太原市常见园林植物秋季固碳释氧、降温增湿能力研究

2018-06-19康红梅宋卓琴段九菊贾民隆付宝春

山西农业科学 2018年6期

康红梅，宋卓琴，段九菊，贾民隆，梁峥，付宝春

（山西省农业科学院园艺研究所，山西太原 030031）

城市园林绿化植物是城市绿化建设中最重要的组成部分，也是城市生态系统中的主要初级生产者[1]，作为城市天然的绿色屏障，其具有吸收CO2、释放O2、增加空气湿度、降温、防风、净化空气（如杀菌、滞尘、吸收有毒有害气体）及减弱噪声等生态效应[2]。在雾霾、地面扬尘等环境问题日益严重的今天，园林植物的生态效益价值显得尤为重要，因此，国内已有大量学者开展了关于园林绿化植物生态效益方面的研究工作[3-10]，也取得了一定进展。但针对北方城市园林植物生态效益方面的研究并不多见。

本研究以太原市为例，选取太原市常见的34种园林绿化植物为研究材料，对其秋季净光合速率日变化、单位叶面积的固碳释氧、降温增湿能力进行分析，旨在对太原市常见园林绿化植物固碳释氧能力、降温增湿能力进行评价，以期为北方城市高生态效益园林绿化植物选择提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

通过前期对太原市城区园林绿化植物的调查研究，选取应用面积较大的8种乔木、7种小乔木、5种灌木、6种绿篱灌木、5种地被、3种藤本作为研究对象。

1.2 试验方法

1.2.1 参试园林植物物候期调查于2017年秋季对太原市常见园林植物的成年植株进行定株观测。在开阔地带选取生长健壮、无病虫害发生、具有群体代表性的植株，观察各植物的变色、落叶期，统计其秋季光合有效期。

1.2.2 光合速率的测定参试植物光合速率的测定采用美国LI-COR公司生产的LI-6400便携式光合仪进行测量。于2017年9—10月选择晴朗无风天气，在自然光照条件下，8：00—18：00每隔2 h测定1次。测定时每种植物选择3株具有代表性的样木，每次每种供试植物选取生长健壮、大小相似、位于阳面的3个叶片，测定其瞬时光合速率，最后取其平均值。

1.2.3 生态效应计算方法参试植物的固碳释氧、降温增湿能力计算参照焦绪娟等[11]的方法。

2 结果与分析

2.1 参试园林植物秋季物候期调查

由表1可知，参试园林植物变色期为10月上旬至11月中旬，落叶期为10月下旬至11月底；秋季乔木中垂柳光合有效天数最长，达到90 d，小乔木中西府海棠光合有效天数最长，达82 d；灌木中月季光合有效天数最长，达到90 d，绿篱灌木中金叶女贞、胶东卫矛、小叶黄杨、红瑞木的光合有效天数均达90 d；地被中麦冬为常绿植物，光合有效天数最长，为90d；藤本类金银花光合有效天数最长，达90d。

表1 参试园林植物秋季物候期调查结果

2.2 主要环境因子的日变化

由图1可知，秋季光合有效辐射（PAR）、空气温度（Ta）日变化均呈单峰曲线，光合有效辐射的最大值出现在12：00，达到1 436.3 μmol/（m2·s），空气温度最大值也出现在12：00，达22.9℃。

2.3 参试园林植物光合速率日变化

从图2可以看出，参试园林植物的净光合速率日变化多呈单峰型，峰值出现在10：00或12：00，以12：00居多。紫丁香、金银花、连翘、珍珠梅、银杏、臭椿、垂柳呈双峰曲线，第1个峰值紫丁香、金银花、连翘、臭椿出现在10：00，珍珠梅、银杏、垂柳出现在12：00；第2个峰值紫丁香、金银花、臭椿出现在14：00，其余出现在16：00。第1个峰值大多高于第2个峰值。小叶黄杨在第1个测定时间点即8：00，其净光合速率就达到当天的最大值15.6 μmol/（m2·s）。

2.4 参试园林植物单位叶面积的固碳释氧量

从表2可以看出，参试园林植物单位叶面积的净同化量、日固碳量、日释氧量分别在69.32～1 016.39 mmol/（m2·d），3.05～44.72，2.22～32.52 g/（m2·d），8种乔木中臭椿的固碳释氧能力最强；7种小乔木中卫矛的固碳释氧能力最强；5种灌木中月季的固碳释氧能力最强；6种绿篱灌木中胶东卫矛的固碳释氧能力最强；5种地被植物中苜蓿的固碳释氧能力最强；3种藤本植物中，金银花的固碳释氧能力最强。根据不同类型参试植物单位叶面积的净同化量、固碳量及释氧量的平均值排序：地被＞小乔木＞藤本＞乔木＞绿篱灌木＞灌木。

