包头市园林绿化植物生态功能定量分析

2018-05-14周建华谭春华王立清

安徽农业科学 2018年20期

周建华谭春华王立清

摘要 [目的]明确不同园林植物的生态功能，为景观合理配置提供科学依据。[方法]对内蒙古包头市32种园林绿化植物的固碳、吸热、滞尘以及叶片氮、硫含量共5个生态功能指标进行测定，并应用灰色关联度分析法进行综合量化评价。[结果]不同生活型植物的生态功能差异明显，总体关联度从大到小为乔木、灌木，落叶植物、常绿植物；常绿乔木、落叶乔木和灌木中关联度最大的分别是杜松、白蜡和紫穗槐，樟子松、龙爪槐和桑树、珍珠梅和沙枣最小；不同类型绿地的生态功能关联度从大到小为乔灌草型、乔灌型、乔草型、灌草型、草坪型。[结论]应充分利用这些植物最优的生态功能进行乔、灌、草合理搭配，营造出更大的绿化率，最大程度地发挥城市绿地的生态效益。

关键词园林植物；绿化；生态功能；定量评价；灰色关联度分析

中图分类号 S732 文献标识码 A 文章编号 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

城市是人类聚居的主要载体，由于城市化的快速发展，城市环境与自然环境的差异越来越大[1]，并产生了城市所特有的环境问题，如热岛效应、干岛效应、温室效应、噪音污染等[2]。植物具有重要的生态功能，主要表现在调节碳氧平衡、蒸腾吸热、减污效应、滞尘效应、减噪效应、监测环境、丰富生物多样性等方面[3]，因此，大量植物被应用于城市建设，在改善城市生态环境，促进城市健康协调发展，满足人们向往自然的生理和心理需要中发挥着不可替代的作用[4-5]。目前我國针对城市绿化植物的相关研究日益增多，但是对城市园林绿化植物生态功能的评价还处在定性与半定量阶段，如何准确分析、客观评价城市园林绿化植物的生态功能，对准确衡量城市质量、合理制定城市发展规划、有效实施以人为本的城市建设、科学管理城市活动有着重要意义[6]。通常采用回归、相关、通径及主成分分析等方法分析园林绿化植物的生态功能，但上述方法在实际应用中存在一定限制性，例如需要样本量大，数据需符合概率分布等[7]，而灰色关联度分析是对多个性状进行定量的综合评价方法，具有对原始样本量要求不高、方法简单、计算量小、分析结果客观准确等优点[8]，在农作物的性状评价上得到广泛应用，在绿化植物中应用较少[9-11]。笔者以内蒙古包头市广泛栽植的32种园林绿化植物为研究对象，采用灰色关联度评价的方法对这些植物在固碳、蒸腾吸热、滞尘、吸硫和吸氟等方面的生态功能进行定量研究，探讨不同植物在城市生态功能效益方面的差异，揭示它们在环境改良中的作用，为合理配置园林植物、提高城市生态环境质量提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试园林植物种类该研究共选择在内蒙古包头市园林绿化中应用较多且生长良好的32种园林植物，其中乔木20种，灌木12种，常绿针叶6种，落叶阔叶26种。

1.2 生态功能指标的选择及测定方法

选择植物固碳量、吸热量、叶片滞尘量、叶片硫和氟含量共5 种生态指标，采用Li-6400便携式光合测定系统分别测定每种植物朝向道路一侧的20个叶片的净光合速率和蒸腾速率，然后计算出植物的日固碳量和蒸腾吸热量[12]；采集每种植物朝向道路一侧的20个叶片，先称取附着粉尘的叶重，然后用棉布擦去灰尘，再称取除去粉尘后的叶重并测定叶片样本面积，最后计算叶片单位面积滞尘量和整株滞尘量[13]；采集每种植物朝向道路一侧的20个叶片，测定叶片硫含量和氟含量，叶片硫含量的测定采用标准比色法[14]，叶片氟含量的测定采用微量扩散法[15]；城市绿地绿量（叶面积）的计算采用陈芳等[16]的方法。

1.3 灰色关联度评价方法

将32种供试植物及其生态指标看作一个灰色系统，并将供试植物5个生态指标的最大测定值作为参考数列，将植物生态指标实际测定值构成数列作为比较数列，然后计算比较数列与参考数列之间的灰色关联系数，最后确定每种植物的灰色关联度，具体参照郑鹏等[12]的研究方法。

