21種常用灌木降溫能力比較研究

摘 要：為了對(duì)沈陽(yáng)市綠化樹(shù)種的合理配置提供科學(xué)依據(jù)，本文以沈陽(yáng)典型城市森林類(lèi)型為試驗(yàn)區(qū)，利用LI-6400光合作用測(cè)定系統(tǒng)，采用自然條件下離體定位觀測(cè)和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，在常用灌木樹(shù)種蒸騰生理特性分析的基礎(chǔ)上，首次對(duì)沈陽(yáng)市主要灌木樹(shù)種的降溫生態(tài)環(huán)境效益進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明，21種常用灌木單位葉面積的降溫效應(yīng)表現(xiàn)為接骨木>薔薇>風(fēng)箱果>東北山梅花>京山梅花>大花水亞木>五葉地錦>黃刺玫>水臘>朝鮮黃楊>雞樹(shù)條莢迷>紫葉小檗>金銀忍冬>金鐘連翹>珍珠繡線菊>忍冬>榆葉梅>紫丁香>錦帶花>紅瑞木>茶條槭。

關(guān)鍵詞：灌木；生態(tài)效益；蒸騰作用；降溫

中圖分類(lèi)號(hào)：S731.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.12.002

Comparative Study of the Ability to Cool Down of 21 Kinds of Commonly Used Shrubs

LIU Hairong

（Tianjin Agricultural University， Tianjin 300384， China）

Abstract：The eco-environmental benefit of urban forest was quantitatively estimated based on the processes of photosynthesis and transpiration， which can provide scientific basis for the reasonable layout of urban tree species and for the evaluation of the eco-environmental benefits of urban forest. The function types of the urban forest in Shenyang City were selected as the experimental sites， the heat absorbance of the urban forest of Shenyang City with a LI-6400 photosynthesis system. The order according to the daily heat absorbance capabilities per unit leaf area of the main shub species were Sambucus williamsii> Rosa glauca> Physocarpus amurensis> Philadelphus schrenkii> Philadelphus pekinensis> Hydrangea paniculata var. grandiflora> Parthenocissus quinquefolia> Rosa xanthina> Ligustrum obtusifolium> Buxus sinica> Viburnum sargentii> Berberis thunbergii var. atropurpurea> Lonicera maackii> Forsythia suspense> Spiraea triloba> Loucea japonica> Prunus triloba> Syringa oblate> Weigela florida> Cornus alba> Acer ginnala.

Key words： shub species；eco-environmental benefit；transpiration； cool down

隨著城市化進(jìn)程的加速和城市環(huán)境問(wèn)題的加劇，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到城市綠地系統(tǒng)對(duì)城市生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要作用[1-3]。在有限的空間和土地中，要提高城市綠地的生態(tài)效益，就必須注重增加綠地面積的數(shù)量和提高綠地的質(zhì)量[4-7]。在城市特定的條件下，建立生態(tài)與景觀相協(xié)調(diào)的人工植物群落，使城市土地資源的利用達(dá)到生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)三大效益的最佳結(jié)合，是提高城市綠地質(zhì)量的關(guān)鍵所在。在城市綠化工作中，需要以植物選擇方面的研究成果作科學(xué)合理的、量化的理論指導(dǎo)，通過(guò)因地制宜地進(jìn)行城市綠地系統(tǒng)的樹(shù)種配置，使城市生態(tài)效益與景觀效益和諧共生，進(jìn)而充分發(fā)揮城市綠地系統(tǒng)的各種效益[8-10]。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)自然概況

中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)樹(shù)木園位于遼寧省沈陽(yáng)市內(nèi)的東南部，地理位置為41°46′N(xiāo)，123°26′E，占地面積約5 hm2。屬于暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)型大陸性氣候，四季分明，雨熱同季。年平均氣溫為7.4 ℃，一月平均氣溫為27.5 ℃，極端最高氣溫38.3 ℃，極端最低氣溫為-32.3 ℃。年平均降水量為755.4 mm，集中在6—8月，占全年的64.4%，無(wú)霜期為150 d，年均日照時(shí)數(shù)2 425.4 h，年蒸發(fā)量1 408 mm。

