第五节 城市中的太阳辐射特征及其对园林植物的影响

一、城市中太阳辐射及其对园林植物的影响

（一）城市中太阳辐射的特点

1．城市中太阳直射辐射减少，散射辐射增多

工业化程度高的城市，空气污染严重，阴天较多。北方城市冬季燃煤造成的严重污染，使到达地面的太阳直射辐射减少，而散射辐射增多。例如重庆，其云量、阴天之多全国有名，由于境内地形起伏，风力微弱，水汽难以消散容易聚集成云，加之冬半年锋面活动频繁，每年9月起即为多云中心，冬季阴天日数较多，12月份几乎三天有两天半是阴天，全年约有220日为阴天，至清明节后天空才逐渐晴朗少云。对上海市多年太阳辐射情况进行调查发现，随着市区的扩大和工业的发展，太阳辐射量逐年减少，如表2-9所示，而同期的太阳散射则增加。同样，在某年冬季，美国的工业化城市 Chicago 所接受的太阳辐射为距其200km的工业化程度较低的Wisconsin州州府Madison市的55%。其他外界因素也可能影响城市的太阳辐射，例如，1950年，加拿大西部的野火和炼山火造成的烟雾使位于其东部3000英里处的华盛顿特区的太阳直辐射比正常情况下减少54%。我国大兴安岭森林大火也必将影响其周边城市甚至较远城市的太阳辐射状况。

2．城市太阳辐射的不均匀性

城市建筑物林立使太阳辐射在到达地面的过程中被遮拦，所以城市中遮阴处较多，如高架桥下、大厦间峡谷、建筑物北侧等，从而造成太阳辐射的不均匀性。明显例证就是建筑物南侧和北侧太阳辐射的差异。就马路而言，南北方向接受的太阳辐射基本一致，而东西方向则差异较大，如图2-10所示。随着城市空间的上层发展及一些特别的设计，建筑物的遮阴效果越来越明显，个别地方甚至一年四季接收不到阳光照射。

3．城市充分的太阳辐射时间减少

由于城市建筑物的相互遮阴，不仅对太阳辐射形成不均匀分布，对城市范围内的照射时间也有一定影响。如表2-10所示，伦敦中心区较周围郊区所能收到的充分日照数明显减少。

（二）城市太阳辐射对园林植物的影响

城市中太阳辐射不均匀造成了树木的偏冠现象。被混凝土等建筑物遮阴处由于太阳辐射量不足（表2-10）及其引发的一些相关因素给植物的生长发育带来了一系列影响（表2-11）。城市中太阳辐射分布的不均匀性造成街道及其建筑物附近的树木枝叶近强光方向生长茂盛，弱光方向长势较差，形成朝向街道方向的不对称生长，出现偏冠现象，一些喜光树种甚至发生主干倾斜、扭曲等现象（图2-11）。偏冠会给树木整形修剪带来困难，影响树木功能作用的发挥。

近年来，随着科技的发展以及人们对环境绿化认识的提高，城市光照不均匀性得以改观，有些经济发达地区常采用人工照明对光照较少甚至常年见不到阳光的城市角落给以主动补光，如日本，开始采用采光系统对室内或遮阴地供光。这些采光系统主要在室外随着太阳的方位变换而不断改变角度以捕获光源，使室内或遮阴地能接收到比较充足的太阳光照射，为该类环境下植物的生存提供可靠的光环境。

城市太阳辐射的减少和日照不足常造成一些喜光树种萌动期和开花期推迟，开花数量减少，落叶提前，枝长叶稀，严重时树木无花无果，整株枯死。城市人为光照影响部分植物的物候期。城市中大量的路灯、建筑用灯、家庭照明灯等人为光补偿了城市自然光照的减少。这些光照延长了部分植物的受光时间，影响着植物的物候变化，如推迟落叶时间，影响枝干内养分积累等。

二、城市植物群落中的太阳辐射

城市中的植物群落大致分为两大类：一类是类似于自然植物群落的部分，如树木园、植物园以及一些公园等，在该范围内的植物群落基本上与自然植物群落的表现一致；另一类是城市中的一些散生植物群落，如居住区绿化、单位绿化以及公共区的绿化等，该类植物群落主要以草坪衬底，乔木或灌木加以点缀，或非常小的范围内也有类似自然植物群落的部分。

（一）植物叶片对太阳辐射的吸收、反射和透射

照射在植物群落上的太阳辐射分为被反射、被透射、被吸收三部分。被植物叶片吸收、反射和透射的比率取决于植物叶片本身的性质，如叶片的厚薄、结构、颜色、年龄、叶表面性状、叶面积以及叶片着生部位等。一般来说，照射至叶片上的太阳辐射约有70%被吸收，20%被反射，10%被透射。

当然，由于叶片对太阳辐射具有选择吸收的特性，它对不同波长的太阳辐射的吸收、反射和透射一般也不同。对植物生长发育起关键作用的可见光，大部分被叶片吸收。叶片对红橙光和蓝紫光的吸收率最高，为80%～95%，对绿色光吸收较少。叶片对可见光的反射中，对红光波段的反射较少，反射率约为3%～10%，对绿光的反射较多，约为10%～20%。对于透射，叶片的透光波段以绿光为最强，而具体的透光率主要取决于叶片的结构和厚薄，一般中生形态的叶片可透过10%左右，非常薄的可透过40%，而有些厚且坚硬的叶片透过率很低。

