程曉波

園林植物的樹冠截留雨水效果研究

程曉波

四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 四川 德陽(yáng) 618000

園林植物是預(yù)防水土流失的重要措施之一，而樹冠截留雨水效果則是篩選園林植物的核心指標(biāo)。通過(guò)對(duì)成都市園林植物樹冠截留雨水效果的實(shí)驗(yàn)分析，得出以下結(jié)論：植物的枝葉疏密度越高，樹葉空隙就越小，有效降低穿透雨量，提高樹冠截留效果；將樹冠修剪成球狀，可以增大采光面積，促進(jìn)植物的整體增長(zhǎng)，提高枝葉疏密度；群植模式能夠促進(jìn)各植物之間的枝葉交叉，有利于枝葉疏密度的提升。降雨量和降雨強(qiáng)度影響到樹冠截留，園林種植應(yīng)盡量選擇枝葉疏密度高的植物，如羅漢松、黃葛樹等。

園林植物; 樹冠截留量; 枝葉疏密度

水土流失是我國(guó)當(dāng)前的主要自然災(zāi)害之一，最有效的防范手段就是通過(guò)植被截留雨水，防止過(guò)多的雨水進(jìn)入土壤[1]。樹冠是植物直接觸及雨水的部分，關(guān)于樹冠截留雨水的觀測(cè)研究起始于十九世紀(jì)末，英法兩國(guó)的一些植物學(xué)家對(duì)樹冠如何截留雨水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，獲取大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，包括樹冠截留量、雨水截留率等[2]。但是樹冠截留雨水的整個(gè)過(guò)程較為復(fù)雜，受到外界干擾及限制的因素很多，加大了研究難度，成為農(nóng)業(yè)科學(xué)領(lǐng)域需要攻克的一個(gè)難題。國(guó)內(nèi)關(guān)于這方面的研究起步較晚，直到上世紀(jì)九十年代初，我國(guó)部分學(xué)者才開始分析不同植物在不同氣候條件下的樹冠截留雨水效果，發(fā)現(xiàn)雨水截留率的變動(dòng)范圍較大[3,4]。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究主要集中在山地林木，包括馬尾松、油松等，而對(duì)于園林植物的樹冠截留雨水效果研究較少。本文以成都市園林植物為例，進(jìn)行樹冠截留雨水效果研究，篩選出攔截雨水較好的植物，為成都市園林建設(shè)的水土流失防范措施提供決策依據(jù)。

1 研究資料與方法

1.1 研究資料

成都市位于四川盆地西部，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年降雨量1000 mm左右，雨水集中在7、8兩個(gè)月，冬春兩季干旱少雨，極少冰雪。在本次實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)期間，一共產(chǎn)生降雨46次，有效降雨27次，其中大雨2次，中雨11次，小雨14次。在2018年4月1日至2018年8月31日期間，對(duì)成都市每一次降雨情況進(jìn)行記錄。降雨強(qiáng)度根據(jù)1 h降雨量劃分，小雨：1 h降雨量＜2.5 mm；中雨：1 h降雨量2.5~8.0 mm；大雨：1 h降雨量8~16 mm；暴雨：1 h降雨量＞16 mm。若降雨為間歇性，間隔1 h以上則可以分成兩次觀測(cè)。

在研究區(qū)中選擇羅漢松、紅豆杉等5種針葉類植物，銀杏、桂花等5種喬木類植物，金葉女貞、棕竹等5種灌木類植物，一共15種植物作為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)這些植物樹冠截留雨水效果的實(shí)驗(yàn)分析，篩選攔截雨水較好的植物。此次實(shí)驗(yàn)的圖表繪制與數(shù)據(jù)計(jì)算采用Excel軟件，相關(guān)性分析與回歸分析采用SPSS19.0軟件。

1.3 研究方法

1.3.1 樹冠外降雨量測(cè)定使用AWS310小型綜合自動(dòng)氣象站測(cè)定樹冠外降雨量，每間隔1 h對(duì)植物周邊的降雨量、溫度、濕度、風(fēng)速等氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)記錄，并將數(shù)據(jù)輸送到與氣象站連接的電腦中。其中樹冠外降雨量為一次降雨的累積值。

1.3.2 樹冠下穿透雨量測(cè)定按照所選植物的枝葉疏密情況，將若干個(gè)雨量筒（直徑100mm）均勻分布在樹冠下，對(duì)樹冠下穿透雨量進(jìn)行測(cè)定。雨量筒個(gè)數(shù)不超過(guò)6個(gè)，布置區(qū)域?yàn)榫嚯x樹干二分之一冠幅的同心環(huán)內(nèi)。