1.2 試驗(yàn)材料

在前期充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過(guò)咨詢(xún)相關(guān)專(zhuān)家，確定供試驗(yàn)用樹(shù)種21種，其中常綠灌木1種，藤木1種，落葉灌木19種（表1）。

1.3 試驗(yàn)方法

（1）確定標(biāo)準(zhǔn)木。根據(jù)沈陽(yáng)市城市主要綠化樹(shù)種平均狀況，選擇試驗(yàn)樣地中的標(biāo)準(zhǔn)木（與每種植物的平均樹(shù)高、胸徑、冠幅近似的植株）作為試驗(yàn)材料。準(zhǔn)確測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)木的樹(shù)高、胸徑、冠幅、健康狀況等，并掛牌標(biāo)記。

（2）標(biāo)準(zhǔn)木蒸騰速率測(cè)定。在中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)樹(shù)木園中隨機(jī)選擇標(biāo)準(zhǔn)植株3株，于2015年6月中旬至8月中旬晴好、無(wú)風(fēng)的天氣情況下，采用LI-6400 便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)（美國(guó)LI-COR 公司生產(chǎn)） 在每日6：00—18：00 每2 h 測(cè)量1次，設(shè)3 次重復(fù)。隨機(jī)選取樹(shù)木東南方向向陽(yáng)枝條上的“功能葉”，即從頂端數(shù)第3～6片葉進(jìn)行離體測(cè)定（每株取3～5 片葉） ，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，每片葉取3個(gè)瞬時(shí)蒸騰速率（E ） ，并對(duì)光強(qiáng)（PAR）等進(jìn)行同步測(cè)定[11]。

（3）降溫能力計(jì)算方法。根據(jù)蒸騰速率值可計(jì)算出釋放水的量，從而可以計(jì)算出降低空氣溫度的量，具體方法如下：在蒸騰日變化曲線圖（圖1）中，植物的蒸騰總量是由蒸騰速率曲線和時(shí)間橫軸圍合的面積[12-13]。

以此為基礎(chǔ)，測(cè)定當(dāng)日的蒸騰總量，設(shè)蒸騰總量為E，單位為mol·m-2·d-1，計(jì)算公式為：

式中：ei為初測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)蒸騰速率，ei+1為下一測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)蒸騰速率，單位為mmol·m-2·S-1；ti為初測(cè)點(diǎn)的測(cè)試時(shí)間，ti+1為下一測(cè)點(diǎn)的時(shí)間，單位為h；j為測(cè)試次數(shù)；3 600指3 600 s；1 000指1摩爾。換算為測(cè)定日全天釋放水的質(zhì)量為：W[H2O]=E×18 ，單位為g·m-2· d-1，式中18為水的摩爾質(zhì)量，單位為g ·mol-1。

設(shè)每平方米葉片在一天中因蒸騰作用散失水分而吸收的熱量為Q，則Q= W[H2O]×L×4.18

式中，Q為單位葉面積每日吸收的熱量，單位為J·m-2·d-1。L為蒸發(fā)耗熱系數(shù)（L=597-0.57×t，t為蒸發(fā)面的溫度），4.18為1Cal=4.18 J，570為0 ℃時(shí)的蒸發(fā)潛熱（Cal）。由此可計(jì)算出各樹(shù)種每平方米葉片在測(cè)定日吸收熱量的值。測(cè)定日均溫為33.74 ℃。

