基于固碳效应的绿地优化配置研究

李海燕 高玉慧 罗春雨 曲艺 张弘强 崔玲 曾星雨

摘要 按照乔-灌-草、乔-灌、乔-草、灌-草、乔木、灌木和草本不同配置结构，对哈尔滨市主城区113块样地固碳效应进行研究，通过植物实际监测，计算了哈尔滨市20 种常用绿化植物的固碳效应，并对不同配置结构绿地固碳效应进行比较。结果表明：乔木中糖槭、榆树、银中杨、垂榆，灌木中接骨木、黄刺梅都是固碳能力较强的园林绿化树种，在园林绿化中可优先考虑。不同配置结构的绿地单位面积固碳量从高到低依次为乔-灌-草、乔-灌、乔-草、乔木、灌-草、灌木、草本，其中，乔-灌-草的配置能够充分利用地上、地下空间，最大限度发挥其固碳效应，可以充分发挥单位绿地面积的固碳潜力。

关键词 绿地；固碳效应；优化配置；绿化植物

中图分类号 S731.2文献标识码 A文章编号 0517-6611（2018）01-0074-04

Abstract According to the different configuration structure of arbor-shrub-grass， arbor-shrub， arbor-grass， shrub-grass， arbor， shrub， grass， the study of the carbon sequestration effect in Harbin City 113 plots， through actual plant monitoring， carbon sequestration effect of 20 kinds of greening plants in Harbin city were calculated and compared for the different structure of green space effect of carbon sequestration.

The results showed that some planting trees such as Acer negundo Linn.， Ulmus pumila Linn.， Populus ablba ‘Berolinensis and Ulmus pumila L. ‘Tenue and some planting shrub like Sambucus williamsii Hance， Rose acicularis Lindl. werespecies with strong carbon sequestration capacity， which can be give priority to landscaping. The carbon sequestration capacity per unit area of green space of different configuration from high to low showed arbor-shrub-grass， arbor-shrub， arbor-grass， shrub-grass， arbor， shrub， grass. Rational configuration of arbor-shrub-grass can be used to take full advantage of over-ground and under-ground space and to promote the carbon sequestration potential per unit area of green space.

Key words Green space；Carbon storage；Optimal allocation；Green plant

近年来，全球气候变化及其产生的危害严重影响了经济社会的可持续发展，因此减少以二氧化碳为主的温室气体排放刻不容缓。森林碳汇是目前国际社会公认的应对气候变化最经济、最有效的途径，而城市绿地作为城市景观要素中的绿色斑块体，研究其固碳效应就显得尤为重要。城市绿地的固碳效应，其本质是以乔、灌、草等不同配置结构绿地，通过利用植物光合作用吸收二氧化碳，改善城市生态环境。目前对绿地生态系统的研究主要涉及净化空气、固碳释氧、减轻城市温室效应、改善小气候及隔音减噪等方面[1-13]。笔者以哈尔滨市主城区113块绿地和20种常见植物为研究对象，利用光合速率法进行光合测定，估算其固碳量，筛选出固碳能力强的植物和固碳效应高的绿地配置，旨在为城市绿地高固碳植物群落优化配置及城市绿地建设提供科学依据与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验样地

以哈尔滨市道里区、道外区、南岗区、香坊区、松北区、平房区为研究区域，该研究区域涵盖哈尔滨市主城区的绿地植物群落。选取乔-灌-草、乔-灌、乔-草、灌-草、乔木、灌木、草本7种不同配置结构绿地，共113块作为试验样地（图1）。每块样地面积25 m2，对每个样地的乔木层进行每木调查，记录绿地中植物种、数量、冠幅、胸径、高度；灌木层记录每个植物种、高度、数量、冠幅；草本层记录植物种和面积。

1.2 试验植物

在样地选取的基础上，确定其中所包含的绿化植物为试验研究对象。其中共有乔木11种，分别是水曲柳（ Fraximus mandshurica Rupr.）、银中杨（ Populus ablba ‘Berolinensis）、榆树（ Ulmus pumila Linn.）、糖槭（ Acer negundo Linn.）、旱柳（ Salix matsudana Koidz.）、白樺（ Betula platyphylla Suk.）、山里红（ Crataegus pinnatifida Bge.）、野梨（ Pyrus ussuriensis Maxim.）、山桃稠李（ Prunus maackii Rupr.）、山杏（ Prunus sibirica Linn.）、垂榆（ Ulmus pumila L.‘Tenue）；灌木8 种，分别为紫丁香（ Syringa oblate Lindl.）、榆叶梅（ Prunus triloba Lindl.）、紫穗槐（ Amorpha fruticosa Linn.）、接骨木（ Sambucus williamsii Hance）、红瑞木（ Cornus alba Linn.）、黄刺玫（ Rose acicularis Lindl.）、金银忍冬[ Lonicera maackii（Rupr.）Macim]、金山绣线菊（ Spiraea × bumalda cv. Goldenmound）；草本1种，为早熟禾（ Poa annua L.）。

1.3 研究方法

1.3.1 植物指标测定方法。

1.3.1.1 叶面积指数的测定。

叶面积指数（leaf area index，LAI）是一块地上植株叶片的总面积与占地面积的比值[14]。采用LAI-2000型树冠仪测定20种绿化植物的平均叶面积指数。

1.3.1.2 叶片光合作用的测定。

采用LI-6400 便携式光合仪作为试验仪器，在5—9月每月的15日左右，选择晴朗、无风的天气，在自然光照条件下，7：00—17：00，每隔2 h测量1次。每次每树选取4～6个大小相似的、生长良好、生长在阳面的叶片，重复测定3～5次，取最接近均值的测试数据作为测量叶片的光合速率。

