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【科技进展】城市绿化灌木耐旱性评价及灌溉制度研究进展

花匠小妙招
2025-09-25 10:26

摘要：干旱缺水是当今社会发展面临的重大难题，筛选抗旱节水灌木树种和制定科学合理灌溉措施是有效的解决方法。文中分类归纳了绿化灌木耐旱性评价指标，对比了各评价方法的原理和特点，并从灌溉技术和灌溉量2个方面阐述了节水灌溉制度，重点探讨了亏缺灌溉方式的内涵、类型以及在绿化灌木管理中的应用前景。作者建议应优先开展以下4个方面的研究：1）目前大量使用的盆栽控水研究与城市干旱实际发生模式间存在差异，建议开展绿化灌木干旱原位控制试验；2）筛选并全面考虑各抗旱指标贡献，建立综合评价指标体系，为绿化灌木耐旱性评价提供理论依据；3）明确各灌木树种需水、耗水规律，探究不同时段内灌木需水量变化，并据此动态调整灌溉量；4）为了将亏缺灌溉应用于实际绿化管理中，需要明确灌木对水分亏缺的可接受度，验证保证绿化灌木使用功能前提下的最低灌溉水平。

关键词：城市绿化，灌木，干旱胁迫，耐旱性评价，灌溉制度，亏缺灌溉

作者：侯立伟鲁绍伟李少宁赵娜徐晓天

引文格式：侯立伟,鲁绍伟,李少宁等.城市绿化灌木耐旱性评价及灌溉制度研究进展[J].世界林业研究,2023,36(01):45-51.

人类社会的快速发展和气候变化加剧已使世界许多大城市，尤其亚洲地区诸多城市的人均水资源占有量远低于世界平均水平，而大城市移居人口和建设规模的持续增长依然在不断加剧城市用水的供需矛盾，干旱缺水成为限制城市发展的最主要因素。近年来，随着我国大力推进实施生态修复工程，城市绿地总量不断增加，植被覆盖增加在提供更加丰富的生态系统服务功能的同时，也面临着自身耗水量不断增大，加剧了水资源矛盾的潜在风险。对此，合理应用耐旱绿化树种和提高灌溉用水效率，成为建设节水型城市的主要内容之一。

在城市绿化树种研究领域中，以往的学者更倾向于选择体量大、个体生态效益强的乔木作为研究对象。但近年来研究发现，乔木在水分亏缺、土壤贫瘠且立地质量与空间有限的城市环境中发挥生态功能具有很大局限性。相比之下，灌木具有生态效益显著、抗逆性强、应用灵活等优势，成为园林绿化中不可或缺的植被类型。在目前的城市绿化管理中，灌木的设计耗水强度通常是乔木的2倍以上，灌溉用水量较高，和草坪相当，具备较大的节水潜力。目前，国内外学者已在形态、生理、生化及分子方面对绿化灌木适应干旱胁迫的策略机制展开了系列研究，并取得一定进展。但由于绿化灌木类型多样，生长发育过程复杂，且暴露在复杂的城市环境中，长期受到人为干扰，其对水分胁迫的适应特点还不清楚，与目前研究结果相对应的灌溉制度还没有得到充分建立。本文将从绿化灌木的耐旱性评价和灌溉制度2个方面进行总结，旨在为园林绿化中合理选择灌木树种及探索节水灌溉方式提供参考。

1 绿化灌木耐旱性评价

水分是影响植物正常生长发育的关键因素，水分亏缺对植物的危害程度在诸多非生物胁迫因子中排在首位，成为限制植物生长的主要逆境因子。因此，耐旱性是绿化灌木在城市中能否存活的关键，是其发挥景观功能的基础，也是节水绿化需优先考虑的因素。合理评价绿化灌木树种的耐旱性、配置抗旱绿化模式、使效益最大化，对于城市节水具有重要意义。评价城市绿化灌木树种耐旱性主要包括选取评价指标和制定评价方法2个方面。

