包頭市園林綠化植物生態(tài)功能定量分析

周建華 譚春華 王立清

摘要 [目的]明確不同園林植物的生態(tài)功能，為景觀合理配置提供科學依據(jù)。[方法]對內(nèi)蒙古包頭市32種園林綠化植物的固碳、吸熱、滯塵以及葉片氮、硫含量共5個生態(tài)功能指標進行測定，并應用灰色關聯(lián)度分析法進行綜合量化評價。[結果]不同生活型植物的生態(tài)功能差異明顯，總體關聯(lián)度從大到小為喬木、灌木，落葉植物、常綠植物；常綠喬木、落葉喬木和灌木中關聯(lián)度最大的分別是杜松、白蠟和紫穗槐，樟子松、龍爪槐和桑樹、珍珠梅和沙棗最小；不同類型綠地的生態(tài)功能關聯(lián)度從大到小為喬灌草型、喬灌型、喬草型、灌草型、草坪型。[結論]應充分利用這些植物最優(yōu)的生態(tài)功能進行喬、灌、草合理搭配，營造出更大的綠化率，最大程度地發(fā)揮城市綠地的生態(tài)效益。

關鍵詞 園林植物；綠化；生態(tài)功能；定量評價；灰色關聯(lián)度分析

中圖分類號 S732 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）20-0096-04

Abstract [Objective] To provide scientific basis for rational configure of landscapes by clarifying the ecological functions of different garden plants.[Method] 5 ecological function indexes （carbon fixation， endotherm，detaining dust，sulfur content， fluorine content） of landscape plants of 32 kinds in Baotou City of Inner Mongolia were determined， and applied grey relational degree analysis to conduct comprehensive quantitative evaluation.[Result] The difference of ecological function of different life type plants was obvious.The order of total correlation degree from high to low was tree，shrub， deciduous plant， evergreen plant.The greatest correlation degrees of evergreen trees， deciduous trees and shrubs were respectively Juniperus rigida， Fraxinus chinensis and Amorpha fruticosa.The smallest correlation degrees were respectively Pinus sylvestris var.mongolica in evergreen trees， Sophora japonica and Morus alba in deciduous trees， Sorbaria sorbifolia and Elaeagnus angustifolia in shrubs.The correlation degree order of ecological function of different types green space from high to low was treeshurbgrass type，treeshurb type，treegrass type，shurbgrass type，lawn type.[Conclusion]We should make full use of the best ecological functions of these plants， make reasonable collocation of trees and grass， create a greater green rate， and maximize the ecological benefits of urban green space.

Key words Garden plants； Landscape；Ecological functions；Quantitative evaluation；Grey relational analysis

城市是人類聚居的主要載體，由于城市化的快速發(fā)展，城市環(huán)境與自然環(huán)境的差異越來越大[1]，并產(chǎn)生了城市所特有的環(huán)境問題，如熱島效應、干島效應、溫室效應、噪音污染等[2]。植物具有重要的生態(tài)功能，主要表現(xiàn)在調(diào)節(jié)碳氧平衡、蒸騰吸熱、減污效應、滯塵效應、減噪效應、監(jiān)測環(huán)境、豐富生物多樣性等方面[3]，因此，大量植物被應用于城市建設，在改善城市生態(tài)環(huán)境，促進城市健康協(xié)調(diào)發(fā)展，滿足人們向往自然的生理和心理需要中發(fā)揮著不可替代的作用[4-5]。目前我國針對城市綠化植物的相關研究日益增多，但是對城市園林綠化植物生態(tài)功能的評價還處在定性與半定量階段，如何準確分析、客觀評價城市園林綠化植物的生態(tài)功能，對準確衡量城市質(zhì)量、合理制定城市發(fā)展規(guī)劃、有效實施以人為本的城市建設、科學管理城市活動有著重要意義[6]。通常采用回歸、相關、通徑及主成分分析等方法分析園林綠化植物的生態(tài)功能，但上述方法在實際應用中存在一定限制性，例如需要樣本量大，數(shù)據(jù)需符合概率分布等[7]，而灰色關聯(lián)度分析是對多個性狀進行定量的綜合評價方法，具有對原始樣本量要求不高、方法簡單、計算量小、分析結果客觀準確等優(yōu)點[8]，在農(nóng)作物的性狀評價上得到廣泛應用，在綠化植物中應用較少[9-11]。筆者以內(nèi)蒙古包頭市廣泛栽植的32種園林綠化植物為研究對象，采用灰色關聯(lián)度評價的方法對這些植物在固碳、蒸騰吸熱、滯塵、吸硫和吸氟等方面的生態(tài)功能進行定量研究，探討不同植物在城市生態(tài)功能效益方面的差異，揭示它們在環(huán)境改良中的作用，為合理配置園林植物、提高城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試園林植物種類 該研究共選擇在內(nèi)蒙古包頭市園林綠化中應用較多且生長良好的32種園林植物，其中喬木20種，灌木12種，常綠針葉6種，落葉闊葉26種。

