内 20 m 的空气温湿度及风速结果( 表3) 反映出，林内 20 m 空间相对路面的空气温度减小2． 0 ℃ ，空气湿度增加 2． 4% ，风速减小 0． 7 m•s－ 1;表征机场路防护林群落在增湿效应方面与杨士弘［15］研究结果类似，在降低气温方面与何介南等［16］研究的乔木林降低温度 2． 0 2． 7 ℃ 非常接近。景观防护林群落降低路面气温、增加湿度的作用明显。

3． 3 防护林群落的降温增湿效应时空特征

机场路景观防护林群落降低路面气温、增加湿度的时空特征随天气类型显著不同，图 1 4 为2006 年 6 月各 5 个晴天、多云阴天日在路面、林内10、20、30 m 的 4 个测点观测结果的叠加图，其中，图 1 结果反映出，晴天日，林内 10 m 空间相对路面的气温在 9: 00 －14: 00 减小 0． 6 1． 3 ℃，14: 00 －18: 00 减小 1． 3 0． 8 ℃ ; 林内 20 m 相对路面的气温在9: 00 －14: 00 减小1． 1 2． 1 ℃，14: 00 －18: 00则减小 2． 1 0． 8 ℃; 而林内 30 m 相对路面的气温在 9: 00 减小 0． 1 ℃，14: 00 减小2． 5 ℃，18: 00 减小1． 0 ℃ 。日间 14: 00 是 3 个林内测点相对路面的气温减小最大的时点，而在 13: 00 － 15: 00，林内 2030 m 空间为相对路面的气温减小最大时空区。图 2的多云及阴天日，除林内 20 m 相对路面的气温减小0． 2 1． 0 ℃ 外，其余均较小。2 种天气的时空差异显著。晴天、多云阴天日，林内相对路面的空气湿度增加的时空特征也存在差异( 图 3、4) : 2 种天气状况下，林内较路面在日时段的空气湿度分别增加7. 1% 0． 4% 和 3． 2% 0． 1% ; 其中，晴天天气，林内 3 个测点相对路面的空气湿度在 9: 00 分别增加0． 7% 、0． 4% 、1． 9% ，在 14: 00 则分别增加 6． 1% 、7. 1% 、3． 6% ; 林内 20 m 在 14: 00 形成了相对路面的空气湿度增加最大时空区间( 增值 7． 1%) ，此后在 14: 00 －18: 00，林内 3 个测点的空气湿度增值逐渐递减，表现出 20 m 宽林内日增湿效应最显著的特征。在多云或阴天天气，林内 3 个测点相对路面，空气相对湿度的增加由9: 00 的3． 0%、3． 2%、4． 2%递减至12: 00 的1． 0%、0． 2%、＜0． 2%，林内空气湿度的增加强度较晴天相应较小。机场路防护林群落调节路面空气温湿度的时空特征，直观地反映了机场路景观林群落对路面水、热环境的影响。以上观测的日时空平均结果反映出，机场路侧构建 30 m 的景观林对路面热岛强度的水平消减最显著，而 20 m 林内相对路面的空气湿度增加最显著; 因此，沿机场路构建20 30 m景观防护林群落对路面热岛及空气湿度具有显著的影响效应。

3． 4 机场路防护林群落消减 SO2浓度效应的时空特征

森林群落植物的叶体角质层、叶毛、气孔在光合、蒸腾等生理生态过程对空气 NO2、SO2产生有效的吸附及吸收作用，加上林内枝叶阻滞水平扩散的效应，从而影响空间 NO2、SO2的浓度。图 5 为2008年 9 月 11 －16 日路面( 车流量 56 辆•min－ 1) 、林内4 个测点 SO2浓度的平均叠加结果，反映出路面空气 SO2浓度从 8: 00 的 0． 150 mg•m－ 3递减到 12: 00的 0． 06 mg•m－ 3，再递增至 18: 00 的 0． 09 mg•m－ 3; 以白昼 8: 00 －18: 00 时段间的持续时计量，林内 4 个测点的空间 SO2浓度≤0． 05 mg•m－ 3( 地面空气质量Ⅰ类标准) 的持续时间为: 林内 10 m 测点持续7． 2 h，林内20 m 测点持续8． 3 h，林内30、40 m测点分别持续9． 2、7． 5 h，显现出景观防护林群落2030 m 的水平尺度相对机场路面的空气 SO2浓度的消减效果最显著。依据观测结果，采用趋势面回归分析方法获得路面、景观防护林群落林内 4 个测点的空气 SO2浓度( 模型中 Cso2/ ( mg•m－ 3) ) 与时间 ( 模型中 H/h) 、林内至路面距 ( 模型中 W/m) 的趋势面拟合方程为:Cso2= 0． 490 86 － 0． 068 656H + 0． 001 429 2W +0． 003 356 95H2－ 0． 000 915HW + 0． 000 049 9W2－0． 000 044 77H3+ 0． 000 023 84H2W +0． 000 010 91HW2－ 0． 000 001 657W3拟合方程的 F0． 05检验呈显著水平，拟合度达88． 0% ，拟合结果见图 6，其中，空气 SO2浓度≤0. 05 mg•m－ 3的时间、空间尺度拟合结果较观测结果( 图 5) 有微量增加，特别是在空气 SO2浓度≤0. 01 mg•m－ 3的时空区间，但整个时空的拟合结果吻合较好。