1.1 评价指标

为适应极端的生境条件，植物在长期进化过程中形成了一系列抵御干旱胁迫的生理生态机制，并通过多种途径达到避旱的目的。可据此筛选反映植物抗旱性的主要指标，并根据其在干旱胁迫下的变化趋势对绿化灌木耐旱性进行综合评价。目前，评价灌木耐旱性的指标可归纳为形态指标和生理指标2类。值得注意的是，多数指标的变化并不与干旱胁迫程度的变化一致，而是在轻度干旱胁迫下上升，在重度干旱胁迫下降低。且不同树种及在不同生长阶段面对干旱各指标的变化趋势亦不相同（表1）。

1.1.1 形态结构指标

根系是树木吸收水分、营养和承担干旱胁迫的直接器官，也是植物最先感受到水分亏缺并作出反应的部分。根系性状作为植物适应干旱胁迫的功能性状，其在干旱状态下的形态变化表征着植物的耐旱能力。衡量根系生长状况的指标主要有根直径、根生物量、比根长、细根寿命、根冠比和根系伸展速率等。在轻度水分胁迫下，植物根系变得更加发达，功能根的数量和长度增加，根导管分子的直径增加以吸收更多的水分。例如，杨建伟等研究发现，在55%田间持水量条件下，天目琼花（Viburnum opulus subsp. calvescens）根冠比相较对照降低了39.19%，而麻叶绣线菊（Spiraea cantoniensis）和小紫珠（Callicarpa bodinieri）则分别增加了23.64%和26.92%。这证明灌木可以通过调整不同器官间的生物量分配来适应干旱胁迫，这种调节适应能力的大小直接反映着其抗旱能力的强弱。在同一条件下，耐旱性强的物种将更多的营养分配给地下以增强吸收水分的能力，而较弱物种的水分运输会受到抑制，导致根系部分死亡。

植物的水分散失主要发生在叶片上，在胁迫条件下叶形态结构是另一个重要的耐旱指标。抗旱性强的物种面对干旱表现出快速关闭气孔、减少叶面积、降低生物量积累等特点。针叶叶片构造比阔叶更有利于防止水分丧失，表现出更好的抗旱性。研究发现，面对120 d 的严重干旱，马缨丹（Lantana camara）和女贞（Ligustrum lucidum）均减少了70%的总叶面积来降低蒸腾作用，但马缨丹的适应策略是减少47.3%的叶片数量，女贞则是减小52%的叶片大小，且女贞表现出对水分限制更快的反应和更强的适应能力。此外，灌木还通过增厚叶片来提高叶绿素和蛋白质含量，以增强单位叶面积的光合能力。然而，在20%土壤体积含水量的严重胁迫下，桃金娘叶远志（Polygala myrtifolia）生长依然不受限制，证明不同种的灌木面对同一程度干旱胁迫表现出的抗旱性相差甚远。

1.1.2 生理指标

叶片的相对含水量、水分饱和亏缺、水势和膨压是反映植物水分状况与萎蔫之间平衡关系的典型指标，适合用来衡量植物水分状况的生理反馈。研究发现，随着干旱胁迫强度的增加，上述指标逐步下降，且抗旱性强的植物相对含水量和叶水势下降速度慢于抗旱性弱的植物。高海峰发现，柽柳（Tamarix chinensis）通过水势、相对含水量和持水力等一系列水分生理调节，最终达到抵御干旱胁迫的目的，且柽柳的抗旱性与其水势和持水力呈正比。植物体内束缚水与自由水的比值通常是衡量其抗旱性的另一个重要指标。例如，在正常供水条件下大叶黄杨（Euonymus japonicus）体内束缚水与自由水的比值为0.699，随着干旱胁迫程度的不断增强，在30%土壤含水率的重度胁迫下，该值可上升到1.136。这种调节能力使其具有水势低、吸水能力和抗旱性强的特点。

