城市人工透水覆盖地表的微环境效应及其植物碳代谢和水分利用的响应适应机制

In urban environment, artificial pavements have attributed to heat island effect, flooding, water pollution, etc., which are expected to be mitigated by pervious pavement and planting. It is less investigated into the effects of pervious pavement on microhabitat and plant growing on it. In this study, by field surveying, we will investigate the growth, mortality and health of plants growing in paved lands, and identify the influencing factors; In combination of field survey and manipulation experiment, we monitor surface temperature, and soil temperature and moisture as well as plant growth and physiology changes after land pavement, measure the indicators pertaining to plant carbon starvation and hydraulic failure, investigate the mechanisms of adaptive responses of plant growth, carbon metabolism and water use to land pavement, and assess the impacts of pervious and impervious pavements on microenvironment and plant growth; The study will construct a process-based model of plant growth under heat and drought stresses, analyze plant damages by land pavement stress, and identify their regulative controlling factors. The aim is to provide scientific basis for urban plant selection, planning and management.

面对人工覆盖地表造成的日益严重的城市热岛效应、洪涝和水体污染，人们希望通过推广透水覆盖地表和栽种绿色植物来缓解。但是对于透水覆盖地表的微环境效应及其对植物影响研究还很少。本研究拟通过城市实际植被调查，研究城市人工覆盖地表上植物的生长、死亡和健康状况，分析其影响关键因素；进行实际调查观测和人工覆盖地表模拟实验，监测城市地表覆盖后地表温度以及土壤温湿度等植被生境因子的变化以及植物生长生理特征的变化，测定植物碳饥饿（carbon starvation）和水失力（hydraulic failure）的相关指标，研究植物生长发育、碳代谢和水分利用对地表覆盖的响应和适应机制，揭示不透水和透水地表覆盖造成的微环境变化及其对植物生长发育的影响机理；建立热胁迫和干旱胁迫影响下的城市植物生长机理模型，评价不同地表覆盖对城市植物的胁迫危害，辨识其关键调控因子，为城市植物选育、规划和管理提供科学依据。

通过实地调查观测、大面积地表硬化模拟实验和盆栽地表硬化模拟实验，探讨硬化地表对地表和土壤微环境及城市树木碳代谢和水分利用的影响。研究发现（1）硬化地表使地表温度和土壤温度升高，透水硬化地表升高更大。（2）不透水硬化地表使土壤含水量降低，但透水硬化地表可一定程度提高土壤含水量。（3）硬化地表使土壤微生物碳氮、微生物群落结构和功能多样性显著降低。（4）硬化地表使树木发芽和落叶时间均提前，但不改变树木年生长期。（5）硬化地表限制了树木叶片光合作用及株高和基径生长，透水硬化地表的限制作用较小。地表温度过高或土壤水分下降是硬化地表上树木生长受限的主要原因。（6）自然条件下，硬化地表可导致树木耗水量和树干液流的降低，主要是由于土壤水分供应的减少及树木生长受限而带来的需水量下降。（7）当水分供应不足时，硬化地表会导致植株耗水量和树干液流增加，从而加重树木的干旱胁迫。因此，在城市绿化中，应该选择耐高温和干旱的树种，并在持续干热天气时，要保证树木适当浇灌。