鄭 鈞，吳仁武，史 琰，楊 凡，晏 海，吳一波，任偉濤，包志毅

（浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 臨安311300）

竹類植物的主要環(huán)境效應(yīng)研究進展

鄭 鈞，吳仁武，史 琰，楊 凡，晏 海，吳一波，任偉濤，包志毅

（浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 臨安311300）

隨著人居環(huán)境的惡化，人類更加關(guān)注環(huán)境對自身身心健康的影響。竹類植物不僅能夠保護、美化以及改善環(huán)境，它的生態(tài)環(huán)境功能還能促進人類的生理與心理健康。針對目前環(huán)境科學(xué)研究中的一些熱點問題，從改善小氣候環(huán)境、凈化空氣、釋放空氣負離子、固碳釋氧等方面對近年來竹類植物的主要環(huán)境效應(yīng)研究的進展進行了綜述，提出擴大竹類植物環(huán)境效應(yīng)定量實驗研究對象的范圍；改進竹類植物環(huán)境效應(yīng)定量實驗的研究方法；建立竹類植物生態(tài)環(huán)境服務(wù)的評價體系等是將來的重點研究方向。參56

園林學(xué)；竹類植物；環(huán)境效應(yīng)；生態(tài)環(huán)境功能；人居環(huán)境；綜述

過去30多年來中國城鎮(zhèn)化的不斷推進，社會經(jīng)濟水平增長迅速，人們物質(zhì)生活水平不斷提高，但人類活動對自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了十分嚴重的破壞， “城市病”和 “農(nóng)村病”等問題日益突出［1－2］。近幾年 “生態(tài)園林城市”以及 “美麗鄉(xiāng)村”建設(shè)的提出與實踐強調(diào)了人與環(huán)境的和諧相處，將城市與鄉(xiāng)村的生態(tài)環(huán)境引向良性發(fā)展的趨勢。中國把生態(tài)文明建設(shè)放在突出地位，并納入社會主義現(xiàn)代化建設(shè)總體布局，表明了保護與改善環(huán)境的決心，也標志著中國生態(tài)文明建設(shè)跨入新時代的新征程［3］。竹類植物是重要的森林資源，在全世界約有70多屬1 200余種，主要分布在熱帶及亞熱帶地區(qū)。中國的竹類植物資源豐富，分布廣泛，現(xiàn)有竹類植物39屬500余種，竹林面積為逾500萬hm2，占到世界竹林總面積的1/4［4］。因竹類植物具有生長快、產(chǎn)量高、適應(yīng)性強等特點，近年來被廣泛的運用到城市和鄉(xiāng)村綠地景觀的營造中，針對竹類植物生態(tài)環(huán)境功能的研究也逐漸引起國內(nèi)外學(xué)者的重視。直至目前，對竹類植物生態(tài)環(huán)境功能研究進展的闡述主要集中在涵養(yǎng)水源、保持水土、防風(fēng)固沙以及保護生物多樣性等生態(tài)功能方面［5－8］，針對竹類植物在目前環(huán)境科學(xué)研究中的熱點領(lǐng)域，如城市小氣候環(huán)境、大氣污染、碳循環(huán)等方面的綜述還涉及較少。針對這些問題，作者主要從改善小氣候環(huán)境、凈化空氣、釋放空氣負離子和固碳釋氧等方面對竹類植物的主要環(huán)境效應(yīng)研究進行綜述。

1 改善小氣候環(huán)境功能

熱島效應(yīng)作為一個顯著的城市氣候問題一直備受關(guān)注。已有的研究證實綠色植被能夠通過遮光、蒸散作用降低空氣溫度，增加空氣濕度，從而緩解熱島效應(yīng)，改善城市小氣候環(huán)境［9－10］。對于園林植物降溫增濕效應(yīng)的測定主要有2種方法。一是選取健康植株的葉片進行蒸騰速率值的測定，并利用公式計算樹種的日降溫增濕量；二是使用溫濕度計等儀器，直接測定植物群落的空氣溫度和相對濕度［11－12］。

