武汉市公园绿地植物的冠层雨水截留能力研究

李苗 史红文 刘淑超

摘要：公园绿地作为城市建设的重要组成部分，在协调雨洪管理方面具有重要作用。研究植物冠层雨水截留能力的对提高公园绿地雨洪功能具有重要意义。本研究对武汉市公园绿地中常见的80种植物进行了冠层雨水截留能力的测定与分析。结果表明：同一种生活型的植物冠层雨水截留能力各有不同，具有强雨水截留能力的乔木有圆柏、枇杷、雪松、落羽杉，灌木有绣球荚蒾、匍枝亮叶忍冬、杜鹃、木芙蓉，草本植物有麦冬、薏苡、香蒲、金门莎草。不同生活型植物冠层截留能力均值也存在较大的差异，针叶乔木的冠层雨水截留能力均值最高，而落叶阔叶乔木冠层雨水截留能力均值最低。该研究可为进一步筛选雨水截留能力高、适应武汉本土环境气候环境的公园绿地植物提供科学依据。

关键词：城市公园绿地;园林植物;冠层截留;武汉市

中图分类号：S715.2文献标识码：A文章编号：1004-3020（2021）06-0001-06Canopy Rainfall Interception of Landscape Plant in Wuhan Park GreenbeltsLi MiaoShi HongwenLiu Shuchao

（Wuhan Institute of Landscape ArchitectureWuhan430081）

Abstract：As an important part of urban construction，park greenbelts play an important role in coordinating the management of rainfall and flood. In this study，the canopy rainfall interception of 80 common plants were measured and analyzed. The results showed that the canopy rainfall interception of the same life form plants is different. Canopy interception of some arbors，shrubs and herbs were higher than other plants，such as Sabina chinensis，Eriobotrya japonica，Cedrus deodara，Taxodium distichum，Viburnum macrocephalum，Lonicera ligustrina，Rhododendron simsii，Hibiscus mutabilis，Ophiopogon japonicas， Coix lacrymajobi，Typha orientalis，Cyperus rotundus. The mean of canopy rainfall interception of different life form plants also showed great differences. Coniferous trees had the highest mean of canopy rainfall interception，while deciduous broadleaf trees had the lowest one. The information may be useful in further screening of green plants in Wuhan Park which have higher canopy rainfall interception and adapt to the local climate environment.

Key words：urban park greenbelts; landscape plant; canopy interception; Wuhan city

公園绿地作为城市建设的重要组成部分，是结合雨洪设施实现雨水径流渗透、储蓄与利用的最佳场所之一，在协调雨洪管理方面具有重要作用[1]。公园绿地的植物群落在截留雨水、促进降雨下渗、减少地表径流、缓解城市内涝等城市水环境问题上发挥着很好的效益。其中，植物群落林冠截留是研究绿地中林分水分平衡和水资源管理分配的重要指标，更是海绵城市对降雨进行再分配的第一步[1]。

大量学者对林木、农业经济作物、草坪草的冠层截留量，冠层截留量与降雨量，降雨强度和环境影响因子等方面的关系做过较深入的研究与探讨[2]，但对于城市园林植物的冠层雨水截留能力分析研究却略显零散。高雁通过对雪松树冠截留降雨的资料分析，近似确定出了雪松截留容量与降雨量的关系[3];尹剑红对广州常见的11种园林地被植物冠层截留能力进行了研究，并结合地被植物的形态指标、叶片表面形态结构等进行了测定与分析[2];郭胜男对昆明17种常见的园林植物单层、复层结构的树冠截留降雨及影响因素进行了分析[4]。根据前人的研究结果可知，植物种类、形态指标、群落结构等因素对园林植物群落冠层雨水截留能力会有不同程度的影响，但针对不同地区园林绿地中不同层次植物冠层雨水截留能力的比较研究却鲜有报道。

武汉地处长江中下游平原，江汉平原东部，雨量充沛、日照充足、四季分明。植被属于中亚热带常绿阔叶林与落叶阔叶林混交到北亚热带落叶阔叶林与常绿阔叶混交林的过度地带，植物物种丰富。作为国家第一批海绵城市试点，武汉市出台了一系列导则，针对当地进行的海绵城市建设给出了相关的植物应用名录，但这些植物是否能达到最大的雨水截留能力还有待分析[5]。本研究对武汉市公园绿地植物群落中不同层次的植物进行冠层雨水截留能力测定与分析，划分不同生活型植物的冠层雨水截留能力等级，以期为筛选雨水截留能力高、适应武汉本土环境气候环境的公园绿地植物提供科学依据。

