发明内容
本发明的目的是提供一种应用南亚热带树种构建的大叶面积立体群落及其构建方法。
为提高城市绿地的空气净化能力,本发明提供一种应用南亚热带树种构建的大叶面积立体群落及其构建方法。本发明应用南亚热带优势阔叶树种,在空间上建立具有多个层次的植物群落,落在每个层次的植物冠层属于在相同高度尺寸上具有大叶面积特性的植物种类。用该方法在空间上构建的植物群落具有总叶面积大的特征,在城市道路中可起到更好的空气过滤屏障的作用。
本发明的第一个目的是提供一种应用南亚热带树种构建的大叶面积立体群落,包括灌木层、低层乔木层、中层乔木层和高层乔木层;所述的灌木层为山乌桕、天料木、锯叶竹节树、黑柃和三桠苦中的一种或两种以上的组合;所述的低层乔木层为南酸枣、二色波罗蜜、黄樟、天料木和三桠苦中的一种或两种以上的组合;所述的中层乔木层为黄樟、南酸枣、天料木、二色波罗蜜和茸荚红豆中的一种或两种以上的组合;所述的高层乔木层为黄樟、南酸枣、竹叶青冈、华润楠和二色波罗蜜中的一种或两种以上的组合。
优选,所述的灌木层为山乌桕,所述的低层乔木层为南酸枣,所述的中层乔木层为黄樟,所述的高层乔木层为黄樟。
优选,所述的灌木层为山乌桕,所述的低层乔木层为二色波罗蜜,所述的中层乔木层为南酸枣,所述的高层乔木层为黄樟。
优选,所述的灌木层的高度范围为:株高H<2m,所述的低层乔木层的高度范围为:2m ≤株高H<5m,所述的中层乔木层的高度范围为:5m≤株高H<10m,所述的高层乔木层的高度范围为:株高H≥10m。
本发明的第二个目的是提供一种应用南亚热带树种构建大叶面积立体群落的方法,包括以下步骤:
a.筛选南亚热带常绿阔叶林优势树种,测量获得目标树种单位地上部分生物量的叶面积 LAB;
b.将筛选的南亚热带常绿阔叶林优势树种分成四个高度层:灌木层组、低层乔木组、中层乔木组和高层乔木组;根据Chave等(2005)的方法计算湿润森林地上部分生物量,公式为AGB=0.0509×ρH D2,其中ρ为木材密度、H为株高、D为树木胸径,计算得到对应高度层、目标树种的地上部分生物量AGB;
c.根据单个树木个体总叶面积计算公式TV=LAB×AGB,计算得到不同高度层、目标树种的总叶面积TV;对同一个高度层中的不同树种的总叶面积大小进行排序,选择使用总叶面积相对较大的树种;再组合四个高度层的树种,构建得到大叶面积立体群落。
优选,根据野外调查测得的不同高度层、目标树种的株高H和胸径D建立关系公式:D=aH+b,获得不同尺寸目标树种的胸径D和株高H的关系公式常数a和b值,再根据目标树种的株高H获得对应的胸径D代入公式AGB=0.0509×ρH D2,建立AGB与株高H的关系式。因为植物在不同的生长阶段的生长速率有差异,本发明将所涉及的56种树种根据高度大小划分成四个高度层次的尺寸类别,分别为灌木层组(高度范围为0-2m)、低层乔木组(>2, ≤5m)、中层乔木组(>5,≤10m)、高层乔木组(>10m);该关系式可以供规划搭配各个层次(不同高度)树种群落时进行参考和计算。
优选,所述的灌木层的高度范围为:株高H<2m,所述的低层乔木层的高度范围为:2m ≤株高H<5m,所述的中层乔木层的高度范围为:5m≤株高H<10m,所述的高层乔木层的高度范围为:株高H≥10m。
所述的筛选的南亚热带常绿阔叶林优势树种如表1中所示。
所述的测量获得的南亚热带常绿阔叶林优势树种单位地上部分生物量的叶面积LAB和木材密度,具体为:
岭南槭:LAB为48.3cm2/g,木材密度为0.54g/cm3;南酸枣:LAB为184.5cm2/g,木材密度为0.487g/cm3;野漆树:LAB为92.7cm2/g,木材密度为0.49g/cm3;毛叶冬青:LAB 为93.2cm2/g,木材密度为0.591g/cm3;橄榄:LAB为119cm2/g,木材密度为0.442g/cm3;虎皮楠:LAB为86.3cm2/g,木材密度为0.536g/cm3;罗浮柿:LAB为85.1cm2/g,木材密度为0.559g/cm3;猴欢喜:LAB为96.6cm2/g,木材密度为0.478g/cm3;山杜英:LAB为79.1 cm2/g,木材密度为0.475g/cm3;山乌桕:LAB为111.3cm2/g,木材密度为0.425g/cm3;山地五月茶:LAB为80cm2/g,木材密度为0.59g/cm3;光叶红豆:LAB为43.9cm2/g,木材密度为0.534g/cm3;茸荚红豆:LAB为84.8cm2/g,木材密度为0.61g/cm3;福建青冈:LAB 