园林乔木雨洪管理的路径与研究趋势

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园林乔木雨洪管理的路径与研究趋势

　　摘　　　　　要： “ ”近年来，在海绵城市理论的指导下，城市园林绿地逐渐开始被强调要承担更

多径流调控的功能，为有效解决城市雨洪问题做出应有的贡献。乔木作为城市园林绿地的重要

成分之一，研究表明，乔木具有降雨截流、蒸散失水、提高土壤渗透等功能，对整个园林绿地

的雨洪管理具有突出的贡献。本文从园林绿地局部水文循环的角度出发，总结了园林乔木在城

市雨洪管理过程中的途径和当前的研究进展，强调了乔木在城市雨洪管理中还有巨大潜力未被

发挥，并指出未来要加强时空尺度上不同乔木雨洪控制能力的研究，为今后城市园林绿地发挥

更优的雨洪管理功能提供指导。

　关键词：乔木; 雨洪管理; 冠层截留; 蒸散;

本文中提到的城市园林乔木包括城市范围内所有绿地人工种植和天然生长的乔木，包括所有树

“ ”种和生长阶段。城市雨洪管理目标的实现离不开园林乔木这一关键要素，它是海绵城市构建

微观方面和具体实施中的重点之一，深刻理解乔木与降雨间的相互关系十分重要。

整个降雨过程中，乔木可以多次分配雨水，在局部水循环过程中扮演着重要角色，通过冠层截

留、蒸散和提高土壤渗透等过程层层管理着雨水，部分附着在叶片和树干表面，部分蒸发返回

大气，部分落到土壤中沿着根系被运输至土壤深层，补充地下水。此外，这些过程发生的时间

不尽相同，例如，冠层截留与降雨几乎同时发生，而蒸散则在降雨后的几天到几周内最为强

烈。接下来，本文就乔木雨洪管理的几个主要途径及其研究进展做详细介绍。

　 1 　、乔木的雨洪管理途径

　　 1.1 　、冠层截留

冠层截留指的是降雨期间树冠、树干对雨水的截留[1]，可通过总降雨量减去树干茎流和冠层透

流之和来间接算得，冠层截留直接削减了降落到地表的雨量和降雨强度，延迟产流和削减洪

峰，同时降低土壤侵蚀和污染冲刷等作用，起到保护水质的作用[2]。

影响冠层截留的因素很多。群落类型是影响冠层截留的关键因素之一。对世界不同区域森林研

究发现，全郁闭阔叶林冠层降雨截留率约为18%～29%，全郁闭针叶林约为18%～45%[3]。冠

层截留还和树种特性、物候特征和气象条件有关。

同一树种因其树龄、健康程度的不同，树冠茂密度也不同，因此冠层截留率差异明显。另外，

乔木自幼树至成熟的生长过程中，枝叶越来越密，而由成熟至衰老期又出现自然的稀疏过程，

树冠截留能力相应也随之起伏，观测结果表明，树龄在30-40a 时，林冠截留量最大[4]。

不同树种间影响因素更加复杂，诸如树形大小、冠层结构、叶面积、树枝夹角、叶片粗糙度、

树皮厚度和粗糙度等因素导致冠层截留率种间的巨大差异。Xiao 等[5]认为不同种间截留率的

差异主要取决于树木表面积和表面滞存能力（通过贮存在叶片和树干表面水分的平均深度来衡

量）。通过对 20 个不同树种进行研究，Xiao[6]等发现针叶树种表面截留率平均约 20%～

40%，阔叶树种平均 10%～20%[7]，针叶树种表面比阔叶树种可以滞存更多的雨水，并且无论

针叶或阔叶树种，叶片表面的雨水滞存量要远大于树干表面。美国学者[8]对树冠结构差异明显

的山毛榉和鹅掌楸进行对比研究，发现在树形大小相近的情况下，山毛榉对降雨的平均截留率

为21.5%，平均约 500L；而北美鹅掌楸可以达到27.8%,650L。

物候对落叶树种截留率的影响大于常绿树种，展叶季树木的截留量显然要比落叶季大，因此在

城市中适当多的栽植常绿阔叶和针叶树种有利于城市保持较高的冠层截留水平，尤其是在落叶

季节。

此外，降雨强度、持续时间、降雨间隔时间等因素均会不同程度影响树木截留和滞存雨水的能

力[7]。小雨强度下的冠层截留量大小取决于降雨强度大小；在大雨强度下，树种本身的表面滞

存能力才是决定冠层截留率的主要因素[9]。降雨初期，雨水全部截留于枝叶表面，截留量与降

雨强度无关，随后降雨强度的增加截留量也不断增加，最终趋于一个常数，即林冠最大截留

量。Xiao[9]对不同降雨强度下 20 种乔木林冠截留量进行研究发现，降雨强度越大，林冠截留

量越大，当降雨强度达到80mm/h 时，达到林冠最大截留量。湿润季节里，降雨初期冠层截留

量很高，但随着乔木表面水分逐渐饱和，截留能力迅速降低。持续的低强度降雨，加上较长的

降雨间隔，会显着提高乔木对降雨的截留率，因此，有学者认为相对雨洪控制，乔木在净化水

质方面的作用更大[10]，因为通常认为小雨是地表污染物冲刷的罪魁祸首。

　 1.2 　、蒸散

蒸散包括植物蒸腾和表面蒸发两部分，是水文循环中水分返还大气的重要途径，对维持着城市

水平衡起着重要作用。植物通过蒸腾作用，水分沿着土壤-植物-大气途径被传输至植物叶片表

面，最终散失在大气中。正因如此，蒸散在城市管理的多个方面都可以扮演关键作用，诸如控

