武漢市公園綠地植物的冠層雨水截留能力研究

李苗 史紅文 劉淑超

摘要：公園綠地作為城市建設(shè)的重要組成部分，在協(xié)調(diào)雨洪管理方面具有重要作用。研究植物冠層雨水截留能力的對提高公園綠地雨洪功能具有重要意義。本研究對武漢市公園綠地中常見的80種植物進行了冠層雨水截留能力的測定與分析。結(jié)果表明：同一種生活型的植物冠層雨水截留能力各有不同，具有強雨水截留能力的喬木有圓柏、枇杷、雪松、落羽杉，灌木有繡球莢蒾、匍枝亮葉忍冬、杜鵑、木芙蓉，草本植物有麥冬、薏苡、香蒲、金門莎草。不同生活型植物冠層截留能力均值也存在較大的差異，針葉喬木的冠層雨水截留能力均值最高，而落葉闊葉喬木冠層雨水截留能力均值最低。該研究可為進一步篩選雨水截留能力高、適應(yīng)武漢本土環(huán)境氣候環(huán)境的公園綠地植物提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：城市公園綠地;園林植物;冠層截留;武漢市

中圖分類號：S715.2文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1004-3020（2021）06-0001-06Canopy Rainfall Interception of Landscape Plant in Wuhan Park GreenbeltsLi MiaoShi HongwenLiu Shuchao

（Wuhan Institute of Landscape ArchitectureWuhan430081）

Abstract：As an important part of urban construction，park greenbelts play an important role in coordinating the management of rainfall and flood. In this study，the canopy rainfall interception of 80 common plants were measured and analyzed. The results showed that the canopy rainfall interception of the same life form plants is different. Canopy interception of some arbors，shrubs and herbs were higher than other plants，such as Sabina chinensis，Eriobotrya japonica，Cedrus deodara，Taxodium distichum，Viburnum macrocephalum，Lonicera ligustrina，Rhododendron simsii，Hibiscus mutabilis，Ophiopogon japonicas， Coix lacrymajobi，Typha orientalis，Cyperus rotundus. The mean of canopy rainfall interception of different life form plants also showed great differences. Coniferous trees had the highest mean of canopy rainfall interception，while deciduous broadleaf trees had the lowest one. The information may be useful in further screening of green plants in Wuhan Park which have higher canopy rainfall interception and adapt to the local climate environment.

Key words：urban park greenbelts; landscape plant; canopy interception; Wuhan city

公園綠地作為城市建設(shè)的重要組成部分，是結(jié)合雨洪設(shè)施實現(xiàn)雨水徑流滲透、儲蓄與利用的最佳場所之一，在協(xié)調(diào)雨洪管理方面具有重要作用[1]。公園綠地的植物群落在截留雨水、促進降雨下滲、減少地表徑流、緩解城市內(nèi)澇等城市水環(huán)境問題上發(fā)揮著很好的效益。其中，植物群落林冠截留是研究綠地中林分水分平衡和水資源管理分配的重要指標(biāo)，更是海綿城市對降雨進行再分配的第一步[1]。

大量學(xué)者對林木、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟作物、草坪草的冠層截留量，冠層截留量與降雨量，降雨強度和環(huán)境影響因子等方面的關(guān)系做過較深入的研究與探討[2]，但對于城市園林植物的冠層雨水截留能力分析研究卻略顯零散。高雁通過對雪松樹冠截留降雨的資料分析，近似確定出了雪松截留容量與降雨量的關(guān)系[3];尹劍紅對廣州常見的11種園林地被植物冠層截留能力進行了研究，并結(jié)合地被植物的形態(tài)指標(biāo)、葉片表面形態(tài)結(jié)構(gòu)等進行了測定與分析[2];郭勝男對昆明17種常見的園林植物單層、復(fù)層結(jié)構(gòu)的樹冠截留降雨及影響因素進行了分析[4]。根據(jù)前人的研究結(jié)果可知，植物種類、形態(tài)指標(biāo)、群落結(jié)構(gòu)等因素對園林植物群落冠層雨水截留能力會有不同程度的影響，但針對不同地區(qū)園林綠地中不同層次植物冠層雨水截留能力的比較研究卻鮮有報道。

