侧柏植株体积、叶面积的量测及其与株高、冠幅的关系

郑翠娟，王 勇，于金丹，戴立峰，白玲晓

（1.内蒙古师范大学 内蒙古节水农业工程研究中心，内蒙古 呼和浩特010022；2.乌兰察布市水土保持工作站，内蒙古 乌兰察布012000）

城市绿地是促进人居环境质量改善的最适载体，对人居环境作用显著。植物是城市绿地的主体［1－2］，同时园林植株具有营造城市景观风貌，改善城市生态环境的作用。从生态功能和低碳角度，应努力提高居住地的绿地率和绿视率［3］，绿化时充分运用植物覆盖所有可覆盖的土壤。树冠由叶、枝及部分树干组成，是树木占据空间位置的主体，许多学者［4－6］从不同角度对植株生物量、表观形状及其结构进行了研究，同时叶特性可以较好地指示植物生长状态，探究绿量与叶特性的关系，在绿化领域得到越来越广泛的应用［7］。如从宏观和微观评价城市绿化建设水平的各种指标体系，描述城市绿地植物生长、形态和结构的株高、冠幅、叶面积指数、质地、颜色等指标，并以这些指标为基础，借助评分、图像处理及相应数学方法描述绿地植物的景观质量［8］；以绿量（指绿地植物茎叶所占的空间体积）为指标，对绿地生态效益的定量计算和评价等［9］，如罗茂掸［10］提出了城市绿地节水灌溉的综合效益评价指标体系和评价方法，并建立了绿地植物美景度的统计回归模型。此外，增大绿化面积，增大土地覆盖率，直接影响到生态环境。叶面积作为评价生态环境的重要指标［11－12］，但对其研究报道较少。尤其将园林植物实体体积与株高、冠幅及其叶面积综合考虑的研究也不多［13］。侧柏作为我国北方城市常见的绿篱树种之一，耐旱性强，对北方城市绿化起到了很大作用。所以以侧柏为试材，通过整个生育期控水处理的盆栽试验，在研究体积、叶面积测定方法的同时，探求其与株高、冠幅及叶面积指数生物定量关系，研究成果对指导侧柏园林绿化具有现实意义。

1 研究方法

1.1 试验布置

试验在内蒙古自治区节水农业工程研究基地进行，基地位于呼和浩特市和林格尔县盛乐经济园区，距呼和浩特市南50km处，属典型的温带大陆性季风气候，全年降雨量393mm，年日照2 941.8h，年均气温5.6℃。2011年7—8月两个月的降水约占全年降水的50%。

试验所用土壤来自研究基地，为粉砂壤土，过筛（粒径2mm）后按肥土比1∶4掺入农家肥（理化性质指标详见表1），装入试验用塑料花盆。花盆上口直径30cm，底部直径19cm，盆高23cm。供试苗木取自内蒙古师范大学盛乐校区生态园温室大棚，苗龄2a。2010年4月23日移栽，每盆1株。设9个灌水处理（表2），每一处理设5个重复，共45盆，随机区组布置。为了减小苗木大小带来的误差，移栽时，尽量使每一区组内的苗木大小相近。苗木经4个月的生长后剪枝，株高为50cm。2011年5月23日用秤重法开始控制灌水，电子天型号为YP30000，精度为1g，9月22日停止。灌水量用量筒量取，精确度为0.5ml。降水量由雨量筒测得，有效降雨量为降雨前雨后盆栽重量的差值。蒸散量为灌水量（mm）与有效降雨量（mm）之和。2011年9月22日取样测定。

表1 试验土壤成分

表2 不同的水分处理方式

1.2 实体体积量测

利用阿基米德原理，自制了排水法测定植株体积的设备，其结构如图1所示。2011年9月22日，将每盆植株的叶片逐片摘下、并把树干从土面处剪断，进行测定。测定时，首先向圆筒内注入一定量的水，待水面稳定时读数，此时的水面高度H1。将树叶装在网袋内，放入圆筒内带圆孔盖板6的下方，使其完全浸没在水中。待水面稳定时，调整游标2的高度，使电测针3的针尖恰好与水面接触，此时的水面高度H2。H2减H1即为树叶排水高度H，用圆筒底面积乘以H即得叶体积V。枝体积测定与叶相同。

1.3 卷尺测量计算体积

卷尺测量株高、冠幅，再计算得出侧柏的圆柱体侧面积、圆柱体横截面积、两种树形体积。计算公式分别为：

圆柱体侧面积：S侧＝H·P

圆柱体横截面积：S横＝π（P／2）2

圆柱体体积：V柱＝π（P／2）2·H

长方体体积：V长＝H·P1·P2

图1 枝、叶实体体积量测设备示意图

1.4 总叶面积及叶面积指数

首先将1个区组的9盆树苗（9个水分处理各1个重复）移至室内，分别把树叶全部剪下（树苗不离花盆）编号放入塑料袋内，立即秤总鲜叶重。然后从每一处理的鲜叶中随机取7～10g（即扫描鲜叶重），称重后粘贴在计算纸上，用Samsung XCX－3201扫描仪扫描。之后，用同样的方法取样另一区组，共取5个区组（5个重复）。用AutoCAD软件量测工具测量每一粘贴叶的叶面积，用计算纸方格校核测量精度。各指标计算公式为：

