18種常見灌木綠化樹種光合特性及固碳釋氧能力分析

林欣 林晨菲 劉素青 李林鋒

摘 要 采用Li-6400便攜式光合儀對廣州市區(qū)18種常見園林綠化灌木樹種的凈光合速率日變化進(jìn)行測定，估測其日凈固碳釋氧量；以日凈固碳量為指標(biāo)，運(yùn)用離差平方和對不同灌木樹種的固碳釋氧能力進(jìn)行聚類分析。結(jié)果表明：不同樹種的光合特性有差異，光合速率日變化曲線呈單峰型和雙峰型2種類型。大多數(shù)植物凈光合速率的日最高值出現(xiàn)在上午10：00～12：00，少數(shù)植物出現(xiàn)在下午14：00～16：00。不同樹種固碳釋氧能力也有所差異，其中固碳釋氧能力最強(qiáng)的4種灌木分別為馬纓丹、假連翹、黃葉榕和紅桑，最弱的為棕竹。依據(jù)日凈固碳量將灌木樹種聚為3類，日凈固碳量高的如馬纓丹、假連翹、黃葉榕、紅桑[固碳量為7～10 g/（m2·d），釋氧量為5～7 g/（m2·d）]，日凈固碳量中等的如葉子花、朱槿、九里香、米仔蘭、鵝掌藤、含笑花、狗牙花[（固碳量為5～7 g/（m2·d），釋氧量為3～5 g/（m2·d）]，日凈固碳量低的如朱蕉、變?nèi)~木、紅背桂花、茉莉花、江邊針葵、基及樹、棕竹[（固碳量為2～5 g/（m2·d），釋氧量為1～3 g/（m2·d）]。本研究將為碳匯林業(yè)指導(dǎo)下的園林綠化樹種選擇提供一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞 綠化樹種 ；凈光合速率 ；固碳釋氧量 ；聚類分析

分類號 S688

隨著城市化的發(fā)展，大氣污染越來越嚴(yán)重，空氣中的二氧化碳濃度不斷上升，全球溫室效應(yīng)也日益加劇，尋找可減少二氧化碳排放量的有效途徑及能夠減緩溫室效應(yīng)的有效可行方法是當(dāng)代人類刻不容緩的任務(wù)。樹木的生長是碳素化合物的積累過程，而這些碳素化合物最終來自由光合作用所固定的CO2[1]。綠色植物在進(jìn)行光合作用的過程中需要將二氧化碳作為原料，通過光合作用生成碳水化合物并釋放出氧氣。通過森林固碳來減少大氣中的二氧化碳濃度已經(jīng)成為國際公認(rèn)的緩解氣候變暖的有效途徑[2]。不同的樹種因其生理特性的不同，固碳釋氧能力也不同[3]。因此，研究植物的固碳釋氧能力，可為城市綠化樹種的篩選和配置及選擇固碳釋氧能力強(qiáng)的植物進(jìn)行大規(guī)模種植提供科學(xué)依據(jù)，這對提高城市綠化質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益最大化都具有重要意義。