3． 5 机场路防护林群落消减 NO2浓度的时空特征

路面、防护林内 4 个测点的空气 NO2浓度测定结果( 图 7) 反映出: 路面的空气 NO2浓度由 8: 00 的0. 088 mg•m－ 3逐增至 14: 00 的 0． 15 mg•m－ 3，再逐减至 18: 00 的 0． 09 mg•m－ 3，其中，在 11: 00 －15: 00，路面的空气 NO2浓度达到日间最大浓度。以日时段 8: 00 － 18: 00 的持续时计量，林内 4 个测点的空气 NO2浓度≤0． 05 mg•m－ 3的持续时间为: 林内 10 m 测点持续 3． 5 h，林内20 m 测点持续 4． 4 h，林内 30 m 测点持续 8． 3 h，而林内 40 m 测点持续8. 2 h，显示出林内 30 40 m 空间相对路面的空气NO2浓度减小强度最显著，且在日时段 10: 00 －13: 20形成林内空气 NO2浓度 ＜0． 04 mg•m－ 3低浓度涡，反映出森林群落对机场路机动车尾气导致的路面空气较高的 NO2浓度在水平扩散中的消减效应显著且日维持时段最长的特征。依据趋势面分析的多项式回归分析方法，拟合获得晴天日路面、林内4 个测点的空气 NO2浓度( 模型中 CNO2/ ( mg •m－ 3) 与时间 ( 模型中 H/h) 、林内至路面距( 模型中W / m) 的趋势面拟合方程为:据拟合方程检验参数计算，获得拟合方程的残差标准差为 0． 022 53，F 值为 4． 2 ＞ F0． 05，为显著水平，拟合度达 80． 0%。依据模拟方程计算获得路面与不同距离的林内空间 NO2浓度随时间变化结果见图 8。模型便于从晴天日时间、林带宽估算路面至林内空气 SO2、NO2浓度的时空分布。

4 结论与讨论

( 1) 广州白云机场路侧的景观防护林群落结构以乔灌草构成，群落多样性指数达 2． 39，均匀度指数达 0． 76，郁闭度达 0． 68; 森林群落呈垂直多层嵌套、水平带状沿路构建的结构。种群的生态特征表现为: 尾叶按种群居上层占优势，高山榕、羊蹄甲、樟树、人面子、黄槐等中层种群的生长演替特征显著，森林群落凸显出多层次、多色彩、多功能的景观生态特征。

( 2) 机场路面、防护林内及对照( 无防护林) 测点的空气 SO2、NO2的对比观测结果表明，按晴天及多云阴天的综合日平均计量，防护林内 10 m 相对路面的空气 SO2、NO2浓度分别减小 48． 0%、69． 5%，而在林内 20 m 则分别减小 25． 2%、55． 8%，但距路面的林分宽度达到 20 m 时，林内地面空气 SO2、NO2的浓度日均值才达到地面环境Ⅰ类标准，且相对路面日均气温减小 2． 0 ℃，日均空气湿度增加 2． 4%，日平均风速减小 0． 7 m•s－ 1; 这一结果非常便于初步了解能够有效减小机场路面环境负荷的森林群落的最小水平宽度。

( 3) 防护林群落林内相对路面在不同距离、日时段尺度上的环境温湿度增减特征表明，晴天类天气，在日时段 13: 00 －15: 00，林内 20 30 m 空间相对路面的气温，形成一个减小最大的时空数值区间，气温相对减小值≥2． 0 ℃; 而在 13: 00 －15: 00，林内10 30 m 空间相对路面的空气湿度则有一个增加最大的时空数值区间; 多云阴天日，林内 10 30 m的地面相对路面的气温减小 0． 1 0． 7 ℃，空气湿度增加 3． 2% 0． 1%。森林群落在时空尺度上的环境调节效应得到更为详尽描述。

( 4) 机场路面、林内4 个测点地面空气 SO2、NO2浓度的时空特征表明，以日时段 8: 00 － 18: 00 的时计量，林内 4 个测点空间 SO2浓度≤0． 05 mg•m－ 3的持续时间以林内 20、30 m 的相对较长，分别为8. 3、9． 2 h，表现出影响路面 SO2浓度最佳森林群落水平尺度为20 30 m; 而林内4 个测点空间 NO2浓度≤0． 05 mg•m－ 3的持续时间则以林内30、40 m 的相对较长，分别为 8． 3、8． 2 h，表现出影响路面 NO2浓度效果最佳的森林群落水平尺度为 30 40 m。因此，综合二者得知，对机动车密集路面 SO2、NO2浓度环境效果最佳的防护林宽度取 30 m 最为适应。采用趋势面拟合方程可很好地估算机动车密集路面空气 SO2、NO2浓度沿林带水平尺度的时空分布。

( 5) 不同绿地类型对空气温度、湿度的影响已有大量的试验结果报道［17］，森林群落相对路面空气NO2、SO2浓度的影响，其机制主要在于森林植被的叶面、角质层、叶毛、气孔等对空气 NO2、SO2的吸附截留，随着植物光合、蒸腾等生理生态过程，吸附的一部分会被吸收到植物体内，而另一部分仍被吸附积累在植物表面; 另外，密集多层次的防护林层枝叶可有效地阻滞气体的水平扩散，这种阻滞扩散效应则更利于植物对气体物质的吸附，加上林内降温空气下沉可使部分气体物质沉降等。

( 6) 城市绿地类型及植被群落郁闭度对城市热岛效应的影响研究报道颇多，本研究针对郁闭度达0． 68、多层次的公路景观防护林在水平宽、日时段小尺度上的环境效应，着重于雨季典型日的连续时观测和结果剖析，旨在为城市化发展中景观林斑块的生态环境建设提供基础依据。

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