青岛市9种典型阔叶树枝叶持水力比较研究

宋泽君　孙明琦　李甜雨　张振　李海防　张珊

摘 要

选取青岛市9种典型阔叶树，包括洋白蜡（Fraxinus pennsylvanica）、悬铃木（Platanus orientalis）、国槐（Sophora japonica）、元宝枫（Acer truncatum）、玉兰（Magnolia denudata）、女贞（Ligustrum lucidum）、青桐（Firmiana simplex）、广玉兰（Magnolia grandiflora）和樱花（Prunus serrulata），采用浸泡称重法对各树种的叶面积、枝叶的持水量进行比较分析。结果表明：（1）9个树种的1-5mm径级枝条的持水力都大于10-20mm径级枝条和5-10mm径级枝条;（2）9个树种的叶片持水力都高于枝的持水力;（3）女贞（0.117g/g、0.23g/g）、国槐（0.088g/g、0.23g/g）、洋白蜡（0.088g/g、0.28g/g）以及樱花（0.122g/g、0.26g/g），的枝、叶单位重量持水力聚类相似度高。本研究对对提高城市森林植被蓄水力，推进建设海绵城市具有重要意义。

关键词

青岛市;阔叶树;枝叶持水力

中图分类号： TP391                       文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.05.057

林冠是森林与外界环境相互作用最直接和最活跃的界面层，通过遮荫、截留降水和蒸腾蒸发等作用参与森林生态系统水分循环[1]。树冠持水能力是影响冠层截留的重要因素之一[2]。林冠层不仅能够影响降水的重新分配，还可以对降雨产生滞留作用以减缓降雨的速度，以此减少降雨对地面的冲刷，起到保持水土的作用[3-5]。目前，国内外已经对天然林垂直结构对降雨的再分配进行了大量的研究，但大多集中在研究林冠层穿透雨量，对枝叶持水力的研究则相对较少[7]。为此，本研究对青岛市9种典型阔叶乔木林冠层叶片和同径级的枝条持水量进行研究，对提高城市森林植被蓄水力，推进建设海绵城市具有重要意义。

1 研究地点与研究方法

1.1 研究地点概况

研究地点位于青岛市城阳区，位于东经120°07′-120°34′、北纬36°11′-36°24′，海拔800～1100m之间。屬北温带季风大陆性气候，四季变化明显，受海洋的调节作用，表现为春季寒冷、夏季凉爽、秋季温暖、冬季温和，昼夜温差小[9]，无霜期长和湿度大等海洋性气候特点。年平均温度在11℃-12℃之间，极端最高气温37.4℃，极端最低气温出现在1月下旬-2月初，极端低气温-16.4℃。年平均降水量700毫米左右。

1.2 研究方法

1.2.1 样树选取

在城阳区选取9个树种，包括国槐（S.japonica）、樱花（P. serrulata）、玉兰（M.denudata）、广玉兰（M.grandiflora）、元宝枫（A.truncatum）、悬铃木（P.orientalis）、青桐（F.simplex）、白蜡（F.pennsylvanica）、女贞（L.lucidum）等为研究对象，每一个树种选取一棵长势适中的树作为样树，9棵树的本底值如表1。选择9个树种植物的叶片和以及同一植物不同径级的枝条进行分析，测定并分析单叶叶面积、枝粗度及单位重量持水量。

1.2.2 枝叶持水力的测定

用叶面积仪对9棵样树采集回来的叶片进行单叶面积的扫描测定并记录数据，在每种树分上中下层分别摘取典型叶片20片，用天平称取20片叶的鲜重[10]，然后用小绳捆好称重，放在水中浸泡3min， 再将其取出挂好，到不滴水时称其重量，用公式计算出单叶持水量[11]。在测定枝的持水量时，先选取生长态势较好的树的整个一级分支，从一级分支中选取三类枝：1-5mm径级枝条、5-10mm径级枝条、10-20mm径级枝条，用天平称取同一棵树的不同径级枝的重量，并量取枝的粗度，然后对枝的两端进行封口处理，待封口处玻璃胶风干好后，大概需要3小时，然后用浸泡法，将枝放入事先准备好的容器中浸泡15-20分钟，捞出悬挂控水30s，称重计量，计算单位重量枝的持水量。

单位重量叶片持水量（g/g）=（M3-M1）/M1

单位重量枝条持水量（g/g）=（M3-M2）/M1

式中：M1为叶片或枝条重量平均值;M2为枝条处理后的平均值;M3为叶片或枝条浸水后重量平均值。

1.2.3 数理统计方法

用Excel办公软件进行数据的整理与作图，用SPSS数据处理软件对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 9个树种持水力分析