1.2 生態(tài)功能指標的選擇及測定方法

選擇植物固碳量、吸熱量、葉片滯塵量、葉片硫和氟含量共5 種生態(tài)指標，采用Li-6400便攜式光合測定系統(tǒng)分別測定每種植物朝向道路一側的20個葉片的凈光合速率和蒸騰速率，然后計算出植物的日固碳量和蒸騰吸熱量[12]；采集每種植物朝向道路一側的20個葉片，先稱取附著粉塵的葉重，然后用棉布擦去灰塵，再稱取除去粉塵后的葉重并測定葉片樣本面積，最后計算葉片單位面積滯塵量和整株滯塵量[13]；采集每種植物朝向道路一側的20個葉片，測定葉片硫含量和氟含量，葉片硫含量的測定采用標準比色法[14]，葉片氟含量的測定采用微量擴散法[15]；城市綠地綠量（葉面積）的計算采用陳芳等[16]的方法。

1.3 灰色關聯(lián)度評價方法

將32種供試植物及其生態(tài)指標看作一個灰色系統(tǒng)，并將供試植物5個生態(tài)指標的最大測定值作為參考數(shù)列，將植物生態(tài)指標實際測定值構成數(shù)列作為比較數(shù)列，然后計算比較數(shù)列與參考數(shù)列之間的灰色關聯(lián)系數(shù)，最后確定每種植物的灰色關聯(lián)度，具體參照鄭鵬等[12]的研究方法。

2 結果與分析

2.1 32種園林植物5個生態(tài)指標測定值

從表1可以看出，不同生活型植物的固碳量、吸熱量、滯塵量、葉片硫和氟含量這5個生態(tài)指標的測定值明顯不同，固碳量和吸熱量大小依次為灌木、喬木，滯塵量、葉片硫含量和氟含量大小依次為喬木、灌木；固碳量、吸熱量、葉片硫和氟含量大小依次為落葉植物、常綠植物，而滯塵量大小依次為常綠植物、落葉植物。

從表2可以看出，不同植物的5個生態(tài)指標的測定值明顯不同，常綠喬木中固碳量和吸熱量最大的是檜柏和側柏，樟子松最小，滯塵量最大的是檜柏、側柏、云杉和杜松，油松最小，葉片硫含量和氟含量最大的是杜松，側柏最??；落葉喬木中固碳量和吸熱量最大的是白蠟，旱柳最小，滯塵量最大的是垂柳，白蠟最小，葉片硫含量最大的是垂柳和旱柳，暴馬丁香最小，葉片氟含量最大的是白蠟、河北楊、衛(wèi)矛、皂角、刺槐和新疆楊，山桃稠李和龍爪槐最??；灌木中固碳量、滯塵量和葉片氟含量最大的是紫穗槐，吸熱量最大的是連翹，葉片硫含量最大的是紫穗槐、榆葉梅和沙棗，沙棗的固碳量和吸熱量最小，除紫穗槐外其他樹種的滯塵量相同，均最小，忍冬珍珠梅和玫瑰葉片硫含量最小，連翹和黃刺玫葉片氟含量最小。

2.2 32種園林植物5個生態(tài)指標的關聯(lián)度分析

從表3可以看出，不同生活型植物的總體關聯(lián)度大小依次為喬木、灌木，落葉植物、常綠植物。固碳量、吸熱量、滯塵量、葉片硫和氟含量這5個生態(tài)指標的關聯(lián)度明顯不同，固碳量和吸熱量大小依次為灌木、喬木，滯塵量、葉片硫含量和氟含量大小依次為喬木、灌木；固碳量、吸熱量、葉片硫和氟含量大小依次為落葉植物、常綠植物，而滯塵量大小依次為常綠植物、落葉植物。

從表4可以看出，常綠喬木、落葉喬木和灌木樹種單指標關聯(lián)系數(shù)的變化規(guī)律與5個生態(tài)指標測定值的變化規(guī)律基本一致。常綠喬木中關聯(lián)度大小依次為杜松、云杉、檜柏、側柏，樟子松最?。宦淙~喬木中關聯(lián)度大小依次為白蠟、衛(wèi)矛、垂柳、河北楊、皂角、家榆、旱柳、暴馬丁香、國槐，龍爪槐和桑樹最小；灌木中關聯(lián)度大小依次為紫穗槐、丁香、榆葉梅、連翹，珍珠梅和沙棗最小。

2.3 不同類型綠地的生態(tài)功能分析

從表5可以看出，5種不同類型綠地的綠量（葉面積）從大到小依次為喬灌草型、喬草型、喬灌型、灌草型、草坪型。5種不同類型綠地的生態(tài)功能間差異明顯，其中固碳、吸熱和滯塵效果從大到小依次為喬灌草型、喬灌型、喬草型、灌草型、草坪型。雖然喬草型的綠量大于喬灌型，但是生態(tài)功能上喬灌型更優(yōu)。

2.4 不同類型綠地的生態(tài)功能的灰色關聯(lián)度分析

從表6可以看出，5種不同類型綠地的生態(tài)功能灰色關聯(lián)度間差異明顯，固碳、吸熱和滯塵效果的灰色關聯(lián)度從大到小依次為喬灌草型、喬灌型、喬草型、灌草型、草坪型。

