第二节　城市水分对园林树种生长的影响

一、城市水分变化特点

城市特殊的结构、排水设施以及人口、企事业单位的高度集中等特点，使城市水分状况与周围其他地区有很大的区别。

（一）城市水资源状况

我国的水资源状况总量较丰富，人均拥有量少。我国的水资源总量为27115亿立方米，其中河川径流量占总量的94.4%。但人均占有量却极低，比世界平均水平的1/4还低，约是美国的1/6，巴西的1/19，加拿大的1/58，而年径流量仅为我国1/5的日本其人均水资源占有量却是我国的2倍。因此，我国是水资源严重缺乏的国家，被列为世界上13个最缺水的国家之一。

城市缺水在我国具普遍性。城市缺水问题最早出现在20世纪70年代北方少数城市，如天津、青岛、大连、长春、太原等，之后逐渐增加，缺水城市的分布已从北方和沿海地区扩展到全国，成为普遍性的问题。目前缺水城市已占城市总数的2/3，包括14个沿海开放城市、3个特区市（不包括珠海市）、3个直辖市及几乎所有的省会城市。在缺水城市中，以南北方划分，主要集中在北方。北方比较严重的缺水城市共71个，占全国缺水城市的2/3，占该地区城市总数的30%；南方缺水比较严重的城市共43个，占全国缺水城市的1/3，占全区城市总数的17.8%。以东中西划分，主要集中在东部沿海地区。沿海地区缺水比较严重的城市共48个，占全国缺水城市的42.1%，占全区总数的1/4，而中西部较严重的分别占全国缺水城市的36.0%和21.9%，占各自城市总数的1/5和1/4。在北方缺水城市中，主要是资源短缺类型，即城市发展的需水量已超过当地水资源的承受能力，需从境外调水，如大连、秦皇岛、天津、北京、太原、西安、大同、青岛、烟台、威海、淄博等。南方地区缺水城市除位于沿海中小河流的少数城市（如宁波、温州、厦门等）外，基本上属于污染短缺型或工程短缺型，即主要是由于蓄水、饮水、市政供水设施不足或市域水体受污染造成的，如上海市的缺水主要是因为黄浦江污染严重，原取水口难以满足市政供水水质的要求。

（二）大气湿度

1.“城市干岛”现象

城市相对湿度较郊区或农村低，有人称之为“城市干岛”。产生“城市干岛”的原因在于，由于城市中自然土壤面积较少，地面多铺有混凝土或沥青等不透水材料，使得到达城市的水分约有1/3左右通过排水系统排走，而城市中的绿地又非常缺乏，因此，通过地面蒸发和植物蒸腾到达空气中的水分就相应的减少；另外，热岛效应使城市中的温度较高，造成空气相对干燥，气候专家认为城区年平均相对湿度比郊区偏低6%左右。

2.“城市雨岛”现象

除了“城市干岛”之外，还有“城市雨岛”现象。其产生主要原因是城市云多。城市中由于热岛效应，上升气流比郊区强，城市大气中吸湿性污染微粒又是良好的水汽凝结核，因此城市云量一般比郊外多。但因热岛效应造成的上升气流所达到的高度不高，因此所增加的云主要是低云。以上海为例，根据上海地区170多个雨量观测站点的资料，结合天气形势，进行众多个例分析和分类统计，发现上海城市对降水的影响以汛期（5～9月）暴雨比较明显，在上海近30年汛期降水分布图上，城区的降水量明显高于郊区，呈现出清晰的“城市雨岛”现象。国外也有这方面的例子，如美国圣路易斯市积云常首先在城市中心和城北炼油厂上空生成，那里积云出现的频率比周围高3倍。云多是增加城市降水的有利条件之一；由于城市的下垫面比较粗糙，也有助于增加降水；城市中由于大量的人为热燃烧会释放大量的水汽，也是增加降水的因素。

当然，城市中也有一些因素会对降水不利。首先城市空气干燥，相对湿度低，不利于降水；再者，大气中污染微粒虽易吸湿成云，但其中直径特别小的粒子形成的云一般不会发生降水（称为云的胶性稳定）。

不过，绝大多数研究工作还是证明城市可以增加城区和下风方向一定距离内郊区的降水量。一般城市年增雨率为5%～11%，个别城市夏季增加30%的也有。城市的各种因素增加降水主要表现在雨季，其他时间不甚明显。城市增加降水的方式，除了上述数量上增加以外，有时因为热岛的热力作用触发对流性不稳定，偶尔也有城外无雨而城里有雨（甚至大雨）的情况发生。

