对生态系统调节和保护功能的量化分析——以某高速公路生态验收调查为例<br/>

对生态系统调节和保护功能的量化分析——以某高速公路生态验收调查为例

2013-10-18梁伟史延萍天津市环境监测中心天津300191

天津科技 2013年4期

梁伟史延萍（天津市环境监测中心天津 300191)

0 引言

各地生态系统的基本功能是作为物质生产和太阳能固定的功能，具体的表现为生态系统的生产功能。本文案例项目所选的区域最重要的生产功能是农业生产功能。由案例项目的占地类型以及分布来看，某一区域农业的格局和组成分布不会受到影响，也就是说农业的生态结构没有受到不利影响，而功能一般是由结构决定，所以它的生产功能基本没有受到什么影响，只是产量稍微有一些影响。

生态系统的另一基本功能是调节和保护的功能。绿色植物可以通过光合作用吸收二氧化碳，呼出氧气，而且有滞尘、吸收二氧化硫这些污染物的作用。本文案例所选的区域生态系统的调节和保护功能，一般是由该区域的植被所决定的，鉴于本案例项目的取土区域和临时占地大都得到了及时的绿化恢复，区域植被覆盖度的降低仅仅限于公路两侧永久占地中的路面部分，并且它的恢复措施采用的植物大多是本地物种，引进的物种也已经是被证明不会成为那些入侵的生物物种，如冬青、蜀桧、紫叶李等，所以这片区域的生态功能基本不会改变。

1 植物固碳的概念

固碳也叫碳封存，指的是增加除大气之外的碳库的碳含量的措施，它包括物理固碳和生物固碳。物理固碳是将二氧化碳长期储存在人类开采过的油气井、煤层和深海里。植物固碳是植物通过光合作用可以将大气中的二氧化碳转化为碳水化合物，并以有机碳的形式固定在植物的体内或土壤中。而生物固碳就是利用植物的这些光合作用，提高生态系统的碳吸收和储存能力，从而减少二氧化碳在大气中的浓度，减缓全球变暖的趋势。

2 量化分析

一般绿色植物的固碳释氧量可以从一个方面定量地说明生态系统的功能情况。现将本文的案例公路建设前后绿色植物固碳释氧量的变化计算如下：

2.1 计算方法

绿色植物光合作用[1]的反应式可写为：

即光合作用每吸收固定1mol的CO2，就会释放出1mol的O2。换算成质量，即每吸收固定1g的CO2，就会释放出0.73g的O2。

植物都有呼吸作用，其反应式可写为：

固碳释氧量的计算公式如下：

式中：P和O分别为绿色植物吸收二氧化碳量和释放氧气量的变化；

P1、P2、P3分别为绿化隔离带、防护林草、收费站和互通立交的绿化（绿色植物）吸收二氧化碳量；P4为原来的农田吸收二氧化碳量；

O1、O2、O3分别为绿化隔离带、防护林草、收费站和互通立交的绿化（绿色植物）释放氧气量，O4为原来农田的释放氧气量。

式中：Pi、Oi分别为第i类绿地吸收二氧化碳量和释放氧气量；

Si为第i类绿色植物的计算面积；

Fi第i类绿色植物的光合作用的时间；

Ki、Ji分别为第i类绿地光合作用强度系数，即单位时间单位面积吸收的二氧化碳量和放出的氧气；

K0、J0分别为第i类绿色植物单位时间单位面积呼吸作用所放出的二氧化碳量和吸收的氧气量；

F0为第i类绿色植物呼吸作用计算的时间。

2.2 参数选择

研究表明，对于生长良好的草坪，每平方米面积1小时可吸收二氧化碳1.5g，释放出氧1.1g。而成年乔木由于它的叶片层次比较多，日固碳量、释氧量相当于同面积草坪的3～5倍。考虑到实际情况，在计算时，参数选择考虑如下：

