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园林树木树冠不同部位蒸腾速率的研究
2019-07-17 18:16 返回列表
园林树木树冠不同部位蒸腾速率的研究
代新竹  王革
(1.长春市动植物公园,长春 130022)
 
摘要:试验以长春市动植物公园内的6种园林树木为研究对象,将树冠由外向内分为表层(距树冠表面10㎝),之后再3等分,分别记为外层、中层和内层。分别取上述各层的中间部位叶片(记为表层A、外层B、中层C、内层D),测定单位叶面积蒸腾速率的变化规律,探讨园林树木蒸腾速率测定的合理取样部位。结果表明:9种园林树木单位叶面积蒸腾速率的变化,均为树冠表层向树冠内层顺次降低。表层A单位叶面蒸腾速率是全株平均值的1.3倍,外层B与全株平均值近于1:1。因此,在测定园林树木单位叶面积蒸腾速率时,以外层B或与中层C偏向外层B处的叶片作为取样部位更为合理。
关键词:园林树木;蒸腾速率;取样部位  
Study on different positions for transpiration rate of landscape trees
DAI Xinzhu wang Ge
1.Changchun Zoological and Botanical Park, Changchun 130022,China
Abstract: In order to explore the reasonable sampling method for the determination of  transpiration rate of landscape trees, variation of transpiration rate and light intensity of unit leaf area of six kinds of landscape trees cultivated in the Changchun Zoological and Botanical Park, were studied in this paper. Four parts were divided of the crown of each tree outside-in and named layer (Part A, 0-10cm to the crown surface), outer part (Part B), middle part (Part C) and inner part (Part D). Leaves in the middle position of the four parts were selected. The results showed that the variation of transpiration rate and light intensity of unit leaf area of nine kinds of landscape trees  all decreased from Part A to Part D.  Part A’ transpiration rate of unit leaf area is 1.3 times as large as the average of the entire plant’s, the ratio of the average of the entire plant with the mean
value of Part B is close to 1:1.  Therefore, it is much reasonable to select the leaf in Part B or Part C but close to Part B as experimental materials when evaluating the transpiration rate of unit leaf area of the landscape trees.
 
Key words: landscape trees;Transpiration rate;evaluation method
随着城市化的急剧发展,城市用地日益紧张,如何在城市有限的土地资源上通过优化城市绿地的空间布局和结构,充分发挥绿地的综合功能,协调城市发展与环境建设的关系,实现城市可持续发展,成为亟待解决的问题[1]。城市园林绿地不仅是城市功能的重要组成部分,同时,城市绿地的植物还具有美化、改善和保护城市环境的功能,在城市生态系统中具有不可替代性,已经成为景观生态学、城市园林生态学以及环境科学的热点[2]
影响城市绿地生态效应的特征因素,主要包括绿地面积、绿地形状( 长宽比、高度、边界曲度、周长、面积比等) 、绿地景观结构、绿地内部组成、植被指数、生物量等景观生态因子[2]。由于园林植物种类自身属性不同,构成了城市绿地景观和生态的多样性。为了更好地发挥园林植物的生态功能,人们从不同的角度评价和筛选园林绿化树种。比如对园林树木增湿降温生态功能的评价和优良资源的筛选,取样测定部位基本是利用树冠边缘叶片的蒸腾速率,来估算增湿降温的生态效应[3-6]。由于树冠质地(如郁闭度)的不同,树冠表面和树冠内部的光照条件等环境因子会发生变化,利用树冠边缘叶片的蒸腾速率进行估算全株的增湿降温生态效应的方法,仍有待商榷。因此,本文以9种园林树木为研究对象,试图通过对树冠不同部位叶片蒸腾速率变化规律的研究,并结合试材的生活型和树冠投影系数,力求探讨园林树木蒸腾速率测定的合理取样部位,为筛选生态效益优良的园林树木提供依据。
材料与方法
1.1 试验地概况
试验在长春市动植物公园内进行。长春市动植物公园地处于北纬43°05′~45°15′,东经124°18′~127°02′,春季干燥多风,夏季湿热多雨,秋季天高气爽,冬季寒冷漫长,具有四季分明,雨热同季,干湿适中的气候特征,年均降水量为560mm,最高气温为+39.5℃,最低气温为-39.8℃,无霜期135~145天,冻结深度1.6~1.8米,属温带大陆气候。
1.2 试验材料
试验材料及其基本特征见表1。
1.3 试验方法
1.3.1 试验设计
将树冠由外向内分为表层(距树冠表面10㎝),之后将树冠3等分,分别记为外层、中层和内层。分别取上述各层的中间部位叶片测定蒸腾速率(Tr)(记为表层A、外层B、中层C、内层D)。见图1所示。
 