3 結論與討論

城市園林植物具有重要的生態(tài)功能，對其定量評估有助于促進城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃，優(yōu)化植物群落結構，改善城市環(huán)境質(zhì)量，促進城市生態(tài)建設[3-4]。關聯(lián)度是反映各種影響因素之間密切程度的指標，關聯(lián)度越大說明因素間變化的勢態(tài)越接近，相互關系越密切，綜合性狀越優(yōu)良[17]。該研究發(fā)現(xiàn)，不同生活型植物的生態(tài)功能不同，灌木的固碳量和吸熱量高于喬木，可能是因為單位面積上灌木的葉面積指數(shù)大于喬木樹種，這與史紅文等[18]的研究結果一致，而滯塵量、葉片硫含量和氟含量則是喬木高于灌木，主要是因為喬木樹種葉片和枝條上的氣孔比灌木多[4]；落葉植物的固碳量、吸熱量、葉片硫和氟含量高于常綠植物，而滯塵量是常綠植物高于落葉植物，可能是因為常綠植物主要是針葉樹種，針葉上有層蠟質(zhì)并能分泌油脂，因而影響了其氣孔的吸收功能，但是由于油脂的存在能夠起到很好的吸附灰塵的效果[4]。從關聯(lián)度來看，喬木關聯(lián)度均值為0.53，灌木關聯(lián)度均值為0.51，表明喬木的生態(tài)功能高于灌木，主要原因在于喬木具有更大的冠幅和葉面積指數(shù)，因此在生態(tài)功能上具有顯著的優(yōu)勢[18]；常綠植物的關聯(lián)度均值為0.49，低于落葉植物的均值0.54，表明落葉植物的生態(tài)功能整體上高于常綠植物。根據(jù)上述研究結果，包頭市在進行園林植物規(guī)劃時應常綠落葉樹種并重，通過灌木合理密植及與喬木的科學配置來增加冠幅和葉面積指數(shù)從而實現(xiàn)生態(tài)功能和景觀效果的統(tǒng)一和最大化。

選擇生態(tài)功能較高的樹種是決定城市園林植物生態(tài)功能能否高效發(fā)揮的關鍵[4]，陳自新等[19]、魯敏等[20]、史紅文等[21]分別對北京、沈陽和武漢的城市綠化植物生態(tài)功能進行定量評價，建立了綠化樹種生態(tài)功能與生態(tài)適應性評價應用的綜合指標體系。該研究中不同植物種的生態(tài)功能不同，常綠喬木中在固碳量、吸熱量和滯塵量方面表現(xiàn)最好的是檜柏和側柏，杜松對空氣中硫和氟的吸收凈化能力最強。落葉喬木中固碳量和吸熱量最強的是白蠟，滯塵量最強的是垂柳；垂柳和旱柳對空氣中硫的吸收凈化能力最強，白蠟、河北楊、衛(wèi)矛、皂角、刺槐和新疆楊對空氣中氟的吸收凈化能力最強。灌木中在固碳量、滯塵量和吸收空氣中氟的能力最好的是紫穗槐，吸熱量最好的是連翹，吸收空氣中硫的能力最好的是紫穗槐、榆葉梅和沙棗。從關聯(lián)度來看，常綠喬木中關聯(lián)度較高的是杜松、云杉、檜柏、側柏，落葉喬木中關聯(lián)度較高的是白蠟、衛(wèi)矛、垂柳、河北楊、皂角、家榆、旱柳等；灌木中關聯(lián)度較高的是紫穗槐、丁香、榆葉梅和連翹，說明這些植物的綜合性狀較為優(yōu)良。這些植物多數(shù)是包頭市的鄉(xiāng)土植物，被廣泛栽植，應充分利用這些樹種最優(yōu)的生態(tài)功能，依據(jù)綠化的實際需要和綠地環(huán)境狀況的要求，進行園林植物的選擇和配置。

綠量是定量化研究城市綠地生態(tài)效益的重要指標，它更加準確地反映了植物的冠層結構，并且大大增強了城市綠地建設的科學性和可靠性，為合理配置園林植物、改善綠量結構以及城市綠地規(guī)劃提供了重要依據(jù)[22]。該研究中5種不同類型綠地的綠量（葉面積）與其生態(tài)功能大小基本一致（喬草型除外），與灰色關聯(lián)度分析結果也一致，說明不同城市綠地生態(tài)效應的差異主要在于綠量的差異。由此可見，提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量不僅是擴大綠地面積，而且要提高綠量。陳芳等[16]研究認為通過喬木、灌木、草合理搭配的三層立體綠化模式在有限的土地面積上營造出更大的綠化率，并在保證物種多樣性及適地適樹的基礎上，盡量選擇葉面積指數(shù)較高的樹種，完善層次結構，以提高單位空間上的綠量水平，從而最大程度地發(fā)揮城市綠地的生態(tài)效益。

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