關(guān)于植物固碳釋氧的研究始于20世紀(jì)60～70年代，近十幾年才被人們所重視。中國對植物固碳釋氧的研究起步較晚，自20世紀(jì)90年代后，有關(guān)園林植物固碳釋氧的研究才有了進(jìn)展，并逐漸取得一些研究成果[4]。20世紀(jì)70年代以來，關(guān)于綠化植物的生態(tài)效益研究得到了廣泛的發(fā)展，研究內(nèi)容涉及降溫增濕、吸收CO2及有害氣體、釋放O2、抗污、滯塵、殺菌和減低環(huán)境噪音等[5]，有關(guān)森林整體的固碳效應(yīng)研究也呈現(xiàn)許多成果[6-7]，被用于研究單種植物固碳釋氧力的多數(shù)是北部和東部地區(qū)植物[8-10]，關(guān)于廣東地區(qū)植物固碳釋氧力的研究還不多見。不同地區(qū)之間的植物種類有很大的差別，有些植物地區(qū)性較明顯，同種植物在不同地區(qū)往往表現(xiàn)出不同的生理生態(tài)特性。在實(shí)際運(yùn)用上不能照搬以其他地區(qū)本地物種為研究材料的結(jié)果，因此，要指導(dǎo)生產(chǎn)發(fā)展必須從實(shí)際出發(fā)，研究當(dāng)?shù)刂参锏奶匦?。為了提高廣州市城市綠化質(zhì)量，本研究擬對廣州市常見灌木綠化樹種的凈光合速率進(jìn)行測定，并對各樹種的光合速率日變化、日凈光合同化量、固碳釋氧量進(jìn)行比較分析，探討相關(guān)樹種固碳釋氧能力，為城市綠化樹種的選擇和配置提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2013年7～8月份在廣州市區(qū)進(jìn)行，選取長勢良好、無病蟲害的馬纓丹（Lantana camara L.）、假連翹（Duranta repens L.）、黃葉榕（Ficusmicrocarpa cv. Golden Leaves） 、紅桑（Acalypha wilkesiana Muell.-Arg.）、葉子花（Bougainvillea spectabilis Willd.）、朱槿（Hibiscus rosa-sinensis L.）、九里香（Murraya exotica L.）、米仔蘭（Aglaia odorata Lour.）、鵝掌藤（Schefflera arboricola H.）、含笑花[（Michelia figo（Lour.） Spreng.）]、狗牙花[（Ervatamia divaricata（L.）] Burk. cv. Gouyahua）、朱蕉[（Cordyline fruticosa（L.）A. Cheval.）]、變?nèi)~木[（Codiaeum variegatum（L.）A. Juss.]、紅背桂花（Excoecaria cochinchinensis Lour.）、茉莉花[（Jasminum sambac（L.）Ait.）]、江邊針葵（Phoenix roebelenii O. Brien）、基及樹[（Carmona microphylla（Lam.）G. Don）]和棕竹[（Rhapis excelsa（Thunb.）Henry ex Rehd.）]等常見的灌木綠化樹種作為試驗(yàn)材料。

1.2 方法

采用美國Li-Cor公司制造的Li-6400便攜式光合儀，每天從8：00～18：00每隔2 h對所選樹種的凈光合速率進(jìn)行測定。每樹種選 3株，每株選3片中部外圍功能葉進(jìn)行測定，取3次測定的平均值。根據(jù)各樹種的凈光合速率日變化曲線圖，使用簡單積分法計(jì)算各種植物在測定當(dāng)日的凈同化量[11]，計(jì)算公式如下。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌木樹種凈光合速率日變化

各灌木樹種的凈光合速率日變化曲線見圖1。由圖1可以看出，在1 d之中，各灌木樹種的凈光合速率日變化表現(xiàn)不同，有的為單峰曲線，即光合速率隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增大，隨光照強(qiáng)度的減弱而減小，如狗牙花、基及樹、變?nèi)~木、紅桑、葉子花、九里香、江邊針葵、馬纓丹、鵝掌藤、棕竹、朱蕉和黃葉榕，但其峰值出現(xiàn)的時(shí)刻有所差異，大部分樹種的峰值出現(xiàn)在中午12：00，少部分樹種在14：00左右達(dá)到一天中的最高峰，此后凈光合速率快速下降。有的表現(xiàn)為雙峰曲線，即樹種的凈光合速率日變化曲線有2個(gè)峰值，第一個(gè)峰值出現(xiàn)在10：00～12：00之間，第二個(gè)峰值出現(xiàn)在16：00左右，此后凈光合速率逐漸下降，如茉莉花、含笑花、米仔蘭、紅背桂花、朱槿和假連翹。這也即植物光合作用的“光合午休現(xiàn)象”，有的可能是氣孔限制，有的可能是非氣孔限制的原因，具體情況還有待于進(jìn)一步研究。