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\"\"
图1  树冠分层及测定点分布模式图
Figure1  Tree crown distribution figure
 
表1 试验材料基本资料
Table 1  Experimental shrub species

树种
Species
学名
Latin name
科属
Family and genera
冠高(m)
Crown height
冠幅(m)
Crown width
树冠投影系数projection coefficient of crown
梓树 Catalpa ovata 紫葳科梓属 2.0 5.0 0.75
桃叶卫矛 Euonymus bungeanus 卫矛科卫矛属 3.2 4.4 0.93
辽杏 Prunus mandshurica 蔷薇科李属 8.0 8.5 0.83
红瑞木 Cornus alba 山茱萸科梾木属 1.8 2.0 0.93
榆叶梅 Prunus triloba 蔷薇科李属 2.0 2.5 0.96
长白忍冬 Lonicera ruprechtiana 忍冬科忍冬属 1.5 2.2 0.86
1.3.2测定方法
测定时间为7月下旬,为排除气象因素干扰,测定时间均安排在天气晴朗的条件下进行。测定仪器采用英国PP Systems国际有限公司生产的TPS-1便携式光合作用测定系统,测定蒸腾速率,在自然光照条件下,为保证每个时刻和测定数据的准确性,测定时分两个阶段进行。第一阶段与第二阶段测定的树种顺序相反。每天测定3个树种。每日测定时间从早8点到晚18点,每隔2h测定1次,每种树木选择长势相似的3株,每个测定点选取3枚叶片。光照强度的测定与蒸腾速率测定同时进行。结果取两个阶段的平均值。
投影系数的测定采用数码相机拍照结合Photoshop图像处理软件计算的方法得出,具体方法与柏军华等[7]报道相同。
3 结果与分析
3.1树冠不同部位单位叶面积蒸腾速率的变化
6个树种单位叶面积蒸腾速率的变化规律表现为(见表2和表3):首先,同一树种树冠不同部位单位叶面积蒸腾速率的变化,均呈现由表层向内层逐渐下降的趋势,且树种间相差较大。如长白忍冬表层A蒸腾速率是内层D的1.3倍,桃叶卫矛则高达3.1倍。其次,不同树种单位叶面积蒸腾速率的变化较大,如梓树最高为6.47 mmolH2O·m-2·s-1,辽杏最低为2.39mmolH2O·m-2·s-1,二者相差2.7倍。再次,无论是同一树种各测定部位与其平均值比较,还是6个树种蒸腾速率平均值与各测定部位平均值比较,均表现出与外层B比较接近,而表层A为平均值的1.3倍。
为了对比分析同一树种不同部位,以及不同树种相同部位的蒸腾速率相对于平均值的偏离程度和离散度,以及差异显著性。对6种园林树木种内和种间不同部位的蒸腾速率进行了标准差(SD)以及变异系数(CV)的统计分析表明(见表2):树冠不同部位蒸腾速率的变化种内小于种间。如SD在种内变化在0.27(长白忍冬)~1.35(桃叶卫矛)之间,平均0.87;种间在1.25(内层D)~1.79(表层A)之间,平均为1.47。变异系数种内在0.10(长白忍冬)~0.47(桃叶卫矛)之间,平均为0.25;种间变异系数0.31~0.47种间,平均为0.40。乔木生活型树冠不同不同部位蒸腾速率标准差(SD)以及变异系数(CV)大于灌木生活型。如试材中梓树、桃叶卫矛和辽杏为乔木,SD和CV平均值为1.18和0.35,变化幅度分别在0.92~1.35和0.20~0.47之间;而红瑞木等3种灌木SD和CV平均值为0.57和0.16,变化幅度分别分别为0.27~0.77和0.10~0.25。
各树种不同部位之间蒸腾速率的多重比较显示表明(表3),表层A与其他部位比较,除桃叶卫矛外层B和红瑞木中层C外,其他各部位均显著或极显著低于表层A;外层B与中层C和内层D之间,差异明显和不明显基本占一半。说明表层A与树冠其他部位的蒸腾速率差异已经达到极显著水平。
 
