徐州市園林植物的冠層雨水截留能力分析

陳然 侯凱翔 徐眾 楊瑞卿

摘要：以徐州市41種主要園林植物為研究對象，對其冠層雨水截留能力進(jìn)行了分析和研究。結(jié)果表明：徐州市主要園林植物的整體冠層雨水截留能力為喬木>草本>灌木，針葉樹種>闊葉樹種;落葉樹種的截留率高，而常綠樹種的單位葉面積截留量高。推薦水杉、雪松、櫸樹等14種樹種作為徐州市海綿綠地建設(shè)的優(yōu)先選用樹種。

關(guān)鍵詞：園林植物;冠層;雨水截留能力;海綿綠地;徐州市

中圖分類號：TU986

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）03-0001-04

1 引言

海綿綠地作為城市重要的海綿體，在建設(shè)海綿城市、構(gòu)建低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)方面起著重要作用。植物作為海綿綠地的重要組成部分，在截留雨水等方面發(fā)揮著重要作用。在海綿綠地構(gòu)建中，選擇截留雨水能力強(qiáng)的植物，可更好地發(fā)揮綠地的海綿體作用，因此，研究植物的截留雨水能力，對更好地發(fā)揮城市綠地的海綿體作用、建設(shè)海綿城市具有重要意義。

植物對雨水的截留作用可以分為冠層截留、樹干莖流和冠層透流三部分。雨水經(jīng)過冠層的阻擋后部分雨水被冠層暫時(shí)積蓄用于濕潤枝葉和樹干，被截留在葉片的雨水大部分蒸發(fā)到空氣中，這部分截留的雨水稱為冠層截留，另一部分經(jīng)過冠層截留后的雨水沿著樹干向下流形成樹干莖流，剩下的一部分雨水則穿過冠層孔隙直接落到地表，成為冠層透流[1]。

植物冠層對雨水的截留量除受到植物自身的因素如植物種類、葉片特征、樹齡、樹高、冠層厚度、生長狀況等影響外，降雨量、降雨強(qiáng)度、降雨持續(xù)時(shí)間、與上次降雨的間隔時(shí)間等外部因素也會對其產(chǎn)生影響[2-4]。因此，若使用實(shí)際觀測的方法測定某一樹種的冠層截留量，其結(jié)果會受到現(xiàn)場多種因素的影響，所產(chǎn)生的冠層截留過程和得到的冠層截留量數(shù)值也會不同.所以使用實(shí)際觀測截留量的方法無法準(zhǔn)確地描述因冠層特征的差異性而產(chǎn)生的不同截留效果，用冠層截留能力則能比較客觀地反應(yīng)不同樹種的冠層截留能力。

冠層截留能力指的是理想條件下，植物冠層對某一降雨量的可能截留量，即對某一雨量的最大截留量。理想條件是指假沒冠層的枝葉在降雨前是干燥的，同時(shí)不考慮外界環(huán)境中降雨強(qiáng)度、雨量、風(fēng)速以及氣溫等氣象因子的影響，此時(shí)理想條件下的冠層截留量只與樹種本身的特征有關(guān)[5.6]。

冠層截留能力的測定方法有間接法的穿透雨值和模型優(yōu)化后的圖形.但這需要長期監(jiān)測降雨和穿透雨并且不易推廣;間接法有人工表面浸濕法、射線衰減法和懸臂偏轉(zhuǎn)法，但射線衰減法和懸臂偏轉(zhuǎn)法昂貴并且更適用于檢測植物各部分持續(xù)性儲存水的情況[7]，而人工表面浸濕法操作相對簡單，并且可反映理想條件下樹木的截留能力，因此本研究采用人工表面浸濕法對徐州市主要園林植物的冠層截留能力進(jìn)行研究。所謂表面浸濕法，是模擬雨水降落在植物表面，測量植物對雨水的儲存能力來表示植物冠層截流能力。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)域概況

