保定10種野生地被植物的生態(tài)效益研究*

董謙，李艷，李佳琦，劉冬云

(河北農(nóng)業(yè)大學 園林與旅游學院，河北　保定071000)

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保定10種野生地被植物的生態(tài)效益研究*

董謙，李艷，李佳琦，劉冬云

(河北農(nóng)業(yè)大學 園林與旅游學院，河北保定071000)

為了探究10種野生地被植物的生態(tài)效益價值，通過田間引種栽培試驗，測定其葉面積指數(shù)、滯塵量、日釋氧固碳量及日吸熱量。結(jié)果表明：藍花棘豆的葉面積指數(shù)最大，為6.66；斑葉堇菜的周滯塵量可達到2.41g/m2,滯塵效果明顯；鵝絨委陵菜的日釋氧固碳量及吸熱量均是10種野生地被植物中最大，表現(xiàn)出了優(yōu)良的生態(tài)效益價值。綜合以上指標，可以看出鵝絨委陵菜、斑葉堇菜、藍花棘豆等地被植物具有較高的滯塵、固碳釋氧、吸熱等生態(tài)效益價值。

野生地被；生態(tài)效益指標；鵝絨委陵菜；斑葉堇菜；藍花棘豆；綜合評價

城市綠化是環(huán)保的焦點。要實現(xiàn)這個焦點，首先要聚焦地被植物，它是維護城市生態(tài)平衡，提高城市綠化質(zhì)量的關(guān)鍵素材[1]。在霧霾、地面揚塵等環(huán)境問題日益嚴重的今天，園林植物的生態(tài)效益價值顯得尤為重要，作為園林綠化必不可少的地被植物亦值得研究與探討。中國的野生地被植物種質(zhì)資源極為豐富，數(shù)量多、分布廣且適應性強，開發(fā)前景廣闊。但是，目前對野生地被植物的研究主要集中在引種、抗性及應用方面，對野生地被植物的生態(tài)效益研究不多見[2～4]。本試驗以10種野生地被植物為材料測定了其葉面積指數(shù)、滯塵量及釋氧固碳量等指標，綜合以上指標篩選出生態(tài)效益價值較為突出的植物，以期為園林應用提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料

本試驗材料為禿瘡花(Dicranostigmaleptopodum)、野罌粟(Papavernudicaule)、求米草(Oplismenusundulatifolius)、大葉鐵線蓮(Clematisheracleifolia)、匍枝委陵菜(Potentillaflagellaris)、東方草莓(Fragariaorientalis)、鵝絨委陵菜(Potentillaanserina)、斑葉堇菜(Violavariegata)、藍花棘豆(Oxytropiscoerulea)、歪頭菜(Viciaunijuga)等10種野生地被植物。10種野生地被植物引種地及具體概況如表1所示。

表1　引種地概況Tab.1　The basic situation of species introduced area

注：引種地均為河北省。

本試驗地設置在河北農(nóng)業(yè)大學試驗田內(nèi)(北緯38°50′，東經(jīng)115°27′)，屬溫帶季風性氣候，全年平均氣溫約12℃，年降水量約550mm，冬冷夏熱，春季多風沙，雨熱同期。10種野生地被植物均在試驗田內(nèi)露天栽植，株行距為70cm×70cm，并進行正常的水肥管理，其中鵝絨委陵菜、匍枝委陵菜為4a生植物，大葉鐵線蓮、斑葉堇菜、東方草莓等8種植物為2a生植物。

1.2方法

1.2.1葉面積指數(shù)的測定

利用面積為100cm2的正方形木框，選擇長勢旺盛的植株進行測定。測試時，首先將正方形木框放在植物上，并將框外的葉子全部用剪刀去掉。再將剪下的葉片全部放在標準紙上繪制葉形，將紙張放在萬分之一的天平上稱重。將天平所呈現(xiàn)的重量和葉形占標準紙張的面積套入公式：葉面積指數(shù)=[標準方格紙面積×(剪下的紙模重/標準方格紙重)]/0.01[5]，即可得到葉片的總面積。最后，將葉片面積與正方形木框的面積做比值衡量，得出其葉面積即是每單位土地面積對應的地被植物種植面積。試驗進行3次重復。

