竹類(lèi)植物的主要環(huán)境效應(yīng)研究進(jìn)展

鄭 鈞，吳仁武，史 琰，楊 凡，晏 海，吳一波，任偉濤，包志毅

（浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 臨安311300）

竹類(lèi)植物的主要環(huán)境效應(yīng)研究進(jìn)展

鄭 鈞，吳仁武，史 琰，楊 凡，晏 海，吳一波，任偉濤，包志毅

（浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 臨安311300）

隨著人居環(huán)境的惡化，人類(lèi)更加關(guān)注環(huán)境對(duì)自身身心健康的影響。竹類(lèi)植物不僅能夠保護(hù)、美化以及改善環(huán)境，它的生態(tài)環(huán)境功能還能促進(jìn)人類(lèi)的生理與心理健康。針對(duì)目前環(huán)境科學(xué)研究中的一些熱點(diǎn)問(wèn)題，從改善小氣候環(huán)境、凈化空氣、釋放空氣負(fù)離子、固碳釋氧等方面對(duì)近年來(lái)竹類(lèi)植物的主要環(huán)境效應(yīng)研究的進(jìn)展進(jìn)行了綜述，提出擴(kuò)大竹類(lèi)植物環(huán)境效應(yīng)定量實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象的范圍；改進(jìn)竹類(lèi)植物環(huán)境效應(yīng)定量實(shí)驗(yàn)的研究方法；建立竹類(lèi)植物生態(tài)環(huán)境服務(wù)的評(píng)價(jià)體系等是將來(lái)的重點(diǎn)研究方向。參56

園林學(xué)；竹類(lèi)植物；環(huán)境效應(yīng)；生態(tài)環(huán)境功能；人居環(huán)境；綜述

過(guò)去30多年來(lái)中國(guó)城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平增長(zhǎng)迅速，人們物質(zhì)生活水平不斷提高，但人類(lèi)活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了十分嚴(yán)重的破壞， “城市病”和 “農(nóng)村病”等問(wèn)題日益突出［1－2］。近幾年 “生態(tài)園林城市”以及 “美麗鄉(xiāng)村”建設(shè)的提出與實(shí)踐強(qiáng)調(diào)了人與環(huán)境的和諧相處，將城市與鄉(xiāng)村的生態(tài)環(huán)境引向良性發(fā)展的趨勢(shì)。中國(guó)把生態(tài)文明建設(shè)放在突出地位，并納入社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)總體布局，表明了保護(hù)與改善環(huán)境的決心，也標(biāo)志著中國(guó)生態(tài)文明建設(shè)跨入新時(shí)代的新征程［3］。竹類(lèi)植物是重要的森林資源，在全世界約有70多屬1 200余種，主要分布在熱帶及亞熱帶地區(qū)。中國(guó)的竹類(lèi)植物資源豐富，分布廣泛，現(xiàn)有竹類(lèi)植物39屬500余種，竹林面積為逾500萬(wàn)hm2，占到世界竹林總面積的1/4［4］。因竹類(lèi)植物具有生長(zhǎng)快、產(chǎn)量高、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，近年來(lái)被廣泛的運(yùn)用到城市和鄉(xiāng)村綠地景觀的營(yíng)造中，針對(duì)竹類(lèi)植物生態(tài)環(huán)境功能的研究也逐漸引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。直至目前，對(duì)竹類(lèi)植物生態(tài)環(huán)境功能研究進(jìn)展的闡述主要集中在涵養(yǎng)水源、保持水土、防風(fēng)固沙以及保護(hù)生物多樣性等生態(tài)功能方面［5－8］，針對(duì)竹類(lèi)植物在目前環(huán)境科學(xué)研究中的熱點(diǎn)領(lǐng)域，如城市小氣候環(huán)境、大氣污染、碳循環(huán)等方面的綜述還涉及較少。針對(duì)這些問(wèn)題，作者主要從改善小氣候環(huán)境、凈化空氣、釋放空氣負(fù)離子和固碳釋氧等方面對(duì)竹類(lèi)植物的主要環(huán)境效應(yīng)研究進(jìn)行綜述。

1 改善小氣候環(huán)境功能

熱島效應(yīng)作為一個(gè)顯著的城市氣候問(wèn)題一直備受關(guān)注。已有的研究證實(shí)綠色植被能夠通過(guò)遮光、蒸散作用降低空氣溫度，增加空氣濕度，從而緩解熱島效應(yīng)，改善城市小氣候環(huán)境［9－10］。對(duì)于園林植物降溫增濕效應(yīng)的測(cè)定主要有2種方法。一是選取健康植株的葉片進(jìn)行蒸騰速率值的測(cè)定，并利用公式計(jì)算樹(shù)種的日降溫增濕量；二是使用溫濕度計(jì)等儀器，直接測(cè)定植物群落的空氣溫度和相對(duì)濕度［11－12］。

