保定10种野生地被植物的生态效益研究*

董谦，李艳，李佳琦，刘冬云

(河北农业大学 园林与旅游学院，河北　保定071000)



保定10种野生地被植物的生态效益研究*

董谦，李艳，李佳琦，刘冬云

(河北农业大学 园林与旅游学院，河北保定071000)

为了探究10种野生地被植物的生态效益价值，通过田间引种栽培试验，测定其叶面积指数、滞尘量、日释氧固碳量及日吸热量。结果表明：蓝花棘豆的叶面积指数最大，为6.66；斑叶堇菜的周滞尘量可达到2.41g/m2,滞尘效果明显；鹅绒委陵菜的日释氧固碳量及吸热量均是10种野生地被植物中最大，表现出了优良的生态效益价值。综合以上指标，可以看出鹅绒委陵菜、斑叶堇菜、蓝花棘豆等地被植物具有较高的滞尘、固碳释氧、吸热等生态效益价值。

野生地被；生态效益指标；鹅绒委陵菜；斑叶堇菜；蓝花棘豆；综合评价

城市绿化是环保的焦点。要实现这个焦点，首先要聚焦地被植物，它是维护城市生态平衡，提高城市绿化质量的关键素材[1]。在雾霾、地面扬尘等环境问题日益严重的今天，园林植物的生态效益价值显得尤为重要，作为园林绿化必不可少的地被植物亦值得研究与探讨。中国的野生地被植物种质资源极为丰富，数量多、分布广且适应性强，开发前景广阔。但是，目前对野生地被植物的研究主要集中在引种、抗性及应用方面，对野生地被植物的生态效益研究不多见[2～4]。本试验以10种野生地被植物为材料测定了其叶面积指数、滞尘量及释氧固碳量等指标，综合以上指标筛选出生态效益价值较为突出的植物，以期为园林应用提供理论依据。

1　材料与方法

1.1材料

本试验材料为秃疮花(Dicranostigmaleptopodum)、野罂粟(Papavernudicaule)、求米草(Oplismenusundulatifolius)、大叶铁线莲(Clematisheracleifolia)、匍枝委陵菜(Potentillaflagellaris)、东方草莓(Fragariaorientalis)、鹅绒委陵菜(Potentillaanserina)、斑叶堇菜(Violavariegata)、蓝花棘豆(Oxytropiscoerulea)、歪头菜(Viciaunijuga)等10种野生地被植物。10种野生地被植物引种地及具体概况如表1所示。

表1　引种地概况Tab.1　The basic situation of species introduced area

注：引种地均为河北省。

本试验地设置在河北农业大学试验田内(北纬38°50′，东经115°27′)，属温带季风性气候，全年平均气温约12℃，年降水量约550mm，冬冷夏热，春季多风沙，雨热同期。10种野生地被植物均在试验田内露天栽植，株行距为70cm×70cm，并进行正常的水肥管理，其中鹅绒委陵菜、匍枝委陵菜为4a生植物，大叶铁线莲、斑叶堇菜、东方草莓等8种植物为2a生植物。

1.2方法

1.2.1叶面积指数的测定

利用面积为100cm2的正方形木框，选择长势旺盛的植株进行测定。测试时，首先将正方形木框放在植物上，并将框外的叶子全部用剪刀去掉。再将剪下的叶片全部放在标准纸上绘制叶形，将纸张放在万分之一的天平上称重。将天平所呈现的重量和叶形占标准纸张的面积套入公式：叶面积指数=[标准方格纸面积×(剪下的纸模重/标准方格纸重)]/0.01[5]，即可得到叶片的总面积。最后，将叶片面积与正方形木框的面积做比值衡量，得出其叶面积即是每单位土地面积对应的地被植物种植面积。试验进行3次重复。

1.2.2滞尘量的测定

一般认为，当降雨量>15mm时，可将植物叶片上的尘土完全冲刷干净[6]。于8月份在大雨后一周，每种植物随机采集10片植物叶片，用蒸馏水对叶片进行2h的冲洗与浸泡，直至所有叶片粘附物质被清洗，取出叶片并将其晾干。用已经烘干称重的滤纸(W1)，对叶片进行过滤，再将过滤后的滤纸于110℃烘箱中烘干。再次称得滤纸重量(W2)。植物叶片粘附成分重量为：W=W2-W1。降尘重量与叶面积A的比值即为单位叶面积的滞尘量，即：单位叶面积滞尘量(g/m2)=(W2-W1)/A[6]。再根据叶面积指数可得出单位面积地被植物的滞尘量。进行3次重复测定。