1.2.2滯塵量的測定

一般認為，當降雨量>15mm時，可將植物葉片上的塵土完全沖刷干凈[6]。于8月份在大雨后一周，每種植物隨機采集10片植物葉片，用蒸餾水對葉片進行2h的沖洗與浸泡，直至所有葉片粘附物質(zhì)被清洗，取出葉片并將其晾干。用已經(jīng)烘干稱重的濾紙(W1)，對葉片進行過濾，再將過濾后的濾紙于110℃烘箱中烘干。再次稱得濾紙重量(W2)。植物葉片粘附成分重量為：W=W2-W1。降塵重量與葉面積A的比值即為單位葉面積的滯塵量，即：單位葉面積滯塵量(g/m2)=(W2-W1)/A[6]。再根據(jù)葉面積指數(shù)可得出單位面積地被植物的滯塵量。進行3次重復測定。

1.2.3日釋氧固碳量、蒸騰水量、吸熱量的測定

將植物葉片的凈同化量換算為固定的CO2量，則可用公式W(CO2)=P×44/1000，式中44為CO2的摩爾質(zhì)量。

根據(jù)光合作用的反應方程：W( O2)=P×32/1000計算得出地被植物每日對外釋放的氧氣質(zhì)量，式中32為O2的摩爾質(zhì)量。

在測試地被植物每天釋水吸熱量時，必須先做好蒸騰速率的測定。蒸騰總量的測定計算公式E=∑[(ei+ei+1)÷2×(ti+1-ti)×3 600÷1 000]。

E為測定日的蒸騰總量 [mol·m-2·d-1]；ei為初測點的瞬時蒸騰速率；ei+1為下一測點的瞬時蒸騰速率[μmol/(m2·s)]。ti為初測點的瞬時時間；ti+1為下一測點的時間(h)。

若將日釋水吸熱量換算為當日釋水量，則需采用公式：WH2O=E×18。18為水的摩爾質(zhì)量。

受蒸騰作用，每平方米地被植物葉片都會丟失一定量的水分，那么計算這些葉片吸收的熱量Q時則可使用計算公式Q=WH2O×L×4.18。

Q為單位葉面積每日吸收的熱量，單位為J/(m2·d)。L為蒸發(fā)耗熱系數(shù)(L=597-0.57t，t為測定日的溫度35℃)。

1.3數(shù)據(jù)分析

用EXCEL、SPASS軟件對數(shù)據(jù)進行整理分析，根據(jù)相應的計算公式得出各個生態(tài)效益指標的數(shù)值。

2　結(jié)果與分析

2.1葉面積指數(shù)

葉面積指數(shù)是指單位土地面積上植被葉片的總面積除去植被種植土地面積所得的商。該指數(shù)重在反映植被是否健康生長。研究地被植物的生態(tài)效益，葉面積指數(shù)大小起著重要作用。葉面積指數(shù)越大說明植物進行光合作用的器官越多[8]。10種參試地被植物的葉面積指數(shù)詳見表2。由表2可知，10種野生地被植物的葉面積指數(shù)大小順序為：藍花棘豆>鵝絨委陵菜>歪頭菜>匍枝委陵菜>斑葉堇菜>求米草>禿瘡花>野罌粟>大葉鐵線蓮>東方草莓，藍花棘豆的葉面積指數(shù)可達6.66±0.11，而東方草莓的僅有2.28±0.19。

表2　不同植物的葉面積指數(shù)Tab.2　Leaf area index of different species

注：小寫字母所對應的意義都為同列之間存在的整體差異(p)。表示p值在0.05以下，表3同。

2.2滯塵量

地被植物植株較灌、喬木低矮，能直接接受到機動車排放的顆粒物和地面揚起的塵土，對空氣中的灰塵具有很好的過濾、滯留和吸附作用。通常情況下，如果地被植物的葉片粘附成分要得到完全沖洗，此時降雨量必須要大于15mm。經(jīng)過測定，10種野生地被植物的滯塵能力強弱為：斑葉堇菜>藍花棘豆>禿瘡花>匍枝委陵菜>鵝絨委陵菜>東方草莓>大葉鐵線蓮>求米草>野罌粟>歪頭菜。斑葉堇菜(2.41±0.22g/m2)的滯塵量約為歪頭菜(0.43±0.10g/m2)的7倍。