（三）土壤水分

城市耗水量大，加上城市的水源缺乏，因此，对地下水的开采利用程度越来越大，导致地下水位下降，甚至出现地基下沉的现象，不但对植物赖以生存的土壤环境造成破坏，而且还会对城市的各种设施产生影响，甚至造成人员伤亡。如西安是我国缺水比较严重的城市之一，由于缺水而大量利用地下水，导致西安市多处出现地基下陷现象，并导致一些高楼出现较大裂缝。在国外也有相似的现象发生，如著名的水上城市威尼斯，因为只能利用地下水等因素，过去以每100年5英寸（1英寸=2.54厘米）的速度下沉，由于用水量的增加，现在以每100年10英寸的速度下沉。

我国的城市水污染状况非常严重，城市水污染的主要来源是工业废水、城市卫生用水、农业废水等。而造成我国城市水污染严重的一个重要原因是污水处理滞后。1997年全国建制市污水排放总量大约为351亿立方米，年集中处理率仅为13.4%，1998年，污水处理普及率约为12%，亦即大部分城市污水和相当一部分工业废水未经处理便排于附近水体，污染环境，大量未经处理的城市污水的直接排放已经造成了城市水环境的严重恶化，已有90%的水源水质遭受了不同程度的污染。而地下水的污染也愈来愈严重，全国城市供水30%源于地下水，北方城市达89%。近20年城市地下水质普遍恶化，1992年调查显示北方90%以上的城市地下水受到污染，其中28%已不适合饮用。

如今，城市用水面临两个严峻的问题：水源缺乏和水污染严重。因此，要合理利用水资源，解决城市缺水与园林绿化的矛盾。同时，在选择园林绿化类型时也要考虑水污染状况，尽可能选择一些耐水污染，并具有净化水污染作用的植物。

二、城市水分特点对园林树木的影响

水分是园林树木体的重要组成部分，通常体内含水为60%～80%。树木所需要的水分，依靠根系吸收土壤水，而土壤水主要来自大气降水和人工补水。通常情况下，树木所需要的土壤水分储存在土壤毛细管孔隙里，随毛管力作用，水在毛细管内自由运动。其运动规律表现为由土水势大的位置向土水势小的位置运动。土壤含水量多少，与城市土壤渣砾含量、土壤容重状况、地面铺装和地下水位高低等有关。城市土壤容重大，加之路面和铺装的封闭，自然降水大部分排入下水道，很难渗透土壤中，以致使自然降水量无法充分供给树木，满足其生长需要。部分街道各种地下建筑设施的修建，阻断了地下水通过毛细管上升到根区范围，从而使树木根系无法接近和吸收地下水。因而，土壤含水量低、供水不足，树木水分平衡易处于负值。如果不经常人工补水，易造成树木生长不良，早期落叶，甚至死亡。

三、园林树木对城市水分的影响

1.增加空气湿度

城市园林植物具有很好的增加空气相对湿度的效应，这主要因为园林植物特别是园林树木有较强的遮阳庇荫、降低风速的作用，同时还具有很强的蒸腾作用。园林树木的叶面积较大，能遮挡大量的太阳热辐射，并阻碍水蒸气的迅速扩散。园林植物水分消耗中，超过99%的水是通过叶面蒸腾，特别是在夏季。据北京园林局测算，1公顷阔叶林一天蒸腾2500吨水分，比同面积裸露地蒸发量高20倍，相当于同面积水库蒸发量。由于植物群落具有强大的蒸腾水分的能力，不断地向空气中输送水蒸气，故可以提高空气湿度。据调查，一般森林的相对湿度比城市高36%，公园的相对湿度比城市其他地区高27%，即使是在冬季，城市绿地的风速较小，土壤和树木蒸发的水分不易扩散，绿地的相对湿度也比非绿地地段高10%左右。相比较而言，乔灌草配置的园林绿地降温增湿效果比单一的灌木林或草坪高得多。

2.涵养水源、保持水土

园林植物与绿地能改变降水的去向及其所占的比例，从而发挥涵养水源、保持水土的效益，主要通过以下几个途径达到：

（1）林冠截留　林冠截留降水，可减弱雨水对地表的冲刷，减少水土流失。在森林内降雨首先落在树木的叶、枝和干等树体表面，其中一部分受重力、风力的影响从树上滴下，称为滴落。或由叶转移到枝，再转移到干而流到林地表面，称为茎流或树干流。还有一部分降水未接触树体，而直接穿过林冠间隙落到林地，这部分降雨称为穿透雨。相应的滴落量、茎流量和穿透雨量三者之和称林内雨量。在连续降水的一段时间内，林冠上部或空旷地雨量称为林外雨量，从中减去林内雨量即为林冠截留雨量。

截留量是植被对降水的最初分配，它取决于植被的截留能力、树种、林冠结构、年龄和密度等。不同群落的截留率存在很大的差异，这和群落特点、雨量级、季节等因素有关。一般来说，在小雨时比大雨时截留要多，短期降水的截留率高于长时间降水，由叶面大且粗糙的树种组成的枝叶茂密的群落，其截留率高于其他群落。林冠对降雨的截留，大大降低了降水对地表土壤的冲刷，避免土壤孔隙堵塞，从而减少土壤径流的发生。