式中：S1——总 叶 面 积 （cm2）；S2——扫 描 叶 面 积（cm2）；W1——总鲜叶重（g）；W2——扫描鲜叶重（g）。

得出侧柏的叶面积总和S1，由卷尺测量的冠幅可得出圆柱体横截面积S横，叶面积指数：

试验数据采用SPSS和Excel软件进行数据处理和分析。

2 结果与分析

2.1 实体体积随株高、冠幅的变化

由试验数据分析可得，实体体积与株高、冠幅的关系表现为随株高的增大，实体体积呈开口向下的抛物线规律变化，相关系数为0.155。随冠幅的增大，实体体积呈线性规律变化，相关系数为0.572，呈极显著正相关关系，即随着冠幅增长，树冠实体体积不断增加，由此看出，实体体积与冠幅的关系比株高密切。因此，在实际绿化中，一定范围内，可以促使冠幅不断增大，达到增大植株实体体积的目的。

2.2 实体体积与卷尺测量体积比较

由试验数据分析可得，实体体积与卷尺测量计算的体积关系表现为实体体积随长方体、圆柱体体积的增大，均呈线性变化，呈极显著正相关关系，相关系数分别为0.599和0.591。所以日常生产条件下为了测量和计算方便，可直接用卷尺测量树木的株高和冠幅，将其视为长方体或圆柱体，计算植株体积，然后通过线性回归，计算树冠实体体积，实现树冠实体体积的活体测量。

2.3 总叶面积随株高、冠幅的变化

由图2可得，总叶面积与株高、冠幅的关系均呈开口向下的抛物线规律变化，相关系数分别为：0.155和0.202。总叶面积呈开口向下的抛物线左半部规律变化，相关系数为0.450，呈极显著正相关关系。当冠幅为73cm时，总叶面积达最大值3 581cm2。表明总叶面积与冠幅的关系比株高密切。

图2 总叶面积随株高、冠幅的变化

2.4 总叶面积与圆柱体侧面积、横截面积的关系

由图3可以看出，总叶面积与卷尺测量计算的圆柱体侧面积、横截面积的关系表现为随圆柱体侧面积、横截面积的增大，总叶面积均呈开口向下的抛物线左半支规律变化，均为极显著正相关关系，相关系数分别为0.388和0.451，当侧面积为0.546m2时，总叶面积达最大值3 639cm2；当横截面积为0.329 m2时，总叶面积达最大值3 523cm2；在实际园林灌溉过程中，可以通过圆柱体侧面积、横截面积来回归计算植株的总叶面积。

图3 总叶面积与圆柱体侧面积、横截面积的关系

2.5 圆柱体侧面积与横截面积的关系

由图4分析可知，圆柱体侧面积与横截面积的关系表现为随横截面积的增大，侧面积呈开口向下的抛物线左半支规律变化，相关系数为0.905，极显著正相关。当横截面积为0.439m2时，侧面积达最大值0.436m2。横截面积越大，表明植株的冠幅越大，而侧面积代表的是株高与冠幅的乘积。从而在一定程度上与植株体积相联系，更好地解决实际绿化的质量问题。

图4 圆柱体侧面积随横截面积的变化

2.6 叶体积、枝体积、实体体积与总叶面积的关系

由图5可以看出，叶体积、枝体积、实体体积随总叶面积的关系表现为随总叶面积的增大，叶体积、枝体积、实体体积呈开口向下的抛物线规律变化，均呈极显著相关关系，相关系数分别为0.867，0.399和0.834。当总叶面积为0.974m2时，叶体积达最大值342cm3；当总叶面积为0.530m2时，枝体积达最大值189cm3；当总叶面积为0.669m2时，实体体积达最大值479cm3；表明叶体积较枝体积、实体体积随总叶面积的变化更敏感。

图5 叶体积、枝体积、实体体积与总叶面积的关系

2.7 叶面积指数随叶体积的变化

由图6分析可得，叶面积指数与叶体积的关系表现为随叶体积的增大，叶面积指数呈开口向下的抛物线规律变化，呈极显著正相关关系，相关系数为0.742。当叶体积为338cm3时，叶面积指数有最大值6.1。

图6 叶面积指数随叶体积的变化

3 结论

（1）实体体积、总叶面积与冠幅的关系比株高密切。所以增大树冠实体体积与总叶面积的方法，均促进冠幅不断增大。

（2）圆柱体侧面积随横截面积的增大为极显著正相关关系。随圆柱体侧面积、横截面积的增大，总叶面积均呈开口向下的抛物线规律变化，均呈极显著相关，相关系数分别为0.388和0.451。

（3）随长方体、圆柱体体积的增大，实体体积均呈极显著线性正相关变化；随圆柱体侧面积、横截面积的增大，总叶面积均呈开口向下的抛物线规律变化，均呈极显著相关。可以通过长方体、圆柱体体积来回归计算实体体积，通过圆柱体侧面积、横截面积来回归计算总叶面积。

（4）叶体积较枝体积、实体体积随总叶面积的变化更敏感。当总叶面积为0.974m2时，叶体积达最大值342cm3；当总叶面积为0.530m2时，枝体积达最大值189cm3；当总叶面积为0.669m2时，实体体积达最大值479cm3。

（5）随叶体积的增大，叶面积指数分别呈开口向下的抛物线规律变化，相关系数为0.742，呈极显著相关关系。

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