徐州市园林植物的冠层雨水截留能力分析

2018-02-24陈然侯凯翔徐众杨瑞卿

绿色科技 2018年3期

陈然侯凯翔徐众杨瑞卿

摘要：以徐州市41种主要园林植物为研究对象，对其冠层雨水截留能力进行了分析和研究。结果表明：徐州市主要园林植物的整体冠层雨水截留能力为乔木>草本>灌木，针叶树种>阔叶树种;落叶树种的截留率高，而常绿树种的单位叶面积截留量高。推荐水杉、雪松、榉树等14种树种作为徐州市海绵绿地建設的优先选用树种。

关键词：园林植物;冠层;雨水截留能力;海绵绿地;徐州市

中图分类号：TU986

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）03-0001-04

1 引言

海绵绿地作为城市重要的海绵体，在建设海绵城市、构建低影响开发雨水系统方面起着重要作用。植物作为海绵绿地的重要组成部分，在截留雨水等方面发挥着重要作用。在海绵绿地构建中，选择截留雨水能力强的植物，可更好地发挥绿地的海绵体作用，因此，研究植物的截留雨水能力，对更好地发挥城市绿地的海绵体作用、建设海绵城市具有重要意义。

植物对雨水的截留作用可以分为冠层截留、树干茎流和冠层透流三部分。雨水经过冠层的阻挡后部分雨水被冠层暂时积蓄用于湿润枝叶和树干，被截留在叶片的雨水大部分蒸发到空气中，这部分截留的雨水称为冠层截留，另一部分经过冠层截留后的雨水沿着树干向下流形成树干茎流，剩下的一部分雨水则穿过冠层孔隙直接落到地表，成为冠层透流[1]。

植物冠层对雨水的截留量除受到植物自身的因素如植物种类、叶片特征、树龄、树高、冠层厚度、生长状况等影响外，降雨量、降雨强度、降雨持续时间、与上次降雨的间隔时间等外部因素也会对其产生影响[2-4]。因此，若使用实际观测的方法测定某一树种的冠层截留量，其结果会受到现场多种因素的影响，所产生的冠层截留过程和得到的冠层截留量数值也会不同.所以使用实际观测截留量的方法无法准确地描述因冠层特征的差异性而产生的不同截留效果，用冠层截留能力则能比较客观地反应不同树种的冠层截留能力。

冠层截留能力指的是理想条件下，植物冠层对某一降雨量的可能截留量，即对某一雨量的最大截留量。理想条件是指假没冠层的枝叶在降雨前是干燥的，同时不考虑外界环境中降雨强度、雨量、风速以及气温等气象因子的影响，此时理想条件下的冠层截留量只与树种本身的特征有关[5.6]。

冠层截留能力的测定方法有间接法的穿透雨值和模型优化后的图形.但这需要长期监测降雨和穿透雨并且不易推广;间接法有人工表面浸湿法、射线衰减法和悬臂偏转法，但射线衰减法和悬臂偏转法昂贵并且更适用于检测植物各部分持续性储存水的情况[7]，而人工表面浸湿法操作相对简单，并且可反映理想条件下树木的截留能力，因此本研究采用人工表面浸湿法对徐州市主要园林植物的冠层截留能力进行研究。所谓表面浸湿法，是模拟雨水降落在植物表面，测量植物对雨水的储存能力来表示植物冠层截流能力。

