简式屋顶绿化植物固碳释氧效益比较

莫惠芝+殷金岩+许建新

摘 要：屋顶绿化近年来发展非常迅速，市场接受面越来越广，但关于屋顶绿化生态效益定量化研究较少。比较研究了14种简式屋顶绿化植物单位绿化面积和单位生物量的固碳释氧效益，以期了解不同屋顶绿化植物对人居环境的改良作用，为屋顶绿化植物配置提供参考依据。结果表明，单位绿化面积的大花马齿苋、毛马齿苋、紫竹梅、锦绣苋和藓状景天具有很好的固碳释氧效益，固碳量分别为13.75，13.64，12.33，11.15，10.62 g·m-2·d-1，释氧量分别为10.00，9.92，8.97，8.11，7.72 g·m-2·d-1；单位生物量的藓状景天、费菜、锦绣苋、垂盆草和紫竹梅的固碳释氧效益较好，固碳量分别为72.50，65.76，61.17，58.39，48.08 g·kg-1·d-1，释氧量分别为52.73，47.83，44.50，42.46，34.97 g·kg-1·d-1。高效益植物的选择及合理密植，是提高屋顶绿化固碳释氧效益的重要措施。藓状景天、锦绣苋和紫竹梅是屋顶绿化植物配置较好的选择，其次是大花马齿苋及毛马齿苋，玉吊钟固碳释氧效益最差，不应用于屋顶绿化。

关键词：屋顶绿化；生态效益；CO2通量；固碳释氧

中图分类号：S731.5 文献标识码：A DOI 编码：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

屋頂绿化是指在建筑物、构筑物的顶部、天台、露台之上进行的绿化和造园的一种绿化形式[1]，是城市立体绿化的重要方式之一。根据选用植物类型和设计复杂程度，屋顶绿化分为花园式屋顶绿化和简式屋顶绿化。与植物层次丰富的花园式屋顶绿化相比，简式屋顶绿化主要以草坪、景天科等抗性较强的地被植物进行绿化，具有造价低、维护简易等特点，应用范围更广。较多研究表明，屋顶绿化具有固碳释氧、降温增湿、减噪隔音、净化除尘、截留雨水等生态功能[2]。其中，以降温增湿效应[3-6]和截留雨水[7-8]的研究居多，而关于屋顶绿化固碳释氧效益的研究较少。在仅有的少量关于屋顶绿化固碳释氧的研究报道中，以花园式屋顶绿化的研究较多[2，9-10]，简式屋顶绿化较少。李辉等[11]采用国产CXH-05便携式红外线CO2分析仪定量评估了草坪型绿地的固碳释氧效应；陈爱葵等[12]对屋顶绿化碳固定潜力进行了研究。继续开展探讨简式屋顶绿化植物固碳释氧效益的研究很有必要。endprint

植物最重要的功能之一是通过光合作用固碳释氧，通过吸收空气中的CO2在一定程度上减弱温室效应[13]。本研究对14种常用简式屋顶绿化植物进行了固碳释氧效益的定量测量与分析，旨在丰富目前屋顶绿化生态效益研究数据，并为简单式屋顶绿化植物的选择与配置提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

本研究以14种常用简式屋顶绿化植物为试验材料（表1），其中，苋科植物1种，鸭跖草科植物3种，马齿苋科植物2种，景天科植物8种。

1.2 试验方法

试验在东莞市铁汉生态旅游开发有限公司中心实验室楼顶进行。于2015年9月5日，将试验植物分别按模块式屋顶绿化建设要求，扦插栽植于尺寸为40 cm（长）×40 cm（宽）×10 cm（高）的种植模块中，每个种植模块栽植一种植物，使覆盖度达90%；常规管理40 d，待植物生根长叶，覆盖率达100%后，对植物进行CO2通量日变化和生物量的测量。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 CO2 通量日变化的测量 选择天气晴朗的白天，从8：00—18：00每隔2 h用EGM-4 环境气体监测仪连接CPY-4 气体同化室覆盖于植物绿化表面，测量植物CO2通量，每种植物3个重复。