灌木与水分相关的生理指标还包括气孔导度、蒸腾速率、光合速率、叶片保水力、渗透调节能力、细胞质膜透性等。植物根系吸收的水分90%以上消耗于蒸腾，而气孔蒸腾的水分又占叶片蒸腾的80%~90%。因此，气孔调节是控制水分损失和减轻干旱的重要途径，气孔导度或气孔阻力是衡量树木抗旱性的重要指标。试验证明，干旱导致气孔关闭，切断了外界向叶绿体供应CO2的途径，CO2的减少引起净光合速率（Pn）下降，而光合速率的降低与幼苗生长和生物量积累的减少之间有着紧密联系。殷东生等测定了干旱胁迫下风箱果（Physocarpus amurensis）幼苗的Pn、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间CO2摩尔分数（Ci）4个光合生理参数，结果显示，这4个指标在轻度干旱胁迫下分别增加了9.9%、10.0%、35.2%和8.9%，然后又显著下降。这与其他木本植物干旱胁迫适应机制的研究结果一致。

除对干旱胁迫的研究外，也有学者分别设计了多种其他的水分相关试验，如干湿交替、干旱胁迫及复水以及淹水胁迫等，以全面探究植物受干旱的影响程度，从多角度评价植物对水分胁迫的适应性。

1.2 评价方法

植物抗旱性评价由多种不同指标来表示和评判，每种生理指标都在不同程度上显示其抗旱性信息，不同指标对植物抗旱能力的反映不尽相同。例如，相对电导率、丙二醛浓度、叶绿素含量的变化是由于干旱造成灌木植株细胞损伤，将其作为抗旱性评价指标，其本质上是依据损伤严重程度判断灌木对干旱的抵抗能力；而游离脯氨酸、可溶性糖等物质质量分数的变化体现着灌木应对干旱时的渗透调节手段，这类指标主要反映灌木适应干旱的恢复能力。多项研究共同指向了一个结论，即相较于干旱下各指标的变化幅度，灌木应对干旱的响应调整速率更能体现其抗旱能力。各指标背后的机制差异表明，仅采用1个或几个性状评价指标难免存在局限性、片面性和不稳定性，评价灌木的耐旱性需要利用多元统计分析技术，对多项指标进行归一化综合分析。

目前评价灌木耐旱性常用的统计方法有隶属函数法、聚类分析法、综合评分法、加权评分法、主成分分析法、多维空间坐标综合评定值累加法、相似优先比法等，应用最广泛的是隶属函数法和主成分分析法，几种方法特征比较见表2。综合评分法和加权评分法均是人为设置评价等级和权值，仅适用于一些定性评价指标的评估，难以做到科学合理；隶属函数法和多维空间坐标综合评定值累加法是将单个指标放入整体内进行评估，样本基数越大越具有说服力；系统聚类法更多考虑的是树种间的距离，强调样本的分类关系；主成分分析法则利用若干综合因子来简化替代原来的诸多指标，从而将数据降维。韩若霜提出，先利用主成分因子分析将耐旱性指标进行筛选，再使用其他统计方法进行抗旱性评价，能弥补各方法本身存在的误差，使评价结果更准确。综合来看，采用主成分分析法或主成分因子分析后再进行隶属函数加权均可获取反映树木耐旱性的主要指标，并排除影响较小的参数，可使所得结果更接近实际情况。

2 绿化灌木的灌溉制度

与强调经济效益的农作物不同，城市绿化的灌溉目标是发挥植物景观最大的社会和生态效益，这就要求应在充分保证绿地功能的前提下最大程度地提高用水效率。目前的灌溉措施并未明确体现灌溉目标，城市绿地的灌溉制度还有很大的节水空间。开发针对绿化灌木的节水灌溉制度重点在于开发智能灌溉控制技术与确定合理的灌溉量。

2.1 灌溉技术

传统的绿化灌木灌溉技术主要依赖经验定时灌溉，或观察土壤表层干湿程度判断是否需要灌溉，灌溉方式则以水管漫灌或人工洒水为主，不利于提高灌溉效率和质量。现代自动控制灌溉技术的发展较传统灌溉取得了明显进步。近年来，人工智能与灌溉技术结合成为发展趋势，利用计算机智能化模型有助于精确控制灌溉用水，实现适时、适量灌溉。灌溉技术重点解决的是灌溉系统和灌溉决策2个方面的问题。