2 材料与方法

2.1 研究区域概况

为确定测定的植物种类，对徐州市园林植物进行了普查，在此基础上将出现频率高、应用量大的41种植物作为研究对象[8.9]。41种植物中，常绿乔木8种，分别为雪松（Cedrus deodara （Roxburgh）G.Don）、广玉兰（Magnolia grandiflora Linn）、女贞（Ligustrum lucid-um Ait.）、枇杷（Eriobotr ya japonica（Thunb.）Lindl.）、香樟（Cinnamornurn camphora（L.）presl）、桂花（Os-manlhus.fragrans（Thunb.）Lour.）、侧柏（Platycladusorientalis（Linn.）Franco）、石楠（Photinia serrulataLindl.）;落叶乔木15种，分别为银杏（Ginkgo biloba L.）、国槐（Sophora japoniva.）、乌桕（Sapium sebiferum （L.）Roxb.）、枫杨（Pterocarya stenoptera）、杨树（Populus tomentosa Carr.）、重阳木（Bischofia polycarpa （Levl.）Airy Shaw）、法桐（Platanus orientalis L.）、水杉（Metasequoia glyptostroboides Hu et Cheng）、榉树（Zelkova serrata（Thunb.）Makino）、朴树（Celtissinensis Pers.）、樱花（Cerasus yec.loensis（Matsum.）Yuet Li）、垂柳（Salix babylonica）、紫薇（Lagerstroernza in-dica Linn.），石榴（Punica granaturn Linn.）、紫叶李（Prunus cerasifera Ehrhar f.atropurpurea （Jacq.）Re-hd.），常绿灌木9种，分别为夹竹桃（Nerium indicumMill.）、海桐（Pittosporum tobira（Thunb.）Ait.）、红叶石楠（Photinia serrulala）、火棘（Pyracantha fortu-neana（Maxim.）Li）、金森女贞（Ligusfrum japonicum‘Howardii）、枸骨（Ilex cornuta Lindl. et Paxt.）、瓜子黄杨（Buxus sinica （Rehd. et Wils.）Cheng）、云南黄馨（lasminurn rnesnyi Hance），落叶灌木4种，分别为木槿（Hibiscus syriacus Linn. ）、紫荆（Cercis chinensisBunge）、粉花绣线菊（Spiraea jaPonica L.f.）、金钟（Forsythia viridissima Lindl.）、草本植物5种，分别为玉簪（Hosta plantaginea（Lam.）Aschers.）、萱草（Hemerocallis fulva（L.）L.）、麦冬（Ophiopogon ja-ponicus）、白三叶（Trifolium repens L.）、鸢尾（Iris tec-torum）。

2.2 植物叶片截留能力的测定方法

2.2.1 植物样本的选取

采样地点为徐州市新城区大龙湖景区，该景区植物种类丰富，所测定的植物在该景区均有分布，植物的生长环境一致，利于实验结果的比较研究。每种植物选择3个植株，每个植株选择三片标准叶片，使用修枝剪剪下放在白封袋内，共采集369个叶片，叶片带回实验室在4°以下冷藏。

2.2.2 叶面积测定

植物叶面积使用LI-3000C叶面积仪进行测定。

2.2.3 截留能力的测定

用干纸巾对叶片擦拭，减少叶片滞尘的影响，然后用镊子将叶片轻轻放置在精度为0.0001的电子天平上进行称量，获得叶片浸水前重量（M1），之后将叶片在水中浸泡5分钟，然后用镊子将叶片轻轻取出，等叶片上的水珠不在滴下的时候，用纸巾轻轻擦去叶片背面的水，再次称量叶片的重量，获得叶片浸水后的重量（M2）[10]。根据实验结果，计算以下数据。

（1）最大截留量

浸水前后叶片重量值的差即叶片吸附水量，也就是最大截留量，用公式表达为：

I=M2-M1 （1）

I——最大截留量（g）;

M1——浸水前重量（g）;

M2——浸水后重量（g）。

（2）截留率。

截留率是最大截留量与叶片浸水前重量的百分比，用于测定单位重量叶片的储水能力。

计算公式为：

R=I/M1×100%

（2）

R——截留率;

I——最大截留量（g）;

M1——叶片浸水前重量（g）。

（3）单位叶面积截留量

单位叶面积截留量指每平方米叶面积的最大截留量，用公式表达为：

H =I/S （3）

H——单位叶面积截留量（ g/m2）;

I——最大截留量（g）;

S——叶片面积（m2）。

3 结果与分析

3.1 不同生长类型植物冠层的雨水截留能力分析

3.1.1 乔木的冠层雨水截留能力分析

乔木的冠层雨水截留能力见表1和图1。分析表1和图1可以看出，所研究的23种乔木中，截留率最大的是榉树，为72.68%，排名第二的是水杉，为59.94%，其他树种与这两个树种的截留率相差较大，都在40%以下。榉树截留率大的原因可能是榉树的叶片沿主脉两侧残留有稀疏的柔毛，增大了截留率;水杉叶线形，交互对生，二列成羽状复叶状，叶片此特点可能加大了截留率。