林冠截留不仅使降落到森林内的降雨量减少，还使其水质发生变化。一般情况下，森林外部降雨的养分是很低的，并且随季节变化小，而通过林冠叶、枝和树干的降水，将积累在这些部位和幼嫩枝叶释放出来的养分淋溶下来，因此林内雨含有较多的养分。

（2）地被物层吸水保土　降水向土壤渗透的过程称为下渗（infiltrati on），在这一过程中，降水首先接触地被物层。由枯枝落叶等构成的死地被层铺在土壤表面，结构疏松，通气良好，表面粗糙，具有对地表水吸收和拦截的作用。死地被物能保持自重1～5倍的水分，可防止雨滴击溅土壤。据莫尔恰洛夫研究，雨滴以4～9米/秒速度落向地表时，可把最小土粒击溅至60～90厘米高、1.5米远处。因此在暴雨雨滴击溅下，无植被保护的土壤表层膜结构破坏，抗蚀力急剧降低，表层土壤被水所饱和呈泥浆状态，堵塞土壤孔隙，影响入渗并产生径流，造成水土流失。

枯枝落叶层最大持水量减去自然状态时的含水量，可得到枯枝落叶层的持水量。不同森林的枯枝落叶层截留量有较大差异，一般枯枝落叶层厚度越高，蓄积量越大，持水量越大；随着林龄增加，枯落物积累加厚，持水量也相应提高，这有利于雨水缓慢下渗，从而起到涵养水源的作用。

（3）地表水的吸收和下渗　一般绿地土壤入渗量比裸露地高，这是因为绿地土壤结构好，孔隙度大。由于植物的存在，植物根系和土壤间形成管状的粗大孔隙，土壤动物的活动也形成粗大孔隙，加之植物为土壤提供了大量的有机物质，改善了土壤结构，增加了粗、细孔隙，因此绿地土壤孔隙度比裸露地高得多，也就更利于入渗。绿地特别是森林土壤入渗率高，可减少地表径流量和增加植物可利用水量，防止水土流失。

在相同的降水条件下，不同植被类型对土壤含水量有显著影响。对北京西山地区的几种人工林和灌丛的土壤含水量进行测定的结果表明，油松林与栓皮栎林的郁闭度皆为0.7，树高约6米，林下灌木较稀疏，三桠绣线菊灌丛和荆条灌丛生长茂密，8月覆盖度近100%。比较而言，落叶阔叶林的蒸腾量较大，因此土壤中的含水量相对较低，而灌丛土壤含水量明显高于乔木林，这与其地面覆盖物较多、蒸发较弱有关。

在城市地区活地被物层少，植物的枯枝落叶又多被清除，加上人为对地表的践踏和破坏，这些因素都会显著减少水分对土壤的入渗，增加地表径流量，因此保护城市地区的活地被物层和枯枝落叶、增加植物多样性对水土保持有明显作用。

（4）对融雪的调节作用　绿地内由于园林树木的覆盖，使绿地内的温度变化比绿地外小，冬春季的融雪比林外晚，融雪速度慢，融雪时间长，同时绿地内的土壤冻结比绿地外浅，这样就有利于融雪水的渗透和被土壤吸收，减弱地表径流的产生。

园林绿地减少地表径流的作用很显著。通过林冠层、灌木草本层和枯落物层对降水的截留以及绿地土壤良好的渗透性能，绿地内的地表径流很少发生或显著减弱。据近年来各气候带各类森林中测定的结果，在月降雨量未超过80毫米的条件下，均未产生地表径流，而地下径流量则远远超过地表径流。显然，植物群落特别是森林群落对降水重新进行分配，可在森林内部大量地储存水分，减少地表径流，从而发挥保持水土、涵养水源、调节周围小气候的作用。

3.净化水体

植物对水污染的净化作用主要表现在以下两个方面：

一是植物的富集作用。植物可以吸收水体中的溶解质，植物体对元素的富集浓度是水中浓度的几十至几千倍，对净化城市污水有明显的作用。不同的植物富集能力也不相同。如芦苇能吸收酚及其他二十几种化合物，每平方米土地上生长的芦苇一年内可积累6千克污染物质，所以有些国家把芦苇作为污水处理的最后阶段。又如水葫芦能从污水中吸收金、银、汞、铅等重金属物质。

二是植物具有代谢解毒的能力。在水体的自净过程中，生物体是最活跃、最积极的因素，水体的有机物反应过程一般都有生物体的参与。如水体中的氰化物是一种毒性很强的物质，但通过植物的吸收，与丝氨酸结合变成腈丙氨，再转变成天冬酰胺，最终变为无毒的天冬氨酸。

植物对水污染的净化功能，可直接用于城市污水处理。如将污水有控制地投配到生长有多年生牧草、坡度缓和、土壤渗透性低的坡面上，污水沿坡面缓慢流动，从而不断得到净化。