計(jì)算綠地的蒸騰降溫作用時(shí)，考慮到空氣的湍流、對(duì)流和輻射作用，空氣與葉面之間及空氣微氣團(tuán)之間不斷地進(jìn)行熱量擴(kuò)散和交換，故取底面積為10 m2，厚度為100 m的空氣柱作為計(jì)算單元。100 m代表現(xiàn)代城市覆蓋層（屋頂至地面）的高度，10 m2為小氣候的水平尺度。在此體積為1 000 m3的空氣柱體中，因樹(shù)木蒸騰消耗熱量Q是取自于周?chē)? 000 m3的空氣柱體，故使氣柱溫度下降。氣溫下降值用下式表示：

ΔT=Q/PC /12/1 000

式中：Q為綠地植物蒸騰使其單位體積空氣損失的熱量（J·m-3·d-1）；ΡC為空氣的容積熱容量，其值為1 256 J·m-3·h-1，12為從早晨6：00到晚18：00共12 h。1 000為1 000 m3的空氣柱體。

（4）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。所有數(shù)據(jù)均使用Excel和SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 常用灌木樹(shù)種蒸騰速率日變化

蒸騰作用（Transpiration）是指水分以氣體狀態(tài)通過(guò)植物體的表面從體內(nèi)擴(kuò)散到大氣中的過(guò)程，是表征植物水分代謝的一個(gè)重要生理指標(biāo)[13-20]。

如圖2所示，在這幾種灌木中，風(fēng)箱果、東北山梅花、大花水亞木、水臘、黃刺玫、金銀忍冬、五葉地錦、雞樹(shù)條莢迷、忍冬、朝鮮黃楊的蒸騰作用曲線呈雙峰型，其他樹(shù)種均呈單峰型。接骨木蒸騰速率在10：27—14：07時(shí)較穩(wěn)定，出現(xiàn)穩(wěn)定的平臺(tái)，蒸騰速率值在10 mmol·m-2·s-1左右，之后迅速下降，至18：00降為全天的最低值。紫葉小檗蒸騰速率隨著溫度和光合有效輻射的增大而逐漸增大，至11：10時(shí)，蒸騰速率上升為全天的最高值（8.7 mmol·m-2·s-1）。朝鮮黃楊的蒸騰曲線呈現(xiàn)出了雙峰曲線，峰值出現(xiàn)在12：43和16：45，分別為10.9 mmol·m-2·s-1、6.55 mmol·m-2·s-1，14：27出現(xiàn)低谷（4.03 mmol·m-2·s-1），金鐘連翹、京山梅花、薔薇、珍珠繡線菊、榆葉梅的蒸騰曲線均為典型的單峰曲線，峰值出現(xiàn)在12：30左右，薔薇的峰值較高為8.2 mmol·m-2·s-1，其次為京山梅花7.98 mmol·m-2·s-1，榆葉梅和珍珠繡線菊的峰值較低分別為5.91 mmol·m-2·s-1和5.87 mmol·m-2·s-1。茶條槭和紫丁香蒸騰速率值14：20達(dá)到了全天的最高值4.52 mmol·m-2·s-1。錦帶花的蒸騰速率在9：00 —12：54期間出現(xiàn)了穩(wěn)定的平臺(tái)，午后14：32蒸騰速率也隨之達(dá)到最高值（6.49 mmol·m-2·s-1），紅瑞木蒸騰速率在9：40—11：05時(shí)一直較高，之后迅速下降，至18：45降為全天的最低值0.297 mmol·m-2·s-1。風(fēng)箱果的蒸騰速率在10：37—12：29期間維持著較高的水平。大花水亞木有所不同，其蒸騰速率穩(wěn)定的平臺(tái)出現(xiàn)在12：00—14：00期間。大花水亞木隨著溫度的逐漸升高，蒸騰速率在10：30左右達(dá)到第1個(gè)峰值7.17 mmol·m-2·s-1，之后蒸騰速率稍有下降并維持較穩(wěn)定狀態(tài)。水臘和忍冬的曲線較相似，二者在8：20—11：00期間蒸騰速率值維持較高的水平之后稍有下降，在14：52左右蒸騰速率有所上升，全天的最高值分別為7.34 mmol·m-2·s-1和6.66 mmol·m-2·s-1。黃刺玫兩個(gè)峰值分別出現(xiàn)在12：48和16：52，峰值和谷值之間相差不大，最高峰值為6.01 mmol·m-2·s-1，谷值為4.25 mmol·m-2·s-1，僅相差1.76 mmol·m-2·s-1。金銀忍冬為典型的雙峰曲線兩峰值分別出現(xiàn)在10：01和14：16，第1個(gè)峰值較高為7.32 mmol·m-2·s-1，第2個(gè)峰值為5.60 mmol·m-2·s-1。五葉地錦和雞樹(shù)條莢迷的曲線較相似，二者均出現(xiàn)了兩個(gè)峰值和一個(gè)較平緩的低谷，但雞樹(shù)條莢迷出現(xiàn)的時(shí)間要晚一些，五葉地錦在8：00和14：00出現(xiàn)峰值，在10：00—12：00期間出現(xiàn)谷值，而雞樹(shù)條莢迷是在10：00和16：00出現(xiàn)峰值，在12：00—14：00期間出現(xiàn)谷值，從一天來(lái)看五葉地錦的蒸騰速率值要高一些。