表2  树冠不同部位单位叶面积蒸腾速率(mmolH2O·m-2·s-1)的变化
Table 2  Determination of the leaf capacity of tanspiration rate(mmolH2O·m-2·s-1)per unit area in four layers of crown

树种 梓树 桃叶
卫矛
辽杏 红瑞木 榆叶梅 长白
忍冬
\"\" SD CV
表层A 8.46aA 4.35aA 3.88aA 3.6bB 5.42aA 3.1aA 4.80 1.79 0.37
外层B 6.42bB 4.04aA 2.40bB 4.4aA 4.52bB 2.81bB 4.10 1.30 0.32
中层C 5.98bB 1.62bB 1.72cC 3.68bB 4.19bB 2.51bB 3.28 1.53 0.47
内层D 4.99cC 1.40bB 1.55cC 2.26cC 3.56cC 2.40bB 2.69 1.24 0.46
\"\" 6.46 2.85 2.39 3.49 4.42 2.71 3.72 1.39 0.37
SD 1.26 1.35 0.92 0.77 0.67 0.27      
CV 0.20 0.47 0.38 0.22 0.15 0.10      
 
 
表3 各树种蒸腾速率方差分析表
Table3 The Analysis of variance on tanspiration ratemmolH2O·m-2·s-1 in different parts of crown

  平方和 df 均方 F 显著性
梓树 组间 26.952 3 8.984 67.654 0.000
组内 1.594 12 0.133    
总数 28.546 15      
桃叶卫矛 组间 28.498 3 9.499 140.272 0.000
组内 0.813 12 0.068    
总数 29.311 15      
辽杏 组间 13.469 3 4.490 102.556 0.000
组内 0.525 12 0.044    
总数 13.994 15      
红瑞木 组间 9.603 3 3.201 54.799 0.000
组内 0.701 12 0.058    
总数 10.304 15      
榆叶梅 组间 10.742 3 3.581 75.271 0.000
组内 0.571 12 0.048    
总数 11.312 15      
长白忍冬 组间 2.656 3 0.885 17.869 0.000
组内 0.595 12 0.050    
总数 3.250 15      
注:表中上行数据为均差,下行数据显著性P值。P<0.01为极显著,P<0.05为显著。
3.2 树冠不同部位相对光照强度的变化
树冠不同部位的光照强度的变化,各树种均呈由外至内依次明显降低的趋势,如外层B、中层C、内层D的光照强度仅为表层A的21.87%~39.56%。树冠冠投影系数与树冠内部的光照强度相对较高,树冠冠投影系数则相对较低,如梓树、辽杏和长白忍冬树冠投影系数较小,如辽杏外层B、中层C、内层D的光照强度占占表层A的68.82%、56.99%和48.39%;而桃叶卫矛分别为20.19%、12.26%和10.51%。不同树种树冠不同测定部位之间,除桃叶卫矛和长白忍冬的中层C和内层D之间差异不明显外,其他均达到极显著水平。见表4和表5。
4讨论
由于树冠质地(如枝条长短、数量、叶片数量和大小等)直接影响树冠内部的微生境如光照、温度和风速等,致使树冠不同部位叶片蒸腾速率存在较大的差异。树冠投影系数是树冠质地的综合反映,投影系数大则树冠内部的光照强度及风速等相对减弱,叶片蒸腾速率也
4供试树木各层光照强度(μmol/m2·s)
Table 4 The light intensity(μmol/m2·s) in different parts of crown