為確定測定的植物種類，對徐州市園林植物進(jìn)行了普查，在此基礎(chǔ)上將出現(xiàn)頻率高、應(yīng)用量大的41種植物作為研究對象[8.9]。41種植物中，常綠喬木8種，分別為雪松（Cedrus deodara （Roxburgh）G.Don）、廣玉蘭（Magnolia grandiflora Linn）、女貞（Ligustrum lucid-um Ait.）、枇杷（Eriobotr ya japonica（Thunb.）Lindl.）、香樟（Cinnamornurn camphora（L.）presl）、桂花（Os-manlhus.fragrans（Thunb.）Lour.）、側(cè)柏（Platycladusorientalis（Linn.）Franco）、石楠（Photinia serrulataLindl.）;落葉喬木15種，分別為銀杏（Ginkgo biloba L.）、國槐（Sophora japoniva.）、烏桕（Sapium sebiferum （L.）Roxb.）、楓楊（Pterocarya stenoptera）、楊樹（Populus tomentosa Carr.）、重陽木（Bischofia polycarpa （Levl.）Airy Shaw）、法桐（Platanus orientalis L.）、水杉（Metasequoia glyptostroboides Hu et Cheng）、櫸樹（Zelkova serrata（Thunb.）Makino）、樸樹（Celtissinensis Pers.）、櫻花（Cerasus yec.loensis（Matsum.）Yuet Li）、垂柳（Salix babylonica）、紫薇（Lagerstroernza in-dica Linn.），石榴（Punica granaturn Linn.）、紫葉李（Prunus cerasifera Ehrhar f.atropurpurea （Jacq.）Re-hd.），常綠灌木9種，分別為夾竹桃（Nerium indicumMill.）、海桐（Pittosporum tobira（Thunb.）Ait.）、紅葉石楠（Photinia serrulala）、火棘（Pyracantha fortu-neana（Maxim.）Li）、金森女貞（Ligusfrum japonicum‘Howardii）、枸骨（Ilex cornuta Lindl. et Paxt.）、瓜子黃楊（Buxus sinica （Rehd. et Wils.）Cheng）、云南黃馨（lasminurn rnesnyi Hance），落葉灌木4種，分別為木槿（Hibiscus syriacus Linn. ）、紫荊（Cercis chinensisBunge）、粉花繡線菊（Spiraea jaPonica L.f.）、金鐘（Forsythia viridissima Lindl.）、草本植物5種，分別為玉簪（Hosta plantaginea（Lam.）Aschers.）、萱草（Hemerocallis fulva（L.）L.）、麥冬（Ophiopogon ja-ponicus）、白三葉（Trifolium repens L.）、鳶尾（Iris tec-torum）。

2.2 植物葉片截留能力的測定方法

2.2.1 植物樣本的選取

采樣地點(diǎn)為徐州市新城區(qū)大龍湖景區(qū)，該景區(qū)植物種類豐富，所測定的植物在該景區(qū)均有分布，植物的生長環(huán)境一致，利于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較研究。每種植物選擇3個(gè)植株，每個(gè)植株選擇三片標(biāo)準(zhǔn)葉片，使用修枝剪剪下放在白封袋內(nèi)，共采集369個(gè)葉片，葉片帶回實(shí)驗(yàn)室在4°以下冷藏。

2.2.2 葉面積測定

植物葉面積使用LI-3000C葉面積儀進(jìn)行測定。

2.2.3 截留能力的測定

用干紙巾對葉片擦拭，減少葉片滯塵的影響，然后用鑷子將葉片輕輕放置在精度為0.0001的電子天平上進(jìn)行稱量，獲得葉片浸水前重量（M1），之后將葉片在水中浸泡5分鐘，然后用鑷子將葉片輕輕取出，等葉片上的水珠不在滴下的時(shí)候，用紙巾輕輕擦去葉片背面的水，再次稱量葉片的重量，獲得葉片浸水后的重量（M2）[10]。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算以下數(shù)據(jù)。

（1）最大截留量

浸水前后葉片重量值的差即葉片吸附水量，也就是最大截留量，用公式表達(dá)為：

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與葉片浸水前重量的百分比，用于測定單位重量葉片的儲水能力。

計(jì)算公式為：

R=I/M1×100%

（2）

R——截留率;

I——最大截留量（g）;

M1——葉片浸水前重量（g）。

（3）單位葉面積截留量

單位葉面積截留量指每平方米葉面積的最大截留量，用公式表達(dá)為：

H =I/S （3）

H——單位葉面積截留量（ g/m2）;

I——最大截留量（g）;

S——葉片面積（m2）。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同生長類型植物冠層的雨水截留能力分析

3.1.1 喬木的冠層雨水截留能力分析

喬木的冠層雨水截留能力見表1和圖1。分析表1和圖1可以看出，所研究的23種喬木中，截留率最大的是櫸樹，為72.68%，排名第二的是水杉，為59.94%，其他樹種與這兩個(gè)樹種的截留率相差較大，都在40%以下。櫸樹截留率大的原因可能是櫸樹的葉片沿主脈兩側(cè)殘留有稀疏的柔毛，增大了截留率;水杉葉線形，交互對生，二列成羽狀復(fù)葉狀，葉片此特點(diǎn)可能加大了截留率。