2 結(jié)果與分析

2.1 樹冠截留效果分析

通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)歷時(shí)五個(gè)月的觀測(cè)，記錄了研究對(duì)象周邊的降雨量、穿透雨量和樹干莖流量，根據(jù)樹冠截留量公式，計(jì)算出每種植物的樹冠截留量，如表1所示。

表 1成都市園林植物實(shí)驗(yàn)對(duì)象的樹冠截留量統(tǒng)計(jì)

Table 1 Statistics of crown interception amount of landscape plants in Chengdu

從該表的數(shù)據(jù)可以看出，在所有研究對(duì)象中，針葉類植物樹冠截留效果最高的是羅漢松；喬木類植物樹冠截留效果最高的是黃葛樹；灌木類植物樹冠截留效果最高的是蘇鐵。這三類植物可以對(duì)較多的雨水進(jìn)行截留，面對(duì)雨水沖擊有較高的抵擋能力，能有效防止地表的水土流失。針葉類植物樹冠截留效果最低的是銀杉；喬木類植物樹冠截留效果最低的是銀杏；灌木類植物樹冠截留效果最低的是棕竹。在針葉類植物方面，由于羅漢松的刺葉非常密集，而且不容易彎曲，雨滴很難穿透樹冠，所以樹冠截留效果很高。而水杉、銀杉的針葉分布較為稀疏，對(duì)雨水的承接能力有限，樹冠截留效果偏低。在喬木類植物方面，黃葛樹的樹葉寬而厚，可以對(duì)雨水沖擊力進(jìn)行有效抵擋，且樹葉邊緣微卷，有利于收集雨水，所以有較高的樹冠截留效果。法國(guó)梧桐的樹葉表面有細(xì)絨毛，能夠阻礙葉上的雨滴，使雨水不容易滑落，也具備一定的樹冠截留效果。在灌木類植物方面，棕竹雖然葉片直徑較大，但邊緣呈掌狀分裂，這些縫隙容易導(dǎo)致雨水流走，對(duì)樹冠截留效果造成較大的影響。

2.2 樹冠截留效果的影響因素分析

2.2.1 植物自身特征的影響在枝葉疏密度方面，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的研究結(jié)果，園林植物的樹冠截留效果與枝葉疏密度呈正比，當(dāng)植物的枝葉越密，樹冠截留效果就越好[6]。此次實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本與文獻(xiàn)報(bào)道一致，例如羅漢松的枝葉疏密度達(dá)到97%，雪松的枝葉疏密度92%，這兩類植物的樹冠截留量最高。而銀杏的枝葉疏密度只有46%，樹冠截留量在所有的實(shí)驗(yàn)植物中最低。

在樹冠修剪狀方面，本次實(shí)驗(yàn)將灌木類植物蘇鐵和金葉女貞分別修剪成球狀、矩狀，計(jì)算兩種不同形狀的樹冠截留量和樹冠截留率，發(fā)現(xiàn)球狀的樹冠截留效果更好，如表2所示。

表 2不同樹冠修剪狀的雨水截留效果對(duì)比

Table 2 Comparison of rainwater interception effect of different crown pruning shapes

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，在園林種植過(guò)程中將植物修剪成球狀，對(duì)雨水的截留效果比矩狀要高1.1倍左右[7]。當(dāng)灌木類植物修剪成矩狀時(shí)，會(huì)形成較大的受力面積，承受的雨水打擊力度也相應(yīng)增大，但陽(yáng)光很難照射到底部枝葉，影響植物生長(zhǎng)，導(dǎo)致枝葉疏密度降低。而灌木類植物修剪成球狀時(shí)，雖然承受雨水打擊的受力面積較小，但采光面積增大，提高了枝葉疏密度。在種植模式方面，本次實(shí)驗(yàn)對(duì)比了羅漢松單植模式和群植模式，發(fā)現(xiàn)群植模式的樹冠截留量要比單植模式高1.6倍。在群植模式下，多棵羅漢松臨近栽植，枝葉會(huì)呈現(xiàn)交叉重疊現(xiàn)象，有效提高了枝葉疏密度，增強(qiáng)了雨水截留能力。

2.2.2 氣象的影響在降雨量方面，根據(jù)樹冠截留量公式可知，降雨量的大小直接影響到樹冠截留量，兩者之間有著非常明顯的線性關(guān)系：=+。如圖1所示。從圖中可以看出，擬合優(yōu)度2超過(guò)了0.96，說(shuō)明回歸直線對(duì)觀測(cè)值的擬合程度較好，降雨量越大，樹冠截留量就越高。

