不同规格复羽叶栾树透光率的比较分析

刘 美，王 琪，廖飞勇*

（中南林业科技大学风景园林学院，湖南长沙 410004）

光是影响植物生长发育的关键因子。不同种类的树木由于其树冠形态、叶片反光率及叶片的排列方式等因素使得太阳辐射透过树冠层后发生较大变化。树冠下不同位置的光照强度和光照时间变化，影响植物的生长和种类的更新[1]。因而开展对不同种类乔木下光照特性以及透光率的研究，可以为园林中植物群落的构建、种类的选择提供参考。

复羽叶栾树（Koelreuteria bipinnata）为无患子科栾树属落叶乔木，树冠伞形，高可达20 余m，主要分布在我国中南及西南等地，为速生树种。春季嫩叶呈红色，夏叶羽状浓绿色，秋季满树黄花，国庆节前后其蒴果的膜质果皮膨大如小灯笼，颜色鲜红如花朵成串挂在枝顶，有较强的抗烟尘能力和适应性，是城市绿化理想的观赏树种[2]。近年来，复羽叶栾树作为行道树、园景树、风景林在湖南、浙江、江苏、江西等省得到广泛应用，在长沙其使用频度高达到70%以上[3]。目前，对于复羽叶栾树的研究主要集中于不同处理对其种子发芽特性的影响[4-6]、化感活性[7]及其固碳释氧能力[8]等方面。对复羽叶栾树光照环境及其对光的响应的研究较少，张习敏对复羽叶栾树光合作用日变化及光响应特征研究表明：复羽叶栾树为典型的阳生树种，对光环境的适应性较强[9]。通过测定不同大小复羽叶栾树树下透光率的日变化，分析其与叶面积指数间的相关关系，明确复羽叶栾树冠层内光照特性及其对林下植被的影响，为复羽叶栾树树下植物配置提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

中南林业科技大学长沙校区位于长沙市南部111°53′～114°15′E，27°51′～28°41′N。处于东亚季风区内，属典型的亚热带湿润气候，年平均气温17.1℃，年平均降水量1378mm，集中于4～7 月[10]。不同大小的复羽叶栾树散布于校园内，树冠自然丰满，生长优良。

1.2 植物大小选择

根据调查统计，长沙市市区复羽叶栾树常用规格的胸径约为8～40cm。本研究对待测植株按照胸径由小到大每8cm 为一个径阶进行分类，分为4 组，分别是组Ⅰ（G1）：8～16cm，组Ⅱ（G2）：16～24cm，组Ⅲ（G3）：24～32cm，组Ⅳ（G4）：32～40cm，详情见表1。每组重复3棵，选取在不同光照（向阳与背光）环境下生长且树冠相互不衔接的复羽叶栾树作为试验植株。

表1 4 组待测植株基本情况

1.3 试验设置及叶面积指数测定

本试验采用AccuPAR（型号：LP-80）植物冠层分析仪，于11 月中旬晴天和阴天2 种天气条件下对待测植株冠层内不同位置透光率的日变化及其相应的叶面积指数进行测定，由冠层外围往内，隔1m 设1 个测量点，即组Ⅳ（G4）植物可在1m、2m、3m、4m、5m、6m、7m处设测量点；组Ⅲ（G3）植物可在1m、2m、3m、4m、5m 处设测量点；组Ⅱ（G2）植物可在1m、2m、3m、4m 处设测量点；组Ⅰ（G1）植物可在1m、2m 处设测量点。传感器探头的位置放置距离地面1m 处，测量时间为8：00～16：00，每2h 测量1 次。

1.4 数据处理

采用Excel 2007 和SPSS 17.0 进行数据处理分析作图。在SPSS 17.0 软件中以P＜0.05 为差异显著性判断标准；采用双变量相关分析的Pearson 相关系数分析胸径、冠幅、树高之间的相关性，结果以相关性系数表示，*表示显著相关（P＜0.05），**表示极显著相关（P＜0.01）。

2 结果与分析

2.1 胸径、冠幅、树高之间的相关性分析

复羽叶栾树胸径、冠幅、树高之间的相关性分析结果如表2。由表2 可知，复羽叶栾树的胸径与冠幅、树高呈极显著正相关（P＜0.01）；冠幅与树高呈显著正相关（P＜0.05）。

