| 题名 | 城市环境下典型绿化树种的水分利用特征及其影响机制 |
| 作者 | 王华 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2011-05-24 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 欧阳志云 |
| 关键词 | 城市环境 热消散技术 树木水分利用 环境因素 冠层导度 影响机制 臭氧吸收 Urban environment Thermal dissipation probe method tree water use environmental factors Canopy conductance impacting mechanism Ozone uptake |
| 其他题名 | Water utilization of landscape tree species in urban environment |
| 学位专业 | 生态学 |
| 中文摘要 | 城市植物是城市生态系统的重要组成部分，能提供降温增湿、吸收大气污染物等多种生态服务功能。然而，城市化深刻地改变了城市植物赖以生存的环境条件，进而影响植物的水分代谢。因此，研究城市环境下植物水分利用特征及影响机制对于发挥城市植物生态服务功能、选择适合的绿化树种、建立科学合理的绿地水分管理制度、提高水资源的利用效率、促进城市森林的健康经营具有重要意义。 本研究利用热消散技术和气象站对北京典型绿化树种（银杏、七叶树、紫玉兰、刺槐、油松、雪松）的树干液流及其影响因子进行为期三年的连续同步监测，明确了城市环境下典型绿化树种水分利用时间变化规律，详细分析了环境因素（包括水、热和空气污染物）对研究树种的独立影响和交互影响，探讨了研究树种冠层气孔导度对环境因子的响应规律，以便更好地理解环境因子在冠层水平上对其水分利用的影响机理。同时，基于研究树种树干液流测定值计算的冠层气孔导度，结合外界大气中的臭氧浓度，揭示了其臭氧吸收特征及限制因子。最后综合各研究结果对绿化树种的选择和绿地管理提出建议。主要研究结果如下： （1）在昼夜尺度上，银杏、七叶树和紫玉兰树干液流密度多呈窄单峰，峰值出现在9:00－14:00 ，春夏季节其蒸腾午休现象明显；刺槐、油松和雪松树干液流密度呈宽单峰，峰值出现在9:00－ 16:00。在年内尺度上，玉兰是春季耗水性树种，银杏、七叶树、雪松、油松、刺槐为夏季耗水型树种；冬季树木液流显著下降。在年际尺度上，同一树种液流年际差异不显著。 （2） 把研究树种树干液流点的测定值推广到树干液流平均密度考虑了树干液流的方位变异和径向变异。不同方位每小时液流密度之间高度相关(p < 0.0001)。因此，可以基于这种关系准确地计算其它方位的液流(R2 > 0.91, p < 0.000 1)。油松和雪松液流密度与方位之间的关系较为固定，而刺槐液流密度与方位之间的关系表现出随机性。不同深度树干液流之间密切相关, 因此可以利用较浅处的液流外推其他深度的液流(R2 > 0.89, p < 0.000 1)。结合误差分析，采取北向15 mm和75 mm 深处的液流密度均值来估算整树耗水较为准确。基于研究树种边材面积和冠层投影面积，把树干液流平均密度推广到冠层尺度。冠层蒸腾由小到大依次是刺槐(32.44mm)<油松(171.95 mm)<雪松(166.80 mm)<银杏(235.49 mm)<七叶树(242.93 mm)<紫玉兰(492.74mm)。落叶树种的冠层蒸腾显著高于常绿树种。幼树的冠层蒸腾显著高于老树。 （3）研究树种存在夜间液流，最小值出现在凌晨03:00 到06:00。午夜前的夜间液流比午夜后的夜间液流高得多，且波动更大。夜间液流比日间液流值小得多，两者相关关系显著(p<0.001)，表明研究树种的夜间液流用于补充树干白天的水分亏缺。常绿树种的夜间液流与水汽压亏缺等关系显著，解释量高，说明可能存在夜间蒸腾。与常绿树种相比，落叶树种夜间液流对总蒸腾的贡献较高，且波动较大。 （4）日尺度上，影响城市环境下树木水分利用的关键因子有大气温度、土壤温度、总辐射、水汽压亏缺和臭氧。小时尺度上，空气相对湿度取代土壤温度成为城市环境下树木水分利用的关键影响因子。