在降雨強(qiáng)度方面，當(dāng)強(qiáng)度增大時(shí)，樹葉受到的雨滴沖擊力就會(huì)相應(yīng)增大，容易變成穿透雨，導(dǎo)致樹冠截留量降低。當(dāng)降雨強(qiáng)度減弱時(shí)，樹葉受到的雨滴沖擊力會(huì)相應(yīng)減少，雨水容易被樹葉阻隔，由此提高樹冠截留量。樹冠截留量、樹冠截留率與降雨強(qiáng)度之間的關(guān)系如圖2所示，從圖中可以看出，樹冠截留量、樹冠截留率都會(huì)因?yàn)榻涤陱?qiáng)度增大而降低。

圖 1 樹冠截留量和降雨量的關(guān)系

圖 2 樹冠截留量、樹冠截留率和降雨強(qiáng)度的關(guān)系

3 討論

大量實(shí)踐證明，樹冠截留雨水效果已成為園林植物篩選的核心指標(biāo)。澳大利亞植物學(xué)家Ben在研究堪培拉園林種植時(shí)，發(fā)現(xiàn)枝葉疏密度高的樹冠截留雨水更有效，并將此作為選擇園林植物的標(biāo)準(zhǔn)[8]。英國(guó)學(xué)者Jnanadevan對(duì)比氣象因素，發(fā)現(xiàn)日照、風(fēng)速、氣溫、降雨量等都會(huì)對(duì)椰樹的樹冠截留雨水效果造成一定影響，若植物的枝葉疏密度低，不僅難以截留雨水，陽(yáng)光還容易照射到底部的土壤，使土壤水分蒸發(fā)更快，需要更多的灌溉水進(jìn)行補(bǔ)充[9]。我國(guó)學(xué)者鄒志謹(jǐn)和陳步峰研究了廣州市帽峰山兩種主要林型的暴雨水文特征，發(fā)現(xiàn)常綠闊葉林植物樹冠對(duì)暴雨的平均截留率為14.5%，遠(yuǎn)高于杉木林植物樹冠對(duì)暴雨的截留率[10]。樹冠截留雨水效果的研究，具備了重要的水文生態(tài)意義。

4 結(jié)論

根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果，當(dāng)園林植物的枝葉越密集，樹葉之間存在的空隙就會(huì)越小，降低了穿透雨量，形成較好的樹冠截留效果。而將樹冠修剪成球狀，可以增大樹冠的采光面積，促進(jìn)植物的整體增長(zhǎng)，提高枝葉疏密度。園林植物的群植模式則會(huì)使枝葉交叉，有利于枝葉疏密度的提升。由于降雨量和降雨強(qiáng)度都會(huì)影響到樹冠截留，當(dāng)出現(xiàn)強(qiáng)降雨時(shí)，若園林植物的疏密度低，則會(huì)造成大量的穿透雨，導(dǎo)致水土嚴(yán)重流失。因此園林種植應(yīng)盡量選擇枝葉疏密度高的植物，如羅漢松、雪松、黃葛樹、蘇鐵等。

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Study on Rainwater Interception Effect of Garden Plant Crown in Chengdu

CHENG Xiao-bo

618000,

Landscape plants are one of the important measures to prevent soil erosion, and the effect of rainwater interception by canopy is the core index to screen landscape plants. Through the experimental analysis of rainwater interception effect of garden plant crown in Chengdu, the following conclusions are drawn: the higher the sparse density of plant branches and leaves, the smaller the leaf gap, effectively reducing the penetrating rainfall and improving the effect of tree crown interception; pruning the crown into spherical shape can increase the lighting area, promote the overall growth of plants, and improve the sparse density of branches and leaves; The intersection of branches and leaves is beneficial to the increase of sparse density of branches and leaves. Rainfall and rainfall intensity affect canopy interception. Garden planting should try to select plants with high density of branches and leaves, such asand

Landscape plants; crown interception; leaf sparseness

S715.2

A

1000-2324(2019)04-0542-04

2018-06-23

2018-07-14

德陽(yáng)市教育局一般基金項(xiàng)目:城市發(fā)展中的園林植物樹冠截留雨水效果實(shí)證研究(LX20186)

程曉波(1981-),男,碩士,講師,主要研究方向?yàn)閳@林景觀設(shè)計(jì),植物配置與造景. E-mail:jimmy23121@163.com