为了改善北京的生态环境，满足人们日益增长的对良好生态的渴望，北京已建立起庞大的城市绿地系统，且绿地面积呈快速增长态势。园林植物在发挥生态、景观等多种有益效能的同时，自身的用水量也是巨大的(程维新等，2002)。对于一个水资源短缺的城市，如何选择低耗水植物、实现绿地结构的优化配置、提高水资源利用率，是面临的重大课题。

在植物的水分消耗中，叶片蒸腾用水占90%以上(武维华，2003)。因此，要掌握植物用水量的关键是准确测定植物的蒸腾量。对于灌木和草本，通常采用盆栽法，通过测定花盆一定时间跨度内的质量变化求得蒸散量(植物蒸腾量和土壤蒸发量之和)，减去土壤蒸发量即是植物的净蒸腾量(Loustau et al., 1993；Saliendra et al., 1995；张建国等，2000；冷平生等，2000；李吉跃等，2002；王得祥等，2004；康博文等，2005)。对于乔木大树，直接测定整株蒸腾量是非常困难的，只能寻找替代办法。树木蒸腾的水分是通过树干边材传输的，树干边材液流量的99.8%被叶片蒸腾所消耗(武维华，2003)。因此，可以用木质部边材液流量代替整株叶片的蒸腾用水量。目前测定边材液流量最先进的仪器是热扩散式边材液流探针(thermal dissipation sap flow velocity probe，TDP)，它的原理是：同时将内置有热电偶的一对探针插入树干边材中，通过检测热电偶之间的温差，计算液流热耗散(液流携带的热量)，建立温差与液流速率的关系，确定液流速率的大小，再根据被测部位的边材横断面积求得单木整株液流量(Vertessy et al., 1997；巨关升等，2000；Sun et al., 2002; 王华田等，2002b；马履一等，2003；王瑞辉等，2006)。

城市绿化植物的水分生理和水分利用历来是许多林学家关注的重要课题，但以往的研究多数集中在绿化植物的耐旱性和灌溉方法的优化上，注重耐旱植物的选择、先进灌溉技术的引进和应用，对植物本身实际用水量的研究则主要集中于大面积森林中的林木，基于植物水分生理需求的节水植物选择和节水型绿地结构配置的研究罕见报道。本研究选择北京常见的园林绿化植物，采用目前世界最先进的热扩散式边材液流探针对乔木大树的树干液流进行整个生长期的观测，同时通过盆栽法测定灌木和草坪的蒸腾和蒸散用水量，分别从日、月、季节、年度等时间尺度和单株、单位叶面积及单位绿地面积等绿量尺度分析比较它们的用水量大小，为在水量有限情况下，实现低用水树种选择和节水型园林绿地配置提供依据。

1 材料与方法 1.1 材料选择和准备

试验树种按北京市地方标准“北京城市园林绿化常用植物材料"(DB11/T 211-2003)筛选。参试的乔木大树有侧柏(Platycladus orientalis)、油松(Pinus tabulaeformis)、元宝枫(Acer truncatum)，胸径均为15 cm左右；参试的灌木有大叶黄杨(Euonymus japonicus)、金叶女贞(Ligustrum × vicaryi)、铺地柏(Sabina procumbens)，均为4年生，来自北京西山试验林场丹青苗圃；参试的草坪草为草地早熟禾(Poa pratensis)，来自北京林业大学主楼前的草坪。灌木每种选择5株，即5次重复，要求同一树种的苗木大小和株形基本相同，草坪草栽植10盆。在起苗前先配制盆栽土，就近选择苗圃地肥沃的表层土，均匀搅拌后过筛。用于栽植灌木的花盆的直径为30 cm、高25 cm，栽植草坪的花盆高20 cm、直径18 cm。于2005年3月中旬将苗木起出栽于花盆中，于3月下旬将草坪草移植到花盆，进行常规管理，确保苗木成活。

1.2 试验地概况

乔木大树的液流测定在北京市植物园进行，试验林为疏林状种植，坡向西南，坡位中位，海拔120 m，坡度16°，土壤为山地褐土，土层厚度80 cm以上，沙土、通气透水性较好。灌木和草坪的蒸腾测定在北京林业大学校园内光照充足的草地上进行，地势平坦，海拔75 m。试验地的气候属暖温带半湿润大陆性季风气候型，年平均气温12.8 ℃，年有效积温4 500 ℃，无霜期150 d，年降水量600 mm左右，其中7、8、9月降水量占全年的70%以上，年蒸发量1 835.8 mm。