武漢地處長江中下游平原，江漢平原東部，雨量充沛、日照充足、四季分明。植被屬于中亞熱帶常綠闊葉林與落葉闊葉林混交到北亞熱帶落葉闊葉林與常綠闊葉混交林的過度地帶，植物物種豐富。作為國家第一批海綿城市試點，武漢市出臺了一系列導(dǎo)則，針對當(dāng)?shù)剡M行的海綿城市建設(shè)給出了相關(guān)的植物應(yīng)用名錄，但這些植物是否能達到最大的雨水截留能力還有待分析[5]。本研究對武漢市公園綠地植物群落中不同層次的植物進行冠層雨水截留能力測定與分析，劃分不同生活型植物的冠層雨水截留能力等級，以期為篩選雨水截留能力高、適應(yīng)武漢本土環(huán)境氣候環(huán)境的公園綠地植物提供科學(xué)依據(jù)。

1研究材料及方法

1.1試驗材料

對武漢市15個公園59個樣點中的植物群落進行群落學(xué)調(diào)查，喬木樣方大小20 m×20 m，灌木樣方大小10 m×10 m，草本樣方大小2 m×2 m。記錄樣方中植物的種類、株數(shù)、高度、冠幅、胸徑、葉面積指數(shù)等形態(tài)學(xué)特征因子。選擇80種出現(xiàn)頻率大于10%的園林植物，作為植物葉片雨水截留試驗的對象。其中，喬木33種，包括常綠闊葉喬木9種、落葉闊葉喬木17種、針葉喬木7種;灌木33種，包括常綠灌木21種、落葉灌木12種;草本植物14種。均為樣方中臨近水邊、植草溝、雨水花園中的植物。

1.2研究方法

采用“浸泡法”[6]，于2017年3月1日～2019年7月20日對上述80個樹種進行冠層雨水截留能力測定。

1.2.1室外植物葉面積指數(shù)測定及方法

植物葉面積指數(shù)用CI110植物冠層分析儀進行測定，選擇陰天無風(fēng)天氣。其中，喬木葉面積指數(shù)測定方法：在貼近樹干據(jù)地面1.2 m處，分別測定樹冠東、西、南、北四個方位葉面積指數(shù)，求平均值計算出最終的葉面積指數(shù)。灌木、草本測定時，按照據(jù)地面0.2 m、據(jù)植物邊緣進深0.7 m處，采用隨機布點進行測定，每種植物采樣點4處，求平均值計算出最終的葉面積指數(shù)。

1.2.2葉片單位面積蓄水量測定及方法

在測定室外植物葉面積指數(shù)的當(dāng)天，取長勢良好的植株，用枝剪剪下成熟枝條，放入自封袋內(nèi)帶回實驗室，在4 ℃以下低溫冷藏24 h。試驗時，每個品種分別選取20個標(biāo)準(zhǔn)葉片，將葉片放在CI202型葉面積儀內(nèi)，記錄葉面積A。用沾水棉球拭去葉片污染物5 min后，使用精度為0.000 1電子天平快速稱重，然后將葉片浸入水中5 min，用鑷子輕輕取出至葉片不再滴水，再次稱重，2次稱重值的差值為植被葉片蓄水量。公式如下：

k=M2-M1/A;

其中，k為葉片單位面積蓄水量（g·m-2），M1為植株鮮重（g），M2為植株浸水后重（g），A為葉片面積（m2）。

1.2.3植被冠層雨水截留容量計算

根據(jù)蓄水量-葉面積指數(shù)關(guān)系換算成植物冠層雨水截留量，公式如下[7]：

SL =L×k;

S=100SL;

其中，SL為植物冠層面積截留量（g·m-2），L為植物葉面積指數(shù)（LAI），k為葉片單位葉面積蓄水量（g·m-2）。S為植物冠層面積截留容量（mm）。

1.2.4植物冠層截留等級劃分方法

計算得出植物冠層雨水的截留容量后，進行排序，參照車生泉等對上海市社區(qū)綠地常用園林植物冠層雨水蓄積能力的園林植物排序[6]，將冠層雨水截留能力等級劃分為強雨水截留能力、中雨水截留能力和弱雨水截留能力3個截留等級。

1.2.5統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel軟件進行數(shù)據(jù)計算及相關(guān)圖表繪制。

2多種植物冠層雨水截留能力排序與分析

2.1喬木冠層雨水截留排序與分析

由表1可知：33種喬木的冠層雨水截留容量數(shù)值分布在0.2～7.9 mm之間。其中，雨水截留能力最強的常綠針葉植物為圓柏Sabina chinensis （7.90 mm），常綠闊葉植物為枇杷Eriobotrya japonica（5.60 mm），落葉闊葉類植物為法國梧桐Platanus orientalis（1.03 mm）;雨水截留能力較差的落葉針葉喬木為池杉Taxodium distichum var. imbricatum（0.90 mm），常綠闊葉喬木為杜英Elaeocarpus decipiens （0.32 mm），落葉闊葉喬木為紅楓Acer palmatum ‘Atropurpureum’（0.20 mm）。通過不同類型喬木截留能力比較，常綠針葉喬木的冠層雨水截留容量（3.380 0 mm）>常綠闊葉喬木（1.273 3 mm）>落葉闊葉喬木（0.560 6 mm）。

