極端氣候下城市綠化樹種對干旱脅迫的響應(yīng)研究
——以江西省南昌市為例

李雅平 薛 寧 林春江 劉 青* 詹龍奎 余夢舒

1. 廣玉蘭旱害狀況

2. 2019年南昌8月1日～11月24日氣溫狀況

伴隨著全球氣候的變化與城市化進程的快速發(fā)展，極端氣候如臺風、冰雪災害、干旱頻頻發(fā)生，城市綠化受到嚴重影響[1-4]，故對極端氣候?qū)τ诔鞘芯G化的響應(yīng)研究是十分重要的。城市綠化是城市生態(tài)環(huán)境和人居環(huán)境的有機結(jié)合，對調(diào)節(jié)局域小氣候、降低城市熱島效應(yīng)有著重要的作用[5-7]。

針對極端氣候事件對植被的影響主要與植被生產(chǎn)力和植被覆蓋度等有關(guān)的定性和定量影響評估，國內(nèi)外學者所開展的研究較為常見和深入[8]，但對于極端氣候下城市綠地的不同樹種對于干旱脅迫的響應(yīng)，以及樹木損害特征還缺乏綜合分析。相對于城市綠地的快速建設(shè)，應(yīng)對極端氣候的綠化樹種遴選和配置管理方式的研究有著明顯的滯后性。因此，對于極端氣候下城市綠地的不同樹種對于干旱脅迫的響應(yīng)研究具有重要意義。研究以2019年8～11月南昌市突發(fā)干旱現(xiàn)象為基礎(chǔ)，通過對各類城市綠地受旱害植物的調(diào)查（圖1）、測量統(tǒng)計及分析，探討植物受干旱脅迫的特征機理，為南昌城市綠化對于干旱脅迫的響應(yīng)研究以及植物遴選提出合理建議。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況及背景

江西省南昌市位于東經(jīng)115°27’～116°35’，北緯28°10’～29°11’，屬中亞熱帶濕潤季風氣候。由于地處季風氣候區(qū)，每年季風強弱和進退遲早不同，氣溫變化較大，不同時段降水不均，高溫干旱、低溫冷害和暴雨洪澇等氣象災害發(fā)生較頻繁。

2019年全省年平均氣溫為1961年以來第二高位，干旱嚴重創(chuàng)歷史記錄[9]。8月下旬以來，南昌市平均降水較同期偏少85%，南昌市氣候嚴重偏離其平均狀態(tài)[10]。圖2可見南昌市8月1日～11月24日共116天的平均氣溫為21.18℃，最高氣溫均高于10℃，最低氣溫均高于5℃，其中71天每日平均氣溫高于20℃，112天每日平均氣溫高于10℃。高溫天氣較多，平均氣溫偏高。研究表明，植物對氣候變化的響應(yīng)具有一定的滯后性[11]。高溫對樹木的根系和葉片影響較大，影響樹木的光合作用、呼吸作用、蒸騰作用、細胞膜系統(tǒng)穩(wěn)定性等植物生理作用[12]，長時間的高溫導致植物對干旱脅迫有所響應(yīng)，出現(xiàn)葉片卷曲、干枯，甚至全株死亡的狀態(tài)。