研究树种的日液流响应总辐射(Rs)的增加呈直线变化；日液流响应水汽压亏缺(D)的增加呈幂指数变化，拐点不同；油松和刺槐日液流明显受土壤湿度影响。研究树种树干液流密度(Js)的变化均滞后于Rs，提前于D；除了油松，其它树种Js 与Rs 之间时滞范围(10～70 min)比Js 与D 之间时滞范围(47～130 min)短，其中刺槐、油松和雪松种间差异显著；城市树种Js 与蒸腾驱动因子之间的时滞主要受树形（胸径、树高、冠层投影面积、边材面积）以及夜间水分补充量的影响，而与树种无关。为解决环境因子之间共线性的问题，采用方差分解研究水、热和空气污染物三类因子对城市环境下树木水分利用变化的独立作用和交互作用，发现其水分利用大多是由环境因子的交互作用决定，而各因子独立作用很小。因此，根据研究树种树干液流综合城市环境因子的响应规律，建立了简易的树干液流模型。 （5）在各个季节研究树种的冠层导度日变化基本均呈单峰曲线，日变化曲线最大峰值为7 月份最高，10 月份最低。研究树种的冠层蒸腾速率呈现由早晨日出后迅速增加，至中午前后达到一天中的最大值、保持到下午15:00 左右，而后再降低的日变化规律。而冠层气孔导度日出后迅速增加，在上午9、10 点左右达到最大值，其后再降低的规律。由于研究树种的冠层导度是控制整树蒸腾的主要因素，我们分析了冠层导度与环境因子之间的关系。太阳总辐射、水汽压亏缺和气温是影响冠层导度的三个重要因素。2009 年生长季节，使用包括太阳总辐射、水汽压亏缺和气温三个变量的Jarvis 模型可以较好地模拟研究树种冠层导度对环境因子的响应特征，不同树种的模型参数有较大差别。 （6）生长季节落叶树种（银杏和七叶树）成年树木单位冠层投影面积的平均臭氧吸收速率显著高于常绿树种（油松和雪松）(p=0.002 < 0.05; 平均值: 2.43vs 1.45 nmol m-2 s-1)。但是，两者一年的累积冠层臭氧吸收通量没有显著差异(p=0.065 > 0.05; 平均值: 14.26 vs 10.81 mmol m-2)。研究树种的臭氧吸收速率依赖于外界大气中的臭氧浓度和冠层导度。我们的结果表明不同树种对臭氧的冠层导度不同导致其臭氧吸收的区别。研究树种冠层对臭氧的导度对水汽压亏缺和总辐射的响应相似，这种响应方式导致进入城市树木叶片的臭氧通量更大。根据臭氧对树木造成危害的新临界浓度，城市环境下的落叶树种比常绿树种更容易受到臭氧的危害。除此以外，我们发现基于树干液流测定的树木的年臭氧吸收通量大大低于基于模型的结果，意味着在臭氧风险评估中考虑特定树种的臭氧吸收通量是很必要的。 总之，城市环境下植物的水分利用在时间变化规律、环境影响机制、冠层导度的调控等方面都发生了重大的改变以适应城市环境。根据研究树种水分利用的时间变化规律，建议花期适量灌溉、蒸腾高峰期和停滞期勿灌溉，能够减缓耗水。住宅区或者商业区，可考虑种植紫玉兰和七叶树等吸收空气污染物较多的树种。为实现节水和提高空气质量的双重目标，建议刺槐、油松、雪松与银杏等配植。城市环境下植物的水分利用特征与绿化树种的选择、绿地管理有重大关系，对城市环境的影响已不容忽视，更多的研究亟待开展。提出了今后城市环境下植物水分利用研究的重点将主要集中在植物适应城市环境的机理、提高植物的水分利用效率、减缓城市热岛效应等城市环境效应等方面。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 城市生态学 |
| 公开日期 | 2011-09-13 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/810]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_城市与区域生态国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王华. 城市环境下典型绿化树种的水分利用特征及其影响机制[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011. |
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