灌溉系统的功能是将水（或可溶性营养物）从水源输送到作物根系附近土壤中供作物吸收利用。英国一项针对3种不同冠层结构灌木的灌溉试验表明，灌溉方式与灌溉量对植株生长的影响存在交互作用，且这种关系在灌溉不充分时更明显，滴灌的亏缺灌溉效果总体上比喷灌效果好，建议在同一灌溉系统下种植树冠结构和耗水量相近的物种。在灌溉方式方面，欧玉民等对比了喷灌、微喷灌、滴灌、微润灌及痕量灌溉5种节水灌溉的特点，其中微润灌系统单位面积用水量为0.302 m3/(m2•a），单位面积投资为8.09元/m2，较滴灌系统减少了39.60%，且应用灵活性高，更适合于城市灌木绿地灌溉。综合来看，在苗圃环境中滴灌更能保证苗木成活和质量均匀，而城市中应用微润灌更符合绿地养护需求。

灌溉决策是指以植物需水信息诊断为基础，结合气象、土壤等环境因子对灌溉起始时间进行判定。对灌木进行需水诊断需要应用环境传感器。在英国一项试验中，采用土壤湿度传感器，根据2种灌木生长基质含水量的每日波动调整灌溉，如果已有降雨充分湿润了土壤，系统便不会开始灌溉；还有学者采用了蒸发传感器，其工作原理是基于苗木的蒸散量，降雨后系统可自动减少灌溉次数，从而控制灌溉。张阳阳利用植物环境信息监测网络获取植物、土壤、气象等数据，通过模糊控制技术构建智能模型，实现更为科学的灌溉决策。但目前智能灌溉技术的应用仅在农业领域开展，针对城市绿化灌木的灌溉技术尚有待研发。

2.2 灌溉量

灌溉量是根据植物水分需求在某一时段内实际供给的水量。确定灌溉量应综合气候条件、植物种类、土壤理化性质、灌溉方式和管理等级等因素。2020年3月起实施的《建筑给水排水设计标准》（GB50015-2019）规定，绿化浇灌最高用水量为1.0~3.0 L/(m2•d)；中国工程建设协会标准《园林绿地灌溉工程技术规程》（CECS243-2008）规定，灌木与草坪的微灌设计土壤润湿比为100%，乔木仅为20%~50%，同时灌木的设计耗水强度参考值为4~7 mm/d，高于乔木的3~6 mm/d。以上标准的制定均是在充分灌溉的基础上根据定额法进行估算的，而在实践中灌木多采用高密度和大面积种植，强调造型的整齐度和均一性。因此，灌溉量的确定应以减少其非必要生长为目标，充分灌溉可能不利于水资源的高效利用。

亏缺灌溉是指在植物的生长周期内，灌溉量与灌溉需求不成正比的一种灌溉方式，这会在一定程度上引起干旱胁迫，但同时也能控制植物的生长和质量，最大限度地提高水分生产力，有效提升用水效率。亏缺灌溉下的植株将地上生物量部分转移分配给地下，既减少了地上部分因蒸发和蒸腾而损失的水分，又增强了地下部分的取水能力，优化了水投入成本和产出的关系（图1）。它既可以是持续亏缺灌溉，即在整个生长季以恒定的比例减少灌溉量，也可以是调节亏缺灌溉，将土壤水分亏缺控制在植物生长发育的某些阶段。持续亏缺灌溉的主要目的是节水、控制生长量与抗旱锻炼，而调节亏缺灌溉主要目的是改变灌木花期的开始和时长，进而控制其观赏时间。长期来看，亏缺灌溉能产生持续的经济效益和环境效益。除减少用水外，还能减少非必要养分的吸收和农药的环境污染，以及减少化肥和农药成本。此外，适度亏缺灌溉下的植株更健壮，更有利于移植后的恢复和适应。

