城市公园绿地是城市森林和城市生态系统的重要组成部分(彭镇华，2003；赵艳等，2013)，不仅能为居民提供观赏、放松、保健的游憩环境，还能提高城市生态质量(陶晓丽等，2013；陈勇等，2014)，更能固氮释氧、净化空气、降温增湿、抗污降噪、保护生物多样性、修复城市生态环境(濮阳雪华等，2014；Pawinee et al., 2013)，并以特有的小气候和生态功能在城市生态可持续发展中发挥着重要作用。近年来，随着我国经济发展，城市化进程的加快，民众生活质量普遍提升，越来越多的城市居民开始关注生活环境质量，工作之余能回归自然、亲近自然，选择到公园绿地、城市森林游憩的意愿越来越强(王晓磊等，2013；Flanagan et al., 2014; Georgi et al., 2010)。北京香山公园树木繁茂、自然景观众多，其中红叶林达10.7 hm²，一、二级古树5 000余株，绿化覆盖率达96%，以深厚的历史文化和红叶、古树景观驰名中外，每年吸引着百万游客来园观光游憩(香山公园管理处，2001)。目前，针对城市公园绿地的生态环境相关研究主要涉及景观生态学(Tallis et al., 2011)、园林生态学(傅伟聪等，2016)、环境科学(濮阳雪华等，2014)和旅游生态学(陈婷等，2015)等领域，从空气质量(郭二果等，2013)、人体舒适度(辛学飞等，2014)、噪音影响(Fang et al., 2005; Gudina et al., 2014)、空气负离子浓度(冯鹏飞等，2015；潘剑彬等，2015)和景观美景度(陈勇等，2014)等不同角度的单项研究较多，但针对多因素综合影响的生态效益评价研究较少。本研究借鉴旅游环境适宜评价法(张艳丽，2011)和森林公园综合保健功能指数评价法(韩明臣等，2012)，对香山公园典型植被类型的小气候、大气颗粒物浓度、空气负离子浓度、人体舒适度及噪音等生态环境效应相关影响因子进行测定分析，以期为游客选择合理的游览时间和方式及为城市公园绿地规划设计、建设管理及环境监测等提供依据。

1 研究区概况

香山公园位于北京市海淀区，近西北五环(116°10′23″E，39°59′24″N)，占地180 hm²左右，最高峰海拔573 m，有着丰富的乔木、灌木和草本植物资源，种类达390余种，主要乔木树种有黄栌(Cotinus coggygria)、侧柏(Platycladus orientalis)、油松(Pinus tabulaeformis)、国槐(Sophora japonica)、糠椴(Tilia mandshurica)和山杏(Armeniaca sibirica)，主要灌木树种有大叶黄杨(Buxus megistophylla)、紫叶小檗(Berberis hunbergii)、榆叶梅(Amygdalus triloba)、连翘(Forsythia suspense)、沙地柏(Sabina vulgaris)和棣棠(Kerria japonica)等，主要地被植物有蛇莓(Duchesnea indica)、紫花地丁(Viola philippica)和诸葛菜(Orychophragmus violaceus)等(香山公园管理处，2001)。该地属温带大陆性气候，土壤为褐土，全年日照2 700 h左右，年降水量700 mm左右，平均气温11.6 ℃，全年无霜期200天左右，风向随季节变化明显(陈婷等，2015)。

2 研究方法 2.1 观测点选择

公园距离城市主干道2 km，园内游憩林及景点设置主要集中在东南侧山坳，草坪位于公园中部，为提高数据准确性，根据游客观赏习惯及尽量减少人为和环境因素变化带来的干扰，监测地选择在海拔基本相同、位置相近的不同植被类型，并选择远离游憩林的观赏草坪为监测点，同时将公园外入口处休闲广场绿地作为对照，测定空气温度、相对湿度、大气颗粒物质量浓度、空气负离子浓度、噪音等。每个监测地距离园外道路均大于100 m，面积均大于0.5 hm²，且每个监测地中心距边缘大于50 m，各监测点均选择在监测地中心或边缘(表 1)。

2.2 微气候测定

采用Kestrel 4500手持自动气象站监测各点的气温、空气相对湿度、气压和风速等气象因子。2014年8月10—19日(期间以晴天和多云天气为主)连续检测10天，根据公园管理运行时间，选定每日6:00—21:00进行监测，每个监测点每小时测定1次，全天16次，每次在整点前后10 min内完成并在东西南北4个方向进行4次重复，测定高度为1.5 m。