1.3 试验设计和试验方法 1.3.1 树干液流测定

在试验地选择胸径15 cm左右的树木，要求树干通直圆满，树形匀称，不偏心，不偏冠，树冠与周边树木不重叠，每种3株，样木基本情况见表 1。本试验选用TDP-30型探针，由于样木的胸径为15 cm左右，边材厚度不会超过2.5 cm，而TDP-30的探针长度为3 cm，因此，探针能覆盖被测木的边材。探针统一安装在每株样木树干1.3 m处的南向，在探针安装处刮去样木的粗皮，用特定规格的钻头沿树干横切向垂直钻取直径1.5 mm、深30 mm的孔洞，插入TDP-30探针。将所有探针的另一端与数据采集器(data Logger)连接，实现数据的自动采集，采集的间隔期为10 min。观测时间为2005年4月1日—11月1日。

1.3.2 灌木和草坪草蒸腾用水量测定

分别在春、夏、秋3季中选择一段时间作为测期，测期里至少应包含5个晴天(天空晴朗无云，或有少量高空云、阳光时有时无)和5个阴天(天空被云层覆盖，见不到阳光)，遇大风天和雨天不观测。本试验选择的测期为春季(5月15日—28日)、夏季(7月10日—25日)、秋季(9月8日—23日)。为了使土壤水分条件一致，在每个观测日前1天的傍晚(18:30左右)将所有参试苗木浇透水，第2天早晨试验开始时土壤已沥干了多余的水(重力水)，土壤处于饱和含水量状态，能充分满足植物蒸腾耗水需要。为了观测土壤蒸发量，同时设置5个不栽苗木但装满土壤的花盆作为对照，且将对照花盆放置在树冠下，以模拟林下土壤的蒸发。草地早熟禾在北京常作为纯草坪配置或配置在疏林中，采用TES1332A型照度计于晴天的中午观测不同配置条件下草坪的光照度值，平均光照度值分别为：纯草坪53 260 lx、林下草坪37 280 lx，草坪草设计全光照(放置在无遮阴的草坪上，代表纯草坪)和半遮阳(放置在稀疏的林冠下，代表林下草坪，用照度计确定具体的放置点，确保放置点的光照度约等于林下草坪的平均光照度值)2种处理，每种处理5次重复。每个观测日分别在6:00和18:00用TG630扭力天平(最大称量30 kg，精度0.1 g)对花盆称量。按上述2种天气的标准记录整个苗木生长期每天的天气状况(将雨天记入阴天)，并按4、5月为春季，6、7、8月为夏季，9、10月为秋季统计各月2种天气的天数。

1.3.3 盆栽植物叶面积测定

阔叶树种的叶面积用方格纸测定，首先按大小将叶片分为大、中、小3级，点数每级叶片的数量，然后每级随机摘取5~8枚作为样叶，用透明胶将样叶固定在方格纸上，沿叶片的边缘剪下方格纸，得到与样叶相同大小的纸片，根据纸片上方格的多少计算面积，再用加权平均法计算植株总叶面积；针叶树种铺地柏的树冠是由无数小枝组成的，先按长短将小枝分为长、中、短3级，点数每级小枝的数量，再用剪刀每级剪取3~5个小枝，用PICZALPX-30三维立体扫描仪按100%比例扫描，用AutoCAD和Photoshop软件测定表面积，5次重复，取其平均值，用加权平均法求算植株的总叶面积。

1.4 用水量计算和尺度转换 1.4.1 乔木单株、灌木单位叶面积和草坪单位面积用水量计算

乔木大树的蒸腾用水量根据TDP测定的液流速率和树干边材面积计算。灌木蒸腾、草坪蒸散和林下土壤蒸发用水量的计算方法是：先根据称量结果计算1 d(6:00—18:00)的用水量，对于盆栽灌木，1 d的用水量减去同时间段的土壤蒸发量即为蒸腾量，再根据单株叶面积换算成单位叶面积(1 m²)的用水量。草坪蒸散量和林下土壤蒸发量根据称量结果直接换算成单位面积(1 m²)用水量即可。然后，按测期的天气类型计算平均值，最后按整个生长期的天气情况统计季节用水量和年用水量等指标。

