太原市常見園林植物秋季固碳釋氧、降溫增濕能力研究

康紅梅，宋卓琴，段九菊，賈民隆，梁 崢，付寶春

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，山西 太原 030031）

城市園林綠化植物是城市綠化建設(shè)中最重要的組成部分，也是城市生態(tài)系統(tǒng)中的主要初級生產(chǎn)者[1]，作為城市天然的綠色屏障，其具有吸收CO2、釋放O2、增加空氣濕度、降溫、防風(fēng)、凈化空氣（如殺菌、滯塵、吸收有毒有害氣體）及減弱噪聲等生態(tài)效應(yīng)[2]。在霧霾、地面揚(yáng)塵等環(huán)境問題日益嚴(yán)重的今天，園林植物的生態(tài)效益價值顯得尤為重要，因此，國內(nèi)已有大量學(xué)者開展了關(guān)于園林綠化植物生態(tài)效益方面的研究工作[3-10]，也取得了一定進(jìn)展。但針對北方城市園林植物生態(tài)效益方面的研究并不多見。

本研究以太原市為例，選取太原市常見的34種園林綠化植物為研究材料，對其秋季凈光合速率日變化、單位葉面積的固碳釋氧、降溫增濕能力進(jìn)行分析，旨在對太原市常見園林綠化植物固碳釋氧能力、降溫增濕能力進(jìn)行評價，以期為北方城市高生態(tài)效益園林綠化植物選擇提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

通過前期對太原市城區(qū)園林綠化植物的調(diào)查研究，選取應(yīng)用面積較大的8種喬木、7種小喬木、5種灌木、6種綠籬灌木、5種地被、3種藤本作為研究對象。

1.2 試驗方法

1.2.1 參試園林植物物候期調(diào)查 于2017年秋季對太原市常見園林植物的成年植株進(jìn)行定株觀測。在開闊地帶選取生長健壯、無病蟲害發(fā)生、具有群體代表性的植株，觀察各植物的變色、落葉期，統(tǒng)計其秋季光合有效期。

1.2.2 光合速率的測定 參試植物光合速率的測定采用美國LI-COR公司生產(chǎn)的LI-6400便攜式光合儀進(jìn)行測量。于2017年9—10月選擇晴朗無風(fēng)天氣，在自然光照條件下，8：00—18：00每隔2 h測定1次。測定時每種植物選擇3株具有代表性的樣木，每次每種供試植物選取生長健壯、大小相似、位于陽面的3個葉片，測定其瞬時光合速率，最后取其平均值。

1.2.3 生態(tài)效應(yīng)計算方法 參試植物的固碳釋氧、降溫增濕能力計算參照焦緒娟等[11]的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 參試園林植物秋季物候期調(diào)查

由表1可知，參試園林植物變色期為10月上旬至11月中旬，落葉期為10月下旬至11月底；秋季喬木中垂柳光合有效天數(shù)最長，達(dá)到90 d，小喬木中西府海棠光合有效天數(shù)最長，達(dá)82 d；灌木中月季光合有效天數(shù)最長，達(dá)到90 d，綠籬灌木中金葉女貞、膠東衛(wèi)矛、小葉黃楊、紅瑞木的光合有效天數(shù)均達(dá)90 d；地被中麥冬為常綠植物，光合有效天數(shù)最長，為90d；藤本類金銀花光合有效天數(shù)最長，達(dá)90d。

表1 參試園林植物秋季物候期調(diào)查結(jié)果

2.2 主要環(huán)境因子的日變化

由圖1可知，秋季光合有效輻射（PAR）、空氣溫度（Ta）日變化均呈單峰曲線，光合有效輻射的最大值出現(xiàn)在12：00，達(dá)到1 436.3 μmol/（m2·s），空氣溫度最大值也出現(xiàn)在12：00，達(dá)22.9℃。