1.3.2 生物量的测量 待CO2通量日变化的测量结束后，将同化室覆盖面积处的植物地上部分收集于牛皮纸信封中置于85 ℃的烘箱中烘干，称取植物干质量，计算单位绿化面积的生物量。

1.3.3 固碳释氧量计算 参考李辉等[14]的方法并根据实际情况进行适当修改，计算植物的日固碳释氧量。

1.4 数据分析

使用Excel 2013进行数据的统计分析及图表制作，采用SPSS 19.0进行单因素方差分析（one-way ANOVA），通过Post-Hoc多重比较Tukey检验进行植物物种间差异性分析。

2 结果与分析

2.1 14种简式屋顶绿化植物单位绿化面积CO2通量日变化特征

光合有效辐射（PAR）和温度是影响CO2通量的重要环境因子[15]。对光合有效辐射和温度的测量结果表明，测量日为10月中旬，PAR值较夏季低，介于0～1 063 μmol·m-2·s-1，从8：00开始随时间的推移逐渐增大，在12：00达到最大值，之后逐渐减小，日落时间为17：45，18：00的PAR值为0 μmol·m-2·s-1。测量日温度介于28.64～38.86 ℃，温度的变化与PAR值呈正相关，最高温度出现在12：00，最低温度出现在18：00（图1）。

CO2 通量是指一定时间内通过一定面积的CO2 的量，该值为正值时说明植物呼吸速率大于光合速率，植物吸收O2放出CO2；为负值时说明植物光合速率大于呼吸速率，植物吸收CO2放出O2。对14种简式屋顶绿化植物进行CO2 通量日变化的测量结果表明，不同植物在不同时间点的CO2通量存在较大差异（图2），其中，玉吊钟的CO2通量值在任何测量时间点均为正值，表明植物在白天处于吸收O2放出CO2状态，其CO2通量值与PAR值呈正相关，PAR值越大，CO2通量值越大；其余13种植物在18：00之前，CO2通量值均为负值，18：00植物的CO2通量值为正值；洋竹草、金叶佛甲草、铺地锦竹草、藓状景天、垂盆草和八宝景天在8：00时CO2通量值最小，表明植物此时的光合作用最强，吸收的CO2量最多；锦绣苋、毛马齿苋、紫竹梅和绿景天的CO2通量的最小值出现在10：00，说明植物在10：00时的光合作用最强；落地生根、费菜和大花马齿苋的CO2通量的最小值在14：00，说明此时植物的光合作用最强。

2.2 14种简式屋顶绿化植物单位绿化面积的日固碳释氧量

14种简式屋顶绿化植物单位绿化面积日固碳释氧量的计算结果表明，不同植物的日固碳释氧量的差异较大（表2）。同属马齿苋科的大花马齿苋和毛马齿苋的日固碳释氧量均大于其他科植物，大花马齿苋的日固碳释氧量最大，单位绿化面积的日固碳量为13.75 g·d-1，日释氧量为10.00 g·d-1；单位绿化面积毛马齿苋的固碳量为13.64 g·d-1，释氧量为9.92 g·d-1。鸭跖草科的紫竹梅第三，单位绿化面积的日固碳量为12.33 g·d-1，日释氧量为8.97 g·d-1。与紫竹梅同科但不同属的铺地锦竹草和洋竹草的固碳释氧量较少，铺地锦竹草的日固碳量为4.09 g·m-2·d-1；日释氧量为2.98 g·m-2·d-1；洋竹草的日固碳量为3.79 g·m-2·d-1；释氧量为2.76 g·m-2·d-1。单位绿化面积的玉吊钟日固碳释氧效益最差，每天放出4.84 g的CO2，吸收3.52 g的O2。14种植物单位绿化面积固碳释氧效益大小顺序排列为大花马齿苋>毛马齿苋>紫竹梅>锦绣苋>藓状景天>费菜>落地生根>垂盆草>八宝景天>金叶佛甲草>绿景天>铺地锦竹草>洋竹草>玉吊钟。