2.3 人体舒适度测定

对于人体舒适度影响，国内外大多学者认为温度、湿度和风速等气象因子影响最大。人体舒适度指数THI计算公式为(John，1974)：

$ {\rm{THI = }}T - 0.55 \times \left({1 - {H_r}} \right) \times \left({T - 14.5} \right) $

(1)

式中:T为实测空气温度(℃); H_r为实测空气相对湿度(%)。人体舒适度评价标准如表 2所示。

2.4 颗粒物浓度测定

采用Turnkey仪器公司生产的Dustmate粉尘监测仪测定PM₁₀和PM_2.5浓度，分辨率为0.001 mg ·m^-3，测量范围为0~6 000 μg ·m^-3，6:00—21:00每整点同步测定各监测点人体呼吸高度1.5 m处的可吸入颗粒物PM₁₀和PM_2.5浓度，每个点东西南北四个方向实测4次，连续测定10天。颗粒净化率能够直接反应出各监测点的净化能力，其计算公式为(李新宇等，2014)：

$ {P_{\rm{n}}} = \left({{C_{\rm{o}}} - {C_{\rm{n}}}} \right)/{C_{\rm{o}}}。$

(2)

式中：P_n为颗粒净化率；C_o为对照点处大气颗粒物浓度；C_n为公园内不同监测点大气颗粒物浓度。

2.5 空气负离子浓度测定

采用AIC-1000空气负离子仪测定空气负离子浓度，6:00—21:00每个整点测定各监测点人体呼吸高度1.5 m处空气负离子浓度, 每个点在东西南北四个方向实测4次，连续测定10天。本研究采用日本安倍空气离子评价指数(濮阳雪华等，2014)对研究区空气清洁度进行评价，计算公式如下：

$ {\rm{CI = }}{n^ - }/1000q;\;q = {n^ + }/{n^ - }。$

(3)

式中：CI为空气离子评价指数；n⁺和n^-分别为空气中正离子数和负离子数(个·cm^-3)；q为单极系数。国内外大多学者认为空气清洁程度与负离子浓度直接相关，浓度越高空气越清洁(熊丽君等，2011)，其评价标准如表 3所示(蒙丽娜等，2014)。

2.6 噪声测定

采用TES-1350A噪音仪测定，分辨率0.1 dB，测定范围35~130 dB，6:00—21:00每小时测定各监测点噪声值，各点同时进行，每次测定5组数据，连续测定10天。

2.7 数据处理

采用SPSS19.0和Microsoft Excel 2007软件进行数据标准化处理、统计、量化分析及图表制作。

3 结果与分析 3.1 不同观测点温湿度日变化特征

观测发现，与对照相比园内各监测点平均降低空气温度1.7 ℃，增加空气相对湿度6%。由图 1可知，各点空气温度均在6:00达到最低值，之后呈现逐渐上升再下降的变化特征，14:00—15:00达到最高值。各监测点平均气温表现为CK＞S5＞S2＞S4＞S1＞S3；观测时段内，园内各点降温能力均随气温升高而增加，其中9:00—17:00最显著，这可能是由于随着太阳辐射增强，遮挡物较少的对照点升温较快，相比之下，植物覆盖密集区域升温缓慢；S5相比其他监测点降温能力较差，日均降温率仅为2.8%，而其温度日变化差异最高达9.4 ℃，这可能是由于草坪郁闭度低，温度调节能力差，散热速度较快所致；游憩林(黄栌纯林、黄栌混交林)内降温能力明显高于林缘，S3比S4降温率高3.4%，这与植物蒸腾作用导致温度降低有关；S3和S1降温率分别为9.0%和7.0%，黄栌混交林明显高于纯林。

由图 1可知，空气相对湿度呈“U”型变化特征，14:00—15:00出现最低值，园内外最大差异出现在16:00，相差达10.9%，观测时段内，园内5处监测点空气相对湿度明显高于对照点，平均湿度表现为S1＞S3＞S5＞S4＞S2＞CK；与对照相比，园内各点在9:00—18:00空气相对湿度变化幅度较大；各点间增湿能力有显著差异，黄栌林内明显高于林缘，增湿率最高达13.8%，黄栌混交林林缘增湿率最小，仅为8.7%，这与林内日常养护灌溉、郁闭度高、土壤蒸发慢有关(秦仲，2016；Hamada et al., 2010)；不同植被类型间的差异也较明显，黄栌纯林的增湿能力好于混交林，这可能是由于冠层结构存在差异，且黄栌纯林平均叶面积较大有利于植物蒸腾，所以湿度大于由针叶、阔叶树种与黄栌组成的混交林，而草坪增湿率较高与日常养护喷灌较频繁有关。