表3　不同植物的周滯塵量Tab.3　Mass-based amount of dust absorption of different species

2.3不同植物的日釋氧固碳量、吸熱量和釋水量

植物通過光合作用發(fā)揮固碳釋氧的功能，對維持城市碳氧平衡、改善城市環(huán)境發(fā)揮重要功能。

表4　單位地被面積10種植物的日釋氧固碳量Tab.4　Mass-based releasing oxygen quantity and absorbing quantity of CO2of different species

根據(jù)表4可知，單位地被面積10種野生地被植物的凈同化量、釋氧固碳量的高低順序為鵝絨委陵菜>歪頭菜>藍花棘豆>斑葉堇菜>匍枝委陵菜>大葉鐵線蓮>野罌粟>禿瘡花>求米草>東方草莓。鵝絨委陵菜的釋氧固碳能力最強，約是東方草莓的7倍，東方草莓能力最弱。在降低局部小環(huán)境二氧化碳濃度和提高含氧量方面，鵝絨委陵菜效果顯著，鵝絨委陵菜、歪頭菜等固碳釋氧能力較強的植物適宜在人群密集、耗氧量較大的區(qū)域栽植。

由表5可知，10種野生地被植物的日蒸騰量、吸熱量值從大到小依次為：鵝絨委陵菜>藍花棘豆>斑葉堇菜>歪頭菜>匍枝委陵菜>大葉鐵線蓮>禿瘡花>野罌粟>求米草>東方草莓。鵝絨委陵菜吸熱釋水量最高，單位面積可以達到37 837.21kJ/m2和15 686.62g/m2，表現(xiàn)出優(yōu)良的降溫增濕效益，同時，藍花棘豆、斑葉堇菜等植物的吸熱能力也較強，在城市綠化中合理與其他植物搭配能有效降低局部環(huán)境溫度。

表5　單位地被面積各植物日蒸騰量、釋水量、吸熱量Tab.5　Mass-based evaporation,releasing water and absorbing heat quantity of different species

3　結(jié)論與討論

馬潔[6]等研究了包括東方草莓、匍枝委陵菜在內(nèi)的16種北京地區(qū)草本地被植物的葉面積指數(shù)，發(fā)現(xiàn)其葉面積指數(shù)差異性很大，主要分布在2.38～16.36之間。本試驗結(jié)果表明，10種野生地被植物的葉面積指數(shù)為2.28～6.66，與前人的研究結(jié)果相比其葉面積指數(shù)處于中下等水平，這可能是因為馬藺(Irislactea)、矮紫苞鳶尾(Irisruthenicavar.nana)等植物為密叢生且單位葉面積大的緣故。10種植物中藍花棘豆的葉面積指數(shù)最大，對于裸露地表應適地適量開發(fā)對藍花棘豆的應用；東方草莓的葉面積指數(shù)最小，約為藍花棘豆的三分之一，這主要是因為東方草莓為匍匐莖，且莖節(jié)之間的距離較大的原因。

不同植物的滯塵能力不同，但是園林植被的滯塵能力具有一定的“可塑性”[9]。植物葉片滯塵能力的強弱與植物的葉面積指數(shù)、植物的綠期、葉片表面粗糙度等密切相關(guān)。在重力和風的作用下，粉塵降落到植物表面，通過葉片對粉塵的截留、吸附，從而實現(xiàn)植物的滯塵效益[10]。王杰青[5]研究發(fā)現(xiàn)每平方米連錢草(Glechoma longituba )每周滯塵量為1.06g，紫花地丁(Viola philippica)為6.49g。莊大偉[11]等研究了10種常用草坪地被的滯塵能力，其結(jié)果表明：26種草坪地被種萱草(Hemerocallis fulva )的單位綠地滯塵效益明顯優(yōu)于其他25種植物。本試驗結(jié)果表明，10種野生地被植物滯塵能力差異顯著，其中斑葉堇菜的周滯塵量最大，為2.41g/m2，這與其葉面積較大、葉表面密被絨毛密切相關(guān)，尤其是密被的絨毛大大增加了對灰塵等的吸附作用，較適合于降塵較為嚴重的區(qū)域；歪頭菜滯塵量最小，僅為0.43g/m2，這可能主要是由于葉表面相對較光滑，不利于粉塵等顆粒物的附著。10種野生地被植物的滯塵量與其他研究結(jié)果略有不同，這是因為植物的滯塵能力除了與自身形態(tài)和特性有關(guān)外，還與所處的環(huán)境密切相關(guān)，因此，對10種植物的滯塵量還需進一步研究。

