上海城市绿地植物群落降雨截留机理和调节机制研究

Urban green space is an organic part of urban ecosystem and the important carrier of sponge city construction. Rainfall interception by plant communities can effectively alleviate urban rainfall flood hazards. In this study, we choose the typical plant communities of urban green space in Shanghai, through measuring the plant community canopy structure, individual plant characteristics, plant roots distribution pattern, soil physical and chemical properties and component distribution of rainfall in the community, analyze the effects of rainfall interception and distribution patterns on characteristics of community structure and the correlation between plant roots and soil physical and chemical properties on soil infiltration. We study on the plant community of urban green space canopy rainfall interception mechanism and roots distinction influence mechanism on soil rainfall infiltration. Furthermore, we build integrated canopy interception and infiltration of rainfall interception model of urban green space plant communities, establish response relationship between plant community structure and rainfall interception, construct rainfall interception regulatory mechanisms of plant communities of urban green space in Shanghai, and propose optimization countermeasures which based on rainfall storage capacity of Shanghai urban green space.

城市绿地是城市生态系统有机组成部分，是海绵城市建设的主要载体，绿地植物群落降雨截留可以有效缓解城市雨洪危害。本研究选取上海城市绿地典型植物群落，通过测定植物群落地上冠层结构及植物个体特征、地下植物根系分布格局、土壤理化性质和降雨分量在群落中的分布特征，分析群落结构和植物个体特征对降雨截留的影响，植物根系分布格局与土壤理化性质的相关关系以及对土壤入渗的作用。研究城市绿地植物群落地上冠层降雨截留影响因子、地下根系对土壤雨水入渗的影响因子。在此基础上，探索融合冠层截留和土壤入渗的城市绿地植物群落降雨截留作用机制。

城市绿地是城市生态系统有机组成部分，是海绵城市建设的主要载体，绿地植物群落降雨截留可以有效缓解城市雨洪危害。本研究通过人工降雨模拟、树木雷达（Tree Radar）探测、植物形态结构调研、土壤理化性质室内实验等多种研究手段和方法，测定群落中不同生活型植物冠层降雨截留能力以及典型乔木树种下土壤入渗能力，分析了群落植物冠层结构与降雨截留能力，植物根系、土壤理化性质与入渗性能的相关关系，获取了城市绿地植物群落冠层降雨截留、土壤入渗的关键影响因子。发现乔木、灌木、草本单位覆盖面积雨水截留容量分别在0.26mm-5.98mm、0.49mm-7.72mm、0.43mm-3.32mm之间；植物冠层雨水截留能力受到叶片和枝条截留能力共同影响，单位叶片面积截留量与降雨强度、乔木种类、降雨历时、叶片单位面积干重、叶片固体表面能呈现极显著正相关，与叶面积、叶片单位面积鲜重呈显著负相关；单位枝条表面截留量与降雨强度、乔木种类、降雨历时、枝条单位面积干重、枝条固体表面能呈现极显著正相关，与叶面积、枝条单位面积鲜重呈显著负相关；10种乔木下15cm-30cm、30cm-45cm和45cm-60cm土层中的初始入渗速率分别在1.28mm/min-2.19mm/min、0.96mm/min-2.24mm/min和0.61mm/min-1.72mm/min之间，相对草地分别提高91%-226%、91%-344%和53%-330%；三个土层中稳定入渗速率分别在0.50mm/min-0.80mm/min、0.41mm/min-0.70mm/min和0.37mm/min-0.57mm/min之间，相对于草地，分别提高了89%-203%、13%–1307%和1380%–2167%；不同乔木下土壤的综合渗透能力排序为栾树>榉树>香樟>水杉>雪松>悬铃木>广玉兰>杜英>桂花>女贞；土壤入渗量与土壤容重呈显著负相关，与土壤孔隙度和非毛细管土壤孔隙度呈显著正相关；树根密度与土壤孔隙度呈显著负相关，与容重呈显著正相关，有利于土壤入渗；随着土壤深度的增加，土壤容重增加，孔隙度和非毛管孔隙度降低；树木根系有疏松土壤、支撑土壤等作用，增加土壤孔隙度，从而促进土壤渗透；探索了高冠层雨水截留型、根系促渗型园林植物群落构建途径，在融合冠层截留和土壤入渗的城市绿地植物群落降雨截留作用机制基础上构建了9种典型雨水截留型绿地群落模式。