23種喬木中，單位葉面積截留量最大的是雪松為131.48g/m2，其次是枇杷為108.69g/m2，水杉為94.40 g/m2、廣玉蘭為90.55g/m2、櫸樹為85.32g/m2，其它樹種的單位面積截留量都較小，基本不超過60 g/ m2。雪松的單位葉面積葉片截留量大于水杉，但其截留率僅有50.63%，遠(yuǎn)低于水杉，這可能是因?yàn)樗既~片的質(zhì)地本身輕薄，不像雪松葉片密度和重量都較大，因此截留率高;但雪松的松針表面粗糙，且松針相互交錯(cuò)，利用水的張力固著在松針彼此之間的水量相對更多，因此同樣葉片表面積的雪松儲水能力更強(qiáng)。

垂柳無論是截留率還是單位葉面積截留量均排在最后一位.說明其截留能力低。分析其原因.可能是葉片偏小，表面光滑，此外，在實(shí)際生長過程中，垂柳枝條柔軟，枝葉均多下垂，降水過程中葉片與雨水的接觸面積小，實(shí)際截留能力應(yīng)該比實(shí)驗(yàn)結(jié)果更低。

綜合冠層的雨水截留能力和單位葉面積截留量，喬木樹種中，水杉、櫸樹、雪松的雨水截留能力比較突出。

3.1.2 灌木的冠層雨水截留能力分析

灌木冠層的雨水截留率見圖2。分析圖2可以看出，13種灌木中，截留率最大的是粉花繡線菊為29.32%，排名第二的是火棘為28.30%，其次是木槿為23.63%。這三種灌木截留率相差都不大，其它種類的灌木與它們的截留率相差較大，基本在5%～18%之間。截留率較大的三種灌木的共同特點(diǎn)是它們的葉片都微被細(xì)毛，這個(gè)特點(diǎn)可能導(dǎo)致截留率增大。

13種灌木中，單位葉面積截留量最大的是火棘約為66.57g/m2，其次是海桐約為52.63 g/m2，大葉黃楊約為49.23g/m2。其它所調(diào)查樹種的單位面積截留量都較小，基本不超過40g/m2。

綜合冠層的雨水截留能力和單位葉面積截留量，灌木樹種中，火棘、粉花繡線菊的雨水截留能力比較突出。

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見圖3。分析圖3可以看出，5種草本植物中，截留率最大的是白三葉為24.58%，其它草本植物截留率從大到小依次玉簪、麥冬、萱草，最小的是鳶尾，僅為11.29%，白三葉葉面微被柔毛，落在葉面的雨水不易流失，這可能是其截留率較高的原因。

5種草本植物中，單位葉面積截留量最大的是玉簪為47.72g/m2，其它樹種的單位面積截留量都相差無幾，基本在35g/m2左右。玉簪性喜陰濕環(huán)境，根狀莖粗厚，除實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以外，根據(jù)實(shí)地調(diào)查，玉簪在雨后1-2天內(nèi)葉面都能保持濕度，葉根部還有積水，故實(shí)際生長過程中單位面積截留量比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更大。

綜合雨水截留能力和單位葉面積截留量，草本植物中，白三葉、玉簪的雨水截留能力比較突出，麥冬處于中等水平。

3.1.4喬木、灌木、草本植物的冠層雨水截留能力比較

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，喬木的平均截留率和平均單位葉面積截留量比灌木和草本都高，分別為27.66%、57.63g/m2，其次是草本，分別為18.25%、38.94g/m2，灌木的最低，分別為14.77%、36.25g/m2，說明在雨水的截留過程中，喬木占有明顯優(yōu)勢，其次是草本，因此在海綿綠地建設(shè)中，應(yīng)提高喬木的種植比例，在地被植物選擇中，提高草本植物的比例，控制綠籬的種植面積，這樣即可提高綠地的雨水滯留量，又可減少大面積綠籬造成的養(yǎng)護(hù)工作量。

3.2 針葉喬木、闊葉喬木的冠層雨水截留能力比較分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，針葉喬木的冠層截留率平均為31.90%，單位葉面積截留量平均為91.70g/m2;闊葉喬木的冠層雨水截留率平均為27.02%，單位葉面積截留量平均為52.53g/m2。兩者比較可以看出，針葉喬木的平均截留率比闊葉喬木的高4.88%，單位葉面積截留量比闊葉喬木的大39.17g/m2。由此可見.與闊葉喬木相比，針葉喬木的雨水截留能力強(qiáng)。

