簡(jiǎn)式屋頂綠化植物固碳釋氧效益比較

莫惠芝+殷金巖+許建新

摘 要：屋頂綠化近年來發(fā)展非常迅速，市場(chǎng)接受面越來越廣，但關(guān)于屋頂綠化生態(tài)效益定量化研究較少。比較研究了14種簡(jiǎn)式屋頂綠化植物單位綠化面積和單位生物量的固碳釋氧效益，以期了解不同屋頂綠化植物對(duì)人居環(huán)境的改良作用，為屋頂綠化植物配置提供參考依據(jù)。結(jié)果表明，單位綠化面積的大花馬齒莧、毛馬齒莧、紫竹梅、錦繡莧和蘚狀景天具有很好的固碳釋氧效益，固碳量分別為13.75，13.64，12.33，11.15，10.62 g·m-2·d-1，釋氧量分別為10.00，9.92，8.97，8.11，7.72 g·m-2·d-1；單位生物量的蘚狀景天、費(fèi)菜、錦繡莧、垂盆草和紫竹梅的固碳釋氧效益較好，固碳量分別為72.50，65.76，61.17，58.39，48.08 g·kg-1·d-1，釋氧量分別為52.73，47.83，44.50，42.46，34.97 g·kg-1·d-1。高效益植物的選擇及合理密植，是提高屋頂綠化固碳釋氧效益的重要措施。蘚狀景天、錦繡莧和紫竹梅是屋頂綠化植物配置較好的選擇，其次是大花馬齒莧及毛馬齒莧，玉吊鐘固碳釋氧效益最差，不應(yīng)用于屋頂綠化。

關(guān)鍵詞：屋頂綠化；生態(tài)效益；CO2通量；固碳釋氧

中圖分類號(hào)：S731.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.09.022

Abstract：Roof greening was developing rapidly in recent years， and was becoming more and more popular in the market. But there were less researches about ecological effects of green roof. Study on the capabilities of 14 green roof plants on carbon sequestration and oxygen release per unit of green area and biomass， was to realize the improvement of living environment by different green roof plants， and to provide a reference for the configuration of green roof plants. The results showed that Portulaca grandiflora， Portulaca oleracea， Setcreasea purpurea， Alternanthera bettzickiana， Sedum polytrichoides had better capabilities of carbon sequestration and oxygen release per unit of green area. The daily amounts of carbon sequestration were 13.75， 13.64， 12.33， 11.15， 10.62 g·m-2·d-1， respectively， while oxygen release were 10.00， 9.92， 8.97， 8.11， 7.72 g·m-2·d-1， respectively. Sedum polytrichoides， Sedum kamtschaticum， Alternanthera bettzickiana， Sedum sarmentosum， Setcreasea purpurea were better per unit of biomass. The daily amounts of carbon sequestration were 72.50， 65.76， 61.17， 58.39， 48.08 g·kg-1·d-1， respectively， while oxygen release were 52.73， 47.83， 44.50， 42.46， 34.97 g·kg-1·d-1， respectively. Selection of high benefits plants with reasonable density， was the important measures to enhance the capabilities of carbon sequestration and oxygen release of green roof. Sedum polytrichoides， Alternanthera bettzickiana and Setcreasea purpurea were the best choice to green roof， and Portulaca grandiflora and Portulaca oleracea were secondary. With the worst capability of carbon sequestration and oxygen release， Kalanchce fedtschenkoi 'Rosy Dawn' was not suitable for the green roof.

Key words： green roof； ecological effects； CO2 flux； carbon sequestration and oxygen release

