簕竹屬10個(gè)竹種凈光合速率和固碳釋氧能力分析

萬(wàn)娟+王舒++羅睿++陳劍成++何天友++陳禮光++榮俊冬++鄭郁善

摘要：在福建農(nóng)林大學(xué)百竹園內(nèi)選取簕竹屬10個(gè)竹種：長(zhǎng)枝竹、觀音竹、花眉竹、馬甲竹、木竹、牛兒竹、坭竹、霞山坭竹、信宜石竹、銀絲竹作為研究對(duì)象進(jìn)行凈光合速率測(cè)定，通過(guò)計(jì)算對(duì)這10個(gè)竹種的固碳釋氧能力進(jìn)行定量化研究。結(jié)果表明，各竹種中整株固碳釋氧能力以花眉竹為最優(yōu)，適宜作為綠化植物竹種植于人口密度較大的地區(qū)。

關(guān)鍵詞：竹種；凈光合速率；固碳釋氧

中圖分類(lèi)號(hào)： S795.901文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）08-0104-03

城市是人類(lèi)進(jìn)行各項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)的場(chǎng)所，汽車(chē)尾氣、工廠廢氣等都會(huì)造成城市空氣污染，空氣中二氧化碳含量增加，溫室效應(yīng)增強(qiáng)，城市“熱島效應(yīng)”越來(lái)越顯著。城市綠地是城市生態(tài)系統(tǒng)的主體，它具有調(diào)節(jié)氣候、固定二氧化碳、釋放氧氣等生態(tài)服務(wù)功能。竹子作為我國(guó)極具文化內(nèi)涵和觀賞價(jià)值的一種植物，一直深受?chē)?guó)人喜愛(ài)，在改善生活環(huán)境的同時(shí)具有一定的社會(huì)效應(yīng)[1-3]。目前針對(duì)竹類(lèi)植物的研究主要集中在種質(zhì)資源、分子生物、園林應(yīng)用、竹制品及相關(guān)技術(shù)的提高等方面[4-9]。本研究以簕竹屬植物為例，評(píng)價(jià)分析了竹類(lèi)植物作為觀賞植物，在其凈化城市環(huán)境的過(guò)程中固碳釋氧的生態(tài)效益，并為今后竹類(lèi)植物在園林方面的應(yīng)用提供借鑒。

1研究區(qū)概況

采樣地為福建農(nóng)林大學(xué)百竹園，地處福建省福州市境內(nèi)。福州市位于我國(guó)東南沿海地區(qū)，地理坐標(biāo)為北緯25°15′～26°39′，東經(jīng)118°08′～120°31′，是典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏長(zhǎng)冬短，無(wú)霜期達(dá)326 d。百竹園內(nèi)植有不同竹種348種，環(huán)境潔凈，光照充足，空氣清新怡人，人為干擾較少，自然生態(tài)系統(tǒng)較為穩(wěn)定。

2材料與方法

2.1研究材料

從福建農(nóng)林大學(xué)百竹園中選出簕竹屬的10個(gè)竹種：長(zhǎng)枝竹（Bambusa dolichoclada）、觀音竹（Bambusadea multiplex var. riviereorum）、花眉竹（Bambusa longispiculata）、馬甲竹（Bambusa tulda）、木竹（Bambusa rutila）、牛兒竹（Bambusa prominens）、坭竹（Bambusa gibba）、霞山坭竹（Bambusa xiashanensis）、信宜石竹（Bambusa subtruncata）、銀絲竹（Bambusa multiplex cv. silverstripe）作為試驗(yàn)材料，進(jìn)行凈光合速率、單葉面積等指標(biāo)的測(cè)定。

2.2研究方法

2.2.1光合速率測(cè)定方法本研究采用LCI-001/C型便攜式光合測(cè)定儀于2012年4—8月對(duì)福建農(nóng)林大學(xué)百竹園中簕竹屬的10個(gè)竹種進(jìn)行單位葉面積光合速率測(cè)定。為避免其他氣象因素的干擾，每月選取1周在晴朗無(wú)風(fēng)的天氣狀況下從8：00—18：00每隔1 h進(jìn)行1次測(cè)定，凈光合速率的測(cè)定單位為μmol/（m2·s）。遇風(fēng)雨天則暫停。每個(gè)竹種各選取5株標(biāo)準(zhǔn)竹，同一方向、同一位置功能無(wú)損的完好葉片進(jìn)行活體測(cè)定。

2.2.2單葉面積的測(cè)定在2012年9月中旬對(duì)每個(gè)竹種的標(biāo)準(zhǔn)竹進(jìn)行調(diào)查取樣，每個(gè)竹種采集25張完整的健康葉片，將采集的葉片用MSD-971葉面積掃描儀進(jìn)行掃描，取25張葉片葉面積的平均值作為這個(gè)竹種的單葉面積。