1.2.3日释氧固碳量、蒸腾水量、吸热量的测定

将植物叶片的净同化量换算为固定的CO2量，则可用公式W(CO2)=P×44/1000，式中44为CO2的摩尔质量。

根据光合作用的反应方程：W( O2)=P×32/1000计算得出地被植物每日对外释放的氧气质量，式中32为O2的摩尔质量。

在测试地被植物每天释水吸热量时，必须先做好蒸腾速率的测定。蒸腾总量的测定计算公式E=∑[(ei+ei+1)÷2×(ti+1-ti)×3 600÷1 000]。

E为测定日的蒸腾总量 [mol·m-2·d-1]；ei为初测点的瞬时蒸腾速率；ei+1为下一测点的瞬时蒸腾速率[μmol/(m2·s)]。ti为初测点的瞬时时间；ti+1为下一测点的时间(h)。

若将日释水吸热量换算为当日释水量，则需采用公式：WH2O=E×18。18为水的摩尔质量。

受蒸腾作用，每平方米地被植物叶片都会丢失一定量的水分，那么计算这些叶片吸收的热量Q时则可使用计算公式Q=WH2O×L×4.18。

Q为单位叶面积每日吸收的热量，单位为J/(m2·d)。L为蒸发耗热系数(L=597-0.57t，t为测定日的温度35℃)。

1.3数据分析

用EXCEL、SPASS软件对数据进行整理分析，根据相应的计算公式得出各个生态效益指标的数值。

2　结果与分析

2.1叶面积指数

叶面积指数是指单位土地面积上植被叶片的总面积除去植被种植土地面积所得的商。该指数重在反映植被是否健康生长。研究地被植物的生态效益，叶面积指数大小起着重要作用。叶面积指数越大说明植物进行光合作用的器官越多[8]。10种参试地被植物的叶面积指数详见表2。由表2可知，10种野生地被植物的叶面积指数大小顺序为：蓝花棘豆>鹅绒委陵菜>歪头菜>匍枝委陵菜>斑叶堇菜>求米草>秃疮花>野罂粟>大叶铁线莲>东方草莓，蓝花棘豆的叶面积指数可达6.66±0.11，而东方草莓的仅有2.28±0.19。

表2　不同植物的叶面积指数Tab.2　Leaf area index of different species

注：小写字母所对应的意义都为同列之间存在的整体差异(p)。表示p值在0.05以下，表3同。

2.2滞尘量

地被植物植株较灌、乔木低矮，能直接接受到机动车排放的颗粒物和地面扬起的尘土，对空气中的灰尘具有很好的过滤、滞留和吸附作用。通常情况下，如果地被植物的叶片粘附成分要得到完全冲洗，此时降雨量必须要大于15mm。经过测定，10种野生地被植物的滞尘能力强弱为：斑叶堇菜>蓝花棘豆>秃疮花>匍枝委陵菜>鹅绒委陵菜>东方草莓>大叶铁线莲>求米草>野罂粟>歪头菜。斑叶堇菜(2.41±0.22g/m2)的滞尘量约为歪头菜(0.43±0.10g/m2)的7倍。

表3　不同植物的周滞尘量Tab.3　Mass-based amount of dust absorption of different species

2.3不同植物的日释氧固碳量、吸热量和释水量

植物通过光合作用发挥固碳释氧的功能，对维持城市碳氧平衡、改善城市环境发挥重要功能。

表4　单位地被面积10种植物的日释氧固碳量Tab.4　Mass-based releasing oxygen quantity and absorbing quantity of CO2of different species