1研究材料及方法

1.1试验材料

对武汉市15个公园59个样点中的植物群落进行群落学调查，乔木样方大小20 m×20 m，灌木样方大小10 m×10 m，草本样方大小2 m×2 m。记录样方中植物的种类、株数、高度、冠幅、胸径、叶面积指数等形态学特征因子。选择80种出现频率大于10%的园林植物，作为植物叶片雨水截留试验的对象。其中，乔木33种，包括常绿阔叶乔木9种、落叶阔叶乔木17种、针叶乔木7种;灌木33种，包括常绿灌木21种、落叶灌木12种;草本植物14种。均为样方中临近水边、植草沟、雨水花园中的植物。

1.2研究方法

采用“浸泡法”[6]，于2017年3月1日～2019年7月20日对上述80个树种进行冠层雨水截留能力测定。

1.2.1室外植物叶面积指数测定及方法

植物叶面积指数用CI110植物冠层分析仪进行测定，选择阴天无风天气。其中，乔木叶面积指数测定方法：在贴近树干据地面1.2 m处，分别测定树冠东、西、南、北四个方位叶面积指数，求平均值计算出最终的叶面积指数。灌木、草本测定时，按照据地面0.2 m、据植物边缘进深0.7 m处，采用随机布点进行测定，每种植物采样点4处，求平均值计算出最终的叶面积指数。

1.2.2叶片单位面积蓄水量测定及方法

在测定室外植物叶面积指数的当天，取长势良好的植株，用枝剪剪下成熟枝条，放入自封袋内带回实验室，在4 ℃以下低温冷藏24 h。试验时，每个品种分别选取20个标准叶片，将叶片放在CI202型叶面积仪内，记录叶面积A。用沾水棉球拭去叶片污染物5 min后，使用精度为0.000 1电子天平快速称重，然后将叶片浸入水中5 min，用镊子轻轻取出至叶片不再滴水，再次称重，2次称重值的差值为植被叶片蓄水量。公式如下：

k=M2-M1/A;

其中，k為叶片单位面积蓄水量（g·m-2），M1为植株鲜重（g），M2为植株浸水后重（g），A为叶片面积（m2）。

1.2.3植被冠层雨水截留容量计算

根据蓄水量-叶面积指数关系换算成植物冠层雨水截留量，公式如下[7]：

SL =L×k;

S=100SL;

其中，SL为植物冠层面积截留量（g·m-2），L为植物叶面积指数（LAI），k为叶片单位叶面积蓄水量（g·m-2）。S为植物冠层面积截留容量（mm）。

1.2.4植物冠层截留等级划分方法

计算得出植物冠层雨水的截留容量后，进行排序，参照车生泉等对上海市社区绿地常用园林植物冠层雨水蓄积能力的园林植物排序[6]，将冠层雨水截留能力等级划分为强雨水截留能力、中雨水截留能力和弱雨水截留能力3个截留等级。

1.2.5统计分析

试验数据采用Excel软件进行数据计算及相关图表绘制。

2多种植物冠层雨水截留能力排序与分析

2.1乔木冠层雨水截留排序与分析

由表1可知：33种乔木的冠层雨水截留容量数值分布在0.2～7.9 mm之间。其中，雨水截留能力最强的常绿针叶植物为圆柏Sabina chinensis （7.90 mm），常绿阔叶植物为枇杷Eriobotrya japonica（5.60 mm），落叶阔叶类植物为法国梧桐Platanus orientalis（1.03 mm）;雨水截留能力较差的落叶针叶乔木为池杉Taxodium distichum var. imbricatum（0.90 mm），常绿阔叶乔木为杜英Elaeocarpus decipiens （0.32 mm），落叶阔叶乔木为红枫Acer palmatum ‘Atropurpureum’（0.20 mm）。通过不同类型乔木截留能力比较，常绿针叶乔木的冠层雨水截留容量（3.380 0 mm）>常绿阔叶乔木（1.273 3 mm）>落叶阔叶乔木（0.560 6 mm）。