2 结果与分析

2.1 32种园林植物5个生态指标测定值

从表1可以看出，不同生活型植物的固碳量、吸热量、滞尘量、叶片硫和氟含量这5个生态指标的测定值明显不同，固碳量和吸热量大小依次为灌木、乔木，滞尘量、叶片硫含量和氟含量大小依次为乔木、灌木；固碳量、吸热量、叶片硫和氟含量大小依次为落叶植物、常绿植物，而滞尘量大小依次为常绿植物、落叶植物。

从表2可以看出，不同植物的5个生态指标的测定值明显不同，常绿乔木中固碳量和吸热量最大的是桧柏和侧柏，樟子松最小，滞尘量最大的是桧柏、侧柏、云杉和杜松，油松最小，叶片硫含量和氟含量最大的是杜松，侧柏最小；落叶乔木中固碳量和吸热量最大的是白蜡，旱柳最小，滞尘量最大的是垂柳，白蜡最小，叶片硫含量最大的是垂柳和旱柳，暴马丁香最小，叶片氟含量最大的是白蜡、河北杨、卫矛、皂角、刺槐和新疆杨，山桃稠李和龙爪槐最小；灌木中固碳量、滞尘量和叶片氟含量最大的是紫穗槐，吸热量最大的是连翘，叶片硫含量最大的是紫穗槐、榆叶梅和沙枣，沙枣的固碳量和吸热量最小，除紫穗槐外其他树种的滞尘量相同，均最小，忍冬珍珠梅和玫瑰叶片硫含量最小，连翘和黄刺玫叶片氟含量最小。

2.2 32种园林植物5个生态指标的关联度分析

从表3可以看出，不同生活型植物的总体关联度大小依次为乔木、灌木，落叶植物、常绿植物。固碳量、吸热量、滞尘量、叶片硫和氟含量这5个生态指标的关联度明显不同，固碳量和吸热量大小依次为灌木、乔木，滞尘量、叶片硫含量和氟含量大小依次为乔木、灌木；固碳量、吸热量、叶片硫和氟含量大小依次为落叶植物、常绿植物，而滞尘量大小依次为常绿植物、落叶植物。

从表4可以看出，常绿乔木、落叶乔木和灌木树种单指标关联系数的变化规律与5个生态指标测定值的变化规律基本一致。常绿乔木中关联度大小依次为杜松、云杉、桧柏、侧柏，樟子松最小；落叶乔木中关联度大小依次为白蜡、卫矛、垂柳、河北杨、皂角、家榆、旱柳、暴马丁香、国槐，龙爪槐和桑树最小；灌木中关联度大小依次为紫穗槐、丁香、榆叶梅、连翘，珍珠梅和沙枣最小。

2.3 不同类型绿地的生态功能分析

从表5可以看出，5种不同类型绿地的绿量（叶面积）从大到小依次为乔灌草型、乔草型、乔灌型、灌草型、草坪型。5种不同类型绿地的生态功能间差异明显，其中固碳、吸热和滞尘效果从大到小依次为乔灌草型、乔灌型、乔草型、灌草型、草坪型。虽然乔草型的绿量大于乔灌型，但是生态功能上乔灌型更优。

2.4 不同类型绿地的生态功能的灰色关联度分析

从表6可以看出，5种不同类型绿地的生态功能灰色关联度间差异明显，固碳、吸热和滞尘效果的灰色关联度从大到小依次为乔灌草型、乔灌型、乔草型、灌草型、草坪型。

3 结论与讨论

城市园林植物具有重要的生态功能，对其定量评估有助于促进城市绿地系统规划，优化植物群落结构，改善城市环境质量，促进城市生态建设[3-4]。关联度是反映各种影响因素之间密切程度的指标，关联度越大说明因素间变化的势态越接近，相互关系越密切，综合性状越优良[17]。该研究发现，不同生活型植物的生态功能不同，灌木的固碳量和吸热量高于乔木，可能是因为单位面积上灌木的叶面积指数大于乔木树种，这与史红文等[18]的研究结果一致，而滞尘量、叶片硫含量和氟含量则是乔木高于灌木，主要是因为乔木树种叶片和枝条上的气孔比灌木多[4]；落叶植物的固碳量、吸热量、叶片硫和氟含量高于常绿植物，而滞尘量是常绿植物高于落叶植物，可能是因为常绿植物主要是针叶树种，针叶上有层蜡质并能分泌油脂，因而影响了其气孔的吸收功能，但是由于油脂的存在能够起到很好的吸附灰尘的效果[4]。从关联度来看，乔木关联度均值为0.53，灌木关联度均值为0.51，表明乔木的生态功能高于灌木，主要原因在于乔木具有更大的冠幅和叶面积指数，因此在生态功能上具有显著的优势[18]；常绿植物的关联度均值为0.49，低于落叶植物的均值0.54，表明落叶植物的生态功能整体上高于常绿植物。根据上述研究结果，包头市在进行园林植物规划时应常绿落叶树种并重，通过灌木合理密植及与乔木的科学配置来增加冠幅和叶面积指数从而实现生态功能和景观效果的统一和最大化。