1.4.2 用水量的尺度扩展

单位面积绿地的总用水量为绿地各组成成分和土壤的用水量之和，乔木林可根据单株蒸腾量和种植密度计算总蒸腾量，加上林下土壤的蒸发量，即为林地总用水量；灌木树种必须将单位叶面积的用水量转换为单位绿地面积用水量，为此，必须测算灌木绿地的叶面积指数。灌木在园林绿地中最常见的种植方式有2种，绿篱和块状种植，大叶黄杨和金叶女贞常配置为绿篱或块状，铺地柏一般为块状种植。绿篱外表呈规则的长方体，可按长方体表面积求算叶面积指数，块状灌木可按单位绿地面积求算叶面积指数。叶面积指数的测算方法是：在北京林业大学校园、北京市海淀区东王庄小区和学院路两侧绿地等处抽样观测，采用小样方，阔叶灌木样方大小为20 cm×20 cm，针叶灌木样方大小为30 cm×30 cm，绿篱在1 m长度内分别在上面和两侧面各布设4个小样方，共12个小样方，块状种植的1 m²布设6个小样方，样叶的抽取、叶面积的观测和计算方法同1.3.3。观测结果分别见表 3~5。

2 结果与分析 2.1 乔木大树不同时间尺度单株用水量

表 6是样木边材液流通量的平均值。可以看出：平均日用水量侧柏和油松都是4，5，6月最高，8月最低，7，9，10月居中；元宝枫4，5，6，7月高，8，10月低，9月居中。众所周知，4，5，6月为北京的干旱期，空气干燥、光照充足、风速较大，环境条件有利于叶片蒸腾，且此时树木正处在发芽、展叶和抽梢的旺盛生长阶段，对水分的需求量大，因此，4，5，6月是水分管理的关键时期；8月用水量偏少是由于当年8月降雨量大、阴雨天较多、空气湿度大，环境因子不利于叶片蒸腾造成的，据北京市气象局提供的数据，2005年月度降雨量8月最多，达179 mm，阴雨天数也是8月最多，达16 d。

树木用水量的月度差异应与日用水量的月度差异一致，但油松和元宝枫4月的情况比较特殊，因为油松在4月15日前、元宝枫在4月18日前液流不明显，因此，虽然4月油松和元宝枫的平均日用水量大，但月度用水量并不大。

从表 6还可以看出，胸径15 cm左右的乔木大树全年实际用水总量元宝枫1 518.3 kg、侧柏982.6 kg、油松851.9 kg，元宝枫最多，油松最少，侧柏居中。

2.2 灌木单位叶面积和草坪单位面积用水量

表 7反映了4种灌草植物不同天气、不同时间尺度和不同光照条件下的用水量。从天气来看，大叶黄杨、铺地柏、草地早熟禾均是晴天的蒸腾量显著大于阴雨天，金叶女贞阴天的蒸腾量略大于晴天，可能是由于金叶女贞的发叶能力强，树冠上嫩叶较多，晴天强烈的太阳辐射往往导致嫩叶的部分气孔关闭，从而减少蒸腾量。从季节日耗水来看，4种植物的日耗水量均是夏季最多、秋季最少、春季居中，3种灌木春、夏、秋季1 m²叶面积平均日蒸腾量分别为大叶黄杨0.66、0.78、0.27 kg，金叶女贞0.55、0.73、0.27 kg，铺地柏0.33、0.53、0.23 kg，1 m²草地早熟禾春、夏、秋季平均日蒸散量纯草坪分别为3.51、3.79、1.32 kg，林下草坪分别为2.72、2.99、1.03 kg；从全年总用水量来看，3种灌木中大叶黄杨用水最多，达128.42 kg·m^-2，铺地柏用水最少，为82.38 kg·m^-2，金叶女贞用水居中，为117.28 kg·m^-2。单位叶面积用水量是一个能代表植物蒸腾耗水能力的指标，由于叶片是园林植物发挥多种生态和景观效益的物质基础，因此，选择单位叶面积用水量少的植物栽培，更有利于提高水资源的利用效率。

2.3 典型配置绿地用水量

为了计算不同配置绿地的用水量，笔者根据《北京城市园林绿化技术标准汇编》的相关规定和北京市园林植物的种植特点设计了6种典型配置模式(表 8)，每种典型配置模式的用水量为各组成成分用水量和土壤蒸发量之和，表 8中凡包含乔木和灌木成分的均将相应面积的林下土壤蒸发量计入其中。

1) 乔木片林：乔木胸径15 cm，疏林状均匀种植，密度750株·hm^-2，林下无草坪；2)块状灌木：密集种植，高0.5 m；3)灌草型绿地：块状种植的灌木占总面积的30%、草坪(草地早熟禾)占70%；4)灌木绿篱：高0.5 m、宽1.0 m；5)乔草型绿地：乔木胸径15 cm，疏林状均匀种植，密度300株·hm^-2，林下建植草地早熟禾草坪；6)纯草坪：高0.12 m。