①单位时间单位面积的固碳量释氧量。[2]一般以草坪、草本植物和灌木为主的绿化隔离带、收费站和互通立交我们按草坪考虑，在光合作用进行的时间内，草坪每平方米1小时可吸收二氧化碳1.5g，放出氧气1.1g。我们以每天的光合作用时间平均按12h计算，即每平方米每天吸收二氧化碳18g，放出氧气13.2g。

对于以阔叶树种为主的防护林，因其叶片面积较大，日固碳量释氧量取同面积草坪的5倍，即每平方米每天吸收二氧化碳90g，放出氧气66g。

②绿色植物无论是在白天还是夜间都有呼吸作用，但白天的呼吸作用在计算时已与光合作用综合考虑，夜间单位时间呼吸作用所消耗的O2我们按白天同时间光合作用的1/10计算。即每平方米草坪、草本植物和灌木呼吸作用消耗的O2为1.32g，呼出的二氧化碳1.8g；阔叶树种呼吸作用消耗的O2为6.6g，呼出的二氧化碳为9g。

③在5年以后，随着公路两侧沿线农业结构的不断调整，林果业面积的不断增大，经济作物和粮食作物间作，其参数介于阔叶树种和草本植物之间为：以光合作用每平方米每天释放O235g，吸收二氧化碳50g计；呼吸作用吸收氧气3.5g，呼出二氧化碳5g计算。

④我们取所有植被的生长期为270d。

⑤忽略草坪、灌木和阔叶树的休眠期的呼吸作用。

⑥对于一般农作物的固碳释氧量我们认为与草本植物的相同。

2.3 计算结果

考虑到高速公路运营初期防护林以及绿地的建设还不完善，5年以后，防护林树木将长成，绿地系统也得到了基本完善，以及公路两侧沿线的农业结构的不断调整，林果业面积不断扩大，那么植物的固碳释氧量也将随之发生很大变化。因此，分别计算目前和5年以后这两种情况下，相对于案例工程建设前原有农作物植被固碳释氧量的变化。计算结果分别见表1和表2。

表1 案例项目运营初期范围绿色植物固碳释氧量变化

表2 案例项目运营5年以后的区域植被吸碳释氧量变化

3 计算结果分析

本文所选案例公路的项目建设使土地的利用方式发生了变化，项目的主体工程对土地的占用改变了土地的利用性质，使原来单一的农作物覆被发展成为防护林、绿地、农作物和林果等多种类型的覆被，从而使这一区域绿色植物的固碳释氧量也随之发生相应变化。

由于公路建设占用了一定面积的农田，并且侵占了植被的生长空间，使区域植被覆盖面积减少，而且目前防护林草及绿地的建设还不完善，防护林树木和公路两侧沿线林果苗刚栽种1～2年，都还处于幼苗期；服务区、管理区、互通立交绿地和边坡防护绿地面积有待进一步扩大；公路建设中产生的扬尘落到植物的叶面上，堵塞气孔，影响植物的正常光合作用，使其生长缓慢，生产力下降，生物量将减少。因此，这一区域的植被固碳释氧量相对公路建设前有所减少。从表1可以看出：目前该区域的植被每年少吸收二氧化碳1.3万t，少释放出氧气7288t。

而在5年以后，防护林草坪草地和绿地建设得到完善，防护林那些小树苗也长成为枝繁叶茂的大树，绿地面积随之扩大。同时当地政府不断调整农业发展方向，要求在公路两侧种植宽度为50～100m的林木，公路两侧沿线200m范围内的农业结构也会不断调整，林果面积增大，现在的幼果林也将成长为繁盛的果林。因此，案例区域植被吸收二氧化碳和释放氧气的量也相应增加，从表2可以看出：公路防护林的草坪草地、绿化绿地以及公路建设带动的周边农业结构的调整使该区域的植被每年多吸收二氧化碳9.7万t，多释放氧气6.7万t。