青島市典型樹種葉片空間分布及其持水力比較研究

李鳳霞　柳苗　李海防

【摘 要】對(duì)青島地區(qū)5種常見的樹種，包括洋白蠟（Fraxinus pennsylvanica）、懸鈴木（Platanus orientalis）、元寶楓（Acer truncatum）、青桐（Firmiana simplex）、廣玉蘭（Magnolia grandiflora）的葉片空間分布及其持水力進(jìn)行比較，分析植物葉片空間分異和冠層內(nèi)部不同層次持水影響機(jī)制，結(jié)果表明：（1）由于不同的樹種樹冠形狀不同，5個(gè)樹種的葉面積指數(shù)大隨樹干距離的增加都呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系遞減;（2）洋白蠟和青桐樹形非常相近，廣玉蘭單葉葉面積較大，葉空間分布更密集;（3）比較上中下三層樹冠的持水力，可以各樹種的樹冠中層的持水能力相對(duì)較高;（4）樹冠降水截持力主要與單葉葉面積和葉片數(shù)量有關(guān)，與單葉葉片持水力相關(guān)性不大。

【關(guān)鍵詞】青島;典型樹種;葉片空間分布;持水力

中圖分類號(hào)： S718.45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）05-0018-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.05.004

森林作為城市生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)的主體，是建設(shè)生態(tài)文明、實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共處的基礎(chǔ)，森林提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能得到了社會(huì)的關(guān)注[1]。在城市森林建設(shè)過程中，如何蓄積降雨，提升城市森林海綿體功能，是改善城市環(huán)境，促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展的重要手段。林冠層是森林影響水文的第一個(gè)作用過程，林冠葉片在水平和垂直上的空間分異，對(duì)降雨截持作用產(chǎn)生重要的影響[2]。前期對(duì)林冠截留的研究多在林分內(nèi)樣方尺度上的定位觀測(cè)為基礎(chǔ)，分析林分整體的將于截留作用和截留特征等[3]。對(duì)單株植物冠層葉片空間分異及冠層內(nèi)部不同層次林冠層持水力的研究則相對(duì)較少。因此，本研究以單株樹種為研究對(duì)象，統(tǒng)計(jì)分析單株植物樹冠葉片的空間分異規(guī)律及不同層次林冠層的持水力。對(duì)客觀評(píng)價(jià)不同植物林冠層降水截持作用具有重要理論意義，對(duì)科學(xué)指導(dǎo)海綿城市建設(shè)具有重要實(shí)踐意義。

1 研究地點(diǎn)和研究方法

1.1 研究地點(diǎn)概況

研究地點(diǎn)位于青島城陽區(qū)，位于東經(jīng)120°12′，北緯36°20′之間，海拔800～1100m間。地處北溫帶季風(fēng)區(qū)域，屬溫帶季風(fēng)氣候。市區(qū)由于海洋環(huán)境的直接調(diào)節(jié)，具有顯著的海洋性氣候特點(diǎn)。空氣濕潤，雨量充沛，溫度適中，四季分明。極端高氣溫37.4℃，極端低氣溫-16.4℃，全年8月份最熱，平均氣溫25.1℃;1月份最冷，平均氣溫-1.2℃，年平均降水量700毫米左右。2016年青島列為第二批國家海綿城市試點(diǎn)，結(jié)合本地實(shí)際，探索適合青島的綠地植物，對(duì)提高城市森林植被蓄水力，打造具有青島特色的海綿城市，具有重要意義。

1.2 研究方法

1.2.1 樹種的選擇

本研究選取青島農(nóng)業(yè)大學(xué)校園鼎盛花園內(nèi)選擇生長良好，樹形飽滿的5種樹種，包括洋白蠟（Fraxinus pennsylvanica），懸鈴木（Platanus orientalis），元寶楓（Acer truncatum），青桐（Firmiana simplex）和廣玉蘭（Magnolia grandiflora），5種樣樹本底值特征如下（表 1）。