从表 8可以看到，不同绿地的年(生长期)用水量差异很大，其中金叶女贞绿篱年用水量最大，达1 083.2 kg·m^-2，侧柏片林最小，为295.0 kg·m^-2，后者不及前者的1/3。如果是由单一植物组成的绿地，则年用水量从大到小依次为金叶女贞绿篱1 083.2 kg·m^-2、大叶黄杨绿篱795.5 kg·m^-2、金叶女贞块状配置728.1 kg·m^-2、纯草坪643.3 kg·m^-2、大叶黄杨块状配置563.2 kg·m^-2、元宝枫片林354.7 kg·m^-2、铺地柏块状配置328.4 kg·m^-2、油松片林296.0 kg·m^-2、侧柏片林295.0 kg·m^-2。可见，绿地的用水量不仅决定于植物本身的蒸腾耗水，同时也与种植方式相关，当把灌木配置成绿篱和块状绿地时，由于种植点高度密集，且经过反复修剪后，枝叶非常茂密，叶面积指数增加，单位面积绿量增大，用水量随之增加，但灌木中的铺地柏本身用水量少，且较少修剪，故用水量并不很大。乔木片林的用水量少，但当在乔木下铺设草坪时，用水量比单纯的乔木片林显著增加。从表 8还可以看到，乔草型绿地的用水量要少于纯草坪用水量，由侧柏、油松和元宝枫分别与草地早熟禾组成的绿地的年(生长期)用水量依次为473.8、474.5和503.6 kg·m^-2，而纯草坪的年(生长期)用水量为643.3 kg·m^-2，造成这一差异的原因是林下草坪的用水量比纯草坪显著减少，前者为450.3 kg·m^-2，后者为643.3 kg·m^-2，因为与纯草坪相比，林下草坪的太阳辐射较弱、温度较低、湿度较大、风速较小，小生境有利于降低气孔开度，从而减少奢侈蒸腾。

3 结论与讨论

试验结果说明：单株乔木(胸径15 cm左右)年蒸腾量油松851.9 kg、侧柏982.7 kg、元宝枫1 518.3 kg，元宝枫的蒸腾量显著大于油松和侧柏。孙鹏森等(2002)在北京西山测定的直径15 cm左右树木的年蒸腾量为油松833.6 kg、侧柏970.2 kg、白皮松1 050.5 kg、刺槐1 858.8 kg、元宝枫1 667.6 kg。其中，侧柏、油松和元宝枫的蒸腾量与本试验测定的相差不大，就目前对有限树种蒸腾量的观测结果来看，阔叶树种的蒸腾量普遍大于针叶树种(王华田等，2002a)；灌木单位叶面积年蒸腾量大叶黄杨128.42 kg·m^-2、金叶女贞117.28 kg·m^-2、铺地柏82.38 kg·m^-2，铺地柏的蒸腾量明显少于金叶女贞和大叶黄杨。

在6种典型配置绿地中，单位面积用水量乔木片林最少，因此在北京应扩大乔木片林的种植比例。金叶女贞和大叶黄杨等单位叶面积蒸腾量大的灌木，采用绿篱或块状种植后，由于高度密植，叶面积指数增大，用水量大，在北京不宜大量发展，已经种植的要加强水分管理，但铺地柏单位叶面积蒸腾量少，配置成绿地后单位面积用水量少，且耐干旱、适应性和滞尘力强，是较理想的节水地被植物，值得推广。纯草坪蒸散量大、管理成本高、立体绿量少、生态效益有限(陈自新等，1998)，除非有特殊需要，否则在北京不宜大面积建植纯草坪。草地早熟禾为喜光植物，但适度遮荫不会对其正常生长和观赏效果造成影响，因此，可以将它配置在稀疏的林分内，其光照强度约相当于纯草坪的70%，试验表明，疏林中的草坪比纯草坪节省约30%的用水量。

由于环境影响的复杂性和绿地结构的多样性，要实现绿地水分消耗量的精准测算是十分困难的。本研究虽然采用了目前最先进、最可靠的观测技术和方法，但仍然存在一些可能的误差，主要表现在灌木和草坪的用水量通过典型天气的观测结果进行时间尺度扩展，乔灌木树种的用水量由单个植株到群体的空间尺度扩展，用小样方测定各种不同配置绿地的叶面积指数等，均存在一定误差，这些误差虽然不至于影响植物个体和群体用水量的评价结果，但如果将观测结果用于制定精准的灌溉制度仍需谨慎。减少误差的方法是尽量延长观测期，扩大抽样比例，且在观测时对不同类型绿地的小环境进行仿真模拟。