为63.4cm2/g,木材密度为0.871g/cm3;菴耳柯:LAB为88.1cm2/g,木材密度为0.711g/cm3;黧蒴锥:LAB为89.6cm2/g,木材密度为0.449g/cm3;罗浮锥:LAB为74.9cm2/g,木材密度为0.644g/cm3;米锥:LAB为79.8cm2/g,木材密度为0.441g/cm3;黑叶锥:LAB为56.2 cm2/g,木材密度为0.644g/cm3;木姜叶柯:LAB为51.7cm2/g,木材密度为0.44g/cm3;粉绿柯:LAB为90.8cm2/g,木材密度为0.711g/cm3;竹叶青冈:LAB为100.4cm2/g,木材密度为0.871g/cm3;天料木:LAB为166.6cm2/g,木材密度为0.746g/cm3;鼠刺:LAB为104 cm2/g,木材密度为0.477g/cm3;黄杞:LAB为111.6cm2/g,木材密度为0.464g/cm3;豺皮樟:LAB为58.7cm2/g,木材密度为0.493g/cm3;鼎湖钓樟:LAB为98.6cm2/g,木材密度为0.568g/cm3;短序润楠:LAB为81.6cm2/g,木材密度为0.592g/cm3;华润楠:LAB为119.3 cm2/g,木材密度为0.474g/cm3;黄丹木姜子:LAB为63.5cm2/g,木材密度为0.493g/cm3;黄果厚壳桂:LAB为90cm2/g,木材密度为0.621g/cm3;黄樟:LAB为107.3cm2/g,木材密度为0.536g/cm3;尖脉木姜子:LAB为72.9cm2/g,木材密度为0.493g/cm3;绒毛润楠:LAB 为107cm2/g,木材密度为0.629g/cm3;少花桂:LAB为102.5cm2/g,木材密度为0.499g/cm3;显脉新木姜子:LAB为74.4cm2/g,木材密度为0.59g/cm3;猴耳环:LAB为95.7cm2/g,木材密度为0.39g/cm3;亮叶猴耳环:LAB为99.8cm2/g,木材密度为0.379g/cm3;二色波罗蜜: LAB为141.7cm2/g,木材密度为0.508g/cm3;罗伞树:LAB为95.3cm2/g,木材密度为0.641 g/cm3;郎伞木:LAB为105cm2/g,木材密度为0.641g/cm3;密花树:LAB为44.8cm2/g,木材密度为0.638g/cm3;红枝蒲桃:LAB为64.1cm2/g,木材密度为0.675g/cm3;桃金娘: LAB为51.4cm2/g,木材密度为0.779g/cm3;锯叶竹节树:LAB为131.9cm2/g,木材密度为 0.68g/cm3;锈毛石斑木:LAB为61cm2/g,木材密度为0.619g/cm3;香楠:LAB为60.6cm2/g,木材密度为0.804g/cm3;三桠苦:LAB为219.4cm2/g,木材密度为0.439g/cm3;笔罗子:LAB 为101.3cm2/g,木材密度为0.596g/cm3;翻白叶树:LAB为109.4cm2/g,木材密度为0.446 g/cm3;越南山矾:LAB为41.7cm2/g,木材密度为0.515g/cm3;腺叶山矾:LAB为108.7cm2/g,木材密度为0.65g/cm3;黑柃:LAB为84.5cm2/g,木材密度为0.625g/cm3;木荷:LAB为 95.5cm2/g,木材密度为0.538g/cm3;长尾毛蕊茶:LAB为50.7cm2/g,木材密度为0.55g/cm3;细枝柃:LAB为85.7cm2/g,木材密度为0.551g/cm3。
本方法计算得到的TV是一个反映个体叶面积大小的特征量,是一个相对量,树木个体总叶面积计算公式中TV=LAB×AGB,式中的LAB是每个树种单位地上部分生物量分配给叶面积的特征量,是森林生态研究领域公认的反映树种生物量分配特性的特征常数。在树木的实际生长过程中,由于土壤肥力、光照条件等差异,同一个树种的总叶面积是会发生变化的, LAB反映的是在相同生境下不同个体的单位生物量向叶面积分配量的特征,这个特征是相对恒定的。本方法计算得到的TV,反映的是将所有目标树种置于同一个生长环境的情况下,各个树种的总叶面积的相对大小。本发明创造性地提出的是一种构建总叶面积大的立体群落的方法,该方法在实现这个目标上具有应用价值。特别是,构建一种大叶面积的立体群落,首先就是要知道各目标树种的总叶面积,而实际上我们难以将整棵大树的叶片一个个摘下来测量面积,再计算总叶面积,更不可能把整棵大树砍下来称重,去计算LAB。而且目前也没有相应的原位测量单个大树个体总叶面积的测量仪器和方法。本方法解决了大树总叶面积难以获取的问题,为不同树种总叶面积特征的比较提供了非常重要的方法。该方法简单易用,具有很强的可操作性。
