青岛市典型树种叶片空间分布及其持水力比较研究

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　　【摘 要】对青岛地区5种常见的树种，包括洋白蜡（Fraxinus pennsylvanica）、悬铃木（Platanus orientalis）、元宝枫（Acer truncatum）、青桐（Firmiana simplex）、广玉兰（Magnolia grandiflora）的叶片空间分布及其持水力进行比较，分析植物叶片空间分异和冠层内部不同层次持水影响机制，结果表明：（1）由于不同的树种树冠形状不同，5个树种的叶面积指数大随树干距离的增加都呈指数函数关系递减;（2）洋白蜡和青桐树形非常相近，广玉兰单叶叶面积较大，叶空间分布更密集;（3）比较上中下三层树冠的持水力，可以各树种的树冠中层的持水能力相对较高;（4）树冠降水截持力主要与单叶叶面积和叶片数量有关，与单叶叶片持水力相关性不大。
　　【关键词】青岛;典型树种;叶片空间分布;持水力
　　中图分类号： S718.45 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）05-0018-004
　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.05.004
　　森林作为城市生态建设和环境保护的主体，是建设生态文明、实现人与自然和谐共处的基础，森林提供的生态系统服务功能得到了社会的关注[1]。在城市森林建设过程中，如何蓄积降雨，提升城市森林海绵体功能，是改善城市环境，促进城市可持续发展的重要手段。林冠层是森林影响水文的第一个作用过程，林冠叶片在水平和垂直上的空间分异，对降雨截持作用产生重要的影响[2]。前期对林冠截留的研究多在林分内样方尺度上的定位观测为基础，分析林分整体的将于截留作用和截留特征等[3]。对单株植物冠层叶片空间分异及冠层内部不同层次林冠层持水力的研究则相对较少。因此，本研究以单株树种为研究对象，统计分析单株植物树冠叶片的空间分异规律及不同层次林冠层的持水力。对客观评价不同植物林冠层降水截持作用具有重要理论意义，对科学指导海绵城市建设具有重要实践意义。
　　1 研究地点和研究方法
　　1.1 研究地点概况
　　研究地点位于青岛城阳区，位于东经120°12′，北纬36°20′之间，海拔800～1100m间。地处北温带季风区域，属温带季风气候。市区由于海洋环境的直接调节，具有显著的海洋性气候特点。空气湿润，雨量充沛，温度适中，四季分明。极端高气温37.4℃，极端低气温-16.4℃，全年8月份最热，平均气温25.1℃;1月份最冷，平均气温-1.2℃，年平均降水量700毫米左右。2016年青岛列为第二批国家海绵城市试点，结合本地实际，探索适合青岛的绿地植物，对提高城市森林植被蓄水力，打造具有青岛特色的海绵城市，具有重要意义。
　　1.2 研究方法
　　1.2.1 树种的选择
　　本研究选取青岛农业大学校园鼎盛花园内选择生长良好，树形饱满的5种树种，包括洋白蜡（Fraxinus pennsylvanica），悬铃木（Platanus orientalis），元宝枫（Acer truncatum），青桐（Firmiana simplex）和广玉兰（Magnolia grandiflora），5种样树本底值特征如下（表 1）。
　　1.2.2 叶面积指数测定
　　在7月树木生长定形期，以每個树种的树干基部为纵轴和东西南北四个方向为横轴做两个坐标系统，并分成多个方格（1m×1m），在每个方格内垂直树冠摘取10片代表性叶片，利用叶面积仪扫描得出每片叶的叶面积，得每个树种的单叶面积。叶片数量的测定，在每个方格内都选取典型的大枝和小枝，数清小枝的叶片数量、小枝数量和大枝数量，然后通过比例相乘得出每个方格内的叶片数。叶面积指数的测定，先测量各树种的平均冠幅，然后测出以树干为圆心的30°角范围内树冠的叶片数量[4]，换算出整株树的叶片的总量，最后通过总计叶片数量和叶片面积平均值换算出每个树种的叶面积指数。
　　1.2.3 单叶叶片重量测定