根据表4可知，单位地被面积10种野生地被植物的净同化量、释氧固碳量的高低顺序为鹅绒委陵菜>歪头菜>蓝花棘豆>斑叶堇菜>匍枝委陵菜>大叶铁线莲>野罂粟>秃疮花>求米草>东方草莓。鹅绒委陵菜的释氧固碳能力最强，约是东方草莓的7倍，东方草莓能力最弱。在降低局部小环境二氧化碳浓度和提高含氧量方面，鹅绒委陵菜效果显著，鹅绒委陵菜、歪头菜等固碳释氧能力较强的植物适宜在人群密集、耗氧量较大的区域栽植。

由表5可知，10种野生地被植物的日蒸腾量、吸热量值从大到小依次为：鹅绒委陵菜>蓝花棘豆>斑叶堇菜>歪头菜>匍枝委陵菜>大叶铁线莲>秃疮花>野罂粟>求米草>东方草莓。鹅绒委陵菜吸热释水量最高，单位面积可以达到37 837.21kJ/m2和15 686.62g/m2，表现出优良的降温增湿效益，同时，蓝花棘豆、斑叶堇菜等植物的吸热能力也较强，在城市绿化中合理与其他植物搭配能有效降低局部环境温度。

表5　单位地被面积各植物日蒸腾量、释水量、吸热量Tab.5　Mass-based evaporation,releasing water and absorbing heat quantity of different species

3　结论与讨论

马洁[6]等研究了包括东方草莓、匍枝委陵菜在内的16种北京地区草本地被植物的叶面积指数，发现其叶面积指数差异性很大，主要分布在2.38～16.36之间。本试验结果表明，10种野生地被植物的叶面积指数为2.28～6.66，与前人的研究结果相比其叶面积指数处于中下等水平，这可能是因为马蔺(Irislactea)、矮紫苞鸢尾(Irisruthenicavar.nana)等植物为密丛生且单位叶面积大的缘故。10种植物中蓝花棘豆的叶面积指数最大，对于裸露地表应适地适量开发对蓝花棘豆的应用；东方草莓的叶面积指数最小，约为蓝花棘豆的三分之一，这主要是因为东方草莓为匍匐茎，且茎节之间的距离较大的原因。

不同植物的滞尘能力不同，但是园林植被的滞尘能力具有一定的“可塑性”[9]。植物叶片滞尘能力的强弱与植物的叶面积指数、植物的绿期、叶片表面粗糙度等密切相关。在重力和风的作用下，粉尘降落到植物表面，通过叶片对粉尘的截留、吸附，从而实现植物的滞尘效益[10]。王杰青[5]研究发现每平方米连钱草(Glechoma longituba )每周滞尘量为1.06g，紫花地丁(Viola philippica)为6.49g。庄大伟[11]等研究了10种常用草坪地被的滞尘能力，其结果表明：26种草坪地被种萱草(Hemerocallis fulva )的单位绿地滞尘效益明显优于其他25种植物。本试验结果表明，10种野生地被植物滞尘能力差异显著，其中斑叶堇菜的周滞尘量最大，为2.41g/m2，这与其叶面积较大、叶表面密被绒毛密切相关，尤其是密被的绒毛大大增加了对灰尘等的吸附作用，较适合于降尘较为严重的区域；歪头菜滞尘量最小，仅为0.43g/m2，这可能主要是由于叶表面相对较光滑，不利于粉尘等颗粒物的附着。10种野生地被植物的滞尘量与其他研究结果略有不同，这是因为植物的滞尘能力除了与自身形态和特性有关外，还与所处的环境密切相关，因此，对10种植物的滞尘量还需进一步研究。

二氧化碳是“温室效应”形成的主要成因。当前，随着中国汽车CO2排放量日益提升，各种工业与家用生活对CO2的排放量也逐日提高，城市出现了明显的“热岛效应”问题。值得关注的是，并不是每种地被植物都有着同样的固碳能力与氧气释放能力，不同光照，不同的叶片结构，都会影响地被植物的这两种能力[12]。按每个成年人每天消耗1 380g氧气[13]计算，依据10种野生地被植物的释氧固碳量计算，保定市需要种植鹅绒委陵菜21m2、歪头菜28m2、蓝花棘豆32m2、斑叶堇菜34m2、匍枝委陵菜35m2、大叶铁线莲53m2、野罂粟55m2、秃疮花72m2、求米草106m2、东方草莓153m2才能满足1个成年人1天对氧气的需求量。如果将每单位植物所具有的吸热作用与1kw的空调机做对比，可知植物的吸热时间：鹅绒委陵菜10.51h，蓝花棘豆7.85h，斑叶堇菜7.28h，歪头菜7.13h，匍枝委陵菜6.39h，大叶铁线莲6.23h，秃疮花5.75h，野罂粟3.57h，求米草2.02h，东方草莓1.64h。