2.3 參試園林植物光合速率日變化

從圖2可以看出，參試園林植物的凈光合速率日變化多呈單峰型，峰值出現(xiàn)在10：00或12：00，以12：00居多。紫丁香、金銀花、連翹、珍珠梅、銀杏、臭椿、垂柳呈雙峰曲線，第1個峰值紫丁香、金銀花、連翹、臭椿出現(xiàn)在10：00，珍珠梅、銀杏、垂柳出現(xiàn)在12：00；第2個峰值紫丁香、金銀花、臭椿出現(xiàn)在14：00，其余出現(xiàn)在16：00。第1個峰值大多高于第2個峰值。小葉黃楊在第1個測定時間點即8：00，其凈光合速率就達(dá)到當(dāng)天的最大值15.6 μmol/（m2·s）。

2.4 參試園林植物單位葉面積的固碳釋氧量

從表2可以看出，參試園林植物單位葉面積的凈同化量、日固碳量、日釋氧量分別在69.32～1 016.39 mmol/（m2·d），3.05～44.72，2.22～32.52 g/（m2·d），8種喬木中臭椿的固碳釋氧能力最強(qiáng)；7種小喬木中衛(wèi)矛的固碳釋氧能力最強(qiáng)；5種灌木中月季的固碳釋氧能力最強(qiáng)；6種綠籬灌木中膠東衛(wèi)矛的固碳釋氧能力最強(qiáng)；5種地被植物中苜蓿的固碳釋氧能力最強(qiáng)；3種藤本植物中，金銀花的固碳釋氧能力最強(qiáng)。根據(jù)不同類型參試植物單位葉面積的凈同化量、固碳量及釋氧量的平均值排序：地被＞小喬木＞藤本＞喬木＞綠籬灌木＞灌木。

表2 參試園林植物單位葉面積的固碳釋氧量

2.5 參試園林植物單位葉面積的增濕降溫量

從表3可以看出，參試園林植物的單位葉面積的日蒸騰總量、釋水量、降溫值分別在19.02～249.77 mol/m2，0.34～4.50 kg/m2，0.67～8.75 ℃，8 種喬木中臭椿的降溫增濕能力最強(qiáng)；7種小喬木中衛(wèi)矛的降溫增濕能力最強(qiáng)；5種灌木中月季的降溫增濕能力最強(qiáng)；6種綠籬灌木中紫葉小檗的降溫增濕能力最強(qiáng)；5種地被植物中苜蓿的降溫增濕能力最強(qiáng)；3種藤本植物中，山蕎麥的降溫增濕能力較強(qiáng)。根據(jù)不同類型參試植物單位葉面積的蒸騰總量、釋水量及降溫值的平均值排序為：地被＞藤本＞小喬木＞灌木＞綠籬灌木＞喬木。

表3 參試園林植物單位葉面積的降溫增濕量

2.6 參試園林植物的固碳釋氧、降溫增濕能力分級

將參試園林植物的固碳釋氧能力進(jìn)行分級，日均釋放O2量＞15 g/（m2·d），定為一級；日均釋放O2量在10～15 g/（m2·d），定為二級；日均釋放O2量＜10 g/（m2·d），定為三級，分級為強(qiáng)、中、弱。

把參試園林植物的降溫增濕能力進(jìn)行分類，日均釋水量＞2.0 kg/（m2·d），定為一級；日均釋水量在1.5～2.0 kg/（m2·d），定為二級；園林植物日均釋水量＜1.5 kg/（m2·d），定為三級，分級為強(qiáng)、中、弱（表4）。

表4 參試園林植物固碳釋氧、降溫增濕能力分級

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

秋季太原市常見園林植物變色期主要集中在10月下旬至11月上旬，落葉期主要集中在11月的上中旬，落葉早的在10月下旬，落葉晚的在11月底，落葉晚的植物喬木有垂柳、西府海棠，灌木有月季、天目瓊花、金葉女貞、紅瑞木，地被有苜蓿，藤本有金銀花，其光合有效天數(shù)多，秋季光合生態(tài)效應(yīng)發(fā)揮時間相應(yīng)較長。