23种乔木中，单位叶面积截留量最大的是雪松为131.48g/m2，其次是枇杷为108.69g/m2，水杉为94.40 g/m2、广玉兰为90.55g/m2、榉树为85.32g/m2，其它树种的单位面积截留量都较小，基本不超过60 g/ m2。雪松的单位叶面积叶片截留量大于水杉，但其截留率仅有50.63%，远低于水杉，这可能是因为水杉叶片的质地本身轻薄，不像雪松叶片密度和重量都较大，因此截留率高;但雪松的松针表面粗糙，且松针相互交错，利用水的张力固着在松针彼此之间的水量相对更多，因此同样叶片表面积的雪松储水能力更强。

垂柳无论是截留率还是单位叶面积截留量均排在最后一位.说明其截留能力低。分析其原因.可能是叶片偏小，表面光滑，此外，在实际生长过程中，垂柳枝条柔软，枝叶均多下垂，降水过程中叶片与雨水的接触面积小，实际截留能力应该比实验结果更低。

综合冠层的雨水截留能力和单位叶面积截留量，乔木树种中，水杉、榉树、雪松的雨水截留能力比较突出。

3.1.2 灌木的冠层雨水截留能力分析

灌木冠层的雨水截留率见图2。分析图2可以看出，13种灌木中，截留率最大的是粉花绣线菊为29.32%，排名第二的是火棘为28.30%，其次是木槿为23.63%。这三种灌木截留率相差都不大，其它种类的灌木与它们的截留率相差较大，基本在5%～18%之间。截留率较大的三种灌木的共同特点是它们的叶片都微被细毛，这个特点可能导致截留率增大。

13种灌木中，单位叶面积截留量最大的是火棘约为66.57g/m2，其次是海桐约为52.63 g/m2，大叶黄杨约为49.23g/m2。其它所调查树种的单位面积截留量都较小，基本不超过40g/m2。

综合冠层的雨水截留能力和单位叶面积截留量，灌木树种中，火棘、粉花绣线菊的雨水截留能力比较突出。

3.1.3 草本植物的雨水截留能力分析

草本植物的雨水截留率见图3。分析图3可以看出，5种草本植物中，截留率最大的是白三叶为24.58%，其它草本植物截留率从大到小依次玉簪、麦冬、萱草，最小的是鸢尾，仅为11.29%，白三叶叶面微被柔毛，落在叶面的雨水不易流失，这可能是其截留率较高的原因。

5种草本植物中，单位叶面积截留量最大的是玉簪为47.72g/m2，其它树种的单位面积截留量都相差无几，基本在35g/m2左右。玉簪性喜阴湿环境，根状茎粗厚，除实验数据以外，根据实地调查，玉簪在雨后1-2天内叶面都能保持湿度，葉根部还有积水，故实际生长过程中单位面积截留量比实验数据更大。

综合雨水截留能力和单位叶面积截留量，草本植物中，白三叶、玉簪的雨水截留能力比较突出，麦冬处于中等水平。

3.1.4乔木、灌木、草本植物的冠层雨水截留能力比较

实验数据分析结果表明，乔木的平均截留率和平均单位叶面积截留量比灌木和草本都高，分别为27.66%、57.63g/m2，其次是草本，分别为18.25%、38.94g/m2，灌木的最低，分别为14.77%、36.25g/m2，说明在雨水的截留过程中，乔木占有明显优势，其次是草本，因此在海绵绿地建设中，应提高乔木的种植比例，在地被植物选择中，提高草本植物的比例，控制绿篱的种植面积，这样即可提高绿地的雨水滞留量，又可减少大面积绿篱造成的养护工作量。