2.3 14种简式屋顶绿化植物单位生物量的日固碳释氧量

测定一种植物的生物量，对于评价该植物的生产力及提高养护管理水平和充分发挥植物综合效益有着重要意义[16]。本研究对14种简式屋顶绿化植物进行了单位绿化面积生物量的测量，结果表明，玉吊钟生物量最大，为528.82 g·m-2；其次是大花馬齿苋，单位绿化面积的生物量有481.18 g·m-2；毛马齿苋第3，生物量为335.54 g·m-2；垂盆草的生物量最低，为109.3 g·m-2（表3）。对各种植物单位生物量的固碳释氧量进行了计算，结果表明单位生物量的藓状景天日固碳释氧量最大，其固碳量为72.50 g·kg-1·d-1，释氧量为52.73 g·kg-1·d-1。其次是费菜，固碳量为65.76 g·kg-1·d-1，释氧量为47.83 g·kg-1·d-1；锦绣苋第3，固碳释氧量分别为61.19，44.50 g·kg-1·d-1。玉吊钟白天吸收O2并放出CO2，每千克干质量的玉吊钟每天放出CO2 9.18 g，吸收O2 6.68 g（表4）。14种植物单位生物量的固碳释氧效益大小顺序排列为藓状景天>费菜>锦绣苋>垂盆草>紫竹梅>八宝景天>毛马齿苋>绿景天>金叶佛甲草>洋竹草>大花马齿苋>落地生根>玉吊钟。endprint

3 结论与讨论

3.1 14种简式屋頂绿化植物固碳释氧效益评价

陈爱葵等[12]使用CPY-4和EGM-4进行屋顶绿化碳固定潜力研究，但其仅在10：00—11：00进行了5 min的连续监测，其结果仅反映植物在测量时间段的CO2通量。然而，CO2通量受温度和光强影响，随时间变化对CO2通量日变化进行测量，才能更准确地计算CO2通量的日固定量。本研究对14种简式屋顶绿化植物进行CO2通量日变化的测量，并计算日固碳释氧量，结果表明，单位绿化面积大花马齿苋、毛马齿苋、紫竹梅、锦绣苋和藓状景天具有较好的固碳释氧效益，而单位生物量的藓状景天、费菜、锦绣苋、垂盆草和紫竹梅的固碳释氧效益较好，单位绿化面积的玉吊钟、大花马齿苋、毛马齿苋及落地生根具有较大的生物量。屋顶绿化植物单位绿化面积的固碳释氧效益是植物自身的固碳释氧能力及单位绿化面积植物生物量的综合结果。玉吊钟和落地生根生物量较大，但其自身的固碳释氧效益小，导致其单位绿化面积的固碳释氧效益也小；而大花马齿苋及毛马齿苋虽然单位生物量固碳释氧效益并非最佳，但生物量较大，从而其单位绿化面积的固碳释氧效益也大。因此，高效益植物的选择及适当的密植，是充分展现简式屋顶绿化固碳释氧效益的重要措施。本研究测量的14种植物中，藓状景天、锦绣苋及紫竹梅合理的密植能表现出很好的固碳释氧效益，是屋顶绿化植物配置很好的选择，其次可选择大花马齿苋及毛马齿苋。

3.2 景天科植物屋顶绿化应用评价

具有较强抗旱能力的景天科植物常被用于简式屋顶绿化。根据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谢（Crassulacean acid metabolism，CAM）植物[17-18]。其中，CAM是植物适应高温干旱环境的一种特殊光合类型，分为2类：专一CAM植物和兼性CAM植物。专一CAM植物始终进行CAM，不会因环境条件的改变而改变；兼性CAM植物在个体发育某一阶段或在某些环境条件下表现为CAM[19]。本研究测量的14种植物中，景天科植物占有8种，玉吊钟表现为白天吸收O2释放CO2，释放量随光照强度的增加而增多，表现出CAM特性；其余7种景天科植物表现为白天吸收CO2释放出O2，表现出C3植物特性，属兼性CAM植物，在白天可固碳释氧，产生生态效益。因此，在景天科植物屋顶绿化应用中，可选择兼性CAM植物，既能产生较好的固碳释氧效益，又具有较强的抗旱耐高温能力。从生态效益角度考虑，在测量的8种景天科植物中，藓状景天和费菜均表现出较好的固碳释氧效益，很适合于屋顶绿化的应用，而玉吊钟则不太适合。

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