3.2 人体舒适度日变化特征

人体舒适度指数(THI)能直接反应游客游园时的舒适状况，同时也是环境状况变化的评价指标(辛学飞，2015)。由图 2可知，各观测点THI呈先上升后下降的变化特征，依据表 2评价发现，观测时段内各点均未达到Ⅰ级标准，对照在6:00—8:00和21:00达到了Ⅱ级标准，而在12:00—17:00人体感觉很不舒适，很不舒适和不舒适时间达到12 h，占观测时段的75%；S5相比对照点达到Ⅱ级标准的时间多1 h，在6:00—8:00和20:00—21:00人体感觉较舒适，但在13:00—6:00时同样达到了Ⅵ级标准，说明草坪区域遮挡少且温度较高和湿度也较大，人体舒适度指数低；黄栌纯林和黄栌混交林的林缘及林内整体舒适时间较长，平均达8.5 h，达到Ⅱ级标准占监测时段的51.6%，集中在6:00—10:00和18:00—21:00；园内各不同植被类型监测点的舒适时长表现为S3=S1>S4>S2>S5，但在12:00—17:00人体感觉均较不舒适，说明此时间段不适合休闲娱乐游憩活动。

3.3 颗粒物浓度日变化特征

1) PM₁₀、PM_2.5浓度日变化特征由图 3可知，PM₁₀和PM_2.5浓度均呈早晚高午间低的双峰型变化特征，6:00—8:00出现第1个高峰，18:00—20:00出现第2个高峰。其他时段变化趋势相对平缓，13:00—16:00出现较低值，这可能是由于早晚空气湿度大，不利于颗粒物扩散，午后空气温度升高、空气相对湿度降低、风速小、湍流作用较强，有利于颗粒物扩散。参照《环境空气质量标准》(GB3095-2012)对园内PM_2.5和PM₁₀污染状况进行评价，国家标准Ⅰ、Ⅱ类功能区要求PM_2.5和PM₁₀质量浓度小时均值分别低于35、75和50、150 μg ·m^-3。由图 3可知，与对照相比，园内各点9:00—18:00的PM_2.5和PM₁₀浓度均能达到国家标准Ⅱ类功能区要求，平均达标率为87.5%，6:00时污染最严重，超标2.3%~16%，对照点PM₁₀和PM_2.5达标率分别为43.7%和56.2%。上述结果说明公园内外均存在一定程度的污染，但公园绿地内缓解大气颗粒物污染作用明显，这可能是由于观测时段正是公园绿地内植物生长稳定时期，植物生理活动旺盛，植被繁茂，可有效吸收、吸附并滞留各粒径颗粒物的缘故(谢滨泽等，2014；Huang et al., 2011)。

2) 不同监测点降低2种颗粒物浓度能力分析由图 3可知，园内各点PM_2.5变化较PM₁₀平缓，与对照相比对PM₁₀和PM_2.5日平均净化率分别达25.9%和27%，说明公园内植被对PM_2.5等可入肺颗粒物有更强缓冲和阻滞作用(濮阳雪华等，2014)。由图 4可知，各点PM_2.5净化能力表现为S3＞S1＞S4＞S2＞S5，PM₁₀净化能力表现为S1＞S3＞S4＞S2＞S5；游憩林内净化能力要好于林缘，黄栌纯林净化PM₁₀和PM_2.5的能力最高分别达32.2%和34.9%，PM₁₀粒径稍大，相比PM_2.5更不易附着在针叶表面(吴俊林等，2015；Sabin et al., 2006)。方差分析表明，黄栌混交林与纯林2种植被类型间差异不显著，林缘和林内差异不显著，但均与园内草坪和对照差异显著(P < 0.05)，说明草坪净化能力最差，而林内绿量高，植物种类丰富，盖度大，叶片面积大，能较好地吸收、吸附和滞留大气颗粒物。