3.2 针叶乔木、阔叶乔木的冠层雨水截留能力比较分析

实验数据分析结果表明，针叶乔木的冠层截留率平均为31.90%，单位叶面积截留量平均为91.70g/m2;阔叶乔木的冠层雨水截留率平均为27.02%，单位叶面积截留量平均为52.53g/m2。两者比较可以看出，针叶乔木的平均截留率比阔叶乔木的高4.88%，单位叶面积截留量比阔叶乔木的大39.17g/m2。由此可见.与阔叶乔木相比，针叶乔木的雨水截留能力强。

3.3 常绿树种与落叶树种的冠层雨水截留能力比较

分析

本研究的常绿树种和落叶树种，仅包括木本植物，不包括草本植物。

常绿树种的冠层截留率平均为15.99%，截留率最高的是枇杷，其次是火棘和女贞，这3种常绿植物的截留率都超过了木本植物截留率的平均值。夹竹桃和瓜子黄杨的截留率最低，分别为7.38%和6.31%，可能原因是夹竹桃叶革质，不易截留雨水，瓜子黄杨叶面积过小，截留能力也受到限制。常绿树种的单位叶面积截留量平均为52.30g/m2，其中雪松、枇杷、广玉兰、火棘的单位叶面积截留量超过了常绿植物平均单位叶面积截留量，其他常绿植物的则相对较低，最低的是云南黄馨和瓜子黄杨，分别为21.34g/m2和21.06g/m2，不到平均值的一半。

落叶树种的平均截留率为29.28%，其中截留率最高的是榉树，其次是水杉，这两种落叶植物的截留率大大超出了其他落叶植物的截留率。落叶树种的单位叶面积截留量平均为47.79g/m2，其中水杉、榉树的单位叶面积截留量超过了落叶植物平均单位叶面积截留量，其他落叶植物的单位叶面积截留量相对以上2种落叶植物而言都较低。

综合以上数据进行比较，所有木本植物的平均截留率为27.11%，其中常绿植物的平均截留率为15.99%，落叶植物的为29.28%，落叶植物高于常绿植物。所有木本植物的平均单位面积截留量为49.92g/m2，其中常绿植物的平均单位面积截留量为52.30g/m2，落叶植物的为47.79g/m2，常绿树种高于落叶树种。

3.4 耐水湿乔木的冠层雨水截流能力比较分析

城市海绵绿地建设中，往往需没计一定面积的水体，在水体及其周边区域，需要选择耐水湿能力强的树种，故本文对耐水湿乔木的冠层雨水截流能力进行分析比较，主要树种有水杉、榉树、乌桕、女贞、紫叶李、枫杨、重阳木、垂柳8种。8种植物中，冠层雨水截留率从大到小依次为榉树、水杉、枫杨、乌桕、紫叶李、女贞、重阳木和垂柳;单位叶面积截留量依次为水杉、榉树、乌桕、女贞、紫叶李、枫杨、重阳木、垂柳，无论是冠层雨水截留率还是单位叶面积截留量，重阳木和垂柳都明显低于其他耐水湿树种。

4 结论和讨论

在对徐州市41种园林植物冠层雨水截留率和单位叶面积雨水截流量的实验分析基础上，对徐州市主要园林植物的冠层雨水截流能力进行了研究，主要结论如下。

（1）就不同类型植物的冠层雨水截流能力而言，乔木大于灌木和草本，针叶树种大于阔叶树种，落叶树种的截留率高，而常绿树种的单位叶面积截留量高，因此在海绵绿地建没中，应提高乔木的种植比例，增加针叶树种的应用;在地被植物选择中，应提高草本植物的比例，控制绿篱的种植面积，这样既可提高绿地的雨水滞留量，又可减少大面积绿篱造成的养护工作量。

（2） 41种园林植物中，冠层雨水截流能力强的乔木树种有水杉、雪松、榉树、悬铃木、乌桕;灌木树种有火棘、粉花绣线菊、大叶黄杨;草本植物有白三叶、玉簪;枫杨、紫叶李、乌桕、女贞作为耐水湿树种，有相对较高的截留能力，故推荐以上14种树种作为徐州市海绵绿地的优先选用树种。

（3）园林植物对雨水的截留能力，除与冠层的雨水截留能力有关外，与植物的叶面积指数、树冠形态、生长状态等因素密切相关，建议在今后的研究中，结合以上因素进行进一步的综合分析。

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