青島市9種典型闊葉樹(shù)枝葉持水力比較研究

宋澤君　孫明琦　李甜雨　張振　李海防　張珊

摘 要

選取青島市9種典型闊葉樹(shù)，包括洋白蠟（Fraxinus pennsylvanica）、懸鈴木（Platanus orientalis）、國(guó)槐（Sophora japonica）、元寶楓（Acer truncatum）、玉蘭（Magnolia denudata）、女貞（Ligustrum lucidum）、青桐（Firmiana simplex）、廣玉蘭（Magnolia grandiflora）和櫻花（Prunus serrulata），采用浸泡稱重法對(duì)各樹(shù)種的葉面積、枝葉的持水量進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明：（1）9個(gè)樹(shù)種的1-5mm徑級(jí)枝條的持水力都大于10-20mm徑級(jí)枝條和5-10mm徑級(jí)枝條;（2）9個(gè)樹(shù)種的葉片持水力都高于枝的持水力;（3）女貞（0.117g/g、0.23g/g）、國(guó)槐（0.088g/g、0.23g/g）、洋白蠟（0.088g/g、0.28g/g）以及櫻花（0.122g/g、0.26g/g），的枝、葉單位重量持水力聚類相似度高。本研究對(duì)對(duì)提高城市森林植被蓄水力，推進(jìn)建設(shè)海綿城市具有重要意義。

關(guān)鍵詞

青島市;闊葉樹(shù);枝葉持水力

中圖分類號(hào)： TP391 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.05.057

林冠是森林與外界環(huán)境相互作用最直接和最活躍的界面層，通過(guò)遮蔭、截留降水和蒸騰蒸發(fā)等作用參與森林生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)[1]。樹(shù)冠持水能力是影響冠層截留的重要因素之一[2]。林冠層不僅能夠影響降水的重新分配，還可以對(duì)降雨產(chǎn)生滯留作用以減緩降雨的速度，以此減少降雨對(duì)地面的沖刷，起到保持水土的作用[3-5]。目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)對(duì)天然林垂直結(jié)構(gòu)對(duì)降雨的再分配進(jìn)行了大量的研究，但大多集中在研究林冠層穿透雨量，對(duì)枝葉持水力的研究則相對(duì)較少[7]。為此，本研究對(duì)青島市9種典型闊葉喬木林冠層葉片和同徑級(jí)的枝條持水量進(jìn)行研究，對(duì)提高城市森林植被蓄水力，推進(jìn)建設(shè)海綿城市具有重要意義。

1 研究地點(diǎn)與研究方法

1.1 研究地點(diǎn)概況

研究地點(diǎn)位于青島市城陽(yáng)區(qū)，位于東經(jīng)120°07′-120°34′、北緯36°11′-36°24′，海拔800～1100m之間。屬北溫帶季風(fēng)大陸性氣候，四季變化明顯，受海洋的調(diào)節(jié)作用，表現(xiàn)為春季寒冷、夏季涼爽、秋季溫暖、冬季溫和，晝夜溫差小[9]，無(wú)霜期長(zhǎng)和濕度大等海洋性氣候特點(diǎn)。年平均溫度在11℃-12℃之間，極端最高氣溫37.4℃，極端最低氣溫出現(xiàn)在1月下旬-2月初，極端低氣溫-16.4℃。年平均降水量700毫米左右。

1.2 研究方法

1.2.1 樣樹(shù)選取

在城陽(yáng)區(qū)選取9個(gè)樹(shù)種，包括國(guó)槐（S.japonica）、櫻花（P. serrulata）、玉蘭（M.denudata）、廣玉蘭（M.grandiflora）、元寶楓（A.truncatum）、懸鈴木（P.orientalis）、青桐（F.simplex）、白蠟（F.pennsylvanica）、女貞（L.lucidum）等為研究對(duì)象，每一個(gè)樹(shù)種選取一棵長(zhǎng)勢(shì)適中的樹(shù)作為樣樹(shù)，9棵樹(shù)的本底值如表1。選擇9個(gè)樹(shù)種植物的葉片和以及同一植物不同徑級(jí)的枝條進(jìn)行分析，測(cè)定并分析單葉葉面積、枝粗度及單位重量持水量。