利用本方法,在应用者进行绿地规划时,用本方法可以获得在同样的生长条件下,不同高度尺寸的树种的叶面积大小特征,尽管这个叶面积是相对值,所得到的不同树种排名也是相对排名,因此仍然可以用来筛选获得在此生长条件下最优的具有大叶面积立体群落。另一方面,在应用者已知具体目标树种尺寸的情况下也可以计算获得不同尺寸树种在适应了同一个生境后,不同树种的叶面积大小理论值和排名。
本发明具有以下优点:
1.应用的树种为南亚热带常绿阔叶林优势树种(乡土树种),具有生长旺盛,病虫害少,适应能力强的特性,非常适合应用于南亚热带城市绿化带的建设。
2.在单位面积上组建的多层立体群落比单层的群落具有更好的光能利用效率、更厚的冠层和总叶面积。
3.选用具有大叶面积特性的树种能最大限度地提高立体群落在单位绿地上的总叶面积。
4.本发明获得了一种可靠的计算树种总叶面积特征的方法。该方法的开发,首先用可靠的测量方法和数据获得了乡土树种物种单位生物量的叶面积(指LAB这个特征量),并且基于严谨可靠的野外调查方法和大量野外调查数据获得不同高度层次、不同种类的树木胸径和树高的关系。
5.本方法获得的计算树种总叶面积特征的方法,可靠度高,计算方法简单易用。应用者只需要确定目标树种的株高即可以代入相应树种的公式进行计算排名,实施规划应用。
6.本发明基于不同树种叶面积特征的计算方法,提供了一种增加总叶面积的绿化树种群落组合。本发明的应用南亚热带树种构建的树种群落,既保证了乡土树种适应当地环境、具有观赏性,最重要的是极大地增强了绿化带净化空气的生态功能如吸附灰尘、重金属等。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明,而不是对本发明的限制。
实施例1
一、分析南亚热带常绿阔叶林优势树种的叶面积特性
应用的树种为南亚热带常绿阔叶林优势树种,具有生长旺盛,病虫害少,适应能力强的特性,非常适合应用于南亚热带城市绿化带的建设。
通过采集56个物种236个个体的野外调查和测量数据,获得56个树种的叶面积比(Leaf area ratio),即单位地上部分生物量的叶面积LAB(Poorter et al.2012),用于表征物种地上部分的生物量分配给叶面积的比例。计算得到的每个树种LAB是个特征常数。相应数据详见表 1。
调查和测量参考Poorter等2012年(Poorter,H.,K.J.Niklas,P.B.Reich,J.Oleksyn,P.Poot, and L.Mommer.2012.Biomass allocation to leaves,stems androots:meta-analyses of interspecific variation and environmental control.NewPhytologist 193:30-50.)的方法,这是本领域公认的能代表目标物种的生物量向叶面积分配特征LAB的测量方法。具体方法:在广东黑石顶自然保护区内采样,选择56个优势的常绿阔叶树种,每个物种随机选择4-5个个体,高度30-50cm,同一物种的幼苗取样间距>10m。以幼苗为中心划定30cm×30cm的环形区域,剖开土壤将幼苗小心地挖起,保持根系的完整性,带回实验室采用扫描仪扫描所有的叶片,利用image J软件分析叶面积,获取整个植株的总叶面积V。将植株分开根、茎、叶三部分,清洗干净烘干称干重,将叶片和茎的干重相加获取地上物种干重W。地上部分单位生物量的叶面积LAB=单株总叶面积V/地上部分生物量W,单位(cm2/g)。
二、计算不同层次植物的地上部分生物量AGB
树种地上部分生物量的计算方法参考Chave等2005年的方法,这是森林生态学领域公认的用于估算树木个体地上部分生物量的方法。根据树种所属的林型采用公式AGB=0.0509 ×ρH D2;其中ρ为木材密度,H为株高,D为树木胸径。
(1)木材密度的获取