2.2.3葉面積指數(shù)LAI的計(jì)算為避免因綠量不同造成的差異，本研究將各被測(cè)竹種的占地面積規(guī)定為1 m2，根據(jù)綠量的計(jì)算公式[綠量=種植面積（m2）×葉面積指數(shù)]，可認(rèn)為葉面積指數(shù)大小即代表了其綠量的大小[10]。葉面積指數(shù)表征了單位土地面積上植物的總?cè)~面積，葉面積指數(shù)越大，表示葉片交錯(cuò)重疊的程度越大。本研究采用標(biāo)準(zhǔn)枝法[11]調(diào)查整株竹子的著葉量以計(jì)算其葉面積指數(shù)。

2.2.4單位葉面積固碳釋氧量計(jì)算以光合速率為依據(jù)即可通過(guò)計(jì)算得出竹子的固碳量和釋氧量，并對(duì)其固碳釋氧效應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)[12]。

根據(jù)植物光合作用原理采用簡(jiǎn)單積分法，通過(guò)測(cè)得的光合速率值求得竹子當(dāng)日的單位葉面積凈同化量，公式為：

3結(jié)果與分析

3.1凈光合速率分析

對(duì)這10個(gè)竹種進(jìn)行光合作用測(cè)定時(shí)發(fā)現(xiàn)，中午光照充足時(shí)，全光下竹子的光合速率明顯下降，光合進(jìn)程都呈現(xiàn)雙峰曲線，并伴隨有“午休”現(xiàn)象，且所有竹種均表現(xiàn)出上午凈光合速率高于下午的特性。測(cè)定的10個(gè)竹種日平均凈光合速率均大于1.00 μmol/（m2·s），日平均凈光合速率排名前3位的竹種分別為牛兒竹>馬甲竹>霞山坭竹（表1）。

結(jié)合各竹種的單葉面積進(jìn)行相關(guān)性分析（圖1），可以看出，各竹種日平均凈光合速率與單葉面積相關(guān)性不大。日平均凈光合速率最大值（牛兒竹）4.88 μmol/（m2·s）是最小值（觀音竹）1.83 μmol/（m2·s）的2.67倍，但單葉面積最大的卻是信宜石竹，在被測(cè)竹種中凈光合速率排名靠后，可見(jiàn)其凈

光合速率的大小主要受其他因素的影響，例如光照強(qiáng)度、溫度、礦物元素等。

3.2單位葉面積固碳釋氧能力比較分析

通過(guò)測(cè)定各竹種凈光合速率并結(jié)合公式計(jì)算，可以得到各竹種單位葉面積日固碳釋氧量，并采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 19.0對(duì)其進(jìn)行聚類(lèi)分析（表2）。結(jié)果表明，被測(cè)的10個(gè)竹種雖然屬于同一竹屬，但固碳釋氧能力差別較大，單位葉面積日固碳量最大值為7.730 g/（m2·d）（牛兒竹），最小值為 2.899 g/（m2·d）（觀音竹），二者之間效應(yīng)比值達(dá)2.67。聚類(lèi)分析后10個(gè)竹種被分為3類(lèi)：第1類(lèi)竹種僅有觀音竹，單位葉面積日吸收CO2<3.0 g/（m2·d），固碳釋氧能力最差；第3類(lèi)竹種有馬甲竹和牛兒竹，單位葉面積日吸收 CO2>7.0 g/（m2·d），牛兒竹固碳釋氧能力最強(qiáng)，馬甲竹次之；第2類(lèi)則包括了剩下的霞山坭竹等7個(gè)竹種，單位葉面積日吸收CO2量為3.0～7.0 g/（m2·d），固碳釋氧能力居中，依次排列為霞山坭竹、長(zhǎng)枝竹、花眉竹、坭竹、木竹、信宜石竹、銀絲竹。

從圖2可以看出，各竹種固碳釋氧能力與日平均凈光合速率呈正相關(guān)關(guān)系，光合速率越大，固碳釋氧能力越強(qiáng)，特別是竹子的固碳能力，與凈光合速率變化趨勢(shì)基本一致。牛兒竹是光合速率最快的竹種，其固碳釋氧能力也最強(qiáng)，分別為7730、5.622 g/（m2·d），凈光合速率為 4.880 μmol/（m2·s）；觀音竹是光合速率最慢的竹種，其固碳釋氧能力最弱，分別是2.899、2.108 g/（m2·d），凈光合速率為1.830 μmol/（m2·s）。由此可以推測(cè)各竹種的固碳釋氧能力與其本身屬性有一定關(guān)系。

