青岛市典型树种叶片持水力特征及聚类分析

李敏 盖甜甜 宋泽君 李海防

摘要    林冠截留降水是森林植被对大气降水的第一道阻截，是森林水文循环过程的重要环节。本研究选取青岛农业大学鼎盛花园内10种典型树种，包括洋白蜡（Fraxinus pennsylvanica）、悬铃木（Platanus orientalis）、国槐（Sophora japonica）、元宝枫（Acer truncatum）、毛白杨（Populus tomentosa）、玉兰（Magnolia denudata）、女贞（Ligustrum lucidum）、青桐（Firmiana simplex）、广玉兰（Magnolia grandiflora）和樱花（Prunus subhirtella），采用叶面积测定、清水浸泡等方法，测定叶面积特征和持水力特征。结果表明，单叶面积较大的是青桐（352.42 cm2）且青桐叶面积指数最高（5.885），叶片持水量最大的是悬铃木（0.40 g/g）;树冠持水量与单叶面积显著相关（P<0.05），与叶面积指数、单叶重、1 m2地面投影对应叶片重等极显著相关（P<0.01），而与叶片持水量相关性弱（P>0.05）;要提高城市森林的海绵体功能，应优先选择单叶面积大且树冠层次丰富的树种。

关键词    典型树种;叶片持水力;聚类分析;山东青岛

中图分类号    S718.43        文献标识码    A        文章编号   1007-5739（2019）11-0129-02

林冠截留降水是森林植被对大气降水的第一道阻截，是森林水文循环过程的重要环节[1-2]。林冠截留特征和机理一直是生态水文研究的前沿和热点[3-4]。在林冠层，森林植被由于植物种类的不同，其叶片特征（如革质化程度、单位面积叶片绒毛数量等）也存在差异，进而对雨水的截留产生重要影响。雨滴落到叶片后，雨滴自身具有一定的粘滞力和表面张力，在浸润枝叶表面时会形成一层水膜，降低林内穿透雨量。同时，当降雨量达到某一值时且叶片表面被水膜覆盖后，随着降雨量的增加，水滴沿叶缘滴落，林冠起不到截留作用时即达到林冠饱和截留量[5-6]。此外，林冠结构不同，枝叶的排列方式和重叠方式不同，林冠截留量也会受到不同程度的影响[7-8]。

在城市森林构建中，选择截留雨水能力强的植物，可提高对大气降水的第一道阻截率，更好地发挥城市绿地的海绵作用。因此，研究典型植物的叶片特征及截留雨水能力，对建设海绵城市具有重要意义。目前，关于林冠层对降水截留方面的研究主要围绕林冠截留率、林冠截留定量模型模拟以及林冠截留量的影响因子等方面[1]，对典型植物的叶片特征和滞水特征的研究还相对较少。为此，本研究选取青岛市区10种典型绿地植物，采用叶面积测定、清水浸泡等方法，测定不同植物叶片的最大截留量，探讨影响植物叶片最大截留量的可能原因，以期為海绵城市建设树种选择提供科学依据[9]。

1    材料与方法

1.1    研究区概况

研究地点位于青岛市城阳区，东经120°12′、北纬36°20′，海拔为800～1 100 m。地处北温带季风区域，属温带季风气候。市区由于海洋环境的直接调节，具有显著的海洋性气候特点。空气湿润，雨量充沛，温度适中，四季分明[10]。极端最高气温37.4 ℃，极端最低气温-16.4 ℃;全年8月最热，平均气温25.1 ℃;1月最冷，平均气温-1.2 ℃，年平均降水量在 700 mm左右。2016年，青岛市被列为第二批国家海绵城市试点。结合本地实际，探索适合青岛市种植的绿地植物，对提高城市森林植被蓄水力、打造具有青岛特色的海绵城市具有重要意义。

1.2    研究方法

1.2.1    样树选择。本研究选取城阳区青岛农业大学鼎盛花园内栽植较多的10种阔叶树种，即洋白蜡（Fraxinus pennsylv-anica）、悬铃木（Platanus orientalis）、国槐（Sophora japonica）、元宝枫（Acer truncatum）、毛白杨（Populus tomentosa）、玉兰（Magnolia denudata）、女贞（Ligustrum lucidum）、青桐（Firmiana simplex）、广玉兰（Magnolia grandiflora）、樱花（Prunus subhi-rtella）为研究对象且每个树种选取1株长势适中的样树，然后测定每种树的单叶面积及叶片持水力。10种样树的本底特征如表1所示。

1.2.2    测定方法。

（1）单叶面积的测定。在7月树木生长定形期用叶面积测定仪对样树进行单叶面积的扫描测定并记录数据。扫描型叶面积仪主要由扫描器（扫描相机）、数据处理器、处理软件等组成，可以获得叶片的面积、长度、宽度、周长、叶片长度比和形状因子以及累积叶片面积等数据。

（2）单叶叶片生物量的测定。在测定单叶面积时，每个树种在树冠上、中、下层摘取典型叶片20片，然后用天平称取20片叶的鲜重，计算平均单叶重，记为单叶叶片生物量。

（3）持水力的测定。于7月晴天中午，每个树种平均取树冠上、中、下层各部位共1.0～1.5 kg鲜叶，分别用小绳捆好称其重量（m1），然后置于清水中浸泡3 min，再取出放在架子上晾挂，当叶片不自然往下滴水时称其重量（m2），m2-m1的值计为叶片的持水量[11]。

2    结果与分析

2.1    叶面积指数与叶片持水力