选择生態功能较高的树种是决定城市园林植物生态功能能否高效发挥的关键[4]，陈自新等[19]、鲁敏等[20]、史红文等[21]分别对北京、沈阳和武汉的城市绿化植物生态功能进行定量评价，建立了绿化树种生态功能与生态适应性评价应用的综合指标体系。该研究中不同植物种的生态功能不同，常绿乔木中在固碳量、吸热量和滞尘量方面表现最好的是桧柏和侧柏，杜松对空气中硫和氟的吸收净化能力最强。落叶乔木中固碳量和吸热量最强的是白蜡，滞尘量最强的是垂柳；垂柳和旱柳对空气中硫的吸收净化能力最强，白蜡、河北杨、卫矛、皂角、刺槐和新疆杨对空气中氟的吸收净化能力最强。灌木中在固碳量、滞尘量和吸收空气中氟的能力最好的是紫穗槐，吸热量最好的是连翘，吸收空气中硫的能力最好的是紫穗槐、榆叶梅和沙枣。从关联度来看，常绿乔木中关联度较高的是杜松、云杉、桧柏、侧柏，落叶乔木中关联度较高的是白蜡、卫矛、垂柳、河北杨、皂角、家榆、旱柳等；灌木中关联度较高的是紫穗槐、丁香、榆叶梅和连翘，说明这些植物的综合性状较为优良。这些植物多数是包头市的乡土植物，被广泛栽植，应充分利用这些树种最优的生态功能，依据绿化的实际需要和绿地环境状况的要求，进行园林植物的选择和配置。

绿量是定量化研究城市绿地生态效益的重要指标，它更加准确地反映了植物的冠层结构，并且大大增强了城市绿地建设的科学性和可靠性，为合理配置园林植物、改善绿量结构以及城市绿地规划提供了重要依据[22]。该研究中5种不同类型绿地的绿量（叶面积）与其生态功能大小基本一致（乔草型除外），与灰色关联度分析结果也一致，说明不同城市绿地生态效应的差异主要在于绿量的差异。由此可见，提高生态环境质量不仅是扩大绿地面积，而且要提高绿量。陈芳等[16]研究认为通过乔木、灌木、草合理搭配的三层立体绿化模式在有限的土地面积上营造出更大的绿化率，并在保证物种多样性及适地适树的基础上，尽量选择叶面积指数较高的树种，完善层次结构，以提高单位空间上的绿量水平，从而最大程度地发挥城市绿地的生态效益。

参考文献

[1] 于晓森，李冠衡.浅谈城市园林绿化的生态功能和社会功能[J].国家林业局管理干部学院学报， 2007（4）： 44-45.

[2] AVISSAR R.Potential effects of vegetation on the urban thermal environment [J].Atmospheric environment， 1996， 30（3）： 437-448.

[3] 张建波，黄严.园林植物生态功能及其在义乌市城市绿化中的应用[J].农业科技与信息（现代园林）， 2009（2）： 21-24.

[4] 王蕾，王志，刘连友，等.城市园林植物生态功能及其评价与优化研究进展[J].环境污染与防治， 2006， 28（1）： 51-54.

[5] 刘宏彬.环城绿带（南汇段）人工植物群落现状分析与评价研究[D].上海：上海交通大学， 2012.

[6] 王祥荣.生态园林与城市环境保护[J].中国园林， 1998， 14（2）： 14-16.

[7] 韩路，贾志宽，韩清芳，等.苜蓿种质资源特性的灰色关联度分析与评价[J].西北农林科技大学学报（自然科学版）， 2003， 31（3）： 59-64.

[8] 王艳芳，李戈，唐玲，等.基于灰色关联度分析和DTOPSIS法的肾茶种质资源综合评价[J].中国农学通报， 2017， 33（10）： 92-99.

[9] 田和彬，汪军妹，华为，等.大麦主要农艺和品质性状的相关性及灰色关联度分析[J].浙江农业学报， 2011， 23（3）： 433-438.

[10] 冯春成，陈学中，秦志英，等.对29种强筋小麦品种品质性状的分析与评价[J].河南科技学院学报， 2015， 43（3）： 6-11.

[11] 刘翔宇，刘祖昕，加帕尔·尼亚孜，等.基于主成分与灰色关联度分析的甜高粱品种综合评价[J].新疆农业科学， 2016， 53（1）： 99-107.