　　单叶叶片重量：在测定单叶叶面积时，每树种分上中下层摘取典型叶片20片，用天平称取20片叶的鲜重，计算平均单叶重，记着单叶叶片重，最后通过叶片数量按比例换算得出树冠不同层次叶片重量。
　　1.2.4 持水量测定
　　将每个树种摘取10片代表性叶片，用保鲜袋装好并用标签标记。取下的鲜叶用小绳捆好称其重量m1，放在清水中浸泡3min，再将其取出放在架子上挂好，当叶片不自然往下滴水时称其重量m2，然后用m2减去m1，记着单叶叶片的持水量。
　　2 结果与分析
　　2.1 5个树种叶面积指数空间分异
　　统计洋白蜡、悬铃木、元宝枫、青桐和广玉兰叶面积指数空间分布，得图1-5，由图1-5可以看出，从树干所在的冠幅中心向外，5个树种的叶面积指数大随树干距离的增加都呈指数函数关系递减，这是由于不同的树种树冠形状不同，且叶片空间分布差异很大。洋白蜡和青桐在东西南北四个方向指数函数曲线十分相似，指数函数模型中的常数值接近，说明洋白蜡和青桐树形非常相近。广玉兰指数函数模型中的常数值在15至35之间，说明广玉兰单叶叶面积较大，叶空间分布更密集。悬铃木指数函数模型中的常数值在5至18之间，注明悬铃木单叶面积较大，叶面积指数较高，但由于其树种对环境因素较为敏感，叶面积指数空间变异较大。依据各图坐标点可以看出元宝枫叶面积指数最小，这是由于元宝枫为小乔木，且为阳性树种，叶面积空间分布相对简单。从东西南北四个方向的叶面积空间分布看，洋白蜡、悬铃木、元宝枫、青桐和广玉兰南向的叶空间分布都相对高于北向，所以不同树种叶面积指数的空间异质性也受方向的影响，但差异并不明显，通过各向异性特征的分析，能够了解不同植物的生长在哪些尺度和方向上占优势，有助于日后对不同树种的生态过程的研究和空间合理配置[5]。（图1-5）。 　　将不同树种树冠在垂直方向上按照不同的冠幅厚度等分成上、中、下三层[6]，测定计算5种植物的树冠各层枝叶的持水量、生物量和叶面积指数，得表2和图6。从表2可以看出，洋白蜡（43.81）和悬铃木（63.13）叶面积空间分布主要在中层，而青桐（32.13）和广玉兰（89.16）的叶面积主要在下层，这一桂林主要与植物是树冠形状有关，比较上中下三层树冠的持水力，可以各树种的树冠中层的持水能力相对较高。青桐树冠的中持水能力最大，持水量达25kg以上，可见树冠降水截持力主要与单叶叶面积（P<0.01）和叶片数量有关（P<0.01），与单叶叶片持水力相关性不强。此外，由于植物对空间环境资源如光照的敏感程度不同，导致各树种的树冠垂直分层也存在差异[7-8]，总之，树叶在冠层空间位置的不同以及上下层叶片的重叠模式也会影响树冠的降水截持力。
　　3 结论
　　以青岛城阳区5种典型树种为研究对象比较叶片空间分布及其持水力，分析植物叶片空间分异和冠层内部不同层次持水影响机制，得出以下结论：（1）由于不同的树种树冠形状不同，叶面积指数在空间分布上表现明显的空间自相关性，5个树种的叶面积指数大随树干距离的增加都呈指数函数关系递减;（2）洋白蜡和青桐树形非常相近，广玉兰单叶叶面积较大，叶空间分布更密集;（3）比较上中下三层树冠的持水力，可以各树种的树冠中层的持水能力相对较高;（4）树冠降水截持力主要与单叶叶面积和叶片数量有关，与单叶叶片持水力相关性不大。因此，其叶面积指数和冠层叶片数量越高，树冠对雨水的截留蓄积潜力也相应增大。
　　【参考文献】
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　　[3]吕瑜良，刘世荣，孙鹏森，等.川西亚高山不同暗针叶林群落类型的冠层降水截留特征[J].应用生态学报，2007，18（11）：10-17.
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　　[5]刘志理，毕连柱，宋国华，王全波，刘琪，金光泽.典型阔叶红松林叶面积指数的空间异质性[J].北京林业大学学报，2018，40（11）：1-11.
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　　[8]李苗，邓永成，史红文.武汉市公园绿地植物群落冠层雨水截留能力研究[J]黑龙江农业科，2018（07）：112-116.
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