二氧化碳是“溫室效應”形成的主要成因。當前，隨著中國汽車CO2排放量日益提升，各種工業(yè)與家用生活對CO2的排放量也逐日提高，城市出現(xiàn)了明顯的“熱島效應”問題。值得關(guān)注的是，并不是每種地被植物都有著同樣的固碳能力與氧氣釋放能力，不同光照，不同的葉片結(jié)構(gòu)，都會影響地被植物的這兩種能力[12]。按每個成年人每天消耗1 380g氧氣[13]計算，依據(jù)10種野生地被植物的釋氧固碳量計算，保定市需要種植鵝絨委陵菜21m2、歪頭菜28m2、藍花棘豆32m2、斑葉堇菜34m2、匍枝委陵菜35m2、大葉鐵線蓮53m2、野罌粟55m2、禿瘡花72m2、求米草106m2、東方草莓153m2才能滿足1個成年人1天對氧氣的需求量。如果將每單位植物所具有的吸熱作用與1kw的空調(diào)機做對比，可知植物的吸熱時間：鵝絨委陵菜10.51h，藍花棘豆7.85h，斑葉堇菜7.28h，歪頭菜7.13h，匍枝委陵菜6.39h，大葉鐵線蓮6.23h，禿瘡花5.75h，野罌粟3.57h，求米草2.02h，東方草莓1.64h。

綜上可以看出，鵝絨委陵菜、斑葉堇菜、藍花棘豆、匍枝委陵菜等幾種地被植物都具有較高的生態(tài)效益價值，若能將其與體型較大的喬木進行適當?shù)耐恋胤峙洌捎行ЬS護園林環(huán)境的碳氧平衡，并由此有效保護環(huán)境。在園林配置中應充分考慮植物的生態(tài)功能，以便發(fā)在改善環(huán)境方面的作用[14]，因此，在園林綠化中值得推廣應用鵝絨委陵菜等4種野生地被植物。

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Ecological Benefits of The 10 Plant Species of Wild Ground Covers

DONG Qian,LI Yan,LI Jia-qi,LIU Dong-yun

(College of Gardens and Tourism,Agricultural University of Hebei,Baoding Hebei 071000,P.R.China)

In order to understand the ecological benefits of the 10 plant species of wild ground covers， LAI,dust detaining,the carbon-fixing,oxygen-releasing and absorbing heat quantity were measured in this study.The results showed that the LAI ofOxytropiscoeruleawas the biggest with 6.66,the dust detaining ofViolavariegatawas 2.41g/m2,the carbon-fixing,oxygen-releasing and absorbing heat quantity ofPotentillaanserinawere much bigger than the other 9 species.Based upon these measured indicators,Potentillaanserina,Violavariegata,Oxytropiscoeruleahave higher ecological benefit than those of other species.

wild ground covers;ecological benefit indicator;Potentillaanserina;Violavariegata;Oxytropiscoerulea;comprehensive evaluation

10.16473/j.cnki.xblykx1972.2016.05.021

2015-10-23

河北省教育廳項目“河北省野生耐陰性地被植物資源的收集篩選及應用研究(2010253)”。

董謙(1990-)，女，碩士生，主要從事園林植物資源與應用研究。E-mail：870168690@qq.com

簡介：劉冬云(1971-)，女，副教授，碩士生導師，主要從事百合遺傳育種工作研究。 E-mail：dongyunliu@hebau.edu.cn

S 688.4

A

1672-8246(2016)05-0108-05