杭州西湖公園6種木蘭科植物固碳釋氧能力

饒顯龍，王 丹，吳仁武，洪駿建，祁立南，董延梅，包志毅

(1.浙江農(nóng)林大學(xué)園林設(shè)計院有限公司，浙江 臨安 311300；2.浙江農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 臨安 311300)

杭州西湖公園6種木蘭科植物固碳釋氧能力

饒顯龍1，2，王 丹2，吳仁武2，洪駿建2，祁立南2，董延梅2，包志毅2

(1.浙江農(nóng)林大學(xué)園林設(shè)計院有限公司，浙江 臨安 311300；2.浙江農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 臨安 311300)

于2012年7—9月，采用Li-6400 XT便攜式光合作用測定系統(tǒng)對杭州西湖公園綠地中最常見的6種木蘭科植物光合特性及凈光合速率的日變化進(jìn)行測定，對其凈同化量、固碳量、釋氧量進(jìn)行比較研究。結(jié)果表明：6種木蘭科植物，7月的凈光合速率均大于9月；7月的固碳釋氧能力由大到小依次為廣玉蘭>二喬玉蘭>白玉蘭>樂昌含笑>馬褂木>含笑；9月的固碳釋氧能力由大到小依次為廣玉蘭>樂昌含笑>馬褂木>含笑>二喬玉蘭>白玉蘭；常綠植物的葉面積指數(shù)、單位面積固碳釋氧能力、單株固碳釋氧量均大于落葉植物。

木蘭科植物；固碳；釋氧

在城市園林建設(shè)中，園林植物及其群落的景觀效果一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，相關(guān)的研究也多有報道[1-3]。然而，對公園綠地的園林植物固碳釋氧效應(yīng)的研究則相對較少。隨著低碳經(jīng)濟(jì)理念的逐步深入人心，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、建設(shè)低碳城市已經(jīng)成為當(dāng)前全球發(fā)展的新方向。為此，積極倡導(dǎo)生態(tài)、低碳的城市園林綠化建設(shè)，顯得尤為迫切和重要[4-5]。城市化的發(fā)展促進(jìn)人們對園林綠化的高度重視，而合理的綠化樹種選擇離不開其功能的最佳發(fā)揮。植物最重要的功能之一便是固定二氧化碳，釋放氧氣，通過植物吸收空氣中的二氧化碳，從而在一定程度上減弱溫室效應(yīng)。園林植物是城市園林綠化建設(shè)中最重要的組成部分，也是城市生態(tài)系統(tǒng)中主要初級生產(chǎn)者。本研究選擇杭州西湖風(fēng)景區(qū)公園綠地中6種最常見的木蘭科植物，測定其光合速率、葉面積指數(shù)，計算單位葉面積日凈同化量、日固碳釋氧量、整株固碳釋氧量等，探討其固碳釋氧的能力。

1 研究區(qū)概況

杭州市為浙江省省會，位于我國東南部(北緯30°15′、東經(jīng)120°12′)。地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明。年平均氣溫15～17 ℃，極端最高溫42.1 ℃，極端最低溫-10.5 ℃。屬于亞熱帶常綠闊葉林植被帶，植物資源十分豐富，僅西湖山區(qū)和西天目山等地的維管束植物就有178科790屬1640種，木本植物有509種，藤本植物有150多種[6]。杭州作為國內(nèi)外著名的風(fēng)景旅游城市，自古擁有豐富的山水風(fēng)景與自然資源。與其他大都市相比，其“三面云山一面城”的獨(dú)特地理條件所促成的風(fēng)景園林營造基礎(chǔ)，是其他城市難以達(dá)到的。因此，杭州也就更具有發(fā)展低碳城市園林的先天優(yōu)勢。

2 材料與方法

2.1 供試材料

通過實地調(diào)查與資料查閱，選擇杭州西湖風(fēng)景名勝區(qū)公園綠地內(nèi)木蘭科植物中最常見的6種園林植物作為研究對象(表1)。

表1 6種供試植物

2.2 光合速率和葉面積指數(shù)測定

光合速率的測定采用美國Li-Cor公司生產(chǎn)的Licor-6400便攜式光合儀進(jìn)行測量。于2012年7—9月，選擇晴朗、無風(fēng)的天氣，在自然光照條件下，從8∶00—18∶00每隔2 h測量1次。每次每個樹種選取5個大小相似、生長健壯、生長在陽面的葉片，在不離體的前提下每片葉取3～6個瞬時光合速率值[7]，儀器夾住葉片的葉室面與入射光的角度呈90°狀態(tài)，且隨太陽光線的角度的改變而改變。為了測定的數(shù)據(jù)具有可比性，所有供試樹種均在一天內(nèi)測完[8]。

葉面積指數(shù)( leaf area index，簡稱LAI)是表征單位土地面積上種植植物葉片的多少，是葉覆蓋量的無量綱度量[9]。葉面積指數(shù)的測定采用 LAI-2000 型植物冠層分析儀，用90°的鏡頭蓋在植物的各個不同方向各取一對觀測值，計算葉面積指數(shù)，每個樹種做2次重復(fù)取其平均值[10]。冠幅大小的測定采用植物東西與南北方向直徑相乘所得的結(jié)果。

