側柏植株體積、葉面積的量測及其與株高、冠幅的關系

鄭翠娟，王 勇，于金丹，戴立峰，白玲曉

（1.內蒙古師范大學 內蒙古節水農業工程研究中心，內蒙古 呼和浩特010022；2.烏蘭察布市水土保持工作站，內蒙古 烏蘭察布012000）

城市綠地是促進人居環境質量改善的最適載體，對人居環境作用顯著。植物是城市綠地的主體［1－2］，同時園林植株具有營造城市景觀風貌，改善城市生態環境的作用。從生態功能和低碳角度，應努力提高居住地的綠地率和綠視率［3］，綠化時充分運用植物覆蓋所有可覆蓋的土壤。樹冠由葉、枝及部分樹干組成，是樹木占據空間位置的主體，許多學者［4－6］從不同角度對植株生物量、表觀形狀及其結構進行了研究，同時葉特性可以較好地指示植物生長狀態，探究綠量與葉特性的關系，在綠化領域得到越來越廣泛的應用［7］。如從宏觀和微觀評價城市綠化建設水平的各種指標體系，描述城市綠地植物生長、形態和結構的株高、冠幅、葉面積指數、質地、顏色等指標，并以這些指標為基礎，借助評分、圖像處理及相應數學方法描述綠地植物的景觀質量［8］；以綠量（指綠地植物莖葉所占的空間體積）為指標，對綠地生態效益的定量計算和評價等［9］，如羅茂撣［10］提出了城市綠地節水灌溉的綜合效益評價指標體系和評價方法，并建立了綠地植物美景度的統計回歸模型。此外，增大綠化面積，增大土地覆蓋率，直接影響到生態環境。葉面積作為評價生態環境的重要指標［11－12］，但對其研究報道較少。尤其將園林植物實體體積與株高、冠幅及其葉面積綜合考慮的研究也不多［13］。側柏作為我國北方城市常見的綠籬樹種之一，耐旱性強，對北方城市綠化起到了很大作用。所以以側柏為試材，通過整個生育期控水處理的盆栽試驗，在研究體積、葉面積測定方法的同時，探求其與株高、冠幅及葉面積指數生物定量關系，研究成果對指導側柏園林綠化具有現實意義。

1 研究方法

1.1 試驗布置

試驗在內蒙古自治區節水農業工程研究基地進行，基地位于呼和浩特市和林格爾縣盛樂經濟園區，距呼和浩特市南50km處，屬典型的溫帶大陸性季風氣候，全年降雨量393mm，年日照2 941.8h，年均氣溫5.6℃。2011年7—8月兩個月的降水約占全年降水的50%。

試驗所用土壤來自研究基地，為粉砂壤土，過篩（粒徑2mm）后按肥土比1∶4摻入農家肥（理化性質指標詳見表1），裝入試驗用塑料花盆。花盆上口直徑30cm，底部直徑19cm，盆高23cm。供試苗木取自內蒙古師范大學盛樂校區生態園溫室大棚，苗齡2a。2010年4月23日移栽，每盆1株。設9個灌水處理（表2），每一處理設5個重復，共45盆，隨機區組布置。為了減小苗木大小帶來的誤差，移栽時，盡量使每一區組內的苗木大小相近。苗木經4個月的生長后剪枝，株高為50cm。2011年5月23日用秤重法開始控制灌水，電子天型號為YP30000，精度為1g，9月22日停止。灌水量用量筒量取，精確度為0.5ml。降水量由雨量筒測得，有效降雨量為降雨前雨后盆栽重量的差值。蒸散量為灌水量（mm）與有效降雨量（mm）之和。2011年9月22日取樣測定。

表1 試驗土壤成分

表2 不同的水分處理方式

1.2 實體體積量測

利用阿基米德原理，自制了排水法測定植株體積的設備，其結構如圖1所示。2011年9月22日，將每盆植株的葉片逐片摘下、并把樹干從土面處剪斷，進行測定。測定時，首先向圓筒內注入一定量的水，待水面穩定時讀數，此時的水面高度H1。將樹葉裝在網袋內，放入圓筒內帶圓孔蓋板6的下方，使其完全浸沒在水中。待水面穩定時，調整游標2的高度，使電測針3的針尖恰好與水面接觸，此時的水面高度H2。H2減H1即為樹葉排水高度H，用圓筒底面積乘以H即得葉體積V。枝體積測定與葉相同。

1.3 卷尺測量計算體積

卷尺測量株高、冠幅，再計算得出側柏的圓柱體側面積、圓柱體橫截面積、兩種樹形體積。計算公式分別為：

圓柱體側面積：S側＝H·P

圓柱體橫截面積：S橫＝π（P／2）2

圓柱體體積：V柱＝π（P／2）2·H

長方體體積：V長＝H·P1·P2

圖1 枝、葉實體體積量測設備示意圖

1.4 總葉面積及葉面積指數

首先將1個區組的9盆樹苗（9個水分處理各1個重復）移至室內，分別把樹葉全部剪下（樹苗不離花盆）編號放入塑料袋內，立即秤總鮮葉重。然后從每一處理的鮮葉中隨機取7～10g（即掃描鮮葉重），稱重后粘貼在計算紙上，用Samsung XCX－3201掃描儀掃描。之后，用同樣的方法取樣另一區組，共取5個區組（5個重復）。用AutoCAD軟件量測工具測量每一粘貼葉的葉面積，用計算紙方格校核測量精度。各指標計算公式為：