屋頂綠化是指在建筑物、構(gòu)筑物的頂部、天臺(tái)、露臺(tái)之上進(jìn)行的綠化和造園的一種綠化形式[1]，是城市立體綠化的重要方式之一。根據(jù)選用植物類型和設(shè)計(jì)復(fù)雜程度，屋頂綠化分為花園式屋頂綠化和簡(jiǎn)式屋頂綠化。與植物層次豐富的花園式屋頂綠化相比，簡(jiǎn)式屋頂綠化主要以草坪、景天科等抗性較強(qiáng)的地被植物進(jìn)行綠化，具有造價(jià)低、維護(hù)簡(jiǎn)易等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍更廣。較多研究表明，屋頂綠化具有固碳釋氧、降溫增濕、減噪隔音、凈化除塵、截留雨水等生態(tài)功能[2]。其中，以降溫增濕效應(yīng)[3-6]和截留雨水[7-8]的研究居多，而關(guān)于屋頂綠化固碳釋氧效益的研究較少。在僅有的少量關(guān)于屋頂綠化固碳釋氧的研究報(bào)道中，以花園式屋頂綠化的研究較多[2，9-10]，簡(jiǎn)式屋頂綠化較少。李輝等[11]采用國(guó)產(chǎn)CXH-05便攜式紅外線CO2分析儀定量評(píng)估了草坪型綠地的固碳釋氧效應(yīng)；陳愛葵等[12]對(duì)屋頂綠化碳固定潛力進(jìn)行了研究。繼續(xù)開展探討簡(jiǎn)式屋頂綠化植物固碳釋氧效益的研究很有必要。endprint

植物最重要的功能之一是通過光合作用固碳釋氧，通過吸收空氣中的CO2在一定程度上減弱溫室效應(yīng)[13]。本研究對(duì)14種常用簡(jiǎn)式屋頂綠化植物進(jìn)行了固碳釋氧效益的定量測(cè)量與分析，旨在豐富目前屋頂綠化生態(tài)效益研究數(shù)據(jù)，并為簡(jiǎn)單式屋頂綠化植物的選擇與配置提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究以14種常用簡(jiǎn)式屋頂綠化植物為試驗(yàn)材料（表1），其中，莧科植物1種，鴨跖草科植物3種，馬齒莧科植物2種，景天科植物8種。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在東莞市鐵漢生態(tài)旅游開發(fā)有限公司中心實(shí)驗(yàn)室樓頂進(jìn)行。于2015年9月5日，將試驗(yàn)植物分別按模塊式屋頂綠化建設(shè)要求，扦插栽植于尺寸為40 cm（長(zhǎng)）×40 cm（寬）×10 cm（高）的種植模塊中，每個(gè)種植模塊栽植一種植物，使覆蓋度達(dá)90%；常規(guī)管理40 d，待植物生根長(zhǎng)葉，覆蓋率達(dá)100%后，對(duì)植物進(jìn)行CO2通量日變化和生物量的測(cè)量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 CO2 通量日變化的測(cè)量 選擇天氣晴朗的白天，從8：00—18：00每隔2 h用EGM-4 環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀連接CPY-4 氣體同化室覆蓋于植物綠化表面，測(cè)量植物CO2通量，每種植物3個(gè)重復(fù)。

1.3.2 生物量的測(cè)量 待CO2通量日變化的測(cè)量結(jié)束后，將同化室覆蓋面積處的植物地上部分收集于牛皮紙信封中置于85 ℃的烘箱中烘干，稱取植物干質(zhì)量，計(jì)算單位綠化面積的生物量。

1.3.3 固碳釋氧量計(jì)算 參考李輝等[14]的方法并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)修改，計(jì)算植物的日固碳釋氧量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析及圖表制作，采用SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析（one-way ANOVA），通過Post-Hoc多重比較Tukey檢驗(yàn)進(jìn)行植物物種間差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 14種簡(jiǎn)式屋頂綠化植物單位綠化面積CO2通量日變化特征

光合有效輻射（PAR）和溫度是影響CO2通量的重要環(huán)境因子[15]。對(duì)光合有效輻射和溫度的測(cè)量結(jié)果表明，測(cè)量日為10月中旬，PAR值較夏季低，介于0～1 063 μmol·m-2·s-1，從8：00開始隨時(shí)間的推移逐漸增大，在12：00達(dá)到最大值，之后逐漸減小，日落時(shí)間為17：45，18：00的PAR值為0 μmol·m-2·s-1。測(cè)量日溫度介于28.64～38.86 ℃，溫度的變化與PAR值呈正相關(guān)，最高溫度出現(xiàn)在12：00，最低溫度出現(xiàn)在18：00（圖1）。