制降雨径流、缓解城市热岛效应和城市水资源利用等。

目前，关于城市蒸散的研究文献已有不少。例如，美国学者 Cleugh[11]利用优化后的城市水循

环模型，对澳大利亚沃登山谷城市水循环各分量进行模拟计算，发现蒸散量在水分输出项中占

的比例最大，一年中有高达81%的降雨量通过蒸散散失。K ihler�等[12]对屋顶绿化进行研

究，得出屋顶绿化年平均蒸散率在60%～79%之间的结论。不同气候区森林蒸腾率也大不相

同，湿润地区城市森林蒸腾率占同期降水量的比例为 20%～40%[13]，而半干旱区则可达40%

～70%[14]。对城市地表植被来说，蒸腾是体内水分流动的重要驱动力。然而，蒸腾率受到树

种特性、树形大小、年龄、健康程度以及土壤湿度等方面的影响，使得准确评估乔木蒸腾量非

常困难。Pataki[15]对夏季洛杉矶城市森林蒸腾率进行定量研究，发现不同的树种间蒸腾量存在

明显差异，加那利松（慢生针叶树种）日蒸腾量最小，为 3.2±2.3kg·tree-1·d-1；法国梧桐（速

生落叶树种）日蒸腾量最大，达到176.9±75.2kg·tree-1·d-1。同一树种间蒸腾量也差异明显，例

如美国皂荚，蒸腾率最小为2.0×104kg·yr-1，最大超过3.0×104kg·yr-1[16]。未来应该加强对树

种生理生态和城市水文生态研究，这对于精确评估树种蒸腾率及其对城市雨水管理的贡献有重

要意义。

按照城市植物功能型的不同，可以将城市蒸散划分为不同的季节模式[17]。常绿针叶树种相较

落叶阔叶树种，叶的蒸腾率较低[18]；但相较于城市中的冷季草坪草，乔木树大根深，可以充

分吸收土壤水分[19]。不同功能型及不同物种，它们的生理活动周期和物候是有明显季节差异

的。例如，冷季草坪草在春季和秋季生理活动旺盛，而落叶阔叶树种和常绿针叶树种在盛夏生

理活动达到顶峰[20]。此外，常绿针叶树种整年都保持着生理活动，而落叶阔叶树种和冷季型

草坪草的生理活动只有在生长季[21]。因此，在城市绿色基础设施植物搭配上，可以考虑适量

多栽植类似常绿针叶树种一样可以全年发挥蒸散作用的种类。

监测树干液流密度有助于掌握其季节性的蒸腾速率[22]。野外森林中对树干液流密度的研究已

经司空见惯[23,24]，但在城市园林中的研究才刚刚起步。例如，Wang 等[25]对北京城市绿地进

行研究，发现日液流密度存在明显的季节性差异且夏季日液流密度最大，与乔木生长规律基本

一致。充足的土壤水分是保持高蒸散的必要条件。城市中生长季土壤水分不足时，可以通过灌

溉提供水分来维持树木的高蒸散。同时，灌溉也导致自然过程和人为行为相混杂，给预测城市

乔木蒸腾量增加了困难。最近有研究发现，单位土地面积上，乔木蒸散率可能比草坪草要

低，Peters[17]对城市休闲园林进行研究，发现草坪草的蒸散率均要高于乔木，分别占整个园林

用地蒸散率的77%和33%，甚至更多。

未来应加强乔木蒸散与雨洪管理直接关系的研究。例如，在降雨强度、持续时间、降雨频率等

诸多变量存在的情况下，如何准确建立乔木蒸散量与雨水径流减少量之间的关系。

　 1.3 　、改善土壤渗透

虽然冠层截留和蒸散是乔木发挥雨洪调控最直接的手段，但乔木改善土壤渗透同样不能忽视。

植物能够提高土壤入渗性能，一方面植物通过蒸腾作用促进根系吸收土壤水分，土壤在水分发

生亏损后吸水能力增强[26]。另一方面植物根系通过穿插、分割等方式长期作用于土壤，能够

改善土壤非毛管孔隙度、土壤团聚体等组成和结构；数据表明，植物根系可增加土壤非毛管孔

隙度1.48%～155.43%，增加有机质13.33%～111.11%，降低容重1.7%～15.5%，使稳渗率达到

8.4～976.2mm/h，提高 27.4%～476.8%[27]。乔木增加土壤非毛管孔隙度的作用优于草本

[28]。Armson[29]对城市道路树池进行研究，发现幼树生长的树池可以减少周边沥青路面径流

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摘要：

园林乔木雨洪管理的路径与研究趋势　　摘　　　　　要：“”近年来，在海绵城市理论的指导下，城市园林绿地逐渐开始被强调要承担更多径流调控的功能，为有效解决城市雨洪问题做出应有的贡献。乔木作为城市园林绿地的重要成分之一，研究表明，乔木具有降雨截流、蒸散失水、提高土壤渗透等功能，对整个园林绿地的雨洪管理具有突出的贡献。本文从园林绿地局部水文循环的角度出发，总结了园林乔木在城市雨洪管理过程中的途径和当前的研究进展，强调了乔木在城市雨洪管理中还有巨大潜力未被发挥，并指出未来要加强时空尺度上不同乔木雨洪控制能力的研究，为今后城市园林绿地发挥更优的雨洪管理功能提供指导。　关键词：乔木;雨洪管理;冠层截留;蒸散...

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