3.4 空气负离子浓度日变化特征

空气负离子有杀菌、滞留尘埃和净化空气等作用，是评价空气质量的重要指标(Ryushi et al., 1998)。通过连续观测发现(图 5)，各点空气负离子浓度基本呈早、中、晚(6:00—9:00、12:00—15:00、18:00—21:00)高的3峰型变化特征，园内各点负离子浓度为500~1 300个·cm^-3，日均值为795个·cm^-3，是对照的2.43倍，表明林木分布和植被密集区域的空气负离子浓度明显高于遮挡低和植物种植少的开阔区域，这可能是由于数量较多的植被能有效的附着污染物，并通过光合作用产生空气负离子(蒙丽娜等，2014)。园内各点日均负离子浓度变化差异明显，黄栌混交林内最高可达967个·cm^-3、草坪最低仅为619个·cm^-3，园内各点表现为S3＞S1＞S4＞S2＞S5。黄栌混交林好于黄栌纯林，这可能是由于林内郁闭度高，林分面积大，混交林盖度大，能有效阻止外界干扰，且针叶植物具有尖端放电功能，能促使空气发生电离从而增加空气中负离子浓度(冯鹏飞等，2015；Josh et al., 2012)。

3.5 空气清洁度变化特征

由图 6可知，观测时段内各点空气清洁度指数CI呈现出连续波动的变化特征，9:00—10:00和14:00—15:00出现2个高峰后开始降低。园内平均CI为0.74，显著高于对照点，达到中度清洁，S1、S3和S4在8:00—10:00先后达了非常清洁的程度；S1、S2、S3和S4达到一般清洁的时段占观测时段的81.3%，而S5仅有50%，各点均在6:00前后和20:00—21:00达到轻度或中度污染，说明公园绿地内空气清洁度明显好于公园外，园内各点平均CI值表现为S3＞S1＞S2＞S4＞S5，草坪污染情况较林地严重。

3.6 噪音日变化特征

噪音危害已成为现代居民生活的公害之一(Maleki et al., 2011)，国内外众多学者公认植被能有效降低噪音危害。本研究对公园进行声源调查发现，噪音主要来自游客游览活动、绿化养护、工程作业、虫鸟叫声和园外交通噪音。由图 7可知，各点噪音趋势均呈先上升后下降再上升的双峰型变化特征，7:00—8:00出现第1个高峰, 19:00—20:00出现第2个高峰，这可能与游客游园高峰及绿化工程作业为了避免高温暑热选择早晚时段进行的缘故有关；园内各点噪音平均值为40.3 dB，整体要低于于对照点平均值(51.5 dB)，降噪率可达21.8%，园内各点噪音波动变化保持较小幅度；参照《声音环境质量标准》(GB3096-2008)国家标准(1类功能区昼间和夜间分别要求不高于55和45 dB)，发现园内1类标准区的达标时段为97.5%，只有20:00时草坪和黄栌混交林林缘2处监测点未达标，而对照点的达标时段仅占62.5%，这可能是由于植物枝条和叶片能反射、绕射和吸收大量声波，一定宽度、高度、密度的绿地能有效降低噪音污染(王琳琳等，2016)。观测发现，园内各点的降噪能力也有明显差异，平均降噪率表现为S1＞S3＞S2＞S4＞S5，黄栌纯林要好于黄栌混交林、林内优于林缘，草坪降噪率最低，仅有13.6%，成片林木可使高频噪音散射明显减弱，叶片面积大、带有绒毛的树叶有更强的降噪作用(卢荷英等，2014; Liu et al., 2013)。

3.7 生态因子间相关性特征分析

由表 4可知，空气负离子浓度与PM₁₀和PM_2.5浓度极显著负相关，这表明PM₁₀、PM_2.5受到负离子的撞击拦截，而且颗粒物中有较多的微尘带正电荷，与负离子结合促使部分颗粒物改变物理属性转变为负电荷，从而颗粒物之间相互吸附造成沉降，形成负离子浓度与颗粒物浓度此消彼长、相互排斥的现象。空气负离子浓度与空气温度显著负相关(P < 0.05)，与空气相对湿度极显著正相关(P < 0.01)，气温升高不利于水汽凝结，而利于污染物扩散，在扩散过程中易吸附大量的负离子而造成负离子浓度降低，所以空气温度越高时负离子浓度越低，而相对湿度越大越容易使得水汽形成而促使污染物沉降；人体舒适度与空气负离子浓度及植物郁闭度显著正相关(P < 0.05)，而与其他因子间无显著相关性；PM₁₀与PM_2.5浓度显著正相关(P < 0.05)；2种颗粒物浓度均与空气温度负相关、与空气相对湿度呈显著正相关；噪音与植物郁闭度负相关(P < 0.05)，空气温度、空气相对湿度与植物郁闭度分别显著负相关和极显著正相关。