树种 梓树 桃叶
卫矛
辽杏 红瑞木 榆叶梅 长白
忍冬
\"\" SD CV
表层A 1443.0aA 1759.4aA 1720.5aA 1387.5aA 1679.8aA 1296.9aA 1547.9 178.7 0.12
外层B 777.0bB 355.2bB 1184.0bB 410.7bB 592.0bB 384.8bB 617.3 292.3 0.47
中层C 619.8cC 222.0cC 980.5cC 314.5cC 388.5cC 305.3cC 471.8 259.0 0.55
内层D 407.0dD 185.0dC 832.5dD 136.9dD 203.5dD 286.8cC 342.0 235.9 0.69
\"\" 811.7 630.4 1179.4 562.4 716.0 568.5 744.7 241.5 0.46
SD 387.4 654.9 336.4 486.4 573.2 422.2      
CV 0.48 1.04 0.29 0.86 0.80 0.74      
表5 光照强度方差分析表
Table 5 The Analysis of variance on light intensity(μmol/m2·s) in different parts of crown

  平方和 df 均方 F 显著性
梓树 组间 2401405.920 3 800468.640 3151.307 0.000
组内 3048.140 12 254.012    
总数 2404454.060 15      
桃叶卫矛 组间 6862191.040 3 2287397.013 6089.009 0.000
组内 4507.920 12 375.660    
总数 6866698.960 15      
辽杏 组间 1810844.750 3 603614.917 259.501 0.000
组内 27912.680 12 2326.057    
总数 1838757.430 15      
红瑞木 组间 3785230.240 3 1261743.413 2911.089 0.000
组内 5201.120 12 433.427    
总数 3790431.360 15      
榆叶梅 组间 5256795.720 3 1752265.240 11695.803 0.000
组内 1797.840 12 149.820    
总数 5258593.560 15      
长白忍冬 组间 2851765.480 3 950588.493 3580.731 0.000
组内 3185.680 12 265.473    
总数 2854951.160 15      
注:表中上行数据为均差,下行数据显著性P值。P<0.01为极显著,P<0.05为显著。
会随之发生变化。因此,合理的取样测定部位直接影响蒸腾速率测定结果的代表性和准确性。在园林树木增湿降温生态功能评价时,已有报道基本是选择树冠外缘南侧叶片蒸腾速率来计算增湿降温环境生态效应[3-6,8-11]。由于不同树种树冠投影系数的差异,树冠表面和内部的微生境会发生变化,导致树冠不同部位叶片增蒸腾速率的差异明显。如树冠枝叶稀疏的辽杏树冠冠投影系数较小,树冠内部的光照强度相对较高,表层A的蒸腾速率为全株平均值的1.3倍;树冠投影系数较高的桃叶卫矛树冠内部的光照强度相对较低,表层A蒸腾速率较全株平均值高达1.5倍。本研究认为:在测定园林树木的蒸腾速率时,取样部位在树冠外层B或与中层C偏向外层B处的叶片作为取样部位,基本能够代表树冠的整体蒸腾水平。这与我们前文报道的园林树木固碳释氧生态功能评价的取样部位结果相同[12]
不同生活型的树种树冠不同部位蒸腾速率及其与平均值偏离程度和离散度的差异,乔木生活型大于灌木生活型,其原因可能是植物本身长期适应所处环境而形成的一种特性。这种对环境条件的适应性,可能是乔木生活型树冠不同部位的蒸腾速率,受光照强度、风速、温度和空气湿度等的影响大于灌木生活型所致。如在自然群落中,乔木多处于群落垂直结构的上层,灌木多处于群落垂直结构的下层,其生存的环境条件如光照强度、风速、温度和空气湿度等明显不同,这些环境条件是影响增湿降温量变化的重要生态因子。
 
参考文献:
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