園林植物花果期與城市照明關(guān)系
——基于重慶主城區(qū)園林照明植物花果期調(diào)查

段 然， 宋峪竹

(重慶工商大學(xué) 藝術(shù)學(xué)院，重慶 40067)

0 引 言

城市生態(tài)系統(tǒng)中不能忽視園林照明這一重要元素，園林植物所處環(huán)境的光照、溫度等客觀因素都會(huì)影響園林植物的花芽分化和開(kāi)花節(jié)律[1-2]。植物的生長(zhǎng)受光照的調(diào)控[3-4]，光照的強(qiáng)度、光譜能量分布改變均可調(diào)控植物的生長(zhǎng)。現(xiàn)有研究表明，光照對(duì)園林植物的生物鐘節(jié)律有重要影響[5-7]，也影響了園林植物花果期。隨著1950年城市照明開(kāi)始興起，歐洲地區(qū)每10年間城市植物的花期都會(huì)提前1～3 d[8]；從19世紀(jì)初到21世紀(jì)初，受人工環(huán)境影響北美地區(qū)近25%的灌木花期出現(xiàn)提前現(xiàn)象[9]，同時(shí)，我國(guó)城市中生長(zhǎng)的園林植物也出現(xiàn)了春季物候期提前、秋季物候期延后等植物生物節(jié)律改變的現(xiàn)象[10]。根據(jù)1963年到2007年間的調(diào)查研究，多種城市植物出現(xiàn)始花期、盛花期平均提前的現(xiàn)象[11]。通過(guò)對(duì)部分城市的研究，也有植物花果期隨環(huán)境變化而變化的研究。如通過(guò)對(duì)上海城市植物花果期的研究，得出在城鄉(xiāng)梯度上城市花果期有明顯差異，城區(qū)植物比郊區(qū)植物的花果期均出現(xiàn)提前現(xiàn)象[12]。也有研究通過(guò)對(duì)區(qū)域城市近10年氣溫、相對(duì)濕度、光照氣候因素以及災(zāi)害性天氣數(shù)據(jù)的搜集，同時(shí)研究出日照時(shí)數(shù)等光照條件與植物花果期間的關(guān)系及各氣候條件對(duì)本土園林植物花芽分化和開(kāi)花節(jié)律的影響。

城市照明會(huì)影響植物花果期物候的變化。城市夜景照明不同于自然光光照[13-14]。植物吸收的光譜能量范圍為400～700 nm，光譜參與植物的生理生化過(guò)程，更能夠激發(fā)植物的開(kāi)花結(jié)果[15]。同時(shí)，光照強(qiáng)度也影響著植物的花果期[16]，生長(zhǎng)在全光和林冠生境下的植物的葉片及花果期有所不同，植物葉片表現(xiàn)出對(duì)光照環(huán)境的適應(yīng)性投資權(quán)衡機(jī)制。

目前，在園林植物花果期與城市照明關(guān)系研究中，多是研究園林植物花期、果期在自然環(huán)境下的節(jié)律變化，缺乏對(duì)園林照明下園林植物生物節(jié)律變化的調(diào)查研究，尤其是對(duì)園林照明下植物花果期的研究。近年，我國(guó)園林植物夜景照明大量建設(shè)[17]，園林植物被照射范圍增大，夜景照明是以人眼視看為主，不同于植物照明，沒(méi)有考慮增加的光照與植物花果期的關(guān)系[18～20]，會(huì)影響園林植物的節(jié)律。

重慶市綠化植被豐富，夜景照明建設(shè)量大，深入對(duì)城市光環(huán)境與綠化植物花果期影響的研究，可有效掌握受人工光照下的園林植物花果期的變化規(guī)律，對(duì)預(yù)測(cè)園林植物生長(zhǎng)及指導(dǎo)城市建設(shè)方面也有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料的選擇