叶片表皮对紫外光的反射量较少，一般不超过3%，大部分被叶片表皮截留，只有少量（约2%～5%）透射进入叶片深层，因此，叶表皮是一个有效的紫外光过滤器，对植物的薄壁组织起到了很好的保护作用。

植物叶片对红外光的反射较多，可反射掉垂直叶片的70%，透射也较多，而吸收非常少。由于红外光的热效应显著，因而吸收少可减少光合器官遭受高温伤害的可能性。

（二）树冠内的太阳辐射

树冠中叶片重叠而彼此遮蔽，从树冠表面到内部，太阳辐射强度逐渐减弱，减弱的程度与树冠形状以及叶片密度等有关。因此，在树冠内部各个叶片所接受的太阳辐射各不相同，这取决于叶片所处的位置、叶片厚度以及入射光角度等。树冠的形状以及叶子密度等形成了各自树冠中的叶子分布以及太阳辐射情况。如侧柏，树冠尖削，叶子密度较大，从而形成外层树冠叶子多、内层少，这是对太阳辐射适应的结果。而有些树木，如油橄榄、银杏等，枝条松散，叶子稀疏，内外层叶子分布较均匀，太阳辐射量内外相差不多。

不同树种的树冠内叶层对光的需求有很大差异，一些耐阴植物表现尤其明显。内叶层树冠内的致密区能接收的太阳辐射较少，低于叶片本身的最低需光量，导致其不能正常生长。因此，该范围内的光照状况可粗略看作该植物的最低需光量。

树冠内太阳辐射量的减少导致物质生产下降，一般根量的减少较明显，但高生长不减少，有时甚至增加。

（三）植物群落中的太阳辐射

照射在植物群落上的太阳辐射可分为三部分：一部分被植物群落反射；一部分被植物群落吸收；剩余部分则穿透植物群落到达地表。反射的多少取决于群落表面的状况，群落叶片致密且有光泽，反射率相对较高；叶片松散且粗糙，反射率则相对较低。被植物群落吸收的太阳辐射量，一方面取决于群落的层次性，另一方面取决于群落内部叶片的松散程度，层次多的植物群落，太阳辐射在穿越过程中被吸收的次数就越多，被吸收的量也越多；同时，如果上层较致密，透射量相对较少，则被吸收的总量也减少，这样，群落层次性也不会太多。所以理想的植物群落层次较多，且每层都相对松散，太阳辐射被逐层吸收，这样对太阳辐射的利用率高。除去被吸收的部分，剩余的太阳辐射穿透植物群落，到达地表面。一般说来，对于层次较多的或较致密的群落，这一部分所占比较小，大约在百分之几，其中直射光的比重小，更多的是散射光。而对于层次较少或较松散的群落，特别是地面没有草本覆盖的群落，该部分所占比重才有可能增加。

太阳辐射在穿过植物群落的过程中强度逐渐减少，其幅度取决于群落的具体情况。例如，在针阔混交林中，致密的上层树冠吸收入射光的79%，下层吸收较少；而松散的松林上层树冠吸收占总入射量的58%，地表草本约占28%，草甸对其吸收则相对较均匀；裸露的向日葵田地到达地面的太阳辐射量则相对较多。不同演替阶段的喀斯特森林群落的总辐射、直接辐射、散射辐射和反射辐射都有随群落的进展演替减少之趋势，各辐射分量的日变程呈单峰曲线，日变幅随进展演替减小；同一群落内辐射随高度升高而增大；演替早期群落的光照强度大于演替中期及后期群落的光照强度（表2-12）。

松散植物群落中，太阳辐射对其内部植物的生长影响不大。但在较致密的植物群落中，上层树冠浓密遮阴，进入群落内的太阳辐射仅为全日照的1%左右，耐阴植物很难生存，仅有苔藓等低等植物存在，有的甚至林下没有植物。

群落内植物对太阳辐射的吸收并不是相等的。对于可见光来说，吸收最多的是红光和蓝光，最少的是绿光，对绿光的反射和透光率最大，因此在植物群落下层绿光最多。阔叶树吸收的紫外光和蓝光以及反射的红外光比针叶树多。

植物群落内太阳辐射状况因时间季节变化而不同，植物群落内的叶片数量一般随季节增减，进而引起群落内太阳辐射状况的改变，表现最明显的就是落叶阔叶林冬季由于树叶的脱落，被群落吸收的太阳辐射量骤减，如在栎树林内，夏季仅有10%的太阳辐射能穿越群落到达地面，而冬季落叶后该值则增加至50%～70%。

总之，植物群落内的光照具有强度减弱、光质改变、分布不均、季节变更等特点。组成群落的各种植物能适应群落内的太阳辐射情况，在不同的时间完成自己的生长发育周期，保持群落的健康性和稳定性。