综上可以看出，鹅绒委陵菜、斑叶堇菜、蓝花棘豆、匍枝委陵菜等几种地被植物都具有较高的生态效益价值，若能将其与体型较大的乔木进行适当的土地分配，可有效维护园林环境的碳氧平衡，并由此有效保护环境。在园林配置中应充分考虑植物的生态功能，以便发在改善环境方面的作用[14]，因此，在园林绿化中值得推广应用鹅绒委陵菜等4种野生地被植物。

[1]王雁.14种地被植物光能利用特性及耐阴性比较[J].浙江林学院学报,2005,22(1):6-11.

[2]季慧颖.北京四种引进植物光合特性及生态效益研究[D].北京:北京林业大学，2010.

[3]吴岱镳.地被绿化植物二月兰的生物生态学研究[D].长沙：湖南农业大学,2010.

[4]罗丹.5种园林植物生态效益研究[J].广东林业科技,2014,30(3):47-51.

[5]王杰青.地被植物连钱草和紫花地丁的研究[D].哈尔滨:东北林业大学,2002.

[6]马洁,韩烈保,江涛.北京地区抗旱野生草本地被植物引种生态效益评价[J].北京林业大学学报，2006,28(1):51-54.

[7]李辉,赵卫智.北京5种草坪地被的生态效益研究[J].中国园林，1998(4):36-38.

[8]马洁.北京地区野生草本地被植物引种、筛选及利用[D].北京：北京林业大学，2006.

[9]Schabel H G.Urban forestry in Germany[J].Arbor,1980,6(11):281-286.

[10]陈自新,苏雪痕,刘少宗,等.北京城市园林绿化生态效益的研究[J].中国园林,1998,14(6):55-56.

[11]庄大伟,周春玲,孙学武.常用草坪的滞尘能力研究[J].现代园艺，2013(1):13-14.

[12]赵萱,李海梅.11种地被植物固碳释氧与降温增湿效益研究[J].江西农业学报，2009，21(1):44-47.

[13]丁向阳,郭鹏,勇浩.城市森林地被植物的生态效益[J].东北林业大学学报，2005,33(增刊):54-55.

[14]许宏刚,吴永华,廖伟彪,等.9种地被植物生态效益研究[J].甘肃林业科技,2012,37(1):18-20.

Ecological Benefits of The 10 Plant Species of Wild Ground Covers

DONG Qian,LI Yan,LI Jia-qi,LIU Dong-yun

(College of Gardens and Tourism,Agricultural University of Hebei,Baoding Hebei 071000,P.R.China)

In order to understand the ecological benefits of the 10 plant species of wild ground covers， LAI,dust detaining,the carbon-fixing,oxygen-releasing and absorbing heat quantity were measured in this study.The results showed that the LAI ofOxytropiscoeruleawas the biggest with 6.66,the dust detaining ofViolavariegatawas 2.41g/m2,the carbon-fixing,oxygen-releasing and absorbing heat quantity ofPotentillaanserinawere much bigger than the other 9 species.Based upon these measured indicators,Potentillaanserina,Violavariegata,Oxytropiscoeruleahave higher ecological benefit than those of other species.

wild ground covers;ecological benefit indicator;Potentillaanserina;Violavariegata;Oxytropiscoerulea;comprehensive evaluation

10.16473/j.cnki.xblykx1972.2016.05.021

2015-10-23

河北省教育厅项目“河北省野生耐阴性地被植物资源的收集筛选及应用研究(2010253)”。

董谦(1990-)，女，硕士生，主要从事园林植物资源与应用研究。E-mail：870168690@qq.com

简介：刘冬云(1971-)，女，副教授，硕士生导师，主要从事百合遗传育种工作研究。 E-mail：dongyunliu@hebau.edu.cn

S 688.4

A

1672-8246(2016)05-0108-05