夜间灯光对城市植物生长的影响 ——以香樟为例

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人类活动产生的夜间灯光对自然生态系统中的诸多生态过程产生了显著影响。为了研究城市夜间灯光对常绿乔木的影响,本文以华东地区典型常绿行道树种香樟(Cinnamomum camphora)为对象,在南京市一条典型道路上开展了调查,研究其对不同夜间路灯照明强度的生长响应。实验选取路灯正下方(即近灯处)以及位于两相邻路灯中间位置距路灯光源相对最远(即远灯处)的香樟各15棵,结合树冠南北朝向的差异,研究了夜间人工光源对香樟整体水平、当年生小枝水平及叶片水平上生长的影响。在当年生小枝水平上,2017年重点研究相同取样面积下不同样品内小枝生长量的差异,2018年以每个当年生小枝为基本单元,更深入的探究具体在何种层面上夜间灯光已经开始对香樟的生物量累积产生影响。通过对研究区附近的夜间人工光强观测及对香樟上述三个不同水平的实验,结果表明:(1)研究区路灯光源所在的垂直平面内,路灯衰减符合距离平方反比定律,即随着距离的增加光强逐渐降低,并呈现近似对称分布的格局。光照强度最高点达1.0μmol·s-1·m-2,是光照强度最低处的10倍。对树冠周围的光照情况进行非参数检验显示,香樟采样位置附近的光照强度因灯源距离及树冠不同朝向(朝向光源vs背向光源)而呈现显著差异。光照强度从高到低依次为:近灯处北侧、远灯处北侧、远灯处南侧、近灯处南侧。(2)近灯处香樟的胸径显著高于远灯处香樟的胸径(P<0.05),平均差值在1 cm以上;最近3年的年轮宽度显示近灯处香樟的年轮宽度均显著大于远灯处香樟的年轮宽度(P<0.05),这进一步证实了近灯处香樟整体径向生长量较远灯处香樟高的趋势。(3)2017年对采样水平上香樟当年生小枝单位面积生物量(当年生小枝生产力)进行双因素方差分析发现,近灯处香樟的小枝总生产力、叶片生产力及枝条生产力均显著高于远灯处香樟(P<0.05),花序生产力在二者之间不显著。树冠朝向及灯源远近与树冠朝向的交互作用对香樟总生产力及各器官生产力均没有显著影响。2018年在当年生小枝水平上研究发现,灯源远近、树冠朝向及二者的交互作用对当年生小枝总干重、叶片干重、枝条干重均无显著影响。而近灯处香樟当年生小枝上的花序干重显著高于远灯处香樟(P<0.001),树冠朝向及灯源距离与树冠朝向的交互作用对花序干重也没有显著影响。(4)广义线性回归结果显示,灯源距离与树冠朝向都没有对2017年位于采样水平上的枝条数量、叶片数量及花序数量产生影响。灯源距离与树冠朝向也没有对2018年采集的当年生小枝上的叶片数量产生显著影响,而花序数量与花序干重趋势相同,即近灯处当年生小枝上的花序数量显著高于远灯处香樟(P<0.001)。此外,树冠朝向对花序数量的影响不显著。对2018年当年生小枝的枝条长度和宽度进行双因素方差分析发现,近灯处小枝的枝条长度显著高于远灯处(P<0.05),而树冠朝向及灯源距离与树冠朝向的交互作用对枝条长度的影响不显著。枝条宽度也没有在不同的灯源距离、树冠朝向及二者的交互作用中产生差异。(5)对2017年位于采样水平及2018年位于单个叶片水平上的香樟叶片研究发现,香樟叶片的比叶面积对夜间人工光源的照射不敏感,即两年中香樟的比叶面积均没有在不同的光源距离和不同的树冠朝向之间显示出差异性。同时双因素方差分析的结果显示光源远近与树冠南北朝向的交互作用对比叶面积也没有产生显著影响。(6)2017年和2018年对香樟叶绿素研究发现,近灯处香樟的叶绿素含量在这两年中均显著高于远灯处香樟的叶绿素含量(2017:P<0.05;2018:P<0.01)。叶绿素含量在不同的树冠朝向及灯源远近与树冠朝向的交互作用之间没有显著性差异,但研究发现即使是远灯处的香樟树冠也未发现明显的阴阳面效应,说明该光照强度水平已经开始影响树木冠层对阴阳面效应的响应特征。研究结果表明城市夜间灯光的补充照明促进了近灯处香樟的生长,并改变了树冠生长对阳光的响应特征。本研究可为深入理解城市生态系统中人工微生境对植物功能性状的塑造提供参考。
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