竹類(lèi)植物群落具有較強(qiáng)的降溫增濕能力：夏季時(shí)毛竹Phyllostachys edulis林比桂花Osmanthus fragrans林氣溫平均低0.54℃，相對(duì)濕度低4.6%［13］；短穗竹Brachystachyum densiflorum和黃甜竹Acidosasa edulis在夏季的平均日降溫可達(dá)3.14℃和2.91℃，平均日增濕可達(dá)3.50%和3.34%［14］；夏季清晨和夜間等低溫時(shí)段，雷竹Phyllostchys vilascens林的降溫效果相較于杉木Cunninghamia lanceolata林、無(wú)患子Sapindus mukorossi-國(guó)槐Sophora japonica混交林、樂(lè)昌含笑Michelia chapensis-桂花混交林和銀杏Ginkgo biloba-紅楓Acer palmatum混交林最為顯著，而增濕效果差異較?。?5］。也有研究結(jié)果表明：復(fù)層植物群落、喬木-草地型植物群落、棕櫚科Palmae植物群落的降溫增濕能力均強(qiáng)于叢生竹林植物群落［16］。

不同季節(jié)、不同竹類(lèi)植物種類(lèi)對(duì)于局部小氣候的改善作用存在差異。從不同季節(jié)而言，竹類(lèi)植物在9月的降溫增濕效應(yīng)要好于3－4月［17］。從不同種類(lèi)而言，竹類(lèi)植物降溫增濕能力與其單葉面積呈正相關(guān)，降溫增濕效果較好的竹種有金鑲玉竹Phyllostachys aureosulcata ‘Spectabilis’，鳳尾竹Bambusa multiplex ‘Fernleaf’，宜興苦竹Pleioblastus yixingensis，麻竹Dendrocalamus latiflorus和綠竹Bambusa oldhami等［17－18］。對(duì)于竹類(lèi)植物改善小氣候環(huán)境的研究還處于起步階段，研究的竹子種類(lèi)不夠豐富，降溫增濕效應(yīng)影響因子的研究還不夠深入。

2 凈化空氣功能

2.1 殺菌功能

空氣中散布著大量空氣微生物，主要由1 200余種細(xì)菌和放線菌，以及40 000余種真菌組成，其中存在著各種有害的致病菌，嚴(yán)重威脅著人類(lèi)身體健康［19］。植物能夠通過(guò)釋放揮發(fā)性有機(jī)復(fù)合物（VOCs），如萜烯類(lèi)、醚、醛、酮等物質(zhì)，起到抑菌、殺菌的作用［20－21］。植物殺菌能力的測(cè)定主要通過(guò)水插枝法、瓊脂平板擴(kuò)散法、鋼環(huán)法和管碟法測(cè)定其揮發(fā)物的殺菌作用［22］。

常杰等［23］對(duì)野外森林揮發(fā)性有機(jī)復(fù)合物的研究發(fā)現(xiàn)：毛竹林VOCs排放強(qiáng)度遠(yuǎn)高于馬尾松Pinus massoniana林、杉木林和常綠闊葉林；張莉等［24］發(fā)現(xiàn)，毛竹林釋放的VOCs中異戊二烯的排放量較大，且集中在夏季，說(shuō)明毛竹林具有較強(qiáng)的殺菌潛力。周單紅［22］比較了4種園林植物對(duì)空氣微生物的影響，結(jié)果顯示：竹林對(duì)空氣細(xì)菌的抑菌率最高，楊梅Myrica rubra林與桂花林次之，樟樹(shù)Cinnamomum camphora林最低，且它們都在夏季達(dá)到峰值，但4種林地對(duì)真菌和放線菌均起到了促進(jìn)作用。

2.2 滯塵功能

空氣顆粒物因不僅本身具有污染性，更是其他污染物的載體而成為國(guó)內(nèi)外諸多城市空氣的首要污染物［25］。植物能夠通過(guò)停著、附著以及黏附3種方式凈化空氣中的粉塵污染［26］。植物滯塵能力的測(cè)定方法主要有2種，一種是使用粉塵儀對(duì)環(huán)境中可吸入顆粒物比例進(jìn)行測(cè)定［27］；另一種是通過(guò)差重法對(duì)一段時(shí)間內(nèi)植物葉片單位面積的滯塵量進(jìn)行測(cè)定［28］。