選擇重慶主城區(qū)具有園林照明的觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行綠化植物花期果期的監(jiān)測(cè)，包括步行街、公園及大學(xué)校園等區(qū)域的綠化植物及照明情況，共計(jì)17個(gè)觀測(cè)點(diǎn)：觀音橋步行街、南坪步行街、三峽廣場(chǎng)、大坪正街、西南大學(xué)、重慶大學(xué)(虎溪校區(qū))、重慶醫(yī)科大學(xué)、大渡口公園、重慶動(dòng)物園、鵝嶺公園、鴻恩寺公園、花卉園、沙坪公園、園博園、歌樂(lè)山森林公園、南山植物園照母山公園等。對(duì)觀測(cè)點(diǎn)人工光源參數(shù)、光照強(qiáng)度、光源類型、溫度、濕度等等進(jìn)行記錄。每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)內(nèi)隨機(jī)選取20個(gè)樣點(diǎn)，保持園林植物自然生長(zhǎng)狀態(tài)，不進(jìn)行修剪，測(cè)量時(shí)每個(gè)樣本重復(fù)測(cè)量3次。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

參照《中國(guó)物候觀測(cè)方法》[21]中的測(cè)量方法，從2015-01—2020-01進(jìn)行測(cè)量。利用Julian日換算法計(jì)算園林植物的花期長(zhǎng)度及生長(zhǎng)季。觀測(cè)對(duì)象為健壯的中齡植物，各植物觀測(cè)3～5株，每株15枝枝條。每4～7 d進(jìn)行觀察測(cè)量，3 d內(nèi)完成同區(qū)域所有植物的觀測(cè)數(shù)據(jù)。包括文字記錄、照片、樣本等，見(jiàn)表1。

表1 觀測(cè)地環(huán)境因子數(shù)據(jù)Table 1 Data of environment factors in observing sites

2 結(jié)果及分析

2.1 夜間城市光照度及光譜分析

測(cè)試并記錄園林植物照度及光源光譜能量分布[22]。LED光源光譜能量、高壓鈉燈光譜能量及金鹵燈光源光譜能量，如圖1。

圖1 光源光照強(qiáng)度數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖Fig.1 Light intensity of light sources

人工照明不同于天然光，不能提供植物生長(zhǎng)所需的光合有效輻射。比較人工光源光譜與植物光合有效輻射光譜，將相對(duì)光譜能量進(jìn)行重疊比較，得出圖2。LED光源光譜可提供植物生長(zhǎng)所需藍(lán)光光譜及部分紅光光譜，可激發(fā)植物夜間的光合做用，對(duì)植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的影響。目前，園林植物照明以LED光源為主，高壓鈉燈、金鹵燈數(shù)量極少，僅重慶大學(xué)城局部地區(qū)有應(yīng)用。

圖2 人工光譜與植物光合有效輻射對(duì)比Fig.2 Comparison of artificial spectrum and photosynthetic active radiation

2.2 園林植物花果期與光照關(guān)系數(shù)據(jù)

對(duì)被LED光源照射的園林植物花果期與《四川植物志》《重慶縉云山植物志》及同區(qū)域未受到城市光照影照射的園林植物花期、果期的參照組植物平均值進(jìn)行比較，見(jiàn)表2。34種被觀測(cè)植物中有53%的植物花期明顯提前；5種植物的果期提前。

表2 園林植物花果期數(shù)據(jù)及人工光照統(tǒng)計(jì)Table 2 Flowering and fruiting period and lighting of garden plants

注：“*”代表無(wú)數(shù)據(jù)，“—”代表無(wú)變化。

3 討 論

3.1 園林植物花果期與各環(huán)境因素對(duì)的響應(yīng)

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，可見(jiàn)，園林植物所生長(zhǎng)的客觀環(huán)境因素改變均會(huì)對(duì)園林植物的花果期產(chǎn)生影響。經(jīng)過(guò)分析，人工光照是影響綠化植物花期與果期的直接因素，未受光照影響的園林植物花果期與受到人工光照的園林植物有明顯不同。尤其對(duì)新建設(shè)園林照明區(qū)域的植物花果期。受光照環(huán)境影響下，園林植物均表現(xiàn)出落葉延遲，花期果期延長(zhǎng)等現(xiàn)象。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，園林植物花期受人工照明變化極為明顯。園林植物花期的變化能夠作為人工光照影響植物花果期影響的重要指示。黃白光LED對(duì)植物花期及果期的影響較彩色光影響明顯，LED彩色光對(duì)園林植物花期果期影響不明顯。其中，黃光LED、白光LED對(duì)植物花期及果期影響明顯。光源光照強(qiáng)度同時(shí)也對(duì)花期果期有影響，照度在2 000～3 000 lx的園林植物花期均有提前現(xiàn)象；照度在1 000～2 000 lx區(qū)間的園林植物，花期、果變化較微弱；照度在500～1 000 lx的綠化植物花期、果均有提前。