1.2 研究方法

3. 調(diào)查樣地分布圖

4. 呈現(xiàn)旱害植物樹高、冠幅、胸徑統(tǒng)計圖

干旱脅迫災害發(fā)生后，調(diào)查研究團隊依據(jù)綠地類型、綠地環(huán)境，以及空間分布等因素綜合考慮，分別選取豐和花園（115.85°E，28.69°N）、紅谷世紀花園（115.85°E，28.69°N）、撫河公園（115.89°E，28.66°N）、人民公園（115.91°E，28.68°N）、鳳凰洲市民公園（115.87°E，28.69°N）、八大山人梅湖景區(qū)（115.91°E，28.60°N）、艾溪湖森林濕地公園（115.99°E，28.68°N）、華東交通大學（115.86°E，28.74°N）、江西財經(jīng)大學（115.85°E，28.74°N）、象湖風景名勝區(qū)（115.89°E，28.62°N）、黃河路（115.87°E，28.72°N）、贛江北大道（115.88°E，28.70°N）等城市綠化進行實地調(diào)查和測量（圖3），調(diào)研的植物主要有：桂花（OsmanthusfragransLour.）、禿瓣杜英（Elaeocarpus glabripetalusMerr.）、山茶（Camellia japonicaL.）、樟樹（Cinnamomum camphora（L.） Presl）、廣玉蘭（Magnolia grandif l oraL.）、雞爪槭（Acer palmatumThunb.）、羅漢松（Podocarpus macrophyllus（Thunb.） Sweet）、海棠（Malus spectabilisBorich.）、池杉（Taxodium ascendensBrongn.）、樂昌含笑（ Michelia chapensis Dandy.）、櫻花（Prunus serrulataLindi.）、馬 尾 松（Pinus massonianaLamb.）、 女 貞（Ligustrum lucidumAit.）、櫸樹（Zelkova serrata（Thunb.） Makino）、紅豆杉（Taxus chinensisRehd.）、 黑 松（Pinus thunbergiiParlatore.）、 紅翅槭（Acer fabriHance.）、紅楓（Acer palmatum‘Atropurpureum’）、紅花檵木（Loropetalum chinensevar.rubrum）、水杉（Metasequoia glyptostroboidesHu et Cheng）、日本五針松（Pinus parvif l oraSieb.et Zucc.）、深山含笑（Michelia maudiaeDunn.）、枇杷（Eriobotrya japonica（Thunb.） Lindl.）、桃樹（Amygdalus persicaL.）、二喬玉蘭（Magnolia×soulangeanaSoul-Bod.）、 銀杏（Ginkgo bilobaLinn.）、臘梅（Chimonanthus praecox（L.）Link）、紫葉李（Prunus cerasiferaEhrhart f.atropurpurea（Jacq.） Rehd.）、紅葉石楠（Photinia fraseriDress）、含笑（Micheliaf i goSpreng.）、石楠（Photinia serrulataLindl.）、紫薇（Lagerstroemia indicaLinn.）。記錄其地點、樹種名稱、植物的生長型（常綠或落葉）、冠幅、胸徑（或地徑）、樹高，以及極端氣候條件下樹木受損的實際情況、樹下有無鋪裝、樹木周邊環(huán)境等，并拍照記錄。

樹高采用HCJYET激光測距儀進行測定，胸徑和冠幅分別采用圍尺和皮尺測量。測量所得數(shù)據(jù)使用EXCEL與SPSS25.0進行處理分析。

2 結(jié)果與分析

研究對樣地內(nèi)對干旱脅迫有所響應(yīng)的樹木進行調(diào)查，隨機選取180棵進行測量統(tǒng)計分析，共有32種樹木對旱害有所響應(yīng)，隸屬于16個科、27個屬。其中，常綠樹種19種，落葉樹種13種；闊葉樹種26種，針葉樹種6種。需要指出的是，移栽時間較短的樹木，健康狀況受移栽影響較大，不在統(tǒng)計范圍內(nèi)?；谡{(diào)查所得數(shù)據(jù)，對不同受損樹種的個體數(shù)進行統(tǒng)計。

2.1 受干旱脅迫樹木的整體特征

植被呈現(xiàn)不健康狀態(tài)，常因自身特性與外界人工影響有關(guān)，包括形態(tài)指標、生理指標、生化指標等。結(jié)合城市綠化植被和環(huán)境特點，選取胸徑、樹高、冠幅等樹木屬性因素用以分析樹木受損程度的影響因素及其關(guān)系（表1）。