表2 参试园林植物单位叶面积的固碳释氧量

2.5 参试园林植物单位叶面积的增湿降温量

从表3可以看出，参试园林植物的单位叶面积的日蒸腾总量、释水量、降温值分别在19.02～249.77 mol/m2，0.34～4.50 kg/m2，0.67～8.75 ℃，8 种乔木中臭椿的降温增湿能力最强；7种小乔木中卫矛的降温增湿能力最强；5种灌木中月季的降温增湿能力最强；6种绿篱灌木中紫叶小檗的降温增湿能力最强；5种地被植物中苜蓿的降温增湿能力最强；3种藤本植物中，山荞麦的降温增湿能力较强。根据不同类型参试植物单位叶面积的蒸腾总量、释水量及降温值的平均值排序为：地被＞藤本＞小乔木＞灌木＞绿篱灌木＞乔木。

表3 参试园林植物单位叶面积的降温增湿量

2.6 参试园林植物的固碳释氧、降温增湿能力分级

将参试园林植物的固碳释氧能力进行分级，日均释放O2量＞15 g/（m2·d），定为一级；日均释放O2量在10～15 g/（m2·d），定为二级；日均释放O2量＜10 g/（m2·d），定为三级，分级为强、中、弱。

把参试园林植物的降温增湿能力进行分类，日均释水量＞2.0 kg/（m2·d），定为一级；日均释水量在1.5～2.0 kg/（m2·d），定为二级；园林植物日均释水量＜1.5 kg/（m2·d），定为三级，分级为强、中、弱（表4）。

表4 参试园林植物固碳释氧、降温增湿能力分级

3 结论与讨论

3.1 讨论

秋季太原市常见园林植物变色期主要集中在10月下旬至11月上旬，落叶期主要集中在11月的上中旬，落叶早的在10月下旬，落叶晚的在11月底，落叶晚的植物乔木有垂柳、西府海棠，灌木有月季、天目琼花、金叶女贞、红瑞木，地被有苜蓿，藤本有金银花，其光合有效天数多，秋季光合生态效应发挥时间相应较长。

环境因子直接影响植物的光合作用，从而影响植物的生态效益[12]。李欣等[13]对苏州常见园林树木的研究表明，温度及光强变化影响园林植物的光合特性指标。本研究结果表明，参试园林植物不同时刻的净光合速率不同，其值随着温度和光强的变化而波动，秋季温度、光合有效辐射最大值均出现在正午12：00，参试园林植物的光合日变化曲线多呈单峰曲线，峰值也大多出现在正午，说明其受到光合有效辐射的影响较大。植物光合作用是一个复杂的生理生化过程，不同植物叶片的净光合速率曲线存在差异，其主要的日变化曲线分为单峰、双峰等类型[14-16]。本试验结果表明，参试园林植物的净光合速率日变化多呈单峰曲线，紫丁香等呈双峰曲线，且第1峰值高于第2峰值。

绿化植物能通过光合作用维护城市二氧化碳与氧化的平衡，减轻城市大气污染；通过蒸腾作用降低空气温度，增加空气相对湿度，改善城市小气候环境，从而有效缓解城市效应[17]。本研究中，乔木、小乔木、灌木、绿篱灌木、藤本等不同类型园林植物单位叶面积的固碳释氧能力高低不同，但差异不大，平均固碳量在12.63～15.92 g/（m2·d），平均释氧量在9.19～11.58 g/（m2·d），而具体植物种类的固碳释氧能力差异较大，卫矛单位叶面积日固碳释氧量高，珍珠梅、银杏等单位叶面积日固碳释氧量弱，这与王丽勉等[18]、邵永昌等[19]的研究结果相一致。通过植物固碳释氧能力的对比分析，固碳量高的植物的释氧量也相对高，固碳量低的植物，其释氧量也相对较低[20]。

绿化植物通过树冠减少太阳辐射和树木蒸发，起到降温增湿的效果，结果表明，蒸腾速率的高低影响着日蒸腾总量和日蒸腾吸热量的大小[21]。本研究中，乔木、小乔木、灌木、绿篱灌木、藤本植物的降温增湿能力高低不同，但差异也不大，释水量在1.15～1.632 kg/m2，降温值在 2.24～3.18 ℃，而具体植物种类的降温增湿能力差异较大，如小乔木中卫矛的蒸腾总量、释水量、降温值分别为131.55mol/m2，2.37 kg/m2，4.62 ℃，而紫叶矮樱的为 55.14 mol/m2，0.99 kg/m2，1.93℃。通过植物降温增湿能力的对比分析，蒸腾总量高的植物的释水量也相对高，降温值越大，蒸腾总量低的植物的释水量也相对低，降温值越小。地被植物中苜蓿的固碳释氧和降温增湿能力都高，是很好的地被植物，适宜在林下种植，值得推广。

3.2 结论

本研究结果表明，参试园林植物秋季净光合速率日变化多呈单峰型，峰值多出现在12：00；紫丁香、金银花等呈双峰曲线，第1个峰值大多高于第2个峰值。乔木、小乔木、地被、藤本单位叶面积固碳释氧能力分3级，灌木、绿篱灌木分2级，臭椿、卫矛、苜蓿、金银花的固碳释氧能力高于其他植物。藤本和小乔木单位叶面积降温增湿能力分3级，其余分2级，臭椿、卫矛、苜蓿、萱草、麦冬、山荞麦的降温增湿能力高于其他植物。

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