2.3 植物平均光合速率和固碳釋氧能力計算

3 結(jié)果與分析

3.1 6種供試植物葉面積指數(shù)

植物葉片是植物產(chǎn)生環(huán)境效應(yīng)的主體，葉片數(shù)量越多，單位葉片表面積越大，單株植物的總?cè)~面積越大，對環(huán)境改善的作用越大[12]。葉面積指數(shù)越高，綠化樹種的生態(tài)價值越大，為了使單位土地面積上綠化樹種生態(tài)效益最大化，則需提高植物葉面積指數(shù)。

從表2可以看出，8月喬木樹種廣玉蘭的葉面積指數(shù)最大，6種木蘭科植物7—9月的葉面積指數(shù)分別分布在1.81～3.49、1.83～5.53、1.86～5.65之間。3種常綠植物、3種落葉植物的葉面積指數(shù)平均值7月分別為2.83、2.37；8月分別為3.72、2.40；9月分別為3.25、2.23，常綠植物的葉面積指數(shù)均大于落葉植物。供試植物的冠幅大小在1.12～53.25 m2之間。常綠樹種、落葉樹種的平均冠幅分別為32.16 m2、36.04 m2，落葉植物冠幅較大。

3.2 6種供試植物光合速率日變化

表2 6種木蘭科植物葉面積指數(shù)

影響光合作用的環(huán)境因子(溫度、光照、水分等)在一天中發(fā)生明顯的變化，因此光合作用也呈現(xiàn)出相應(yīng)的變化規(guī)律[13]。為了更明顯地對比不同月份的光合速率日變化，本文選取7月、9月的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，根據(jù)測得的光合速率值(Pn)繪制各樹種7月、9月的凈光合速率日變化曲線(圖1、圖2)。

從圖1、圖2可以看出，7月、9月各樹種凈光合速率日變化曲線大都呈雙峰曲線，第1個峰值均出現(xiàn)在10∶00—11∶59，第2個峰值大多數(shù)出現(xiàn)在14∶00—15∶59，少數(shù)出現(xiàn)在16∶00—17∶59；7月、9月的谷值均出現(xiàn)在12∶00—13∶59。通過比較同種植物7月、9月的光合速率發(fā)現(xiàn)，7月的光合速率比9月高，表明6種木蘭科植物7月比9月的生長勢更強(qiáng)。圖2中樂昌含笑第1個峰值數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大異常變化，該峰值可能是由于人為操作不當(dāng)，出現(xiàn)較大誤差。

圖1 6種供試植物7月凈光合速率日變化圖2 6種供試植物9月凈光合速率日變化

3.3 6種供試植物單位面積固碳釋氧能力

為了更好地比較不同月份同一種植物的固碳釋氧能力，本文特選取7月、9月的實測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。由表3可知，6種供試植物7月、9月的單位面積固碳量總量均呈下降趨勢。單位面積凈同化量的總平均值由7月的149.89 mmol·m-2·d-1下降到9月的117.61 mmol·m-2·d-1。固碳量由7月的6.59 g·m-2·d-1下降至9月的5.18 g·m-2·d-1，釋氧量則由7月的4.80 g·m-2·d-1下降至9月的3.76 g·m-2·d-1。常綠植物單位面積固碳釋氧量以及凈同化量均大于落葉植物。

6種植物7月、9月單位面積固碳量分別在2.56～14.33 g·m-2·d-1、2.77～8.42 g·m-2·d-1之間；單位面積釋氧量分別在1.86～10.42 g·m-2·d-1、2.02～6.12 g·m-2·d-1之間。其中7月固碳釋氧能力由大到小排列依次為：廣玉蘭>二喬玉蘭>白玉蘭>樂昌含笑>馬褂木>含笑；9月固碳釋氧能力由大到小排列依次為：廣玉蘭>樂昌含笑>馬褂木>含笑>二喬玉蘭>白玉蘭。6種植物不同月份的單位面積凈同化量(圖3)與固碳釋氧能力成正相關(guān)。

表3 6種植物單位葉面積日凈同化量、日固碳釋氧量

圖3 6種木蘭科植物不同月份單位葉面積日凈同化量

3.4 6種供試植物整株固碳釋氧能力

由表4可知，6種植物7月、9月整株固碳量分布范圍分別為80.45～5211.92 g·d-1、214.64～2141.10 g·d-1。釋氧量分布范圍分別為58.51～3790.48 g·d-1、156.10～1557.16 g·d-1。7月的固碳量、釋氧量的總平均值分別為1215.67 g·d-1、884.13 g·d-1。9月的固碳量、釋氧量的總平均值分別為666.06 g·d-1、484.41 g·d-1。7月的固碳釋氧量從大到小依次為廣玉蘭>二喬玉蘭>白玉蘭>樂昌含笑>馬褂木>含笑；9月的固碳釋氧量從大到小依次為廣玉蘭>樂昌含笑>馬褂木>二喬玉蘭>白玉蘭>含笑。常綠植物的固碳釋氧能力大于落葉植物。