相關(guān)研究表明，竹林能夠減少空氣中50%左右的塵土，其滯塵能力平均為4.0～8.0 g·m－2［29］。不同竹種的滯塵量差異顯著，灌木狀株型的竹種滯塵能力明顯強(qiáng)于喬木狀株型的竹種；并且不同竹種在不同高度的滯塵效應(yīng)也有較大差異，黃金間碧玉竹Bambusa vulgaris‘Vittata’在離地面200 cm處滯塵效果最好，而闊葉箬竹Indocalamus latifolius在離地50～150 cm處滯塵能力最強(qiáng)［28］。還有研究發(fā)現(xiàn)，單株竹類(lèi)植物的滯塵能力與其葉面積指數(shù)呈顯著正相關(guān)，生物量和冠層結(jié)構(gòu)等是影響竹類(lèi)植物群落滯塵效應(yīng)的重要因素［17］。

2.3 吸收有害氣體功能

無(wú)機(jī)化學(xué)污染物是當(dāng)今城市空氣污染中分布廣泛且危害較大的主要污染物，植物可以通過(guò)葉片以及枝條吸收有害氣體，經(jīng)氧化還原反應(yīng)降解，再積累于體內(nèi)或排出體外［30］。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要針對(duì)二氧化硫（SO2），氟化氫（HF）和氯氣（Cl2）3種污染性氣體進(jìn)行研究［31］。研究表明：竹類(lèi)植物對(duì)于空氣中的硫元素與氯元素具有較強(qiáng)的吸收作用，對(duì)于二氧化硫與氯氣的濃度變化具有指示作用，并且可以作為硫污染區(qū)與氯污染區(qū)的綠化植物。例如，鳳凰竹Bambusa floribunda，鳳尾竹，淡竹Phyllostachys glauca等對(duì)二氧化硫抗性較強(qiáng)，觀音竹Bambusa multiplex var.riviereorum，花眉竹Bambusa longispiculata和霞山泥竹Bambusa xiashanensis具有較強(qiáng)的吸收二氧化硫能力，佛肚竹（Bambusa ventricosa和歪腳龍竹Dendrocalamus sinicus能夠有效吸收氯化物來(lái)凈化空氣［5,17,32－33］。

3 釋放空氣負(fù)離子功能

空氣負(fù)離子是空氣中的各種分子在特殊情況下獲得電子而帶電所形成的，主要為氧氣分子獲得電子后形成的負(fù)離子又稱(chēng)為負(fù)氧離子［34］。某些植物因?yàn)槿~片呈針狀，曲率半徑小，在大氣電場(chǎng)所產(chǎn)生的電勢(shì)差等作用下，使空氣發(fā)生電離，增加空氣負(fù)離子的濃度［35］?？諝庳?fù)離子濃度的測(cè)定主要采用空氣負(fù)離子濃度測(cè)定儀，在研究對(duì)象內(nèi)選取多個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行多次測(cè)定。竹類(lèi)植物具有較強(qiáng)的釋放空氣負(fù)離子功能，竹林中的空氣負(fù)離子濃度是同一景區(qū)內(nèi)水泥廣場(chǎng)的3倍［36］；曾曙才等［37］對(duì)廣州主要公園綠地中典型綠地進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果顯示：空氣負(fù)離子濃度大小順序?yàn)橹窳郑拘∪~竹柏林＞花卉區(qū)＞隆緣桉林＞苗圃、草地＞住宅區(qū)。不同竹種在不同季節(jié)的空氣負(fù)離子濃度日變化規(guī)律差異顯著，簕竹屬Bambusa竹種春季表現(xiàn)為雙峰型，而夏季和秋季以U型為主；剛竹屬Phyllostachys竹種春季和秋季以單峰型為主，夏季則表現(xiàn)為U型［38］。這種差異可能與竹類(lèi)植物本身特性有關(guān)，因此，未來(lái)應(yīng)積極開(kāi)展葉面積指數(shù)、冠層結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素對(duì)竹類(lèi)植物釋放空氣負(fù)離子功能的定量研究。外在環(huán)境因素對(duì)于竹類(lèi)植物釋放空氣負(fù)離子功能也有顯著影響，毛竹林秋季空氣負(fù)離子濃度與溫度、風(fēng)速呈正相關(guān)，與相對(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)［39］。