3.3 常綠樹種與落葉樹種的冠層雨水截留能力比較

分析

本研究的常綠樹種和落葉樹種，僅包括木本植物，不包括草本植物。

常綠樹種的冠層截留率平均為15.99%，截留率最高的是枇杷，其次是火棘和女貞，這3種常綠植物的截留率都超過了木本植物截留率的平均值。夾竹桃和瓜子黃楊的截留率最低，分別為7.38%和6.31%，可能原因是夾竹桃葉革質(zhì)，不易截留雨水，瓜子黃楊葉面積過小，截留能力也受到限制。常綠樹種的單位葉面積截留量平均為52.30g/m2，其中雪松、枇杷、廣玉蘭、火棘的單位葉面積截留量超過了常綠植物平均單位葉面積截留量，其他常綠植物的則相對較低，最低的是云南黃馨和瓜子黃楊，分別為21.34g/m2和21.06g/m2，不到平均值的一半。

落葉樹種的平均截留率為29.28%，其中截留率最高的是櫸樹，其次是水杉，這兩種落葉植物的截留率大大超出了其他落葉植物的截留率。落葉樹種的單位葉面積截留量平均為47.79g/m2，其中水杉、櫸樹的單位葉面積截留量超過了落葉植物平均單位葉面積截留量，其他落葉植物的單位葉面積截留量相對以上2種落葉植物而言都較低。

綜合以上數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，所有木本植物的平均截留率為27.11%，其中常綠植物的平均截留率為15.99%，落葉植物的為29.28%，落葉植物高于常綠植物。所有木本植物的平均單位面積截留量為49.92g/m2，其中常綠植物的平均單位面積截留量為52.30g/m2，落葉植物的為47.79g/m2，常綠樹種高于落葉樹種。

3.4 耐水濕喬木的冠層雨水截流能力比較分析

城市海綿綠地建設(shè)中，往往需沒計(jì)一定面積的水體，在水體及其周邊區(qū)域，需要選擇耐水濕能力強(qiáng)的樹種，故本文對耐水濕喬木的冠層雨水截流能力進(jìn)行分析比較，主要樹種有水杉、櫸樹、烏桕、女貞、紫葉李、楓楊、重陽木、垂柳8種。8種植物中，冠層雨水截留率從大到小依次為櫸樹、水杉、楓楊、烏桕、紫葉李、女貞、重陽木和垂柳;單位葉面積截留量依次為水杉、櫸樹、烏桕、女貞、紫葉李、楓楊、重陽木、垂柳，無論是冠層雨水截留率還是單位葉面積截留量，重陽木和垂柳都明顯低于其他耐水濕樹種。

4 結(jié)論和討論

在對徐州市41種園林植物冠層雨水截留率和單位葉面積雨水截流量的實(shí)驗(yàn)分析基礎(chǔ)上，對徐州市主要園林植物的冠層雨水截流能力進(jìn)行了研究，主要結(jié)論如下。

（1）就不同類型植物的冠層雨水截流能力而言，喬木大于灌木和草本，針葉樹種大于闊葉樹種，落葉樹種的截留率高，而常綠樹種的單位葉面積截留量高，因此在海綿綠地建沒中，應(yīng)提高喬木的種植比例，增加針葉樹種的應(yīng)用;在地被植物選擇中，應(yīng)提高草本植物的比例，控制綠籬的種植面積，這樣既可提高綠地的雨水滯留量，又可減少大面積綠籬造成的養(yǎng)護(hù)工作量。

（2） 41種園林植物中，冠層雨水截流能力強(qiáng)的喬木樹種有水杉、雪松、櫸樹、懸鈴木、烏桕;灌木樹種有火棘、粉花繡線菊、大葉黃楊;草本植物有白三葉、玉簪;楓楊、紫葉李、烏桕、女貞作為耐水濕樹種，有相對較高的截留能力，故推薦以上14種樹種作為徐州市海綿綠地的優(yōu)先選用樹種。

（3）園林植物對雨水的截留能力，除與冠層的雨水截留能力有關(guān)外，與植物的葉面積指數(shù)、樹冠形態(tài)、生長狀態(tài)等因素密切相關(guān)，建議在今后的研究中，結(jié)合以上因素進(jìn)行進(jìn)一步的綜合分析。

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