2.2灌木冠层雨水截留排序与分析

由表2可知：不同种类灌木单位叶面积蓄水量波动较大，其中绣球荚蒾Viburnum macrocephalum、海桐Pittosporum tobira和臭牡丹Clerodendrum bungei 的叶片单位叶面积蓄水量较高，分别为64.63 g·m-2、63.54 g·m-2、59.11 g·m-2，而麻叶绣线菊Spiraea cantoniensis和金丝桃Hypericum monogynum相对较低，分别为8.06 g·m-2和5.58 g·m-2。冠层分析仪测定的灌木植物的叶面积指数波动也较大，数值在1.28～8.35之间，其中，对供试落叶灌木测得的叶面积指数中，较高的是云南黄馨Jasminum mesnyi（8.35），其次是金边黄杨Euonymus japonicus ‘Aureamarginatus’（6.86）、匍枝亮叶忍冬Lonicera ligustrina var. yunnanensis（6.72）、含笑Michelia figo（6.56）、小蜡Ligustrum sinense（6.11）、杜鹃Rhododendron simsii （5.93），较低的是穗花牡荆Vitex agnuscastus（1.28）、栀子Gardenia jasminoides（1.97）和花叶青木Aucuba japonica var. variegata（1.97）。从灌木冠层雨水截留量数据来看，33种灌木的冠层雨水截留量数值波动0.14～3.46 mm，其中，雨水截留能力较强的常绿灌木有匍枝亮叶忍冬、云南黄馨、金边黄杨、含笑;落叶灌木有绣球荚蒾、杜鹃、木芙蓉Hibiscus mutabilis、臭牡丹、小蜡。

2.3草本植物冠层雨水截留排序与分析

从表3可知，植物叶片的浸水试验结果中，兰花鼠尾草Salvia farinacea、美人蕉Canna indica叶片的单位面积蓄水量明显偏低（12.75 g·m-2、13.47 g·m-2），较高的是薏苡Coix lacrymajobi （228.67 g·m-2）、香蒲Typha orientalis（219.29 g·m-2），其次是鸢尾Iris tectorum（145.07 g·m-2）、麦冬Ophiopogon japonicus（92.74 g·m-2）和旱伞草Cyperus involucratus（49.11 g·m-2），而冠层分析仪测定的结果显示麦冬的叶面积指数最高，为5.56，兰花鼠尾草和再力花Thalia dealbata次之，为5.37和4.37，相对较低的是泽泻Alisma plantagoaquatica（1.22）和金门莎草Cyperus rotundus（1.03）。从两者乘积来看，目前供试的草本植物中，冠层雨水截留量最高的是麦冬，为5.16 mm，其次为薏苡（4.00 mm）、香蒲（3.97 mm）、鸢尾（2.25 mm），较低的是泽泻（0.55 mm）、梭鱼草Pontederia cordata（0.59 mm），最低的是美人蕉（0.27 mm）。

2.4不同生活型植物冠层截留能力均值差异分析

图1所示：此次研究中，供试植物的叶片单位面积蓄水量均值波动值在（24.2～85.5 g·m-2）之间，其中草本植物（85.5 g·m-2）和针叶乔木（55.12 g·m-2）的叶片单位面积蓄水量均值远高于其他试验植物，二者在雨水的蓄积能力上有较大潜力。供试植物冠层雨水截留容量均值波动值在0.560 6～2.673 3 mm之间，其中针叶乔木（2.673 3 mm）最高，其次是草本植物（1.791 4 mm）和落叶灌木（1.528 3 mm）;而常绿阔叶乔木（1.273 3 mm）和落叶阔叶乔木（0.560 6 mm）的冠层雨水截留容量均值低于针叶乔木、草本植物和灌木。