竹類植物群落具有較強的降溫增濕能力：夏季時毛竹Phyllostachys edulis林比桂花Osmanthus fragrans林氣溫平均低0.54℃，相對濕度低4.6%［13］；短穗竹Brachystachyum densiflorum和黃甜竹Acidosasa edulis在夏季的平均日降溫可達3.14℃和2.91℃，平均日增濕可達3.50%和3.34%［14］；夏季清晨和夜間等低溫時段，雷竹Phyllostchys vilascens林的降溫效果相較于杉木Cunninghamia lanceolata林、無患子Sapindus mukorossi-國槐Sophora japonica混交林、樂昌含笑Michelia chapensis-桂花混交林和銀杏Ginkgo biloba-紅楓Acer palmatum混交林最為顯著，而增濕效果差異較小［15］。也有研究結(jié)果表明：復(fù)層植物群落、喬木-草地型植物群落、棕櫚科Palmae植物群落的降溫增濕能力均強于叢生竹林植物群落［16］。

不同季節(jié)、不同竹類植物種類對于局部小氣候的改善作用存在差異。從不同季節(jié)而言，竹類植物在9月的降溫增濕效應(yīng)要好于3－4月［17］。從不同種類而言，竹類植物降溫增濕能力與其單葉面積呈正相關(guān)，降溫增濕效果較好的竹種有金鑲玉竹Phyllostachys aureosulcata ‘Spectabilis’，鳳尾竹Bambusa multiplex ‘Fernleaf’，宜興苦竹Pleioblastus yixingensis，麻竹Dendrocalamus latiflorus和綠竹Bambusa oldhami等［17－18］。對于竹類植物改善小氣候環(huán)境的研究還處于起步階段，研究的竹子種類不夠豐富，降溫增濕效應(yīng)影響因子的研究還不夠深入。

2 凈化空氣功能

2.1 殺菌功能

空氣中散布著大量空氣微生物，主要由1 200余種細菌和放線菌，以及40 000余種真菌組成，其中存在著各種有害的致病菌，嚴重威脅著人類身體健康［19］。植物能夠通過釋放揮發(fā)性有機復(fù)合物（VOCs），如萜烯類、醚、醛、酮等物質(zhì)，起到抑菌、殺菌的作用［20－21］。植物殺菌能力的測定主要通過水插枝法、瓊脂平板擴散法、鋼環(huán)法和管碟法測定其揮發(fā)物的殺菌作用［22］。

常杰等［23］對野外森林揮發(fā)性有機復(fù)合物的研究發(fā)現(xiàn)：毛竹林VOCs排放強度遠高于馬尾松Pinus massoniana林、杉木林和常綠闊葉林；張莉等［24］發(fā)現(xiàn)，毛竹林釋放的VOCs中異戊二烯的排放量較大，且集中在夏季，說明毛竹林具有較強的殺菌潛力。周單紅［22］比較了4種園林植物對空氣微生物的影響，結(jié)果顯示：竹林對空氣細菌的抑菌率最高，楊梅Myrica rubra林與桂花林次之，樟樹Cinnamomum camphora林最低，且它們都在夏季達到峰值，但4種林地對真菌和放線菌均起到了促進作用。

2.2 滯塵功能

空氣顆粒物因不僅本身具有污染性，更是其他污染物的載體而成為國內(nèi)外諸多城市空氣的首要污染物［25］。植物能夠通過停著、附著以及黏附3種方式凈化空氣中的粉塵污染［26］。植物滯塵能力的測定方法主要有2種，一種是使用粉塵儀對環(huán)境中可吸入顆粒物比例進行測定［27］；另一種是通過差重法對一段時間內(nèi)植物葉片單位面積的滯塵量進行測定［28］。