4 固碳功能

大氣中二氧化碳濃度的急劇上升導(dǎo)致了溫室效益等一系列環(huán)境問(wèn)題。森林系統(tǒng)能夠通過(guò)植物群落生物積累過(guò)程，將大氣中碳固定于植物體和土壤中［40］。竹類(lèi)植物主要通過(guò)直接與間接2種形式固碳，直接固碳是指竹類(lèi)植物通過(guò)光合作用，在竹體內(nèi)、林下土壤和林下凋落物積累碳元素；間接固碳是指通過(guò)工業(yè)加工使竹木被砍伐后依然保持了一定存量的碳物質(zhì)［41］。目前，竹體內(nèi)固碳能力主要通過(guò)生物量測(cè)算法以及綠量法進(jìn)行測(cè)定［17］。經(jīng)初步估算，目前中國(guó)竹林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量是整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)的4%～5%。在全球森林面積不斷下降，而竹林面積卻以3%的速度增長(zhǎng)的背景下，竹林將是一個(gè)重要的并且不斷增大的碳匯［42］。陳先剛等［43］對(duì)中國(guó)過(guò)去50 a竹林碳儲(chǔ)量的估算結(jié)果也證明，中國(guó)竹林碳儲(chǔ)量呈增加趨勢(shì)，越到后期增長(zhǎng)越快，并且碳儲(chǔ)量將持續(xù)增加。

竹林植被層儲(chǔ)藏著大量的碳素。從不同植物固碳能力來(lái)說(shuō)，竹類(lèi)植物具有較大的優(yōu)勢(shì)。浙江臨安毛竹林喬木層碳素年固定量為5.097 t·hm－2［44］，四川南部毛竹林年固碳量為9.43 t·hm－2［45］，均高于速生階段杉木林（3.489 t·hm－2），幼齡階段紅松Pinus koraiensis林（1.300 t·hm－2），蒙古櫟Quercus mongolica林（1.050 t·hm－2）和山楊Populus davidiana林（2.290 t·hm－2）等［46－47］。對(duì)不同竹類(lèi)植物的固碳釋氧效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)：其吸收二氧化碳和釋放氧氣量與葉面積指數(shù)和綠量呈正相關(guān)，與凈光合速率呈正比［30］?？嘀馪leioblastus amarus平均氧氣釋放量達(dá)到35 g·m－2·d－1，遠(yuǎn)高于其他竹種，其他釋氧能力較強(qiáng)的竹種還有闊葉箬竹、黃槽竹Phyllostachys aureosulcata和佛肚竹等［17,30］。不同竹類(lèi)植物的不同器官碳素密度不同，但波動(dòng)幅度不大。毛竹不同器官波動(dòng)量為0.468 3～0.521 0 g·g－1，苦竹為0.348 5～0.518 6 g·g－1，慈竹Bambusa emeiensis介于0.460 0～0.510 5 g·g－1，一般均表現(xiàn)為竹稈與竹根的碳素密度高于竹枝與竹葉［44,48－49］。竹林土壤是竹林生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫(kù)［4］。研究發(fā)現(xiàn)：大多數(shù)竹林中，土壤層的碳儲(chǔ)量是地上植被層的2倍，占竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的2/3［50］。目前，竹類(lèi)植物固碳釋氧效應(yīng)較集中在野外竹林的研究上，對(duì)于城市綠地中竹類(lèi)植物固碳釋氧效應(yīng)的研究開(kāi)展較少，而城市綠地與人類(lèi)的身心健康息息相關(guān)，因此針對(duì)不同竹種在城市綠地中所發(fā)揮的固碳釋氧功能將是未來(lái)的研究重點(diǎn)。

5 展望

中國(guó)作為世界范圍內(nèi)竹類(lèi)植物分布的重點(diǎn)區(qū)域，有大量國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)展了竹類(lèi)植物的相關(guān)研究?？傮w來(lái)說(shuō)，雖然對(duì)于竹類(lèi)植物改善小氣候環(huán)境、凈化空氣、釋放空氣負(fù)離子和固碳釋氧等環(huán)境效應(yīng)都進(jìn)行了定量研究，但僅在固碳效應(yīng)方面開(kāi)展的較為深入，其他效應(yīng)的研究還在起步階段。通過(guò)對(duì)主要環(huán)境效應(yīng)的綜述發(fā)現(xiàn)，竹類(lèi)植物相較于其他植物具有很強(qiáng)的固碳能力；也具有一定的改善小氣候環(huán)境和釋放空氣負(fù)離子功能；在凈化空氣包括殺菌、滯塵以及吸收有害氣體等方面存在很強(qiáng)的潛力，但目前對(duì)于這方面的研究較少。

