《Urban Ecosystems》：Bridging the grand canopy! How does plant canopy width affect the cooling capacity of green walls?
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为了探索植物冠层密度（叶面积指数，WLAI）如何影响绿色墙壁（垂直绿化系统，VGS）的冷却性能，进而优化其缓解城市热岛效应的生态服务功能，研究人员开展了关于“植物冠层宽度如何影响绿色墙壁冷却能力”的主题研究。该研究通过比较六个具有不同叶片形态特征和冠层结构的植物类群，在单层、双层和三层（模拟不同WLAI）冠层覆盖下的墙体面板温度，评估了其单位叶面积的降温效能。研究发现，增加冠层覆盖能普遍提升降温效果，但提升幅度不与叶面积成正比，其中Heuchera micranthacv. Palace Purple的降温效率最高，其降温效果主要由遮荫和蒸腾作用共同驱动。该研究首次系统量化了冠层结构对垂直绿化降温效能的影响，为选择能最大化冷却效益的植物种类和设计高效益的绿色墙壁提供了关键的实证依据和理论指导。
在城市化进程不断加快的今天，建筑密集、绿意消退的城市“水泥森林”正面临越来越严峻的热浪侵袭。为了“退烧”，人们将目光投向了建筑物本身，将植被“挂”上外墙，形成了绿色墙壁（也称垂直绿化系统，VGS）。这些“会呼吸的建筑外衣”不仅能美化景观，还能为城市提供一系列宝贵的生态服务，如改善空气质量、增加生物多样性以及——最关键的一项——在炎热的夏季为建筑“遮阳隔热”，降低降温能耗，缓解热岛效应。然而，并非所有披上“绿衣”的建筑都能获得同等的凉爽。一个核心但尚未得到充分解答的问题是：植物的选择，特别是它们的冠层结构，究竟如何影响这层“绿衣”的降温能力？是不是叶子越多、越密，降温效果就一定越好？为了揭开植物冠层密度与冷却效率之间的神秘联系，来自谢菲尔德大学的研究团队开展了一项精细的实验，其研究成果发表在《Urban Ecosystems》期刊上。
为了探究上述问题，研究人员在2023年夏季的英国谢菲尔德大学进行了对照实验。他们选取了六种具有不同叶片形态和冠层结构的常见绿墙植物（Hebe、Carex、Hedera hibernica、Heuchera micranthacv. Palace Purple、Hydrangea和 Alchemilla mollis）。实验的核心是模拟不同冠层厚度，通过摆放单层(LAI1)、双层(LAI2)和三层(LAI3)植物（通过增加额外植株实现），来改变墙体叶面积指数(WLAI)。研究的关键在于测量和比较被植物冠层遮挡的黑色墙板与完全暴露在阳光下的对照墙板之间的温度差，以此评估不同植物在不同冠层密度下的降温能力。整个研究过程确保了种植基质的含水量充足，以避免因水分胁迫影响蒸腾作用(ET)。数据处理采用温差法，并通过单因素方差分析(ANOVA)和事后Bonferroni检验来评估不同处理间的统计显著性。
1. 冠层覆盖百分比
研究者首先量化了不同植物在不同层数下的实际叶片覆盖情况。结果显示，Carex的单层WLAI最高（3.3），而 Hebe最低（0.9）。当增加到三层时，WLAI的比值在不同植物间存在差异，例如 Hebe、Heuchera和 Hydrangea约为1:1.5:2.5，而 Carex、Alchemilla和 Hedera约为1:1.6:2。这为后续分析降温效能与叶片量的关系奠定了基础。
2. 墙体降温与LAI的关系
研究得出了几个关键结论。首先，在更炎热的条件下（对照墙板温度约45°C），所有植物的降温效果都显著增强。其中，Heuchera表现最为突出，其单层冠层就能提供高达21°C的降温，而增加到三层时，降温幅度可达24°C。其次，增加冠层层数确实能显著提高所有植物的降温能力，尤其是在高温环境下，但这种提升并非与叶片量的增加成比例。例如，Alchemilla的三层冠层（WLAI=2.8）带来的降温（22.5°C）仅比其单层（WLAI=1.1，降温19°C）略高。最引人注目的是，单层 Heuchera(WLAI=1.1) 的降温效果甚至优于三层冠层的 Hedera(WLAI=4.1)、Hydrangea(WLAI=4.8) 或 Hebe(WLAI=2.2)。最后，当把所有植物的数据放在一起看时，WLAI与降温幅度之间的相关性很弱（r2= 0.10），表明叶片总量本身并不是决定降温效率的唯一或主导因素。
3. 单位叶面积降温效能
为了进一步探究效率差异，研究人员计算了单位叶面积的降温值。结果显示，在高温条件下，Heuchera和 Alchemilla的单层冠层单位叶面积降温效能（>18°C）远高于其双层和三层冠层（8-12°C）。这意味着对于这些植物而言，第一层叶子是降温效率最高的。
4. 相对湿度与冠层宽度的变化
植物存在显著提高了墙板附近的相对湿度(RH)，在高温条件下（对照墙板45°C）提升幅度可达18%至52%。同样，增加冠层层数通常会进一步提高RH，但增幅有限（2-8%）。值得注意的是，Heuchera和 Alchemilla单层冠层带来的RH提升，与其他植物三层冠层的效果相当，强烈暗示了它们高效的蒸腾作用在降温中扮演了重要角色。
在讨论部分，作者对研究结果进行了深入剖析。他们提出，不同植物的降温策略可能不同。对于像 Heuchera和 Alchemilla这样单位叶面积降温效能极高的植物，其降温可能主要由高效的蒸腾作用驱动，可称之为“蒸腾冷却型”植物。对于这类植物，单层、通风良好的冠层就已足够有效，增加层数带来的额外遮荫收益会被因相互遮挡导致的蒸腾效率下降所部分抵消。相反，对于像 Hebe、Carex和 Hedera这类单位叶面积降温效能较低的植物，其降温可能更依赖于单纯的“遮荫冷却”，因此增加冠层厚度以阻挡更多阳光能带来更显著的降温收益。
这项研究的意义重大。它首次系统地实验证明了植物冠层宽度对绿色墙壁降温能力的复杂影响，并揭示了“遮荫冷却”和“蒸腾冷却”两种机制在不同植物中的权重差异。这推翻了“叶子越多越密就越好”的简单假设。研究结论为绿色墙壁的设计者和城市规划者提供了宝贵的科学指导：在植物选择上，应优先考虑像 Heuchera这样能通过高效蒸腾实现强效降温的物种；在种植密度和冠层管理上，需要根据所选植物的降温策略（是依赖蒸腾还是依赖遮荫）来优化设计。例如，对于蒸腾型植物，无需过度追求高密度种植，单层高效覆盖即可；而对于遮荫型植物，则可以通过增加冠层厚度来提升效果。这项研究不仅深化了我们对垂直绿化生态系统服务功能的理解，也为构建更具气候韧性和能源效率的未来城市提供了关键的科学依据。
