海绵城市建设中的植物冠层雨水截留能力分析

根据群落学调查结果,选取出现频率大于10%的植物种类约70种,分别分布在44科63属,结果见表4-54,其中常绿阔叶乔木11种、落叶阔叶乔木19种、常绿针叶乔木4种、落叶针叶乔木1种、常绿阔叶灌木19种、落叶阔叶灌木7种、常绿针叶灌木1种、地被植物(草本及藤本)8种。

1．植物冠层雨水截留潜力估算与比较

根据公式(4-15)可知,植物冠层(单位覆盖面积)的蓄水量与植物叶片单位面积蓄水量和植物叶面积指数相关,两者的乘积越大,植物冠层蓄水潜力越大。

(1)常绿阔叶乔木雨水截留能力估算

就上海城市绿地景观中常用的36种植物(出现频率高于15%)的冠层雨水截留能力进行比较分析,常绿阔叶乔木包括香樟(Cinnamomum camphora)、桂花(Osmanthus fragrans)、女贞(Ligustrum lucidum)、广玉兰(Mangoloia grandiflora)和棕榈(Trachucarpus fortunei)。其中,广玉兰的单位叶面积蓄水量较大,为84．05 g/m2。香樟和桂花的单位叶面积蓄水量(走)较小,分别为19．89 g/m2和20．95 g/m2。女贞和棕榈的单位叶面积蓄水量分别为46．78 g/m2和42．28 g/m2[图4-52(a)]。该结果可能与广玉兰等常绿阔叶植物的叶片结构(角质层、表皮、栅栏组织、海绵组织、气孔等)相关。然而,根据LA-2200冠层分析仪测定的结果,桂花的叶面积指数(L)较大,为4．54,其次为广玉兰、香梅和棕榈,叶面积指数分别为2．96,2．70和2．44,相对较小的是女贞(1．87)[图4-52(b)]。由两者乘积可知[图4-52(c)],常绿阔叶乔木中,广玉兰的冠层雨水截留容量(S)较大,为2．5 mm,其次为棕榈、桂花和女贞,而香樟的冠层雨水截留容量相对较小(0．5 mm)。

图4-52　常绿阔叶乔木单位叶面积蓄水量、叶面积指数和冠层截留雨水量比较

(2)落叶阔叶乔木雨水截留能力估算

由图4-53可知,落叶阔叶乔木中,悬铃木(Platanus orientalis)的单位叶面积蓄水量(k)相对较大,为57．87 g/m2,其次为石榴(Punica granatum)、樱花(Cerasus yedoensis)和白玉兰(Michelia alba),单位叶面积蓄水量分别为47．52 g/m2、39．96 g/m2、38．40 g/m2,而紫叶李(Prunus cerasifera)的单位叶面积蓄水量最小,仅为25．98 g/m2。但是,冠层分析仪测量的结果显示石榴的叶面积指数(L)最大(3．56),鸡爪槭(Acer palmatum)和紫叶李次之,分别为2．53和2．55。由公式(4-15)可知,上海常见落叶阔叶乔木中,植株冠层雨水截留量(S)相对较大的是石榴(1．69 mm),其次为悬铃木(1．28 mm),而银杏(Ginkgo biloba)的冠层雨水蓄积能力相对较小,仅为0．58 mm。原因可能与植物叶片的形态学特征相关,如石榴叶片的上表皮结构呈波纹网状结构,其气孔密度和叶脉结构均可能影响其叶片单位面积的容水量。

图4-53　落叶阔叶乔木单位叶面积蓄水量、叶面积指数和冠层截留雨水量比较

(3)针叶乔木雨水截留能力估算

叶片浸水实验的结果表明:在上海常见的针叶乔木中(图4-54),落羽杉(Taxodium distichum)和雪松(Cedrus deodara)的单位叶面积蓄水量(k)最大,分别为117．26 g/m2和117．81 g/m2,其次是水杉(Metasequoia glyptostroboides),为87．40 g/m2。龙柏(Sabina chinensis)和罗汉松(Podocarpus macrophyllus)的单位叶面积蓄水量相对次之,分别为55．53 g/m2和39．05 g/m2。而冠层分析仪测量的结果显示常见针叶乔木中叶面积指数(L)较高的是龙柏(6．37)和落羽杉(5．10)。综合而言,落羽杉的植株冠层截留雨水量(S)最大(5．98 mm),雪松、龙柏、水杉次之,而罗汉松的冠层雨水截留潜力相对较低(1．51 mm)。同样,实验结果可能与落羽杉等杉属植物的气孔类型(双面或单面)和气孔分布方式及密度相关。