表2 复羽叶栾树胸径、冠幅、树高之间的相关性系数

此外，Excel 2007 分析所得，胸径与冠幅可用回归方程y=1.573x0.7702表示（x 为胸径，单位为cm，y 为冠幅，单位为m，r2=0.8579）；胸径与树高的回归方程为y=7.7648e0.0226x（x 为胸径，单位为cm，y 为树高，单位为m，r2=0.8385）；冠幅与树高的回归方程为y=3.3297x0.4954（x 为胸径，单位为cm，y 为树高，单位为m，r2=0.5041）。

2.2 晴天不同规格复羽叶栾树透光率的日变化

晴天不同规格复羽叶栾树透光率的日变化如图1，从上午8：00 起4 组植物透光率急剧下降至10：00，10：00～12：00 整体变化相对缓慢，达到一天中最低（G1-0.29，G2-0.49，G3-0.24，G4-0.25）；12：00～14：00 4组植物均呈急剧上升趋势，14 时后逐渐降低，仅G2持续攀升。总的来看，晴天复羽叶栾树冠层内透光率的日变化曲线大致呈“V”字型，表现为早晚高，午间低。

图1 4 组植物晴天的透光率日变化

图2 4 组植物阴天的透光率日变化

2.3 阴天不同规格复羽叶栾树透光率的日变化

从图2 可知，植物树冠内透光率日变化幅度相对晴天更小。早晨偏低，8：00～10：00 4 组植物透光率均呈上升趋势，其中有3 组植物达一天中最大值（G1-0.920，G2-0.665，G4-0.561）；10：00～12：00 4 组植物透光率均呈下降趋势；12：00～14：00 变化不明显，14 时开始G2、G3和G4植物透光率均逐渐下降，而G1植物则呈上升趋势。总的来看，冠层内透光率的日变化曲线大致呈“M”字型，表现为早晚和午间均较低，期间出现高峰值。

2.4 透光率与叶面积指数的关系

从图3 可知，透光率随着叶面积指数的增加呈现负幂指数下降的趋势，即在树冠水平方向上，随着冠层外到冠层内叶面积指数的不断增加透光率呈递减趋势。李德志等[11]研究表明冠层结构对光照、光截获量及其光能在冠层内的分布和传输有决定性的作用，其中叶面积指数是描述植被冠层结构的最基本的参数之一[12]，能直接反映冠层郁闭程度。

图3 4 组植物冠层内不同距离透光率与其叶面积指数的关系

2.5 树冠下不同距离透光率的变化

从表3 可知，离树冠外缘相同距离情况下，树冠下层透光率的值总是G1＞G2＞G3＞G4。换而言之，树木越小冠层内透光率越大，树木越大冠层内透光率越小。此外，表3 表明不同规格大小复羽叶栾树冠层内透光率由冠层外围往中部和内膛不断减小。

表3 不同规格复羽叶栾树冠层内不同距离的透光率

3 总结与分析

3.1 复羽叶栾树的冠幅、胸径、树高之间存在显著正相关关系

复羽叶栾树的胸径与冠幅呈极显著正相关关系（P＜0.01），并可用方程进行描述y=1.573x0.7702（r2=0.8579）；与何开伦等[13]对广东省主要用材林各树种的冠幅与胸径的相关性研究所得，树木冠幅与胸径具有显著的正相关关系相一致。罗玲等[14]对榆林沙区樟子松冠幅与胸径的相关关系分析研究结果也表明冠幅与胸径的大小是同增同减的，且符合生物学规律：冠幅大，林木光合作用叶面积大，林木积累的光合作用产物就多，因此胸径的生长量就大。

胸径与树高具有相同的变化趋势，呈极显著正相关（P＜0.01），两者间的相关性可用指数函数方程y=7.7648e0.0226x（r2=0.8385）进行描述；与梁建平等指出随着望天树胸径的增加，树高也在持续增加的观点相一致[15]；冠幅与树高呈显著正相关（P＜0.05），用回归方程描述为y=3.3297x0.4954（r2=0.5041）。

冠幅、胸径与树高都是衡量树木生长的重要因子，通过测定树木冠幅、胸径与树高的指标能够直观地显示不同树种在某地区的生长状况和适合程度，通过建立他们之间的联系，揭示其生长规律，有助于深入认识不同树种的生物学特性[16]。