1.2.2 枝葉持水力的測(cè)定

用葉面積儀對(duì)9棵樣樹(shù)采集回來(lái)的葉片進(jìn)行單葉面積的掃描測(cè)定并記錄數(shù)據(jù)，在每種樹(shù)分上中下層分別摘取典型葉片20片，用天平稱取20片葉的鮮重[10]，然后用小繩捆好稱重，放在水中浸泡3min， 再將其取出掛好，到不滴水時(shí)稱其重量，用公式計(jì)算出單葉持水量[11]。在測(cè)定枝的持水量時(shí)，先選取生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)較好的樹(shù)的整個(gè)一級(jí)分支，從一級(jí)分支中選取三類枝：1-5mm徑級(jí)枝條、5-10mm徑級(jí)枝條、10-20mm徑級(jí)枝條，用天平稱取同一棵樹(shù)的不同徑級(jí)枝的重量，并量取枝的粗度，然后對(duì)枝的兩端進(jìn)行封口處理，待封口處玻璃膠風(fēng)干好后，大概需要3小時(shí)，然后用浸泡法，將枝放入事先準(zhǔn)備好的容器中浸泡15-20分鐘，撈出懸掛控水30s，稱重計(jì)量，計(jì)算單位重量枝的持水量。

單位重量葉片持水量（g/g）=（M3-M1）/M1

單位重量枝條持水量（g/g）=（M3-M2）/M1

式中：M1為葉片或枝條重量平均值;M2為枝條處理后的平均值;M3為葉片或枝條浸水后重量平均值。

1.2.3 數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法

用Excel辦公軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理與作圖，用SPSS數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 9個(gè)樹(shù)種持水力分析

通過(guò)測(cè)定9個(gè)樹(shù)種的葉面積指數(shù)、單葉重量、枝平均重量以及持水力，結(jié)果如表2所示，從表中可以看出，單葉持水力最大的是懸鈴木為0.4g/g，其次是元寶楓0.29g/g，洋白蠟0.28g/g，櫻花0.26g/g，青桐0.24g/g，最小的為廣玉蘭僅0.11g/g。廣玉蘭的單葉重量的持水量最小，是因?yàn)閺V玉蘭葉片光滑革質(zhì)，水分無(wú)法像在懸鈴木上一樣長(zhǎng)期滯留。懸鈴木因?yàn)槿~片正反面均披有大量的長(zhǎng)絨毛，能夠承載的雨量也會(huì)相對(duì)增大，對(duì)降雨有一定滯留作用，使懸鈴木葉片單位重量持水力最大，但懸鈴木枝單位重量持水量卻小于元寶楓，這主要原因是懸鈴木樹(shù)皮相對(duì)光滑，但元寶楓樹(shù)皮粗糙且有較多裂紋，樹(shù)皮較懸鈴木粗糙。單位重量枝的持水量最大的是元寶楓約為0.201g/g，其次是懸鈴木約為0.123g/g，櫻花約為0.122g/g，而單位重量枝的持水量最小的是青桐約為0.05g/g，因?yàn)榍嗤?shù)皮青綠色平滑，水分不能有效停留，即樹(shù)皮滯水能力較弱，青桐不像元寶楓樹(shù)皮粗糙干裂，水分在樹(shù)皮處停留，有效減緩雨水徑流速度，對(duì)水分的滯留效果更好。從表2中還可以看出，葉片的截流量值明顯高于枝。

