21種常用灌木降溫能力比較研究

摘 要：為了對沈陽市綠化樹種的合理配置提供科學依據，本文以沈陽典型城市森林類型為試驗區，利用LI-6400光合作用測定系統，采用自然條件下離體定位觀測和室內分析相結合的方法，在常用灌木樹種蒸騰生理特性分析的基礎上，首次對沈陽市主要灌木樹種的降溫生態環境效益進行了系統研究。結果表明，21種常用灌木單位葉面積的降溫效應表現為接骨木>薔薇>風箱果>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。

關鍵詞：灌木；生態效益；蒸騰作用；降溫

中圖分類號：S731.2 文獻標識碼：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

隨著城市化進程的加速和城市環境問題的加劇，人們越來越認識到城市綠地系統對城市生態環境可持續發展的重要作用[1-3]。在有限的空間和土地中，要提高城市綠地的生態效益，就必須注重增加綠地面積的數量和提高綠地的質量[4-7]。在城市特定的條件下，建立生態與景觀相協調的人工植物群落，使城市土地資源的利用達到生態、社會、經濟三大效益的最佳結合，是提高城市綠地質量的關鍵所在。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合理的、量化的理論指導，通過因地制宜地進行城市綠地系統的樹種配置，使城市生態效益與景觀效益和諧共生，進而充分發揮城市綠地系統的各種效益[8-10]。

1 材料和方法

1.1 試驗區自然概況

中國科學院沈陽樹木園位于遼寧省沈陽市內的東南部，地理位置為41°46′N，123°26′E，占地面積約5 hm2。屬于暖溫帶半濕潤季風型大陸性氣候，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%，無霜期為150 d，年均日照時數2 425.4 h，年蒸發量1 408 mm。

1.2 試驗材料

在前期充分調研的基礎上，通過咨詢相關專家，確定供試驗用樹種21種，其中常綠灌木1種，藤木1種，落葉灌木19種（表1）。

1.3 試驗方法

（1）確定標準木。根據沈陽市城市主要綠化樹種平均狀況，選擇試驗樣地中的標準木（與每種植物的平均樹高、胸徑、冠幅近似的植株）作為試驗材料。準確測量標準木的樹高、胸徑、冠幅、健康狀況等，并掛牌標記。

（2）標準木蒸騰速率測定。在中國科學院沈陽樹木園中隨機選擇標準植株3株，于2015年6月中旬至8月中旬晴好、無風的天氣情況下，采用LI-6400 便攜式光合測定系統（美國LI-COR 公司生產） 在每日6：00—18：00 每2 h 測量1次，設3 次重復。隨機選取樹木東南方向向陽枝條上的“功能葉”，即從頂端數第3～6片葉進行離體測定（每株取3～5 片葉） ，待系統穩定后，每片葉取3個瞬時蒸騰速率（E ） ，并對光強（PAR）等進行同步測定[11]。

（3）降溫能力計算方法。根據蒸騰速率值可計算出釋放水的量，從而可以計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間橫軸圍合的面積[12-13]。

以此為基礎，測定當日的蒸騰總量，設蒸騰總量為E，單位為mol·m-2·d-1，計算公式為：

式中：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，單位為mmol·m-2·S-1；ti為初測點的測試時間，ti+1為下一測點的時間，單位為h；j為測試次數；3 600指3 600 s；1 000指1摩爾。換算為測定日全天釋放水的質量為：W[H2O]=E×18 ，單位為g·m-2· d-1，式中18為水的摩爾質量，單位為g ·mol-1。

設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為蒸發耗熱系數（L=597-0.57×t，t為蒸發面的溫度），4.18為1Cal=4.18 J，570為0 ℃時的蒸發潛熱（Cal）。由此可計算出各樹種每平方米葉片在測定日吸收熱量的值。測定日均溫為33.74 ℃。

計算綠地的蒸騰降溫作用時，考慮到空氣的湍流、對流和輻射作用，空氣與葉面之間及空氣微氣團之間不斷地進行熱量擴散和交換，故取底面積為10 m2，厚度為100 m的空氣柱作為計算單元。100 m代表現代城市覆蓋層（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，因樹木蒸騰消耗熱量Q是取自于周圍1 000 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）數據統計分析。所有數據均使用Excel和SPSS軟件進行數據分析處理。