3.2 不同天气条件下复羽叶栾树的透光率的日变化不同

由于光照强度、太阳高度和天气现象(雾)等的共同影响，不同天气条件下复羽叶栾树的透光率的日变化呈现不同的变化趋势。晴天冠层内透光率的日变化曲线大致呈“V”字型，表现为早晚高，午间低。其原因是：晴天早晚时刻由于太阳高度角较低，散射光较直射光更容易进入冠层内，造成冠层内透光率较大；午间由于太阳高度较高，冠层内透光率达到一天中最低；午后太阳高度角逐渐减小，透光率不断增加。与张一平等对热带次生林林窗干热季林内相对光照强度时间变化特征分析结果相一致[17]。阴天冠层内透光率的日变化曲线大致呈“M”字型，早晚和午间均较低，期间出现高峰值。因受天气（雾）的影响，早晨冠层内透光率较低，随着太阳升起和雾逐渐消散，冠层内透光率迅速上升；而后，主要受太阳高度角的影响，冠层内透光率呈先下降后上升然后下降的趋势。

3.3 透光率与叶面积指数具有显著相关性

不同规格复羽叶栾树不同距离的透光率随着叶面积指数的增加呈现负幂指数下降的趋势，相关系数r2＞0.98。与刘伟伟等对‘新温185 号’核桃冠层内透光率和叶面积指数分析结论一致，证明透光率随累积叶面积指数的增加而递减有较强的规律性[18]。

3.4 复羽叶栾树对光的响应及其下面植物配置的建议

陈月华等[8]对长沙地区19 种常见园林植物的光合特性的研究表明，复羽叶栾树的光饱和点处于高水平，超过1000μmol/m2·s，说明其能充分利用强光进行光合作用，适合种植于光照强度较强的区域，或者处于植物群落的上层。

通常植物的光补偿点（LCP）与光饱和点（LSP）可作为测定植物耐荫程度的一个标志。光照强度需达到其光补偿点（LCP）才能有干物质的积累，光合速率随光照强度的增加而提高，直至其光饱和点（LSP）停止。生境中光照强度接近植物光饱和点则有利于植物的生长。李博等[19]表示，一般而言多数植物的光饱和点为500～1000μmol/m2·s，阴生植物叶片的光饱和点为90～180μmol/m2·s，阳生植物叶片的光饱和点为460～1000μmol/m2·s。

人工栽培群落构建中，复层结构的植物群落的生态效益要比单一层次好，无论是其遮荫效果、降温增湿，还是固碳释氧能力等[20]。因此，我们在对复羽叶栾树树下植物进行配置时，乔灌草搭配相结合，并充分考虑其冠层内不同距离光照强度的变化差异，掌握不同规格复羽叶栾树冠层内的光照强度的变化规律。

表4 复羽叶栾树冠层内不同距离的光照强度(μmol/m2·s）

以长沙市为例，由表4 可知，G1、G2树下以及G3和G4距树冠边缘1～2m 处，阳光充足，可栽植阳生植物，如：月季、菊花、小蜡、红花檵木、海桐、大叶黄杨、杜鹃、火棘、凤尾兰、矮牵牛、万寿菊、石榴、梅花、紫薇、紫荆、石斑木、花叶女贞、胡颓子、罗汉松、轮叶赤楠等。G3、G4距树冠边缘3m 及以上范围内，可栽植喜光并耐阴的植物更佳，如：小檗、中华蚊母树、十大功劳、阔叶十大功劳、八仙花、无刺构骨、南天竹、二月兰、鸢尾、萱草、小叶栀子、金边六月雪、红枫、龙爪槐、蜡梅、山茶、茶梅、夏鹃、龟甲冬青等。总之，植物群落的构建既要关注其实用功能和景观效果，也要考虑其生长习性。

3.5 存在的不足之处

由于时间、精力及能力的局限性，只对中南林业科技大学校内12 棵复羽叶栾树秋季的光照强度、透光率及叶面积指数进行了测量。仅限于探索叶面积指数对透光率的影响，显然城镇建成环境中的建筑和其它附属地物、季节差异、测量方位不同等都能对其产生影响。后续可扩大研究的植物种类、地域、时间范围，对光因子相关指标的四季变化进行测量；此外，对于生境因子中的光因子只考虑了光照强度对场地生境的影响，光因子对植物群落的影响不仅包括光照强度，还包括日照时长、光质的影响等。对于场地中光因子对植物的影响仍需要进一步探索研究，进而为植物配置提供更为全面、准确的数据支撑。