通过测定9个树种的叶面积指数、单叶重量、枝平均重量以及持水力，结果如表2所示，从表中可以看出，单叶持水力最大的是悬铃木为0.4g/g，其次是元宝枫0.29g/g，洋白蜡0.28g/g，樱花0.26g/g，青桐0.24g/g，最小的为广玉兰仅0.11g/g。广玉兰的单叶重量的持水量最小，是因为广玉兰叶片光滑革质，水分无法像在悬铃木上一样长期滞留。悬铃木因为叶片正反面均披有大量的长绒毛，能够承载的雨量也会相对增大，对降雨有一定滞留作用，使悬铃木叶片单位重量持水力最大，但悬铃木枝单位重量持水量却小于元宝枫，这主要原因是悬铃木树皮相对光滑，但元宝枫树皮粗糙且有较多裂纹，树皮较悬铃木粗糙。单位重量枝的持水量最大的是元宝枫约为0.201g/g，其次是悬铃木约为0.123g/g，樱花约为0.122g/g，而单位重量枝的持水量最小的是青桐约为0.05g/g，因为青桐树皮青绿色平滑，水分不能有效停留，即树皮滞水能力较弱，青桐不像元宝枫树皮粗糙干裂，水分在树皮处停留，有效减缓雨水径流速度，对水分的滞留效果更好。从表2中还可以看出，叶片的截流量值明显高于枝。

基于欧式距离计算方法，对9个树种进行聚类分析，以树种的枝的单位重量持水量和叶单位重量持水量为变量，用SPSS数据系统分析软件对它们进行系统聚类分析，得出9个树种的聚类树状图（图1）。由图1可见，可以将青岛市9个典型树种分成四个组。国槐、女贞、樱花、洋白蜡、青桐划分为第一组，单位重量叶片和枝的持水量之和基本一致，尤其是国槐、女贞、樱花持水量更为接近，国槐、女贞、樱花、洋白蜡单位重量叶片的持水量也相差不大，叶片的大小较小，叶片特征差别不大，枝也没有明显差别，持水力较小，但青铜的叶因具有短绒毛，持水量相对较大，但因为青桐枝光滑，持水量远远小于国槐、女贞、樱花、洋白蜡。玉兰、广玉兰划分为第二组，叶片相较于第一组大，但广玉兰叶片革质持水能力较弱，枝干较为粗糙，持水力一般。元宝枫为第三组，枝的粗糙，纵裂小细纹较多，持水力相对较大。悬铃木虽树皮相对光滑，持水力不如元宝枫等，但叶片双面披有长柔毛，能够有效减缓雨水径流速度，它为第四组也是持水力最大的一组。聚类分析反映了9种树木叶特征、枝干特征及持水力的相互关系。可见，叶片表面有绒毛，树皮粗糙的树种林冠层持水量会相对较大。

2.2 枝持水力聚类分析

由图2可以看出樱花、悬铃木、元宝枫、女贞的1-5mm径级枝条单位重量的持水量较高，而对于5-10mm径级枝条来说，元宝枫、女贞、广玉兰的单位重量持水量较高，对于10-20mm径级枝条来说，元宝枫、广玉兰的单位重量持水量较高。从表中还可以看出：一是各种树木的1-5mm径级枝条的单位重量持水量明显高于5-10mm径级枝条，5-10mm径级枝条又高于10-20mm径级枝条的单位重量持水量，由此表明径级小的枝单位重量持水量明显高于径级较大的枝，说明径级较大的枝随着年龄的增长，滞水能力也会远远小于径级小的枝;二是青桐枝的持水量明显要小于其他树种枝的持水量，原因是因为青铜树皮青绿色光滑，对水分的滞留效果较差，而元宝枫由于枝粗糙，裂纹较多，使得元宝枫的1-5mm径级枝条、5-10mm径级枝條、10-20mm径级枝条的持水量均明显高于其他树种。

3 结论

通过对9个树种的叶面积、枝叶的持水量进行比较分析，得出以下结论：（1）9个树种的1-5mm径级枝条的持水力都大于10-20mm径级枝条和5-10mm径级枝条;（2）9个树种的叶片持水力都高于枝的持水力;（3）女贞（0.117g/g、0.23g/g）、国槐（0.088g/g、0.23g/g）、洋白蜡（0.088g/g、0.28g/g）以及樱花（0.122g/g、0.26g/g），的枝、叶单位重量持水力聚类相似度高。

参考文献

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[10]李凤霞，柳苗，李海防.青岛市典型树种叶片空间分布及其持水力比较研究.科技视界，2019（5）：18-21.

[11]肖水清，廖龙泉，张华等.15种优良阔叶树种生态学特性研究—叶面积指数、叶片生物量及持水量的研究.江西林业科技，2000（5）：1-3+9.