CO2 通量是指一定時(shí)間內(nèi)通過一定面積的CO2 的量，該值為正值時(shí)說明植物呼吸速率大于光合速率，植物吸收O2放出CO2；為負(fù)值時(shí)說明植物光合速率大于呼吸速率，植物吸收CO2放出O2。對(duì)14種簡(jiǎn)式屋頂綠化植物進(jìn)行CO2 通量日變化的測(cè)量結(jié)果表明，不同植物在不同時(shí)間點(diǎn)的CO2通量存在較大差異（圖2），其中，玉吊鐘的CO2通量值在任何測(cè)量時(shí)間點(diǎn)均為正值，表明植物在白天處于吸收O2放出CO2狀態(tài)，其CO2通量值與PAR值呈正相關(guān)，PAR值越大，CO2通量值越大；其余13種植物在18：00之前，CO2通量值均為負(fù)值，18：00植物的CO2通量值為正值；洋竹草、金葉佛甲草、鋪地錦竹草、蘚狀景天、垂盆草和八寶景天在8：00時(shí)CO2通量值最小，表明植物此時(shí)的光合作用最強(qiáng)，吸收的CO2量最多；錦繡莧、毛馬齒莧、紫竹梅和綠景天的CO2通量的最小值出現(xiàn)在10：00，說明植物在10：00時(shí)的光合作用最強(qiáng)；落地生根、費(fèi)菜和大花馬齒莧的CO2通量的最小值在14：00，說明此時(shí)植物的光合作用最強(qiáng)。

2.2 14種簡(jiǎn)式屋頂綠化植物單位綠化面積的日固碳釋氧量

14種簡(jiǎn)式屋頂綠化植物單位綠化面積日固碳釋氧量的計(jì)算結(jié)果表明，不同植物的日固碳釋氧量的差異較大（表2）。同屬馬齒莧科的大花馬齒莧和毛馬齒莧的日固碳釋氧量均大于其他科植物，大花馬齒莧的日固碳釋氧量最大，單位綠化面積的日固碳量為13.75 g·d-1，日釋氧量為10.00 g·d-1；單位綠化面積毛馬齒莧的固碳量為13.64 g·d-1，釋氧量為9.92 g·d-1。鴨跖草科的紫竹梅第三，單位綠化面積的日固碳量為12.33 g·d-1，日釋氧量為8.97 g·d-1。與紫竹梅同科但不同屬的鋪地錦竹草和洋竹草的固碳釋氧量較少，鋪地錦竹草的日固碳量為4.09 g·m-2·d-1；日釋氧量為2.98 g·m-2·d-1；洋竹草的日固碳量為3.79 g·m-2·d-1；釋氧量為2.76 g·m-2·d-1。單位綠化面積的玉吊鐘日固碳釋氧效益最差，每天放出4.84 g的CO2，吸收3.52 g的O2。14種植物單位綠化面積固碳釋氧效益大小順序排列為大花馬齒莧>毛馬齒莧>紫竹梅>錦繡莧>蘚狀景天>費(fèi)菜>落地生根>垂盆草>八寶景天>金葉佛甲草>綠景天>鋪地錦竹草>洋竹草>玉吊鐘。

2.3 14種簡(jiǎn)式屋頂綠化植物單位生物量的日固碳釋氧量

測(cè)定一種植物的生物量，對(duì)于評(píng)價(jià)該植物的生產(chǎn)力及提高養(yǎng)護(hù)管理水平和充分發(fā)揮植物綜合效益有著重要意義[16]。本研究對(duì)14種簡(jiǎn)式屋頂綠化植物進(jìn)行了單位綠化面積生物量的測(cè)量，結(jié)果表明，玉吊鐘生物量最大，為528.82 g·m-2；其次是大花馬齒莧，單位綠化面積的生物量有481.18 g·m-2；毛馬齒莧第3，生物量為335.54 g·m-2；垂盆草的生物量最低，為109.3 g·m-2（表3）。對(duì)各種植物單位生物量的固碳釋氧量進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明單位生物量的蘚狀景天日固碳釋氧量最大，其固碳量為72.50 g·kg-1·d-1，釋氧量為52.73 g·kg-1·d-1。其次是費(fèi)菜，固碳量為65.76 g·kg-1·d-1，釋氧量為47.83 g·kg-1·d-1；錦繡莧第3，固碳釋氧量分別為61.19，44.50 g·kg-1·d-1。玉吊鐘白天吸收O2并放出CO2，每千克干質(zhì)量的玉吊鐘每天放出CO2 9.18 g，吸收O2 6.68 g（表4）。14種植物單位生物量的固碳釋氧效益大小順序排列為蘚狀景天>費(fèi)菜>錦繡莧>垂盆草>紫竹梅>八寶景天>毛馬齒莧>綠景天>金葉佛甲草>洋竹草>大花馬齒莧>落地生根>玉吊鐘。endprint