相關(guān)研究表明，竹林能夠減少空氣中50%左右的塵土，其滯塵能力平均為4.0～8.0 g·m－2［29］。不同竹種的滯塵量差異顯著，灌木狀株型的竹種滯塵能力明顯強于喬木狀株型的竹種；并且不同竹種在不同高度的滯塵效應(yīng)也有較大差異，黃金間碧玉竹Bambusa vulgaris‘Vittata’在離地面200 cm處滯塵效果最好，而闊葉箬竹Indocalamus latifolius在離地50～150 cm處滯塵能力最強［28］。還有研究發(fā)現(xiàn)，單株竹類植物的滯塵能力與其葉面積指數(shù)呈顯著正相關(guān)，生物量和冠層結(jié)構(gòu)等是影響竹類植物群落滯塵效應(yīng)的重要因素［17］。

2.3 吸收有害氣體功能

無機化學(xué)污染物是當(dāng)今城市空氣污染中分布廣泛且危害較大的主要污染物，植物可以通過葉片以及枝條吸收有害氣體，經(jīng)氧化還原反應(yīng)降解，再積累于體內(nèi)或排出體外［30］。近年來國內(nèi)外學(xué)者主要針對二氧化硫（SO2），氟化氫（HF）和氯氣（Cl2）3種污染性氣體進行研究［31］。研究表明：竹類植物對于空氣中的硫元素與氯元素具有較強的吸收作用，對于二氧化硫與氯氣的濃度變化具有指示作用，并且可以作為硫污染區(qū)與氯污染區(qū)的綠化植物。例如，鳳凰竹Bambusa floribunda，鳳尾竹，淡竹Phyllostachys glauca等對二氧化硫抗性較強，觀音竹Bambusa multiplex var.riviereorum，花眉竹Bambusa longispiculata和霞山泥竹Bambusa xiashanensis具有較強的吸收二氧化硫能力，佛肚竹（Bambusa ventricosa和歪腳龍竹Dendrocalamus sinicus能夠有效吸收氯化物來凈化空氣［5,17,32－33］。

3 釋放空氣負離子功能

空氣負離子是空氣中的各種分子在特殊情況下獲得電子而帶電所形成的，主要為氧氣分子獲得電子后形成的負離子又稱為負氧離子［34］。某些植物因為葉片呈針狀，曲率半徑小，在大氣電場所產(chǎn)生的電勢差等作用下，使空氣發(fā)生電離，增加空氣負離子的濃度［35］?？諝庳撾x子濃度的測定主要采用空氣負離子濃度測定儀，在研究對象內(nèi)選取多個測試點進行多次測定。竹類植物具有較強的釋放空氣負離子功能，竹林中的空氣負離子濃度是同一景區(qū)內(nèi)水泥廣場的3倍［36］；曾曙才等［37］對廣州主要公園綠地中典型綠地進行了測定，結(jié)果顯示：空氣負離子濃度大小順序為竹林＞小葉竹柏林＞花卉區(qū)＞隆緣桉林＞苗圃、草地＞住宅區(qū)。不同竹種在不同季節(jié)的空氣負離子濃度日變化規(guī)律差異顯著，簕竹屬Bambusa竹種春季表現(xiàn)為雙峰型，而夏季和秋季以U型為主；剛竹屬Phyllostachys竹種春季和秋季以單峰型為主，夏季則表現(xiàn)為U型［38］。這種差異可能與竹類植物本身特性有關(guān)，因此，未來應(yīng)積極開展葉面積指數(shù)、冠層結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素對竹類植物釋放空氣負離子功能的定量研究。外在環(huán)境因素對于竹類植物釋放空氣負離子功能也有顯著影響，毛竹林秋季空氣負離子濃度與溫度、風(fēng)速呈正相關(guān)，與相對濕度呈顯著負相關(guān)［39］。