2.2灌木冠層雨水截留排序與分析

由表2可知：不同種類灌木單位葉面積蓄水量波動較大，其中繡球莢蒾Viburnum macrocephalum、海桐Pittosporum tobira和臭牡丹Clerodendrum bungei 的葉片單位葉面積蓄水量較高，分別為64.63 g·m-2、63.54 g·m-2、59.11 g·m-2，而麻葉繡線菊Spiraea cantoniensis和金絲桃Hypericum monogynum相對較低，分別為8.06 g·m-2和5.58 g·m-2。冠層分析儀測定的灌木植物的葉面積指數(shù)波動也較大，數(shù)值在1.28～8.35之間，其中，對供試落葉灌木測得的葉面積指數(shù)中，較高的是云南黃馨Jasminum mesnyi（8.35），其次是金邊黃楊Euonymus japonicus ‘Aureamarginatus’（6.86）、匍枝亮葉忍冬Lonicera ligustrina var. yunnanensis（6.72）、含笑Michelia figo（6.56）、小蠟Ligustrum sinense（6.11）、杜鵑Rhododendron simsii （5.93），較低的是穗花牡荊Vitex agnuscastus（1.28）、梔子Gardenia jasminoides（1.97）和花葉青木Aucuba japonica var. variegata（1.97）。從灌木冠層雨水截留量數(shù)據(jù)來看，33種灌木的冠層雨水截留量數(shù)值波動0.14～3.46 mm，其中，雨水截留能力較強的常綠灌木有匍枝亮葉忍冬、云南黃馨、金邊黃楊、含笑;落葉灌木有繡球莢蒾、杜鵑、木芙蓉Hibiscus mutabilis、臭牡丹、小蠟。

2.3草本植物冠層雨水截留排序與分析

從表3可知，植物葉片的浸水試驗結(jié)果中，蘭花鼠尾草Salvia farinacea、美人蕉Canna indica葉片的單位面積蓄水量明顯偏低（12.75 g·m-2、13.47 g·m-2），較高的是薏苡Coix lacrymajobi （228.67 g·m-2）、香蒲Typha orientalis（219.29 g·m-2），其次是鳶尾Iris tectorum（145.07 g·m-2）、麥冬Ophiopogon japonicus（92.74 g·m-2）和旱傘草Cyperus involucratus（49.11 g·m-2），而冠層分析儀測定的結(jié)果顯示麥冬的葉面積指數(shù)最高，為5.56，蘭花鼠尾草和再力花Thalia dealbata次之，為5.37和4.37，相對較低的是澤瀉Alisma plantagoaquatica（1.22）和金門莎草Cyperus rotundus（1.03）。從兩者乘積來看，目前供試的草本植物中，冠層雨水截留量最高的是麥冬，為5.16 mm，其次為薏苡（4.00 mm）、香蒲（3.97 mm）、鳶尾（2.25 mm），較低的是澤瀉（0.55 mm）、梭魚草Pontederia cordata（0.59 mm），最低的是美人蕉（0.27 mm）。

2.4不同生活型植物冠層截留能力均值差異分析

圖1所示：此次研究中，供試植物的葉片單位面積蓄水量均值波動值在（24.2～85.5 g·m-2）之間，其中草本植物（85.5 g·m-2）和針葉喬木（55.12 g·m-2）的葉片單位面積蓄水量均值遠高于其他試驗植物，二者在雨水的蓄積能力上有較大潛力。供試植物冠層雨水截留容量均值波動值在0.560 6～2.673 3 mm之間，其中針葉喬木（2.673 3 mm）最高，其次是草本植物（1.791 4 mm）和落葉灌木（1.528 3 mm）;而常綠闊葉喬木（1.273 3 mm）和落葉闊葉喬木（0.560 6 mm）的冠層雨水截留容量均值低于針葉喬木、草本植物和灌木。