針對(duì)竹類(lèi)植物環(huán)境效應(yīng)研究存在的不足以及竹類(lèi)植物生態(tài)景觀發(fā)展的趨勢(shì)，將來(lái)竹類(lèi)植物環(huán)境效應(yīng)的研究重點(diǎn)應(yīng)從以下幾個(gè)方面展開(kāi)：①擴(kuò)大竹類(lèi)植物環(huán)境效應(yīng)定量實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象的范圍。目前，因竹類(lèi)植物環(huán)境效應(yīng)定量實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象范圍較小，涉及竹種較少，使得對(duì)于竹類(lèi)植物生態(tài)環(huán)境功能的認(rèn)知不夠全面。隨著對(duì)竹類(lèi)植物生態(tài)環(huán)境功能重要性的逐步認(rèn)識(shí)，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)對(duì)象的范圍，測(cè)定更多竹種的環(huán)境效應(yīng)指標(biāo)將是未來(lái)竹類(lèi)植物環(huán)境效應(yīng)的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。②改進(jìn)竹類(lèi)植物環(huán)境效應(yīng)定量實(shí)驗(yàn)的研究方法。通過(guò)對(duì)已有的竹類(lèi)植物生態(tài)環(huán)境功能的測(cè)定研究發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)環(huán)境、測(cè)定方法等不統(tǒng)一的情況下，同種植物發(fā)揮的環(huán)境效應(yīng)以及其影響因素差異顯著［51］，因此，如何對(duì)竹類(lèi)植物環(huán)境效應(yīng)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確的測(cè)定是一個(gè)迫切的問(wèn)題，并且，目前的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ捷^為傳統(tǒng)、固定，缺乏創(chuàng)新，難以將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與人類(lèi)健康形成直接關(guān)系，因此加強(qiáng)與多學(xué)科的耦合運(yùn)用必將成為未來(lái)實(shí)驗(yàn)研究的主要趨勢(shì)。例如，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以通過(guò)主觀評(píng)價(jià)法：包括語(yǔ)義分析法（SD法）、心境狀態(tài)量表（POMS）以及狀態(tài)特質(zhì)焦慮問(wèn)卷（STAI）等［52－53］，以及客觀評(píng)價(jià)法，利用電子儀器觀測(cè)被試者生理指標(biāo)的變化，主要包括腦電波、心率、呼吸速率、血壓、肌電值、皮膚溫度等［54－55］，對(duì)人體心理以及生理變化進(jìn)行測(cè)定分析，從而促進(jìn)人類(lèi)對(duì)竹類(lèi)植物生態(tài)環(huán)境功能重要性的認(rèn)知，為竹類(lèi)植物的生態(tài)環(huán)境應(yīng)用提供理論支持。③建立竹類(lèi)植物生態(tài)環(huán)境服務(wù)的評(píng)價(jià)體系。目前，對(duì)于植被生態(tài)服務(wù)量化評(píng)價(jià)方法十分多樣［56］，因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立模型，科學(xué)準(zhǔn)確地反應(yīng)竹類(lèi)植物環(huán)境效應(yīng)，并形成生態(tài)環(huán)境服務(wù)評(píng)價(jià)體系，將更有效地為優(yōu)勢(shì)竹類(lèi)植物群落篩選提供支持，提高其生態(tài)景觀效益，并且豐富城市以及鄉(xiāng)村綠地生態(tài)服務(wù)及應(yīng)用理論。

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Research progress on environmental effects of bamboo：a review

ZHENG Jun,WU Renwu,SHI Yan,YANG Fan,YAN Hai,WU Yibo,REN Weitao,BAO Zhiyi
（School of Landscape Architecture,Zhejiang A&Forestry University,Lin’an 311300,Zhengjiang,China）

With degradation of the living environment,urban and rural areas have had an irreversible tendency bringing a series of serious consequences.At the same time,the public has expressed a strong desire to improve their living environment.Bamboo not only protects and improves the environment,but also promotes the physical and mental health of mankind through its eco-environmental functions.Aiming at the hotspots in environmental science research,and from the viewpoint of improving the microclimatic environment,purifying the air,releasing negative air ions,and fixing carbon,this paper summarizes recent research progress concerning the environmental effects of bamboo.Future work in this field should focus on expanding the scope of bamboo, improving research methods for quantitative experimentation on environmental effects,and establishing an evaluation system for bamboo ecological and environmental services.［Ch,56 ref.］

landscape architecture;bamboo;environmental effects;eco-environmental function;human settlement;review

S718.5

A

2095-0756（2017）02-0374-07

10.11833/j.issn.2095-0756.2017.02.024

2016-04-07；

2016-06-20

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（31270743，31400607）

鄭鈞，從事園林植物應(yīng)用研究。E-mail:284597854@qq.com。 通信作者：包志毅，教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事植物景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)和園林植物應(yīng)用研究。E-mail:bao99928@188.com