表1 對干旱脅迫有所響應(yīng)的樹木的胸徑、樹高、冠幅的描述統(tǒng)計

表2 對干旱脅迫有所響應(yīng)的樹種所占比例的統(tǒng)計分析

依據(jù)圖4統(tǒng)計表明，（1）胸徑在0.03～0.53 m區(qū)間，均值為0.14 m，75%受旱害樹種的胸徑均低于0.18 m，說明受旱害樹種的胸徑較為集中且偏小；（2）受旱害樹種樹高在0.9～19.7 m區(qū)間，均值為5.2 m，75%受旱害樹種的樹高均低于7.2 m，說明在受旱害植物中，植物高度主要集中在較低尺度上；（3）冠幅在0.97～14.40 m區(qū)間，均值為3.82 m，75%受旱害樹種的冠幅均低于4.68 m。綜合受旱害植物的胸徑、樹高、冠幅三個指標所反映的集中程度可知，胸徑、樹高、冠幅整體偏小是受旱害的主要特征。同時分析表明，受旱害樹種的胸徑大小分布較為集中，其次為冠幅，樹高的高度分布較為分散。

具備深根系是樹木能夠吸收利用深層土壤水的先決條件[13]，少量新栽植的樹木大面積枯死，這些樹木根系小，不能很牢固地抓地，根系不夠深，會不同程度受到外界環(huán)境影響。如若樹木生長地土壤條件不好，透水率不高也有可能影響到樹木對于水分的汲取。因所處位置不同而導致的對干旱脅迫的響應(yīng)不明顯或無干旱脅迫的響應(yīng)，說明樹木對于干旱脅迫的影響不僅僅只關(guān)乎在樹木的冠幅、胸徑以及樹高，還關(guān)乎于其他影響因素，比如樹木所在的位置是否有高大建筑物遮擋陽光，是否臨近水體，樹木自身的屬性等因素共同決定。

2.2 不同植被種類對干旱脅迫的響應(yīng)

2.2.1 城市綠化樹木受損與樹木屬性的關(guān)系

5. 桂花旱害狀況

通過調(diào)查及統(tǒng)計（表2），調(diào)查中呈現(xiàn)旱害狀態(tài)的樹種主要有32種，常綠樹種19種（占比59.4%），落葉樹種13種（占比40.6%）。呈現(xiàn)旱害狀態(tài)的180株樹木中，常綠樹129株（占總受損株數(shù)的71.7%），落葉樹51株（占總受損株數(shù)的28.3%）。對干旱脅迫有所響應(yīng)的排在前10的樹種里，有7種為常綠樹種，3種為落葉樹種。本次調(diào)研中，南昌市城市綠化的不同樹種對于干旱脅迫響應(yīng)較為明顯的樹種多數(shù)為常綠樹種，常綠樹種呈現(xiàn)旱害狀態(tài)的總株數(shù)遠高于落葉樹種。

城市綠化中常綠樹種受干旱脅迫比落葉樹種嚴重。落葉樹種在面對干旱脅迫時，植被的葉片會通過卷曲葉片、提前脫落等途徑一定程度上減少葉片受到輻射的面積，進而減少太陽輻射對其的影響，減少了植被的蒸騰作用，可以幫助植被保存能量和水分。在城市綠地植被的選擇中，需要注意常綠樹種與落葉樹種的比例，選取抗旱性強的樹種，減少干旱脅迫對城市綠地植被的危害，避免造成后續(xù)的一系列損失。

2.2.2 城市綠化樹木受損與樹種之間的關(guān)系

在調(diào)查的180個樣本中（表2），闊葉樹種26種（占總受損株數(shù)的81.25%），針葉樹種6種（占總受損株數(shù)的18.75%）。葉片革質(zhì)樹種21種（占比65.6%），葉片紙質(zhì)樹種11種（占比34.4%）。