表4 6種供試植物整株固碳釋氧量

4 結(jié)論與討論

本研究對杭州西湖公園綠地中最常見的6種木蘭科植物7—9月的光合作用日變化規(guī)律、固碳釋氧能力進(jìn)行比較研究，結(jié)果表明：6種供試植物凈光合速率7月均大于9月；固碳釋氧能力由大到小7月依次為：廣玉蘭>二喬玉蘭>白玉蘭>樂昌含笑>馬褂木>含笑；9月依次為廣玉蘭>樂昌含笑>馬褂木>含笑>二喬玉蘭>白玉蘭。光合速率大小和單位面積固碳釋氧量反映了植物通過葉片光合作用固碳釋氧能力的強(qiáng)弱，而整株固碳釋氧量則體現(xiàn)了植物個體在固碳釋氧方面的綜合水平[14]。本研究6種木蘭科植物中常綠植物的葉面積指數(shù)均大于落葉植物，常綠植物的單位面積固碳釋氧能力強(qiáng)于落葉樹種，常綠植物個體的總固碳釋氧量同樣大于落葉植物。本研究結(jié)果與史紅文等[14]對武漢市10種優(yōu)勢園林植物固碳釋氧能力研究的結(jié)果一致。就樂昌含笑和馬褂木而言，其單位面積固碳釋氧能力本研究與于雅鑫等[15]研究的結(jié)果出現(xiàn)偏差，可能是由于研究材料的生境不同所造成。建議杭州西湖以及同氣候帶地區(qū)公園綠地進(jìn)行植物景觀規(guī)劃設(shè)計選用木蘭科植物時，應(yīng)以常綠喬木為主，落葉植物和灌木樹種為輔。灌木則可以通過合理種植以及科學(xué)修剪等園林管理措施來增加冠幅和葉面積指數(shù)，從而增加其固碳釋氧量。通過合理科學(xué)配置，進(jìn)而達(dá)到生態(tài)功能和景觀效果的統(tǒng)一。

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Study on Carbon Fixation and Oxygen Release Capabilities of 6 Species Family of Magnoliaceae Plants

RAO Xian-long1，2，WANG Dan2，WU Ren-wu2，HONG Jun-jian2，QI Li-nan2，DONG Yan-mei2，BAO Zhi-yi2

(1.LandscapeArchitectureInstituteZhejiangA&FUniversity，Lin′an311300，Zhejiang，China；2.SchoolofLandscapeArchitecture，ZhejiangA&FUniversity，Lin′an311300，Zhejiang，China)

Li-6400 XT portable photosynthesis system was used to determinate the photosynthetic light-response curves and the diurnal variations og photosynthetic rate of 6 Magnoliaceae plants which is commonly used in Hangzhou West Lake park green space，and on the carbon fixation and oxygen release of 6 species are compared in July to september，2012.The results show that：for the 6 species of Magnoliaceae plants the net photosynthetic rate of those in July are higher than that of September；in July，their ability of carbon fixation and oxygen release ordered from high to low is：Magnoliagrandiflora>Magnoliadenudata>Magnolia×soulangeana>Micheliachapensis>Liriodendronchinensis>Micheliafigo；in September，their ability of carbon fixation and oxygen release ordered from high to low isMagnoliagrandiflora>Micheliachapensis>Liriodendronchinense>Micheliafigo>Magnolia×soulangeana>Magnoliadenudata.The leaf area index,photosynthetic rate and carbon fixation and oxygren release amount in unit area and carbon fixation and oxygen release amount of whole individual of evergreen plant are higer than those of deciduous plants.

Magnoliaceae family plants；carbon fixation；oxygen release

10.13428/j.cnki.fjlk.2014.03.001

2013-09-18；

2013-11-10

國家自然科學(xué)基金項目(基于植物固碳能力和群落碳匯作用分析的低碳城市園林植物景觀模式研究——以杭州西湖風(fēng)景名勝區(qū)為例，31270743/C161202)；杭州西湖風(fēng)景名勝區(qū)(杭州市園文局)科技發(fā)展計劃項目(2009-01)；浙江農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與建筑學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基金項目(杭州西湖公園綠地6種木蘭科植物固碳釋氧能力研究)

饒顯龍(1988—)，男，江西貴溪人，浙江農(nóng)林大學(xué)園林設(shè)計院有限公司助理工程師，碩士，從事植物景觀規(guī)劃設(shè)計，園林植物應(yīng)用與效益評估。E-mail：624213312@qq.com。

包志毅(1964—)，男，浙江東陽人，浙江農(nóng)林大學(xué)教授，從事植物景觀規(guī)劃設(shè)計研究。E-mail：bao99928@188.com。

S718.56；Q949.747.1

A

1002-7351(2014)03-0001-05