2 結果與分析

2.1 常用灌木樹種蒸騰速率日變化

蒸騰作用（Transpiration）是指水分以氣體狀態通過植物體的表面從體內擴散到大氣中的過程，是表征植物水分代謝的一個重要生理指標[13-20]。

如圖2所示，在這幾種灌木中，風箱果、東北山梅花、大花水亞木、水臘、黃刺玫、金銀忍冬、五葉地錦、雞樹條莢迷、忍冬、朝鮮黃楊的蒸騰作用曲線呈雙峰型，其他樹種均呈單峰型。接骨木蒸騰速率在10：27—14：07時較穩定，出現穩定的平臺，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，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出了雙峰曲線，峰值出現在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期間出現了穩定的平臺，午后14：32蒸騰速率也隨之達到最高值（6.49 mmol·m-2·s-1），紅瑞木蒸騰速率在9：40—11：05時一直較高，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，其蒸騰速率穩定的平臺出現在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左右達到第1個峰值7.17 mmol·m-2·s-1，之后蒸騰速率稍有下降并維持較穩定狀態。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。黃刺玫兩個峰值分別出現在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在10：01和14：16，第1個峰值較高為7.32 mmol·m-2·s-1，第2個峰值為5.60 mmol·m-2·s-1。五葉地錦和雞樹條莢迷的曲線較相似，二者均出現了兩個峰值和一個較平緩的低谷，但雞樹條莢迷出現的時間要晚一些，五葉地錦在8：00和14：00出現峰值，在10：00—12：00期間出現谷值，而雞樹條莢迷是在10：00和16：00出現峰值，在12：00—14：00期間出現谷值，從一天來看五葉地錦的蒸騰速率值要高一些。

2.2 常用灌木樹種降溫能力分析

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，可使周圍1 000 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，可使周圍1 000 m3的空氣降溫0.29 ℃。常用主要灌木樹種單位葉面積的降溫效應表現為：接骨木>朝鮮黃楊>風箱果>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>雞樹條莢迷>忍冬>榆葉梅>錦帶花>紅瑞木>珍珠繡線菊>紫丁香。

3 結 論

（1）常用灌木樹種蒸騰速率日變化。風箱果、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）常用灌木樹種單位葉面積的降溫能力表現為接骨木>朝鮮黃楊>風箱果>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）在城市綠化樹種選擇時，對于蒸騰速率較大的樹種（如接骨木、朝鮮黃楊、風箱果等）可優先選用，而對于蒸騰速率較小的樹種（如紫丁香、紅瑞木、珍珠繡線菊等）可作為點綴樹種少量栽植。

（4）本次試驗，由于時間、人員、試驗儀器等客觀條件的限制，所測灌木僅為沈陽常用灌木樹種的一部分，在以后的研究中要加大測量種類，為每一種灌木都建立一個數據庫。

參考文獻：

[1] 薛仁龍.城市園林綠化生態效益研究[D].杭州：浙江大學，2001.

[2] 樊平.北京地區屋頂綠化植物抗逆性研究[D].沈陽：沈陽農業大學，2004.

[3] 黃曉鸞.城市生存環境綠色量值群的研究[J].中國園林，1998，14（55）：61-63.

[4] 卓麗環.哈爾濱市紫丁香“綠量”的研究[D].哈爾濱：東北農業大學，2003.

[5] 陳自新.北京城市園林綠化生態效益研究[J].中國園林，1998，14（55）：98-100.

[6] 常金寶.干旱半干旱地區工礦城市森林建植技術與生態效益評估研究——以神東煤田及達電廠區綠化為例[D].北京：北京林業大學， 2004.

[7] 周春玲.北京市居住小區綠化的生態效益和美景度評價的研究[D].北京：北京林業大學，2003.

[8] 劉光立.垂直綠化及其生態效益研究[D].成都：四川農業大學，2002.

[9] 梅紅.大連市城市綠化評價指標體系探討[D].北京：北京林業大學，2003.

[10] 唐含宇.東北地區城市綠化觀葉樹種的選擇及應用[D]. 哈爾濱：東北農業大學，2003.

[11] 王穎.北京地區常見城市綠化樹種蒸騰好水特性的研究[D].北京：北京林業大學，2004.

[12] 李海梅.沈陽城市森林環境效益的勝利生態學基礎研究[D].沈陽：中國科學院沈陽應用生態研究所，2004.

[13] 賀珺妍.廣州市大型房地產住宅小區的生態綠化研究[D].廣州：華南農業大學，2003.

[14] 郭洪蕓.土壤水分脅迫對大蒜光合特性的影響[J].園藝學報，1999，26（3）：219-225.

[15] 李文卿.土壤水分脅迫對甘薯光合作用的影響及其耐旱性的關系[J].福建農業大學學報，1999，28（1）：263-267.

[16] 王玉芬，李娟，路戰遠，等.玉米高產品種光合特性及抗氧化系統對水分脅迫的響應[J].華北農學報，2015（6）：97-104.

[17] 宋倩，劉菲，盧家仕，等.水分脅迫對3種豆科藤本植物光合特性及生長量的影響[J].河南農業科學，2015（2）：101-105.

[18] 趙麗英，王偉，宋玉偉.土壤水分脅迫下油菜光合特性變化和膜傷害研究[J].河南農業科學，2010（8）：33-35.

[19] 韓希英，宋鳳斌，王波，等.土壤水分脅迫對玉米光合特性的影響[J].華北農學報，2006（5）：28-32.

[20] 李樹杏，郭慧，李敏，等.幼穗形成期水分脅迫后復水對水稻葉片光合特性及物質生產的影響[J].華北農學報，2013（5）：133-137.