調(diào)查地點位于亞熱帶季風氣候區(qū)，適合闊葉樹種的生長，而闊葉樹種中大多為革質(zhì)葉。在調(diào)查的32種對干旱脅迫有所響應(yīng)的植物中：（1）薔薇科植物占總體的21.87%，分別為海棠、紫葉李、枇杷、桃樹、紅葉石楠、石楠。雖然江西省的氣候和地理條件為薔薇科植物適宜生長區(qū)域，但薔薇科植物多數(shù)喜排水良好的濕潤土壤，可以耐受一定程度的干旱，而在長期干旱脅迫下還是會出現(xiàn)一些響應(yīng)；（2）木蘭科植物占總體的15.62%，分別為樂昌含笑、廣玉蘭、含笑、深山含笑、二喬玉蘭。木蘭科植物喜濕潤氣候，是一種極具觀賞價值的園林綠化樹種。在調(diào)查中，南昌多數(shù)城市綠地都有設(shè)計配置木蘭科植物，但在干旱脅迫中，部分木蘭科植物出現(xiàn)了葉片干枯、落葉以及整株死亡的情況；（3）桂花（圖5）、禿瓣杜英、山茶對干旱脅迫作出響應(yīng)占比前三，分別達到12.2%、9.4%、8.9%；（4）在調(diào)查的灌木中，不同城市綠地都發(fā)現(xiàn)杜鵑的成片死亡，杜鵑適宜生長在濕潤、涼爽、通風的環(huán)境而且較為怕熱，嫩葉容易被灼傷，嚴重時會導致植株死亡。杜鵑的生長習性不夠耐旱，尤其在沒有遮擋的空曠處更容易呈現(xiàn)不健康狀態(tài)。

從本次調(diào)查結(jié)果看，147棵樹木的葉片呈現(xiàn)干枯、卷曲、脫水的輕度狀態(tài)，33棵樹木呈現(xiàn)枝條干枯、葉片凋落的重度狀態(tài)。在干旱地區(qū)或易發(fā)生干旱脅迫的地區(qū)，更適宜種植落葉樹種，若種植常綠樹種，應(yīng)適當考慮搭配針葉樹種。

2.3 干旱條件下空間環(huán)境對樹木的影響

空間環(huán)境對樹木的影響有三個方面：（1）不同植物所處的空間位置使樹木對干旱脅迫的響應(yīng)不同。狹小受限的空間環(huán)境，樹木的生長相對會受到影響。比如，在調(diào)查中，各類綠地邊緣角落的植被都有不同程度的旱害；（2）適宜植物生長的含水量，應(yīng)是土壤田間持水量的60%～80%。土壤中水分的多少與所處空間環(huán)境、土壤密實狀況以及地面是否有鋪裝等有關(guān)[14]。干旱條件下靠近地表水的植被呈現(xiàn)不健康狀態(tài)的明顯比遠離地表水的植被數(shù)量要少，距離地表水近的植被因所處空間環(huán)境，一定程度上緩解了干旱脅迫對于植被的影響。種植硬質(zhì)材料如樹池中的植被，根系生長有所限制，植被根系很難吸收到深層地下水，導致供水不足，植被呈現(xiàn)不健康狀態(tài)。調(diào)查團隊在艾溪湖森林濕地公園調(diào)查時，一片池杉林之中對干旱脅迫響應(yīng)最為嚴重的是栽植位置處于中間的樹木，西部靠近地表水的樹木對干旱脅迫的響應(yīng)較小，東部緊挨路面，有綠化噴灑車進行樹木澆灌，一定程度上減緩了樹木受干旱脅迫的影響；（3）相較于林地，城市綠地更容易受到人為因素的影響[15]。在調(diào)查的各類公園中，多數(shù)城市綠地一定程度上都有植被對干旱脅迫有所響應(yīng)。如人民公園會定時對園內(nèi)樹木進行維護灌溉，而出現(xiàn)不健康狀態(tài)的植被只有在公園的少數(shù)邊緣角落，可見人為因素對于城市綠地的影響很大。持續(xù)高溫和蒸發(fā)量的上升使城市綠化植被出現(xiàn)嚴重的提早落葉、樹葉干枯，甚至整株死亡。

