不同园林植物群落的冠层截留特征研究

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海绵城市建设旨在应用绿色基础设施增强城市自我调节机制,促进城市水生态、水安全。与传统植物群落相比,海绵城市指导下对植物群落的要求更高,特别是在生态雨洪管理能力方面。当下有关海绵城市植物建设中,较多实例忽视了植物群落对雨水的利用效益。通过优化植物组成、林冠结构,促进林冠层对雨水的截留效益,是在现有绿地系统的基础上提高雨水生态化利用的重要手段。本研究选取植物单叶截留能力、林冠结构两个层面,在夏季采用实地测定的方式探究截留效益。利用浸泡法测定的叶片截留量作为关中地区常见的34种园林植物叶片截留能力的表征,利用水量平衡原理,对乔木纯林、灌木纯林、乔木混交林、乔灌混交林四种绿地植物群落结构进行实地观测。剖析不同植物叶片、不同群落结构的截留潜力及其与林冠特征、叶片特征之间的耦合关系,为优化关中地区海绵城市发展提供参考。研究结果如下:(1)被试34种园林植物叶片的截留能力测定结果显示,叶面形态面积较大、叶片较厚、叶片干物质含量较小、比叶面积较大、叶片相对含水量较小的植物叶片,其截留能力较强。与常绿阔叶植物相比,实验选取的落叶阔叶植物其截留率更高,灌木截留量小于乔木。将34种植物进行截留量高低划分为三组,枇杷、皱叶荚蒾、广玉兰、白玉兰的单叶截留量最高,樱花、马褂木、鸡麻、箬竹、牡丹、七叶树、结香次之,其余树种截留量较小。(2)被试12场降雨事件表明,降雨特征(降雨量、降雨强度)对林内降雨再分配产生直接影响。植物群落在小降雨事件中对穿透降雨的削弱效益最好。林内穿透雨量随降雨量、降雨强度增加而增加。但不同降雨等级下,穿透雨量在总降雨量中所占的比例处于相对稳定状态。同一降雨事件等级下,混合林内穿透降雨总小于纯林,且增长速率显著低于纯林。截留量与降雨量间为线性相关,与穿透雨量间为三次函数相关,与降雨强度间为对数函数相关。4种被试样地中乔灌混合林的截留能力最佳,混合林截留能力显著高于纯林。(3)除降雨特征外,林冠特征对截留能力也具有显著影响。具体表现为,叶面积指数、郁闭度、平均冠幅、平均冠幅面积越大,则林冠截留率随之增长。但是上述4个林冠特征值对林冠截留的影响不是绝对的,被试乔木混交林各项林冠特征值小于乔木混交林,但截留量却高于乔木混交林。这可能是植物群落结构层次差异对降雨截留量产生的影响,层次越复杂,雨水由上往下滴落过程中产生了多次截留,因而整体的截留能力增强。(4)树干径流虽量极小,但在补充地下水、减轻径流冲刷等方面具有重要的生态意义。乔灌木的树干径流也受降雨特征的影响,降雨量比降雨强度的影响更显著。在降雨量小于5mm时,乔木未观测到明显的树干径流产生。同一降雨等级下,乔木的树干径流量显著小于灌木,且随着降雨量的增大,乔木树干径流的增幅小于灌木。当降雨量大于25mm后,由于较大的雨水使径流具有较大的动能,导致径流脱离树干(茎)流动轨道,再次成为了穿透降雨。灌木的树干(茎干)流雨水汇集率大于乔木,即灌木可以更有效地将雨水输送至根部,具有更适合干旱环境的生存策略。但植物的输送作用不能完全决定根部区域的雨水渗透效应,当降雨量、降雨强度过大时,乔灌木产生的树干径流量虽较大,但输送水速率大于根部渗透速率,导致地面径流的再次形成,因而FR与降雨量、降雨强度的变化趋势相反(p<0.01)。(5)除降雨特征外,树干径流随树高、冠幅、冠幅面积、基径面积、胸径的增大而减小,即说明较高、冠幅较大、树干(茎)粗壮的植物不利于产生树干径流,这也是乔木树干径流量小于灌木的原因之一。(6)结合林冠截留及叶片截留试验结果,优化关中地区海绵城市指导下植物群落构建模式。为促进植物林冠层的截留效益,应多采用截留能力较好的植物,乔灌结合、常绿落叶结合,丰富群落层次,减小林冠空隙,增大林冠密实度。在此基础上,也应注重植物群落生态效益与景观效益并行,注重色彩、质地、季相等搭配,营造欣欣向荣的植物群落。
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