3结论与讨论

（1）結果表明，同一种生活型的植物雨水截留能力各有不同，不同生活型植物截留能力均值也存在较大的差异。其中，具有强雨水截留能力的乔木有圆柏、枇杷、雪松、落羽杉，灌木有绣球荚蒾、匍枝亮叶忍冬、杜鹃、木芙蓉、云南黄馨、金边黄杨、臭牡丹、含笑、小蜡，草本植物有麦冬、薏苡、香蒲、金门莎草、鸢尾。针叶乔木的冠层雨水截留能力均值最高，而落叶阔叶乔木冠层雨水截留能力均值最低。根据车生泉[6]、陈然[8]等对上海、徐州绿地常用植物冠层雨水蓄积量的研究，本研究选择的80种园林植物皆为武汉市公园绿地中最常见的植物种类，均属于基调植物或骨干树种。80种供试植物中，除草本植物以外，常绿和落叶植物的比例为1.06∶1，与武汉市地带性植被类型的性质基本一致，能基本反映武汉当地园林植物在冠层雨水截留方面的一些情况。

（2）植物形态特征是影响冠层雨水截留能力的重要因子[2，7，9]，此次结论中，部分植物的排序可能与植物本身形态特征有关。以此次供试的 33种灌木为例，其冠层雨水截留量数值波动值表现出较大的差异，数值在0.14～3.46 mm之间。其中，绣球荚蒾（3.46 mm）、杜鹃（3.21 mm）冠层雨水截留量较高，其形态上叶面粗糙，叶片细小，株形横向低矮，树形紧密，而枝条重叠紧实的匍枝亮叶忍冬、云南黄馨，冠层雨水截留量也达到了3.38 mm和2.38 mm。与之对比的是枝条疏散的碎花牡荆（0.18 mm）和叶片柔软的金丝桃（0.14 mm）截留能力相对较弱。而草本植物中，美人蕉叶片大而直立，被蜡质白粉，与株形紧凑、叶面积指数高的麦冬相比，冠层雨水截留能力相对较弱。但由于本试验未对不同植物形态特征与冠层雨水截留能力排序的相关性做进一步研究，如结合形态特征细化不同截留能力等级等工作，还有待进一步开展。

（3）对公园绿地有选择的进行植物配置，对减少地表径流具有一定的指导意义。在植物配置中，采用乔灌草混合配置或乔灌配置的植物配置方式可以提高冠层截留，减少地表径流，更好的发挥公园绿地的水土保持作用[10]。本研究对武汉市公园绿地中常见的乔木、灌木、草本植物的冠层雨水截留能力做了较为全面的测定，所供试的植物在武汉市表现为树形高大，枝条伸展，树冠荫浓或观花、观叶等观赏价值高等显著特点。在达到当地绿地指标要求的基础上，推荐以下几种武汉地区强雨水截留能力的植物配置模式，从整体上提升植物群落的冠层雨水截留能力，以期对提高武汉本地园林绿地的雨洪能力起到更好的效果，见表4。

此外，值得引起注意的是，此次试验中，作为武汉地区公园绿地中的主要基调树种，阔叶乔木的植物冠层雨水截留容量偏低，建议在有雨洪功能需求的植物配置中对该类植物的使用比重给予更多慎重的考虑。

参考文献

[1]李俊清.森林生态学[M].北京：高等教育出版社，2006：100103.

[2]尹剑红.广州市11种园林地被植物冠层截留特征研究[D].广州：仲恺农业工程学院，2016.

[3]高雁，宋丹丹，程银才，等.雪松对降雨截留容量的试验研究[J].南京林业大学学报（自然科学版），2013，1 （1）：160162.

[4]郭胜男，林萍，吴荣，等.昆明市园林植物树冠截留降雨及其影响因素研究[J].广东农业科学，2014 （23）：4751.

[5]李苗，史红文，邓永成，等.武汉市24种常见园林植物冠层雨水截留能力研究[J].园林科技，2018（4）：1822.

[6]车生泉，于冰沁，严巍.海绵城市研究与应用——以上海城乡绿地建设为例[M].上海：上海交通大学出版社，2015：171178.

[7]刘艳丽，王全九，杨婷，等.不同植物截留特征的比较研究[J].水土保持学报，2015 （3）：172177.

[8]陈然，侯凯翔，徐众，等.徐州市园林植物的冠层雨水截留能力分析[J].绿色科技，2018 （3）：14.

[9]徐军，牛健植.北京鹫峰山区常见树种的枝叶及枯落物截留特征[J].水土保持学报，2016（1）：103110.

[10]赵峰，刘玉纯，刘卓成.华南地区不同绿地植物配置方式对其冠层雨水截留能力的影响[J].草原与草坪，2019，39（2）：1824.

（责任编辑：郑京津）