亏缺灌溉在保证植株整体质量的同时，也保证了其正常生长和服务功能。研究发现，土壤水分控制在田间持水量的75%~85%时，大叶黄杨景观功能和生态效应最大。Álvarez等对1种地中海绿化灌木进行了2年的持续亏缺灌溉，结果显示在供水量降至土壤最大持水量的60%时，灌木的株型、紧密度和叶色等观赏特征并不受影响，而当供水量降低至40%时，植物生长受到明显抑制，但同时根冠比的提高增加了移植成活率。研究发现，相比落叶灌木，常绿灌木具备较高的水分利用效率，干旱敏感性更低，更适合于绿化种植。

综上所述，对于阔叶灌木可通过灌溉将土壤最大田间持水量控制在60%~70%，常绿灌木可低至55%，足以维持植株正常生长和生态功能。除此之外，灌木对于亏缺灌溉的接受程度可作为绿化树种选择的重要依据。但调亏灌溉在粮食作物及果树增产上的应用已有近50年的发展历程，而观赏植物亏缺灌溉制度的提出始于近10年，且现有结论多针对苗圃生产环节，城市环境下的绿地亏缺灌溉制度还有待进一步探索。

3 研究展望

综上所述，耐旱性是城市绿化中进行树种选择、移植及后期生长过程中苗木存活的关键，如何判断灌木的耐旱性是实际应用中需要解决的重要问题。目前关于干旱胁迫对绿化灌木的影响研究虽然较多，但试验基本都是在盆栽条件下的不同水分梯度中进行，很难揭示灌木在城市绿化栽植条件下对干旱胁迫的真实响应规律与机制。且相关研究选取了大量指标来对比树种间的耐旱性差异，但这些指标是否真正体现出耐旱能力有待验证。同时，抗旱性是一种多因素相互作用构成的复杂性状，以有限的几个指标来比较评价绿化灌木的抗旱能力，难以得到准确可靠的结果。

在绿化灌木的灌溉制度方面目前缺乏系统性研究，传统绿化灌木的灌溉方式主要采用水管漫灌或人工洒水，依赖经验进行定时灌溉，不利于水资源的高效利用。而目前绿化灌木灌溉制度的创新多在充分灌溉的基础上聚焦于人工智能算法辅助灌溉决策。灌溉技术的创新和发展未能综合考虑不同时间尺度和气象状况下灌木可接受的水分亏缺程度的差异，实际灌溉用水还存在很大的节约空间。构建节水灌溉制度除了采用智能灌溉控制技术外，也有必要根据耐旱性判断灌木对水分亏缺的可接受度，在此基础上探索亏缺灌溉。因此，在今后的相关研究中建议重点关注以下几方面：

1）目前相关研究多以幼树为实验材料并采用盆栽控水方式，盆栽环境与城市环境的干旱实际发生模式之间存在差异，其研究结果可能与长期生长于城市环境中的绿化灌木不同，建议开展绿化灌木干旱胁迫的原位控制试验。

2）植物对于干旱的适应策略可表现为干旱避免和干旱忍受等多种方式，并不能单纯靠指标的变化方向与程度判断耐旱性。因此有必要筛选并对各指标进行分类系统分析，建立综合评价指标体系，为绿化灌木的耐旱性评价提供理论依据。

3）各灌木树种的需水、耗水规律随着环境条件、季节条件与生长阶段的改变而变化，相较于灌溉技术的不断创新与发展，灌溉量的动态变化问题更为复杂，因此有必要探究不同时段内灌木的需水量变化，并据此动态调整灌溉水量。

4）亏缺灌溉既能提高水分利用效率，又能保证美化功能和生态效益不受影响，在节水绿化中极具应用潜力。为将亏缺灌溉应用于实际绿化管理中，需要明确灌木对水分亏缺的可接受度，验证保证绿化灌木使用功能前提下的最低灌溉水平。

第一作者：侯立伟，男，硕士研究生，主要开展城市林业生态研究，E-mail：houliweibruce@foxmail.com。

通信作者：徐晓天，男，副研究员，主要从事全球气候变化与植被生态研究，E-mail；arthurpku@163.com。

来源：中国林业科学研究院林业科技信息研究所《世界林业研究》2023年第1期https://mp.weixin.qq.com/s/-QbMr2ZkPdr-kahDas3OnA