式中：S1——總 葉 面 積 （cm2）；S2——掃 描 葉 面 積（cm2）；W1——總鮮葉重（g）；W2——掃描鮮葉重（g）。

得出側柏的葉面積總和S1，由卷尺測量的冠幅可得出圓柱體橫截面積S橫，葉面積指數：

試驗數據采用SPSS和Excel軟件進行數據處理和分析。

2 結果與分析

2.1 實體體積隨株高、冠幅的變化

由試驗數據分析可得，實體體積與株高、冠幅的關系表現為隨株高的增大，實體體積呈開口向下的拋物線規律變化，相關系數為0.155。隨冠幅的增大，實體體積呈線性規律變化，相關系數為0.572，呈極顯著正相關關系，即隨著冠幅增長，樹冠實體體積不斷增加，由此看出，實體體積與冠幅的關系比株高密切。因此，在實際綠化中，一定范圍內，可以促使冠幅不斷增大，達到增大植株實體體積的目的。

2.2 實體體積與卷尺測量體積比較

由試驗數據分析可得，實體體積與卷尺測量計算的體積關系表現為實體體積隨長方體、圓柱體體積的增大，均呈線性變化，呈極顯著正相關關系，相關系數分別為0.599和0.591。所以日常生產條件下為了測量和計算方便，可直接用卷尺測量樹木的株高和冠幅，將其視為長方體或圓柱體，計算植株體積，然后通過線性回歸，計算樹冠實體體積，實現樹冠實體體積的活體測量。

2.3 總葉面積隨株高、冠幅的變化

由圖2可得，總葉面積與株高、冠幅的關系均呈開口向下的拋物線規律變化，相關系數分別為：0.155和0.202。總葉面積呈開口向下的拋物線左半部規律變化，相關系數為0.450，呈極顯著正相關關系。當冠幅為73cm時，總葉面積達最大值3 581cm2。表明總葉面積與冠幅的關系比株高密切。

圖2 總葉面積隨株高、冠幅的變化

2.4 總葉面積與圓柱體側面積、橫截面積的關系

由圖3可以看出，總葉面積與卷尺測量計算的圓柱體側面積、橫截面積的關系表現為隨圓柱體側面積、橫截面積的增大，總葉面積均呈開口向下的拋物線左半支規律變化，均為極顯著正相關關系，相關系數分別為0.388和0.451，當側面積為0.546m2時，總葉面積達最大值3 639cm2；當橫截面積為0.329 m2時，總葉面積達最大值3 523cm2；在實際園林灌溉過程中，可以通過圓柱體側面積、橫截面積來回歸計算植株的總葉面積。

圖3 總葉面積與圓柱體側面積、橫截面積的關系

2.5 圓柱體側面積與橫截面積的關系

由圖4分析可知，圓柱體側面積與橫截面積的關系表現為隨橫截面積的增大，側面積呈開口向下的拋物線左半支規律變化，相關系數為0.905，極顯著正相關。當橫截面積為0.439m2時，側面積達最大值0.436m2。橫截面積越大，表明植株的冠幅越大，而側面積代表的是株高與冠幅的乘積。從而在一定程度上與植株體積相聯系，更好地解決實際綠化的質量問題。

圖4 圓柱體側面積隨橫截面積的變化

2.6 葉體積、枝體積、實體體積與總葉面積的關系

由圖5可以看出，葉體積、枝體積、實體體積隨總葉面積的關系表現為隨總葉面積的增大，葉體積、枝體積、實體體積呈開口向下的拋物線規律變化，均呈極顯著相關關系，相關系數分別為0.867，0.399和0.834。當總葉面積為0.974m2時，葉體積達最大值342cm3；當總葉面積為0.530m2時，枝體積達最大值189cm3；當總葉面積為0.669m2時，實體體積達最大值479cm3；表明葉體積較枝體積、實體體積隨總葉面積的變化更敏感。

圖5 葉體積、枝體積、實體體積與總葉面積的關系

2.7 葉面積指數隨葉體積的變化

由圖6分析可得，葉面積指數與葉體積的關系表現為隨葉體積的增大，葉面積指數呈開口向下的拋物線規律變化，呈極顯著正相關關系，相關系數為0.742。當葉體積為338cm3時，葉面積指數有最大值6.1。

圖6 葉面積指數隨葉體積的變化

3 結論

（1）實體體積、總葉面積與冠幅的關系比株高密切。所以增大樹冠實體體積與總葉面積的方法，均促進冠幅不斷增大。

（2）圓柱體側面積隨橫截面積的增大為極顯著正相關關系。隨圓柱體側面積、橫截面積的增大，總葉面積均呈開口向下的拋物線規律變化，均呈極顯著相關，相關系數分別為0.388和0.451。

（3）隨長方體、圓柱體體積的增大，實體體積均呈極顯著線性正相關變化；隨圓柱體側面積、橫截面積的增大，總葉面積均呈開口向下的拋物線規律變化，均呈極顯著相關。可以通過長方體、圓柱體體積來回歸計算實體體積，通過圓柱體側面積、橫截面積來回歸計算總葉面積。

（4）葉體積較枝體積、實體體積隨總葉面積的變化更敏感。當總葉面積為0.974m2時，葉體積達最大值342cm3；當總葉面積為0.530m2時，枝體積達最大值189cm3；當總葉面積為0.669m2時，實體體積達最大值479cm3。

（5）隨葉體積的增大，葉面積指數分別呈開口向下的拋物線規律變化，相關系數為0.742，呈極顯著相關關系。

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