4 固碳功能

大氣中二氧化碳濃度的急劇上升導(dǎo)致了溫室效益等一系列環(huán)境問題。森林系統(tǒng)能夠通過植物群落生物積累過程，將大氣中碳固定于植物體和土壤中［40］。竹類植物主要通過直接與間接2種形式固碳，直接固碳是指竹類植物通過光合作用，在竹體內(nèi)、林下土壤和林下凋落物積累碳元素；間接固碳是指通過工業(yè)加工使竹木被砍伐后依然保持了一定存量的碳物質(zhì)［41］。目前，竹體內(nèi)固碳能力主要通過生物量測算法以及綠量法進行測定［17］。經(jīng)初步估算，目前中國竹林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量是整個森林生態(tài)系統(tǒng)的4%～5%。在全球森林面積不斷下降，而竹林面積卻以3%的速度增長的背景下，竹林將是一個重要的并且不斷增大的碳匯［42］。陳先剛等［43］對中國過去50 a竹林碳儲量的估算結(jié)果也證明，中國竹林碳儲量呈增加趨勢，越到后期增長越快，并且碳儲量將持續(xù)增加。

竹林植被層儲藏著大量的碳素。從不同植物固碳能力來說，竹類植物具有較大的優(yōu)勢。浙江臨安毛竹林喬木層碳素年固定量為5.097 t·hm－2［44］，四川南部毛竹林年固碳量為9.43 t·hm－2［45］，均高于速生階段杉木林（3.489 t·hm－2），幼齡階段紅松Pinus koraiensis林（1.300 t·hm－2），蒙古櫟Quercus mongolica林（1.050 t·hm－2）和山楊Populus davidiana林（2.290 t·hm－2）等［46－47］。對不同竹類植物的固碳釋氧效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)：其吸收二氧化碳和釋放氧氣量與葉面積指數(shù)和綠量呈正相關(guān)，與凈光合速率呈正比［30］。苦竹Pleioblastus amarus平均氧氣釋放量達到35 g·m－2·d－1，遠高于其他竹種，其他釋氧能力較強的竹種還有闊葉箬竹、黃槽竹Phyllostachys aureosulcata和佛肚竹等［17,30］。不同竹類植物的不同器官碳素密度不同，但波動幅度不大。毛竹不同器官波動量為0.468 3～0.521 0 g·g－1，苦竹為0.348 5～0.518 6 g·g－1，慈竹Bambusa emeiensis介于0.460 0～0.510 5 g·g－1，一般均表現(xiàn)為竹稈與竹根的碳素密度高于竹枝與竹葉［44,48－49］。竹林土壤是竹林生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫［4］。研究發(fā)現(xiàn)：大多數(shù)竹林中，土壤層的碳儲量是地上植被層的2倍，占竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的2/3［50］。目前，竹類植物固碳釋氧效應(yīng)較集中在野外竹林的研究上，對于城市綠地中竹類植物固碳釋氧效應(yīng)的研究開展較少，而城市綠地與人類的身心健康息息相關(guān)，因此針對不同竹種在城市綠地中所發(fā)揮的固碳釋氧功能將是未來的研究重點。

5 展望

中國作為世界范圍內(nèi)竹類植物分布的重點區(qū)域，有大量國內(nèi)學(xué)者開展了竹類植物的相關(guān)研究?？傮w來說，雖然對于竹類植物改善小氣候環(huán)境、凈化空氣、釋放空氣負離子和固碳釋氧等環(huán)境效應(yīng)都進行了定量研究，但僅在固碳效應(yīng)方面開展的較為深入，其他效應(yīng)的研究還在起步階段。通過對主要環(huán)境效應(yīng)的綜述發(fā)現(xiàn)，竹類植物相較于其他植物具有很強的固碳能力；也具有一定的改善小氣候環(huán)境和釋放空氣負離子功能；在凈化空氣包括殺菌、滯塵以及吸收有害氣體等方面存在很強的潛力，但目前對于這方面的研究較少。