根据光合作用原理[15]，利用植物在测定当日的净同化量来估算植物的固碳量。各种植物在测定当日的净同化量计算公式：

P=ji=0[（Pi+1+Pi）+2（ti+1-ti）×3 600÷1 000]

式中，P 为单位叶面积的同化量[mmol/（m2·d）]； Pi 为初始时刻瞬时净光合速率[μmol/（m2·s）]； Pi+1 为下一时刻净光合速率[μmol/（m2·s）]； ti 为初始时间（h）； ti+1 为下一时间（h）； j 为测试次数；3 600指3 600 s/h；1 000指1 000 μmol。由此得到5—9月平均日净同化量（ P ）（表1）。

1.3.2 植物固碳量计算方法。

1.3.2.1 单位叶面积日固碳量。

根据光合作用的综合反应方程式，将每种植物日同化量转换成日固碳量： W CO2= P ×44/1 000，式中， W CO2为叶片单位面积的日固碳量[g/（m2·d）]；44为CO2的摩尔质量。

1.3.2.2 单位冠幅面积日固碳量。

植物单位冠幅面积的固碳量是叶面积指数和单位叶面积固碳量的综合反映，是评价单株植物固碳量的客观指标，公式为 C CO2=LAI× W CO2，式中， C CO2为单位冠幅面积的日固碳量（g/m2）。

1.3.2.3 单株植物固碳量研究方法。

根据单位冠幅面积的固碳量和植物冠幅面积可得到单株植物固碳量，植物冠幅面积，可用皮尺分别测量植物东西冠幅和南北冠幅，并利用椭圆面积公式估算求得，公式为 P CO2= S p× C ca， S p=（ π×a×b ）/4，式中， P CO2为单株植物的固碳量（g/株）； S p为植物冠幅面积（m2）； a 为东西冠幅（m）， b 为南北冠幅（m）。

1.3.2.4 绿地固碳量。

根据绿地上种植的树种种类和数量，计算绿地植物的固碳总量，公式为 Gs=ji-1P CO 2i×ni+C CO 2×S g ，式中，C s为某块绿地全部植物固碳量总和（g）； P CO2 i 为第 i 种乔木或灌木单株植物固碳量（g/株）； C CO2为草本植物的单位冠幅面积固碳量（g/m2）； S g为草本植物的面积（m2）。

2 结果与分析

2.1 绿地植物固碳效应

结合表1中的结果，采用统计软件 SPSS 13.0，对20 种植物单位叶面日固碳量（ W CO2）、单位冠幅面积日固碳量（ C CO2）进行聚类分析，结果见表2。

2.1.1 植物单位叶面积固碳量比较。由表2可知，20种供试植物单位叶面积日固碳量有差异。其中，榆树固碳量最高，为16.69 g/（m2·d）；早熟禾固碳量最低，仅3.37 g/（m2·d）。由聚类分析结果可知，单位叶面积日固碳量在14.56～16.69 g/（m2·d）为一类植物，9.35～12.98 g/（m2·d）为二类植物，3.37～8.05 g/（m2·d）为三类植物。乔木糖槭、榆树、银中杨、垂榆，灌木接骨木单位叶面积日固碳量较高，均属一类植物。

从植物分类来看（图2），乔木单位叶面积固碳量水平最高，而草本最低。对于各类型中植物个体，单位叶面积日固碳量差异较大，一些灌木植物的单位叶面积日固碳大于部分乔木植物，如黄刺玫为15.32 g/（m2·d），而山里红为4.98 g/（m2·d），因此不能直接根据植物类型评判单位叶面积日固碳量的大小，而应由具体植物而定。

2.1.2 植物单位冠幅固碳量比较。由表2可知，20种供试植物单位冠幅面积日固碳量有差异。其中，糖槭的单位冠幅面积日固碳量最高，为112.44 g/（m2·d）；草本植物早熟禾最低，仅5.49 g/（m2·d）。由聚类分析结果可知，单位冠幅面积日固碳量在54.76～112.44 g/（m2·d）为一类植物，在31.49～48.10 g/（m2·d）为二类植物，5.49～26.69 g/（m2·d）为三类植物。乔木中糖槭、榆树、银中杨、垂榆，灌木接骨木單位冠幅面积日固碳量最高，为一类树种。

从图3可以直观地看出，各类型植物的单位冠幅面积日固碳量从大到小依次为乔木、灌木、草本，可知单株乔木的固碳能力总体优于单株灌木和草本。

2.2 不同配置结构绿地固碳效应比较

对113块试验样地的每块样地中植物总固碳量进行计算，对乔-灌-草、乔-灌、乔-草、灌-草、乔木、灌木、草本7种不同配置结构绿地的日固碳量分别求平均值并进行比较，结果见图4。

从图4可以看出，各种绿地均具有一定的固碳效应，但不同的配置结构所产生的单位绿地面积固碳效应差异很大，从大到小依次为乔-灌-草、乔-灌、乔-草、乔木、灌-草、灌木、草本，由此可知，乔-灌-草结构的固碳效应最强，草本最弱。

3 结论

（1）该研究结果表明，20种供试植物单位叶面积日固碳量最高的是榆树，单位冠幅面积日固碳量最高的是糖槭，采用聚类分析法将其分为 3类，结果表明乔木中糖槭、榆树、银中杨、垂榆，灌木中接骨木、黄刺梅都是固碳能力较高的园林绿化植物，在园林绿化中可优先种植。