3.2 園林植物花期果期與夜間光照關(guān)聯(lián)度

園林植物各個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期的相關(guān)性見(jiàn)表3。人工光照下園林植物芽開(kāi)放較早，且葉片展開(kāi)較早；受人工光源照射的園林植物開(kāi)花期與展葉期、芽開(kāi)放期也有顯著的正相關(guān)性，受人工光照的園林植物花期也相對(duì)較早；開(kāi)花期、落葉期負(fù)相關(guān)。由此可知：受人工光源照射的園林植物花期變化相對(duì)明顯，展葉期變化也相對(duì)明顯。開(kāi)花早對(duì)應(yīng)的展葉早、落葉晚。

表3 人工光照的園林植物花期、果期的相關(guān)關(guān)系分析Table 3 Correlation analysis of flowering and fruit period of garden plants under artificial light

3.3 園林植物花果期與夜間光照敏感度數(shù)據(jù)

夜晚城市光照對(duì)木本植物影響顯著[23]。針對(duì)調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。有25%的常綠灌木出現(xiàn)了花期提前；有63%的落葉灌木花期提前；60%的常綠喬木花期提前；53%的落葉喬木花期提前,見(jiàn)圖3。

圖3 園林植物花期提前的生活型種類及提前比例Fig.3 Life type and advance proportion of flowering advance in garden plants

通過(guò)比較分析，可知：灌木明顯，喬木花期對(duì)人工光照反應(yīng)較為弱。常綠植物的花期變化比落葉植物弱，落葉植物花期對(duì)人工光照更加敏感。落葉喬木的果期表現(xiàn)提前最為明顯。

各個(gè)生活型種類間表現(xiàn)了不同的生態(tài)策略，體現(xiàn)了植物適應(yīng)異質(zhì)性光照環(huán)境的花果期投資權(quán)衡機(jī)制。落葉比常綠植物對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)更為明顯。

3.4 園林植物花果期對(duì)人工光照的響應(yīng)

根據(jù)表3統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得出：花期長(zhǎng)度、開(kāi)花期呈顯著的負(fù)相關(guān)，p<0.01，即受光照下園林植物花期長(zhǎng)度并未受開(kāi)花期影響；花期長(zhǎng)度、開(kāi)花始期相關(guān)系數(shù)最高R=-0.884，可見(jiàn)，當(dāng)園林植物顯蕾期提前，各個(gè)開(kāi)花時(shí)期均會(huì)提前，包括開(kāi)花始期、開(kāi)花盛期及開(kāi)花末期，同時(shí)花期也會(huì)相對(duì)延長(zhǎng)。植物花期的延長(zhǎng)受展葉始期影響。

4 結(jié) 論

深入對(duì)城市光環(huán)境與綠化植物花果期影響的研究，可有效掌握受人工光照下的園林植物花果期的變化規(guī)律。人工光照是影響綠化植物花期與果期的直接因素，園林植物花期可作為人工光照對(duì)植物物候影響指示器；受人工光源照射的園林植物花期變化相對(duì)明顯，展葉期變化也相對(duì)明顯。喬木花期對(duì)人工光照反應(yīng)較為弱，落葉植物花期對(duì)人工光照敏感。夜間光照下落葉喬木果期提前，花期延長(zhǎng)；且園林植物花果期對(duì)LED白光、黃光光譜照射較為敏感。在人工光源的應(yīng)用分析中得出黃光LED、白光LED對(duì)植物花期及果期影響明顯。光源光照強(qiáng)度同時(shí)也對(duì)花期果期有影響，照度在2 000～3 000 lx的園林植物花期均有提前現(xiàn)象；照度在1 000～2 000 lx區(qū)間的園林植物，花期、果變化較微弱；照度在500～1 000 lx的綠化植物花期、果均有提前。結(jié)論得出深入對(duì)城市光環(huán)境與綠化植物花果期影響的研究，可有效掌握受人工光照下的園林植物花果期的變化規(guī)律，在今后的研究中，可根據(jù)園林照明建設(shè)情況掌握照明時(shí)間對(duì)園林植物花果期影響的進(jìn)一步研究，對(duì)預(yù)測(cè)園林植物生長(zhǎng)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、指導(dǎo)園林夜景建設(shè)有重要的意義。