3 結(jié)論

通過對江西省南昌市不同樹種對于干旱脅迫的響應(yīng)研究，對樹種名稱、科屬記錄，以及對胸徑、樹高、冠幅等的測量，運用SPSS定量分析了不同樹種的形態(tài)特征對干旱脅迫的響應(yīng)。

（1）南昌市年內(nèi)降水時空分布不均，干旱脅迫時有發(fā)生，部分樹木受干旱脅迫的影響呈現(xiàn)旱害狀態(tài)。極端氣候條件下，干旱脅迫對樹木會產(chǎn)生嚴重損害，損害程度與樹種和空間環(huán)境等相關(guān)。要合理配置不同樹種，控制落葉與常綠樹種比例、針葉與闊葉樹種比例，選擇合適的空間位置，在工作量較大的情況下，應(yīng)優(yōu)先養(yǎng)護常綠樹種以及抗干旱能力較弱的落葉樹種。對于新栽種的植被，要加以維護，避免因移栽后根系生長不良而導致的死亡，從而造成一定的經(jīng)濟損失。在旱災頻發(fā)區(qū)域，選擇樹種時，要選擇適合當?shù)貧夂虻墓?jié)水樹種。

（2）在樹種對于干旱脅迫響應(yīng)的調(diào)查中，受到干旱脅迫的影響占比較高的為樹木冠幅較小和樹高較低的樹木。在干旱脅迫發(fā)生時，應(yīng)對小冠幅和低矮樹木及時養(yǎng)護。常綠樹種受損程度明顯高于落葉樹種，所以在遠離地表水或無法做到定時澆灌區(qū)域，考慮搭配種植落葉樹種。在種植常綠樹種時，應(yīng)適當增加針葉樹種比例，降低干旱脅迫對城市綠地的影響，減少干旱脅迫導致的損失。對于部分生性喜濕潤或不耐干旱植物，應(yīng)重點關(guān)注。對于桂花、禿瓣杜英、山茶、樟樹、廣玉蘭、雞爪槭之類對干旱脅迫響應(yīng)較為明顯的樹種，應(yīng)重點加以灌溉。同時應(yīng)重視城市綠地植被的種植設(shè)計，不僅要考慮美觀性，還應(yīng)兼顧生態(tài)性、經(jīng)濟性等各種因素，合理協(xié)調(diào)自然環(huán)境與城市之間的關(guān)系。

（3）調(diào)查過程中，不同空間位置的植物或多或少出現(xiàn)了一些旱害癥狀，且有些情況較為嚴重，在干旱的氣候條件下，應(yīng)及時加以人工干預，進行澆灌，避免因大面積死亡影響整體綠地景觀。城市綠地受人工干預的影響較大，定時定期澆灌和細致管護的城市綠地可以較好避免植被在干旱氣候條件下出現(xiàn)旱害狀態(tài)；有澆灌的道路兩側(cè)，植被較少受干旱影響。

（4）干旱脅迫具有偶發(fā)性，在干旱情況下，應(yīng)及時加強對植被的澆灌工作，避免城市綠地遭受干旱脅迫。在干旱脅迫發(fā)生后，對于抗旱性能較弱的園林樹種要及時發(fā)現(xiàn)，及早采取養(yǎng)護措施。

（5）積極利用科技力量，減少干旱對植被的影響。如城市綠地設(shè)計之初，就應(yīng)考慮噴灌系統(tǒng)的設(shè)置、雨水儲存回用系統(tǒng)設(shè)施的建設(shè)，以減少后期人工的投入；注意協(xié)調(diào)綠色與灰色基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，如對園林道路鋪裝設(shè)計時，多使用透水磚以削減地表徑流，補充地下水，增加對水資源的有效利用，緩解干旱對于植被的影響。