1.2.2 葉面積指數(shù)測(cè)定

在7月樹木生長定形期，以每個(gè)樹種的樹干基部為縱軸和東西南北四個(gè)方向?yàn)闄M軸做兩個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)，并分成多個(gè)方格（1m×1m），在每個(gè)方格內(nèi)垂直樹冠摘取10片代表性葉片，利用葉面積儀掃描得出每片葉的葉面積，得每個(gè)樹種的單葉面積。葉片數(shù)量的測(cè)定，在每個(gè)方格內(nèi)都選取典型的大枝和小枝，數(shù)清小枝的葉片數(shù)量、小枝數(shù)量和大枝數(shù)量，然后通過比例相乘得出每個(gè)方格內(nèi)的葉片數(shù)。葉面積指數(shù)的測(cè)定，先測(cè)量各樹種的平均冠幅，然后測(cè)出以樹干為圓心的30°角范圍內(nèi)樹冠的葉片數(shù)量[4]，換算出整株樹的葉片的總量，最后通過總計(jì)葉片數(shù)量和葉片面積平均值換算出每個(gè)樹種的葉面積指數(shù)。

1.2.3 單葉葉片重量測(cè)定

單葉葉片重量：在測(cè)定單葉葉面積時(shí)，每樹種分上中下層摘取典型葉片20片，用天平稱取20片葉的鮮重，計(jì)算平均單葉重，記著單葉葉片重，最后通過葉片數(shù)量按比例換算得出樹冠不同層次葉片重量。

1.2.4 持水量測(cè)定

將每個(gè)樹種摘取10片代表性葉片，用保鮮袋裝好并用標(biāo)簽標(biāo)記。取下的鮮葉用小繩捆好稱其重量m1，放在清水中浸泡3min，再將其取出放在架子上掛好，當(dāng)葉片不自然往下滴水時(shí)稱其重量m2，然后用m2減去m1，記著單葉葉片的持水量。

2 結(jié)果與分析

2.1 5個(gè)樹種葉面積指數(shù)空間分異

統(tǒng)計(jì)洋白蠟、懸鈴木、元寶楓、青桐和廣玉蘭葉面積指數(shù)空間分布，得圖1-5，由圖1-5可以看出，從樹干所在的冠幅中心向外，5個(gè)樹種的葉面積指數(shù)大隨樹干距離的增加都呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系遞減，這是由于不同的樹種樹冠形狀不同，且葉片空間分布差異很大。洋白蠟和青桐在東西南北四個(gè)方向指數(shù)函數(shù)曲線十分相似，指數(shù)函數(shù)模型中的常數(shù)值接近，說明洋白蠟和青桐樹形非常相近。廣玉蘭指數(shù)函數(shù)模型中的常數(shù)值在15至35之間，說明廣玉蘭單葉葉面積較大，葉空間分布更密集。懸鈴木指數(shù)函數(shù)模型中的常數(shù)值在5至18之間，注明懸鈴木單葉面積較大，葉面積指數(shù)較高，但由于其樹種對(duì)環(huán)境因素較為敏感，葉面積指數(shù)空間變異較大。依據(jù)各圖坐標(biāo)點(diǎn)可以看出元寶楓葉面積指數(shù)最小，這是由于元寶楓為小喬木，且為陽性樹種，葉面積空間分布相對(duì)簡單。從東西南北四個(gè)方向的葉面積空間分布看，洋白蠟、懸鈴木、元寶楓、青桐和廣玉蘭南向的葉空間分布都相對(duì)高于北向，所以不同樹種葉面積指數(shù)的空間異質(zhì)性也受方向的影響，但差異并不明顯，通過各向異性特征的分析，能夠了解不同植物的生長在哪些尺度和方向上占優(yōu)勢(shì)，有助于日后對(duì)不同樹種的生態(tài)過程的研究和空間合理配置[5]。（圖1-5）。