图4-54　针叶乔木单位面积蓄水量、叶面积指数和冠层截留雨水量比较(www.xing528.com)

(4)灌木植物雨水截留能力估算

灌木植物中(图4-55),杜鹃(Rhododendronsimsii)、小叶黄杨(Burus sinica)和红花檵木(Lorepotalum chinense)的叶片在浸水实验中显示出的单位叶面积蓄水量(k)较高,分别为75．30 g/m2,69．98 g/m2和69．23 g/m2。云南黄馨(Jasminummesnyi)、山茶(Camellia japonica)和洒金桃叶珊瑚(Aucuba japonica)相对较低,分别为20．32 g/m2,21．60 g/m2和26．78 g/m2。冠层分析仪测量的灌木植物的叶面积指数(L)比较接近,数值为3．95～5．65,较高的是洒金桃叶珊珊(5．65),与之接近的是日本珊瑚树(Viburnumodoratissmum)、云南黄馨、海桐(Pittosporumtobira)、大叶黄杨(Buxus megistophylla)和八角金盘(Fatsia japonica),杜鹃及红花檵木次之,较低的是南天竹(Nandina domestica)(3．97)和山茶。因此,灌木植物冠层截留雨水量较高的是杜鹃,为3．94 mm,相对最低的是山茶(0．85 mm)。杜鹃较高的叶片容水量可能与其异面叶的结构相关,如较厚的角质膜、排列紧密的栅栏组织、细胞间隙较大的海绵组织以及表皮附属物等。

(5)地被植物雨水截留能力估算

地被植物叶片的浸水实验结果表明(图4-55):美人蕉(Canna indica)叶片的单位面积蓄水量(k)明显偏低(7．54 g/m2),其余5种地被植物的叶片单位面积蓄水量比较接近,数值均为26．19～36．42 g/m2,较高的是细叶沿阶草(Ophio pogon japonicus)36．42 g/m2。冠层分析仪的测量结果显示络石(Trachelos permum jasminoides)的叶面积指数(L)最高(7．56),美人蕉和阔叶麦冬(Liriope platyphylla)次之,相对较低是鸢尾(Iris tectorum)和花叶蔓长春(Vinca majorv,Varriegata),叶面积指数约为3．35,根据公式(4-15)由两者乘积可知,常见地被植物中冠层(单位覆盖面积)截留雨水量最高的是细叶沿阶草(细叶麦冬),为2．39 mm,最低的为美人蕉(0．88 mm)。除了叶片的结构,实验结果可能也和植株形态相关,如美人蕉叶片直立,茎秆较高,这可能也是造成美人蕉的植物冠层蓄水能力相对较弱的原因。

图4-55　灌木植物单位叶面积蓄水量、叶面积指数和冠层截留雨水量比较

(6)高频植物生活型综合雨水截留潜力比较

通过比较不同生活型植物单位叶面积和冠层蓄水量(图4-56)可知,针叶乔木的单位叶面积蓄积量和植物冠层截留雨水量都相对较高,说明针叶乔木冠层的雨水蓄积潜力也相应最大,这可能与针叶植物叶片的结构(气孔形态、密度、栅栏组织和海绵组织的细胞形态、上表皮附属物)等相关。而阔叶乔木的叶片单位叶面积蓄积量高于灌木和地被,但是由于其叶面积指数较低,导致阔叶乔木植物的平均单位覆盖面积(植株冠层)雨水截流量反低于灌木和地被植物。

图4-56　不同生活型植物单位叶面积蓄水量及冠层截留量均值比较

此外,除了植物冠层的雨水截留能力与单位叶面积蓄水能力和叶面积指数直接相关之外,根据实验结果可以推出如下假设:植物冠层蓄积雨水的能力也很可能与植物叶片的结构和植株的形态特征有关系。

2．基于植物冠层雨水截留能力的园林植物排序

根据公式(4-15)及公式(4-16),通过测定上海市城市绿地常用园林植物叶片单位面积蓄水量、叶面积指数,可以得到并比较植物冠层的雨水截留量,并根据冠层雨水蓄积量的排序将常见园林植物划分为强雨水截留能力型、中等雨水截留能力型及弱雨水截留能力型3种。