2.2 常用灌木樹(shù)種降溫能力分析

由表2可以看出，21種常用灌木中，接骨木日蒸騰總量最大為300.38 mol·m-2·d-1，吸熱量為13 064.89 kJ·m-3·d-1，可使周?chē)? 000 m3的空氣降溫0.87 ℃，紫丁香的日蒸騰總量最低為99.34 mol·m-2·d-1，吸熱量為4 315.03 kJ·m-3·d-1，可使周?chē)? 000 m3的空氣降溫0.29 ℃。常用主要灌木樹(shù)種單位葉面積的降溫效應(yīng)表現(xiàn)為：接骨木>朝鮮黃楊>風(fēng)箱果>東北山梅花>紫葉小檗>京山梅花>金鐘連翹>薔薇>大花水亞木>水臘>黃刺玫>金銀忍冬>茶條槭>五葉地錦>雞樹(shù)條莢迷>忍冬>榆葉梅>錦帶花>紅瑞木>珍珠繡線菊>紫丁香。

3 結(jié) 論

（1）常用灌木樹(shù)種蒸騰速率日變化。風(fēng)箱果、東北山梅花、大花水亞木、水臘、黃刺玫、金銀忍冬、五葉地錦、雞樹(shù)條莢迷、忍冬、朝鮮黃楊的蒸騰作用曲線呈雙峰型，其他11種均呈單峰型。

（2）常用灌木樹(shù)種單位葉面積的降溫能力表現(xiàn)為接骨木>朝鮮黃楊>風(fēng)箱果>東北山梅花>紫葉小檗>京山梅花>金鐘連翹>薔薇>大花水亞木>水臘>黃刺玫>金銀忍冬>茶條槭>五葉地錦>雞樹(shù)條莢迷>忍冬>榆葉梅>錦帶花>紅瑞木>珍珠繡線菊>紫丁香。

（3）在城市綠化樹(shù)種選擇時(shí)，對(duì)于蒸騰速率較大的樹(shù)種（如接骨木、朝鮮黃楊、風(fēng)箱果等）可優(yōu)先選用，而對(duì)于蒸騰速率較小的樹(shù)種（如紫丁香、紅瑞木、珍珠繡線菊等）可作為點(diǎn)綴樹(shù)種少量栽植。

（4）本次試驗(yàn)，由于時(shí)間、人員、試驗(yàn)儀器等客觀條件的限制，所測(cè)灌木僅為沈陽(yáng)常用灌木樹(shù)種的一部分，在以后的研究中要加大測(cè)量種類(lèi)，為每一種灌木都建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。

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