基于歐式距離計(jì)算方法，對(duì)9個(gè)樹(shù)種進(jìn)行聚類分析，以樹(shù)種的枝的單位重量持水量和葉單位重量持水量為變量，用SPSS數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析軟件對(duì)它們進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，得出9個(gè)樹(shù)種的聚類樹(shù)狀圖（圖1）。由圖1可見(jiàn)，可以將青島市9個(gè)典型樹(shù)種分成四個(gè)組。國(guó)槐、女貞、櫻花、洋白蠟、青桐劃分為第一組，單位重量葉片和枝的持水量之和基本一致，尤其是國(guó)槐、女貞、櫻花持水量更為接近，國(guó)槐、女貞、櫻花、洋白蠟單位重量葉片的持水量也相差不大，葉片的大小較小，葉片特征差別不大，枝也沒(méi)有明顯差別，持水力較小，但青銅的葉因具有短絨毛，持水量相對(duì)較大，但因?yàn)榍嗤┲饣炙窟h(yuǎn)遠(yuǎn)小于國(guó)槐、女貞、櫻花、洋白蠟。玉蘭、廣玉蘭劃分為第二組，葉片相較于第一組大，但廣玉蘭葉片革質(zhì)持水能力較弱，枝干較為粗糙，持水力一般。元寶楓為第三組，枝的粗糙，縱裂小細(xì)紋較多，持水力相對(duì)較大。懸鈴木雖樹(shù)皮相對(duì)光滑，持水力不如元寶楓等，但葉片雙面披有長(zhǎng)柔毛，能夠有效減緩雨水徑流速度，它為第四組也是持水力最大的一組。聚類分析反映了9種樹(shù)木葉特征、枝干特征及持水力的相互關(guān)系。可見(jiàn)，葉片表面有絨毛，樹(shù)皮粗糙的樹(shù)種林冠層持水量會(huì)相對(duì)較大。

2.2 枝持水力聚類分析

由圖2可以看出櫻花、懸鈴木、元寶楓、女貞的1-5mm徑級(jí)枝條單位重量的持水量較高，而對(duì)于5-10mm徑級(jí)枝條來(lái)說(shuō)，元寶楓、女貞、廣玉蘭的單位重量持水量較高，對(duì)于10-20mm徑級(jí)枝條來(lái)說(shuō)，元寶楓、廣玉蘭的單位重量持水量較高。從表中還可以看出：一是各種樹(shù)木的1-5mm徑級(jí)枝條的單位重量持水量明顯高于5-10mm徑級(jí)枝條，5-10mm徑級(jí)枝條又高于10-20mm徑級(jí)枝條的單位重量持水量，由此表明徑級(jí)小的枝單位重量持水量明顯高于徑級(jí)較大的枝，說(shuō)明徑級(jí)較大的枝隨著年齡的增長(zhǎng)，滯水能力也會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于徑級(jí)小的枝;二是青桐枝的持水量明顯要小于其他樹(shù)種枝的持水量，原因是因?yàn)榍嚆~樹(shù)皮青綠色光滑，對(duì)水分的滯留效果較差，而元寶楓由于枝粗糙，裂紋較多，使得元寶楓的1-5mm徑級(jí)枝條、5-10mm徑級(jí)枝條、10-20mm徑級(jí)枝條的持水量均明顯高于其他樹(shù)種。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)9個(gè)樹(shù)種的葉面積、枝葉的持水量進(jìn)行比較分析，得出以下結(jié)論：（1）9個(gè)樹(shù)種的1-5mm徑級(jí)枝條的持水力都大于10-20mm徑級(jí)枝條和5-10mm徑級(jí)枝條;（2）9個(gè)樹(shù)種的葉片持水力都高于枝的持水力;（3）女貞（0.117g/g、0.23g/g）、國(guó)槐（0.088g/g、0.23g/g）、洋白蠟（0.088g/g、0.28g/g）以及櫻花（0.122g/g、0.26g/g），的枝、葉單位重量持水力聚類相似度高。

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