同時(shí)，固碳釋氧能力與單葉面積存在一定的相關(guān)性，各竹

種的固碳釋氧量與單葉面積呈現(xiàn)出一定程度的正相關(guān)關(guān)系，即單葉面積越大其固碳釋氧量越大（圖3）。

3.3整株固碳釋氧能力分析

為比較各竹種單株日固碳釋氧能力的大小，采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 19.0對(duì)各竹種的葉面積指數(shù)進(jìn)行聚類(lèi)分析（表3）。結(jié)果表明，聚類(lèi)分析后各竹種被分為3類(lèi)：第1類(lèi)僅有木竹，其葉面積指數(shù)最大，達(dá)57.44，遠(yuǎn)超其他竹種；第2類(lèi)僅有銀絲竹，葉面積指數(shù)為28.07；第3類(lèi)包括剩下的長(zhǎng)枝竹等8個(gè)竹種，葉面積指數(shù)為4.51～15.32。除觀音竹與花眉竹外，其他各竹種排名與單位葉面積固碳釋氧能力排名均有較大變動(dòng)，例如，馬甲竹的葉面積指數(shù)雖然只在被測(cè)竹種中排名第8，但其單位葉面積固碳量達(dá) 7.255 g/（m2·d），排名第2。

由表4可知，花眉竹是單株固碳釋氧能力位居第1的竹種，單株日固碳量高達(dá)553.28 g/（m2·d），被歸為第1類(lèi)竹種。

采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 19.0對(duì)10個(gè)竹種的單株日固碳釋氧能力進(jìn)行聚類(lèi)分析后，所有竹種被分為4類(lèi)：第1類(lèi)僅有花眉竹；第2類(lèi)單株日固碳量為80.28～321.10 g/（m2·d），包括馬甲竹、牛兒竹等7個(gè)竹種，這一類(lèi)占被測(cè)竹種的大多數(shù)；第3類(lèi)單株日固碳量為 69.90 g/（m2·d），僅為長(zhǎng)枝竹；第4類(lèi)單株日固碳量為2.35 g/（m2·d），僅為觀音竹。

4結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)簕竹屬10個(gè)竹種固碳釋氧能力的對(duì)比分析，結(jié)果表明：（1）10個(gè)竹種的竹子光合進(jìn)程呈現(xiàn)雙峰曲線，光合速率有“午休”現(xiàn)象，上午凈光合速率最高點(diǎn)出現(xiàn)在9：30左右；下午凈光合速率最高點(diǎn)出現(xiàn)在15：00左右，且上午凈光合速率高于下午；（2）各竹種日平均凈光合速率與單葉面積相關(guān)性不大，凈光合速率最大的牛兒竹為4.88 μmol/（m2·s），是凈光合速率最小的觀音竹1.83 μmol/（m2·s）的2.67倍，但單葉面積最大的卻是信宜石竹，在被測(cè)竹種中光合速率排名靠后，可見(jiàn)凈光合速率的大小主要受其他因素的影響；（3）10個(gè)竹種雖然屬于同一竹屬，但固碳釋氧能力差別較大，從單位葉面積固碳釋氧能力來(lái)看，以牛兒竹為最優(yōu)；但從單株固碳釋氧能力來(lái)看，以花眉竹為最優(yōu)；（4）雖然花眉竹的單位葉面積以及葉面積指數(shù)都只處于中等位置，但其冠幅遠(yuǎn)超其他竹種，這才是花眉竹單株固碳釋氧能力位居第1的主要原因；（5）牛兒竹的固碳釋氧能力不論從單位葉面積還是單株葉面積來(lái)看排名都比較靠前，各項(xiàng)指標(biāo)都比較穩(wěn)定。

空氣是人類(lèi)生存不可或缺的外部環(huán)境因素，如今人類(lèi)活動(dòng)頻繁，煤、石油、天然氣等消耗量激增，大氣中CO2含量不斷增加，而由此造成的城市熱島效應(yīng)，會(huì)形成上空逆溫層，加劇空氣的污染[14]。李新宇等研究表明，當(dāng)空氣中CO2濃度達(dá)到0.05%時(shí)，人的呼吸會(huì)受到影響；當(dāng)含量達(dá)到0.2%～06%時(shí)，更加危害人體健康[15]。李正才等相關(guān)研究表明，竹類(lèi)具有相對(duì)較強(qiáng)的固定CO2、釋放O2的能力[16-17]。所以，在學(xué)校、居民區(qū)等人口密度大的地方可以選擇竹類(lèi)作為園林植物，如花眉竹、牛兒竹等，既能滿足人們對(duì)園林景觀文化內(nèi)涵與審美的需求，也能對(duì)提高空氣中O2濃度降低CO2濃度起到一定的作用，有利于創(chuàng)造更為舒適的人居環(huán)境。

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