環(huán)境因子直接影響植物的光合作用，從而影響植物的生態(tài)效益[12]。李欣等[13]對蘇州常見園林樹木的研究表明，溫度及光強(qiáng)變化影響園林植物的光合特性指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，參試園林植物不同時刻的凈光合速率不同，其值隨著溫度和光強(qiáng)的變化而波動，秋季溫度、光合有效輻射最大值均出現(xiàn)在正午12：00，參試園林植物的光合日變化曲線多呈單峰曲線，峰值也大多出現(xiàn)在正午，說明其受到光合有效輻射的影響較大。植物光合作用是一個復(fù)雜的生理生化過程，不同植物葉片的凈光合速率曲線存在差異，其主要的日變化曲線分為單峰、雙峰等類型[14-16]。本試驗結(jié)果表明，參試園林植物的凈光合速率日變化多呈單峰曲線，紫丁香等呈雙峰曲線，且第1峰值高于第2峰值。

綠化植物能通過光合作用維護(hù)城市二氧化碳與氧化的平衡，減輕城市大氣污染；通過蒸騰作用降低空氣溫度，增加空氣相對濕度，改善城市小氣候環(huán)境，從而有效緩解城市效應(yīng)[17]。本研究中，喬木、小喬木、灌木、綠籬灌木、藤本等不同類型園林植物單位葉面積的固碳釋氧能力高低不同，但差異不大，平均固碳量在12.63～15.92 g/（m2·d），平均釋氧量在9.19～11.58 g/（m2·d），而具體植物種類的固碳釋氧能力差異較大，衛(wèi)矛單位葉面積日固碳釋氧量高，珍珠梅、銀杏等單位葉面積日固碳釋氧量弱，這與王麗勉等[18]、邵永昌等[19]的研究結(jié)果相一致。通過植物固碳釋氧能力的對比分析，固碳量高的植物的釋氧量也相對高，固碳量低的植物，其釋氧量也相對較低[20]。

綠化植物通過樹冠減少太陽輻射和樹木蒸發(fā)，起到降溫增濕的效果，結(jié)果表明，蒸騰速率的高低影響著日蒸騰總量和日蒸騰吸熱量的大小[21]。本研究中，喬木、小喬木、灌木、綠籬灌木、藤本植物的降溫增濕能力高低不同，但差異也不大，釋水量在1.15～1.632 kg/m2，降溫值在 2.24～3.18 ℃，而具體植物種類的降溫增濕能力差異較大，如小喬木中衛(wèi)矛的蒸騰總量、釋水量、降溫值分別為131.55mol/m2，2.37 kg/m2，4.62 ℃，而紫葉矮櫻的為 55.14 mol/m2，0.99 kg/m2，1.93℃。通過植物降溫增濕能力的對比分析，蒸騰總量高的植物的釋水量也相對高，降溫值越大，蒸騰總量低的植物的釋水量也相對低，降溫值越小。地被植物中苜蓿的固碳釋氧和降溫增濕能力都高，是很好的地被植物，適宜在林下種植，值得推廣。

3.2 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，參試園林植物秋季凈光合速率日變化多呈單峰型，峰值多出現(xiàn)在12：00；紫丁香、金銀花等呈雙峰曲線，第1個峰值大多高于第2個峰值。喬木、小喬木、地被、藤本單位葉面積固碳釋氧能力分3級，灌木、綠籬灌木分2級，臭椿、衛(wèi)矛、苜蓿、金銀花的固碳釋氧能力高于其他植物。藤本和小喬木單位葉面積降溫增濕能力分3級，其余分2級，臭椿、衛(wèi)矛、苜蓿、萱草、麥冬、山蕎麥的降溫增濕能力高于其他植物。

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