根据野外调查获得的树种木材密度ρ参见表1。木材密度的测量方法具体为:每个物种随机选择4-5个个体测量木材密度。胸径≥6cm的个体用生长锥于1.3m高度处钻取每个个体的树芯(长度为胸径的一半);胸径小于6cm的个体,截取直径约为1cm,长度为5cm的枝条,去除树皮后用于测量木材密度(g cm-3)。采用排水法测量木材样品的体积,之后样品于60℃烘箱96小时以上,最后称重。木材密度为干重与其体积的比值。
(2)株高H和胸径D的关系
植物在不同的生长阶段的生长速率有差异,将所涉及的56种树种根据高度大小划分成四个高度层次的尺寸类别,分别为灌木层组(高度范围为0-2m)、低层乔木组(>2,≤5m)、中层乔木组(>5,≤10m)、高层乔木组(>10m)。
根据调查和测量的株高和树木胸径数据,提供不同高度尺寸的树种的株高(H)和胸径(D)关系公式:D=aH+b,以供规划搭配各个层次树种群落时进行参考和计算。各树种每个高度组(灌木层组(高度范围为0-2m)、低层乔木组(>2,≤5m)、中层乔木组(>5,≤10m)、高层乔木组(>10m))的株高和胸径关系公式常数a和b值详见表2、3、4、5。
野外树木个体株高H和胸径D的具体调查和测量的过程和方法:建立50公顷的森林动态监测样地(投影面积)。首先,用全站仪精确测定样地地形、确定样地范围并进行网格化设置,包括把样地分成1250个投影面积为20m×20m的基本样方单元,每个样方单元进一步分为16个5m×5m的小样方。然后,对网格化样地进行界桩标记,包括对每个20m×20m样方四角用水泥桩或花岗岩石桩进行永久标记,对5m×5m的小样方四角用PVC管进行标记。最后,对样地内所有胸径≥1cm的木本植物(含分枝个体)进行每木标记,标记内容包括画漆和挂牌,并鉴定到物种,测量胸径(cm)和树高(m)。为充分获得56个树种不同高度层次个体大小的株高H和胸径D的关系式,本发明共调查了126692个树木个体。
三、计算不同高度层次下目标树种的理论总叶面积TV,在同一个层次选择总叶面积最大的植物
总叶面积TV的计算公式为:TV=LAB×AGB。
根据上述方法,列举1、4、8和12m高的不同树种理论总叶面积排名见表2、3、4、5。
根据上述方法,提供应用南亚热带优势树种构建的拥有大叶面积的立体群落;该群落包括灌木层(高度范围为0-2m)、低层乔木(2-5m)、中层乔木(5-10m)、高层乔木(>10m);灌木层根据总叶面积特征依次推荐选择山乌桕、天料木、锯叶竹节树、黑柃、三桠苦;低层乔木层依次推荐选择南酸枣、二色波罗蜜、黄樟、天料木、三桠苦;中层乔木层依次推荐选择黄樟、南酸枣、天料木、二色波罗蜜、茸荚红豆;高层乔木层依次推荐选择黄樟、南酸枣、竹叶青冈、华润楠、二色波罗蜜。
根据上述方法,提供应用南亚热带优势树种构建的拥有大叶面积的最优立体群落,根据总叶面积排名,灌木层、低层乔木、中层乔木和高层乔木层最优应分别种植山乌桕、南酸枣、黄樟、黄樟。考虑到物种丰富度,本实施例推荐的拥有大叶面积的立体群落,每个层次的树种可根据丰富度需求适当进行调整。
综上,本方法推荐的一种组合为灌木层主要种植1m左右高的山乌桕,低层乔木层主要种植二色波罗蜜,中层乔木层主要种植南酸枣,高层乔木层主要种植黄樟。以10m×10m的绿地建设为例,依据本方法构建的立体群落的灌木层、低层乔木、中层乔木和高层乔木层分别选用1、4、8和12m高的树木。本方法提供的大面积立体群落各层次个体数量的分布比例参考南亚热带天然林,考虑城市绿地的美观度和建设成本,本方法组建的植物群落各层次树木的密度取天然林的一半,即灌木层、低层乔木层、中层乔木层和高层乔木层树木个体数分别为40、25、15和10。各树种组合的总叶面积详见表6。本方法推荐的最优组和推荐组总叶面积分别达114074m2和112884m2。与对比组树种组合虽然具有相同的植物数量,但总叶面积仅有1359m2。本发明构建的最优组和推荐组植物群落的总叶面积远高于对比组,分别是对比组的10.36和9.48倍。
表1 56种南亚热带常绿阔叶林优势树种叶面积比和木材密度
表2灌木层组株高和胸径关系公式常数以及总叶面积排名
表3低层乔木组株高和胸径关系公式常数以及总叶面积排名
表4中层乔木组株高和胸径关系公式常数以及总叶面积排名
表5高层乔木组株高和胸径关系公式常数以及总叶面积排名
表6 10m×10m土地上不同树种组合的叶面积总量对比
参考文献:
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