3 結(jié)論與討論

3.1 14種簡(jiǎn)式屋頂綠化植物固碳釋氧效益評(píng)價(jià)

陳愛葵等[12]使用CPY-4和EGM-4進(jìn)行屋頂綠化碳固定潛力研究，但其僅在10：00—11：00進(jìn)行了5 min的連續(xù)監(jiān)測(cè)，其結(jié)果僅反映植物在測(cè)量時(shí)間段的CO2通量。然而，CO2通量受溫度和光強(qiáng)影響，隨時(shí)間變化對(duì)CO2通量日變化進(jìn)行測(cè)量，才能更準(zhǔn)確地計(jì)算CO2通量的日固定量。本研究對(duì)14種簡(jiǎn)式屋頂綠化植物進(jìn)行CO2通量日變化的測(cè)量，并計(jì)算日固碳釋氧量，結(jié)果表明，單位綠化面積大花馬齒莧、毛馬齒莧、紫竹梅、錦繡莧和蘚狀景天具有較好的固碳釋氧效益，而單位生物量的蘚狀景天、費(fèi)菜、錦繡莧、垂盆草和紫竹梅的固碳釋氧效益較好，單位綠化面積的玉吊鐘、大花馬齒莧、毛馬齒莧及落地生根具有較大的生物量。屋頂綠化植物單位綠化面積的固碳釋氧效益是植物自身的固碳釋氧能力及單位綠化面積植物生物量的綜合結(jié)果。玉吊鐘和落地生根生物量較大，但其自身的固碳釋氧效益小，導(dǎo)致其單位綠化面積的固碳釋氧效益也?。欢蠡R齒莧及毛馬齒莧雖然單位生物量固碳釋氧效益并非最佳，但生物量較大，從而其單位綠化面積的固碳釋氧效益也大。因此，高效益植物的選擇及適當(dāng)?shù)拿苤玻浅浞终宫F(xiàn)簡(jiǎn)式屋頂綠化固碳釋氧效益的重要措施。本研究測(cè)量的14種植物中，蘚狀景天、錦繡莧及紫竹梅合理的密植能表現(xiàn)出很好的固碳釋氧效益，是屋頂綠化植物配置很好的選擇，其次可選擇大花馬齒莧及毛馬齒莧。

3.2 景天科植物屋頂綠化應(yīng)用評(píng)價(jià)

具有較強(qiáng)抗旱能力的景天科植物常被用于簡(jiǎn)式屋頂綠化。根據(jù)光合作用碳素同化方式的不同，高等植物可分成C3植物、C4植物和景天科植物酸代謝（Crassulacean acid metabolism，CAM）植物[17-18]。其中，CAM是植物適應(yīng)高溫干旱環(huán)境的一種特殊光合類型，分為2類：專一CAM植物和兼性CAM植物。專一CAM植物始終進(jìn)行CAM，不會(huì)因環(huán)境條件的改變而改變；兼性CAM植物在個(gè)體發(fā)育某一階段或在某些環(huán)境條件下表現(xiàn)為CAM[19]。本研究測(cè)量的14種植物中，景天科植物占有8種，玉吊鐘表現(xiàn)為白天吸收O2釋放CO2，釋放量隨光照強(qiáng)度的增加而增多，表現(xiàn)出CAM特性；其余7種景天科植物表現(xiàn)為白天吸收CO2釋放出O2，表現(xiàn)出C3植物特性，屬兼性CAM植物，在白天可固碳釋氧，產(chǎn)生生態(tài)效益。因此，在景天科植物屋頂綠化應(yīng)用中，可選擇兼性CAM植物，既能產(chǎn)生較好的固碳釋氧效益，又具有較強(qiáng)的抗旱耐高溫能力。從生態(tài)效益角度考慮，在測(cè)量的8種景天科植物中，蘚狀景天和費(fèi)菜均表現(xiàn)出較好的固碳釋氧效益，很適合于屋頂綠化的應(yīng)用，而玉吊鐘則不太適合。

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