4 讨论

香山公园植被丰富，降温增湿作用较为明显，园内各植被类型平均降温1.7 ℃，降温率最高达6.1%，平均增加湿度6%，增湿率最高达10.7%，这与大多学者研究结果基本保持一致(濮阳雪华等，2014；秦仲等，2016)。很多研究表明不同植被类型增湿降温能力存在差异，本研究中黄栌混交林增湿降温能力最强，草坪降温能力最差但增湿作用较好，这与部分学者研究结果有一定差异(苏泳娴等，2011；傅伟聪等，2016)，这可能是由于选择监测点为城市公园，其日常绿化养护频率较高有关。园内人体舒适度呈现早晚舒适的变化特征，黄栌游憩林内舒适时间最长，而草坪活动区域舒适时间较短，仅有5 h，各不同植被类型的监测点平均舒适时间为7.6 h，与一些学者的研究存在差异(宴海等，2012)，这可能是由于选择的观测时段不同而造成的差异。

公园内外PM₁₀、PM_2.5浓度均呈现出早晚高、午后低的双峰型变化特征，草坪净化颗粒物的能力最差，乔灌草相结合植被类型(黄栌混交林、纯林)净化效果最好，这与大多学者的研究结果一致(王晓磊等，2014；吴俊林等，2015)。早晨6:00公园内各不同植被类型监测点颗粒物浓度均较高，不适宜游园，7:00—19:00时仅有黄栌游憩林内的颗粒物浓度符合国家二级标准，而草坪适合游憩的时间相比则延后2 h，这可能是由于早晚湿度大颗粒物不易扩散，植物呼吸等生理作用减弱对颗粒物的吸附能力降低，且此时段又是上下班车辆和游客游园的高峰期，易造成颗粒物浓度升高。

公园内的空气负离子浓度整体处于较高水平，这可能与中心城区相比周围建筑物少，人口不密集，植被种类丰富，负离子损耗较少有关。负离子浓度同样呈现出波峰波谷交替变化的特征，早中晚出现3个高峰，与部分学者的研究结果相似，但峰值的出现时间有所差异(Mohamed et al., 2014; 冯鹏飞等，2015)，这可能与观测周期、点位设置、主干道车流量及游客游览高峰时间不同有关。黄栌混交林内负离子浓度最高，草坪区域浓度较低，与大多学者研究结果一致(张建国等，2016)。就CI指数而言，其呈现出早晚低、午后高的变化特征，表明6:00前后和20:00后公园内污染较严重，不适宜游园。

公园内噪音呈现出较低值，仅20:00前后超出标准。黄栌纯林、混交林的降噪能力较好，草坪降噪能力最差，且林内降噪能力明显好于林缘，这与大多学者研究结果一致(王琳琳等，2016)，这可能是由于密集的植物其叶片、枝条、树干等改变了声波直射，使声波绕射或反射从而减少了声波传递。同时绿地宽度越大降噪能力越强。

5 结论

通过对香山公园不同植被类型各夏季环境效应评价可知，香山公园绿地具有降温增湿、降噪、抗污染、增加空气负离子等作用。夏季11:00前与17:00后游客在香山公园内游憩体感会比较舒适，12:00—17:00全园处于空气温度高、相对湿度大、人体感觉不舒适阶段，不建议游园。但综合大气污染及噪音情况，选择游览时间和游憩地点时，应尽量选择在7:00后，避开颗粒物浓度较高时段，9:00—17:00与20:00后应尽量避免在草坪区域和园外休闲广场活动，较为适宜的游憩时间段为7:00—11:00、17:00—20:00。在相同的气象条件下，黄栌混交林内游览舒适时间最长，草坪舒适时间最短。12:00—15:00园内空气负离子浓度虽然较高，PM₁₀和PM_2.5较低，但人体感觉较为闷热并不舒适，此段时间游客应避免户外游览，可选择在公园内驿站、亭榭休息，香山公园夏季合理的游憩时段为7：00—11:00和17：00—20：00。同时，通过园内5处不同植被类型游憩点的综合对比发现，黄栌混交林的夏季环境效应最高，草坪最低。