3結(jié)論與討論

（1）結(jié)果表明，同一種生活型的植物雨水截留能力各有不同，不同生活型植物截留能力均值也存在較大的差異。其中，具有強雨水截留能力的喬木有圓柏、枇杷、雪松、落羽杉，灌木有繡球莢蒾、匍枝亮葉忍冬、杜鵑、木芙蓉、云南黃馨、金邊黃楊、臭牡丹、含笑、小蠟，草本植物有麥冬、薏苡、香蒲、金門莎草、鳶尾。針葉喬木的冠層雨水截留能力均值最高，而落葉闊葉喬木冠層雨水截留能力均值最低。根據(jù)車生泉[6]、陳然[8]等對上海、徐州綠地常用植物冠層雨水蓄積量的研究，本研究選擇的80種園林植物皆為武漢市公園綠地中最常見的植物種類，均屬于基調(diào)植物或骨干樹種。80種供試植物中，除草本植物以外，常綠和落葉植物的比例為1.06∶1，與武漢市地帶性植被類型的性質(zhì)基本一致，能基本反映武漢當(dāng)?shù)貓@林植物在冠層雨水截留方面的一些情況。

（2）植物形態(tài)特征是影響冠層雨水截留能力的重要因子[2，7，9]，此次結(jié)論中，部分植物的排序可能與植物本身形態(tài)特征有關(guān)。以此次供試的 33種灌木為例，其冠層雨水截留量數(shù)值波動值表現(xiàn)出較大的差異，數(shù)值在0.14～3.46 mm之間。其中，繡球莢蒾（3.46 mm）、杜鵑（3.21 mm）冠層雨水截留量較高，其形態(tài)上葉面粗糙，葉片細小，株形橫向低矮，樹形緊密，而枝條重疊緊實的匍枝亮葉忍冬、云南黃馨，冠層雨水截留量也達到了3.38 mm和2.38 mm。與之對比的是枝條疏散的碎花牡荊（0.18 mm）和葉片柔軟的金絲桃（0.14 mm）截留能力相對較弱。而草本植物中，美人蕉葉片大而直立，被蠟質(zhì)白粉，與株形緊湊、葉面積指數(shù)高的麥冬相比，冠層雨水截留能力相對較弱。但由于本試驗未對不同植物形態(tài)特征與冠層雨水截留能力排序的相關(guān)性做進一步研究，如結(jié)合形態(tài)特征細化不同截留能力等級等工作，還有待進一步開展。

（3）對公園綠地有選擇的進行植物配置，對減少地表徑流具有一定的指導(dǎo)意義。在植物配置中，采用喬灌草混合配置或喬灌配置的植物配置方式可以提高冠層截留，減少地表徑流，更好的發(fā)揮公園綠地的水土保持作用[10]。本研究對武漢市公園綠地中常見的喬木、灌木、草本植物的冠層雨水截留能力做了較為全面的測定，所供試的植物在武漢市表現(xiàn)為樹形高大，枝條伸展，樹冠蔭濃或觀花、觀葉等觀賞價值高等顯著特點。在達到當(dāng)?shù)鼐G地指標(biāo)要求的基礎(chǔ)上，推薦以下幾種武漢地區(qū)強雨水截留能力的植物配置模式，從整體上提升植物群落的冠層雨水截留能力，以期對提高武漢本地園林綠地的雨洪能力起到更好的效果，見表4。

此外，值得引起注意的是，此次試驗中，作為武漢地區(qū)公園綠地中的主要基調(diào)樹種，闊葉喬木的植物冠層雨水截留容量偏低，建議在有雨洪功能需求的植物配置中對該類植物的使用比重給予更多慎重的考慮。

參考文獻

[1]李俊清.森林生態(tài)學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2006：100103.

[2]尹劍紅.廣州市11種園林地被植物冠層截留特征研究[D].廣州：仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，2016.

[3]高雁，宋丹丹，程銀才，等.雪松對降雨截留容量的試驗研究[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，1 （1）：160162.

[4]郭勝男，林萍，吳榮，等.昆明市園林植物樹冠截留降雨及其影響因素研究[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014 （23）：4751.

[5]李苗，史紅文，鄧永成，等.武漢市24種常見園林植物冠層雨水截留能力研究[J].園林科技，2018（4）：1822.

[6]車生泉，于冰沁，嚴(yán)巍.海綿城市研究與應(yīng)用——以上海城鄉(xiāng)綠地建設(shè)為例[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2015：171178.

[7]劉艷麗，王全九，楊婷，等.不同植物截留特征的比較研究[J].水土保持學(xué)報，2015 （3）：172177.

[8]陳然，侯凱翔，徐眾，等.徐州市園林植物的冠層雨水截留能力分析[J].綠色科技，2018 （3）：14.

[9]徐軍，牛健植.北京鷲峰山區(qū)常見樹種的枝葉及枯落物截留特征[J].水土保持學(xué)報，2016（1）：103110.

[10]趙峰，劉玉純，劉卓成.華南地區(qū)不同綠地植物配置方式對其冠層雨水截留能力的影響[J].草原與草坪，2019，39（2）：1824.

（責(zé)任編輯：鄭京津）