針對竹類植物環(huán)境效應(yīng)研究存在的不足以及竹類植物生態(tài)景觀發(fā)展的趨勢，將來竹類植物環(huán)境效應(yīng)的研究重點應(yīng)從以下幾個方面展開：①擴大竹類植物環(huán)境效應(yīng)定量實驗研究對象的范圍。目前，因竹類植物環(huán)境效應(yīng)定量實驗的研究對象范圍較小，涉及竹種較少，使得對于竹類植物生態(tài)環(huán)境功能的認知不夠全面。隨著對竹類植物生態(tài)環(huán)境功能重要性的逐步認識，擴大實驗對象的范圍，測定更多竹種的環(huán)境效應(yīng)指標將是未來竹類植物環(huán)境效應(yīng)的重點研究內(nèi)容。②改進竹類植物環(huán)境效應(yīng)定量實驗的研究方法。通過對已有的竹類植物生態(tài)環(huán)境功能的測定研究發(fā)現(xiàn)，在實驗環(huán)境、測定方法等不統(tǒng)一的情況下，同種植物發(fā)揮的環(huán)境效應(yīng)以及其影響因素差異顯著［51］，因此，如何對竹類植物環(huán)境效應(yīng)各項指標進行科學(xué)、準確的測定是一個迫切的問題，并且，目前的實驗?zāi)Ｊ捷^為傳統(tǒng)、固定，缺乏創(chuàng)新，難以將實驗結(jié)果與人類健康形成直接關(guān)系，因此加強與多學(xué)科的耦合運用必將成為未來實驗研究的主要趨勢。例如，在設(shè)計實驗時，可以通過主觀評價法：包括語義分析法（SD法）、心境狀態(tài)量表（POMS）以及狀態(tài)特質(zhì)焦慮問卷（STAI）等［52－53］，以及客觀評價法，利用電子儀器觀測被試者生理指標的變化，主要包括腦電波、心率、呼吸速率、血壓、肌電值、皮膚溫度等［54－55］，對人體心理以及生理變化進行測定分析，從而促進人類對竹類植物生態(tài)環(huán)境功能重要性的認知，為竹類植物的生態(tài)環(huán)境應(yīng)用提供理論支持。③建立竹類植物生態(tài)環(huán)境服務(wù)的評價體系。目前，對于植被生態(tài)服務(wù)量化評價方法十分多樣［56］，因此，通過實驗數(shù)據(jù)建立模型，科學(xué)準確地反應(yīng)竹類植物環(huán)境效應(yīng)，并形成生態(tài)環(huán)境服務(wù)評價體系，將更有效地為優(yōu)勢竹類植物群落篩選提供支持，提高其生態(tài)景觀效益，并且豐富城市以及鄉(xiāng)村綠地生態(tài)服務(wù)及應(yīng)用理論。

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Research progress on environmental effects of bamboo：a review

ZHENG Jun,WU Renwu,SHI Yan,YANG Fan,YAN Hai,WU Yibo,REN Weitao,BAO Zhiyi
（School of Landscape Architecture,Zhejiang A&Forestry University,Lin’an 311300,Zhengjiang,China）

With degradation of the living environment,urban and rural areas have had an irreversible tendency bringing a series of serious consequences.At the same time,the public has expressed a strong desire to improve their living environment.Bamboo not only protects and improves the environment,but also promotes the physical and mental health of mankind through its eco-environmental functions.Aiming at the hotspots in environmental science research,and from the viewpoint of improving the microclimatic environment,purifying the air,releasing negative air ions,and fixing carbon,this paper summarizes recent research progress concerning the environmental effects of bamboo.Future work in this field should focus on expanding the scope of bamboo, improving research methods for quantitative experimentation on environmental effects,and establishing an evaluation system for bamboo ecological and environmental services.［Ch,56 ref.］

landscape architecture;bamboo;environmental effects;eco-environmental function;human settlement;review

S718.5

A

2095-0756（2017）02-0374-07

10.11833/j.issn.2095-0756.2017.02.024

2016-04-07；

2016-06-20

國家自然科學(xué)基金資助項目（31270743，31400607）

鄭鈞，從事園林植物應(yīng)用研究。E-mail:284597854@qq.com。 通信作者：包志毅，教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事植物景觀規(guī)劃設(shè)計和園林植物應(yīng)用研究。E-mail:bao99928@188.com