2.2 固碳釋氧量分析

植物的日凈光合同化量是指植物白天光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物與夜間呼吸作用消耗的有機(jī)物之差。日凈光合同化量越大說明植物的生產(chǎn)能力越強(qiáng)，固定在體內(nèi)的碳含量與釋放到空氣中的氧量也就越大[11-13]。各灌木樹種固碳釋氧量的值從大到小排列見表1。

從表1可知，所測灌木樹種中光合同化能力最強(qiáng)的5個(gè)樹種分別為馬纓丹、假連翹、黃葉榕、紅桑、葉子花，光合同化能力最弱的5個(gè)樹種分別為紅背桂花、茉莉花、江邊針葵、基及樹、棕竹。其中光合同化能力最強(qiáng)的馬纓丹日凈光合同化量是光合同化能力最弱的棕竹的4.23倍。

2.3 樹種日凈固碳量聚類分析

根據(jù)各樹種日凈固碳量的計(jì)算結(jié)

果，采用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件提供的系統(tǒng)聚類中的Ward法（或稱離差平方和法）對各樹種的日凈固碳量進(jìn)行聚類分析。Ward法的目的是將在一組中偏差（方差）增長盡可能最小的每一對象（組）合并起來，以此建立盡可能同種的類[14]。將樹種各自看成一類，以各樹種的日凈固碳量作為衡量植物吸收CO2的特征向量，用Ward法對樹種日凈固碳量進(jìn)行聚類，結(jié)果見圖2。

由圖2可以看出，使用Ward法將18個(gè)灌木類樹種日凈固碳量聚為3類：第1類（日凈固碳量高）如馬纓丹、假連翹、黃葉榕、紅桑，固碳量為7～10 g/（m2·d），釋氧量為5～7 g/（m2·d）；第2類（日凈固碳量中等）如葉子花、朱槿、九里香、米仔蘭、鵝掌藤、含笑花、狗牙花，固碳量為5～7 g/（m2·d），釋氧量為3～5 g/（m2·d）；第3類（日凈固碳量低）如朱蕉、變?nèi)~木、紅背桂花、茉莉花、江邊針葵、基及樹、棕竹，固碳量為2～5 g/（m2·d），釋氧量為1～3 g/（m2·d）。

因此，在城市綠化樹種的選擇上，從固碳釋氧力的角度出發(fā)，建議多選擇第1類、第2類灌木樹種，適當(dāng)搭配第3類樹種。

3 討論與結(jié)論

植物凈光合速率的高低決定了其固碳釋氧能力的大小，然而植物的凈光合速率的變化除與樹種的生物學(xué)特性有關(guān)外，還受許多外界生態(tài)因子的影響。植物的光合作用是植物與外界環(huán)境進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的過程，在此過程中植物將大氣中的CO2固定在體內(nèi)并釋放出O2。凈固碳量越高說明此種植物與外界交換的CO2和O2量越多，固定在體內(nèi)的有機(jī)質(zhì)含量就越高。本研究所選樹種中，固碳釋氧能力最強(qiáng)的是馬纓丹，最弱的棕竹，其余的排序?yàn)榧龠B翹>黃葉榕>紅桑>葉子花>朱槿>九里香>米仔蘭>鵝掌藤>含笑花>狗牙花>朱蕉>變?nèi)~木>紅背桂花>茉莉花>江邊針葵>基及樹。通過進(jìn)一步的聚類分析，將18個(gè)灌木樹種分為3類，即日凈固碳量高樹種[7～10 g/（m2·d）]、日凈固碳量中等樹種[5～7 g/（m2·d）]和日凈固碳量低樹種[2～5 g/（m2·d）]。從城市碳匯的角度出發(fā)，園林綠化樹種的營造可以優(yōu)先選擇固碳潛力大的樹種，如馬纓丹、假連翹、黃葉榕、紅桑等。

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