赣南地区公路固碳释氧生态林带探究与设计

邓万军 吴建明 李军 鲍凯

（1.江西省交通投资集团有限责任公司，江西 南昌 330200；2.北京城建道桥建设集团有限公司，北京 100022）

在新发展理念的引领下，高速公路绿化设计密切结合主体工程，秉承“人与自然和谐相处”的理念，最大程度地减少工程施工对环境的扰动，并且可以利用森林的储碳功能，吸收和固定大气中的CO2。

G45大广高速公路南康至龙南段扩容工程（以下简称“大广扩容南龙段”）沿线水热条件优越，生态环境良好，自然植被以低山丘陵亚热带常绿阔叶林类型为主，乡土树种丰富。项目依托大广扩容南龙段绿化工程，研究赣南地区公路固碳释氧生态林带的特点和设计原则，为相似工程的固碳释氧林带设计提供参考。

一、材料与方法

（一）区域概况

大广扩容南龙段路线全长132.716 km，小江联络线路线长11.954km，起点位于南康十八塘乡的结孜石下附近（25.92N，114.72E），终点位于渡江镇杉树下(24.85N，114.72E)。工程以低山丘陵和山地为主，盆地、谷地广布，略带鄱阳湖平原，地质地貌丰富典型，属亚热带季风湿润气候，具有典型的亚热带森林植物群落。工程纵跨重要经济腹地100多公里，既是我国东南地区公路的典型代表，又是缓解三益枢纽通行压力的重要扩容工程。

（二）研究方法

1.植被呼吸与理化性质的测定

根据植物的固碳机理，可通过测定植物光合作用的日同化量，推算植物日固碳量和释氧量。根据工程实践和光合作用机理，使用光合作用测定仪测定植物的瞬时光合效率，计算树种当日净同化量。

在树木光合作用日变化曲线中，横轴为时间，纵轴为净光合速率曲线，树木的同化量可以通过积分算得，即横轴与纵轴围合的面积。因此，某树种的当日净同化量的计算公式（1）为：

公式（1）中，P为园林树种的日同化总量（mmol·m-2·d-1）；Pi指初测点的瞬时光和速率，Pi+1为下一测点的瞬时光和速率（μmol·m-2·s-1）；同样地，ti为初测点的瞬时时间，ti+1为下一测定点的时间，单位为小时；j为测试次数；3600为时间系数，即每小时为3600秒；1000是单位换算系数，即1mmol为1000μmol。

根据摩尔质量公式，通过上文得到的园林树种日同化总量，测定其日固碳量和日释氧量为公式（2）。

公式（2）中，44 和32 分别为CO2和O2的摩尔质量（g·mol-1），WCO2和WO2分别为每平方米地面面积上的叶片固定CO2和O2的质量（g·m-2·d-1）。

通过测定树种光合效率来估算其固碳释氧量的方法，更适用于每年6月至8月，因为6月至8月园林树种的生长旺盛，估算出来的日固碳释氧量一般为一年之中的峰值。

净光合速率可用光合测定仪测定，选取每个月下旬的连续3个晴天进行测定。选取长势良好、无病虫害等常见的乔灌木绿化树种作为试验材料，采用Li-6400便携式光合仪，每天从8时至18时，每隔2h对所选树种的净光合速率进行测定。根据各树种的净光合速率日变化曲线图计算植物在测定当日的净同化量，计算公式为公式（1）。

一般植物夜间的暗呼吸消耗量按照白天同化量的20%计算，因此单位叶面积净日固碳量的计算公式如（3）。

公式（3）中为树种日固碳量（g·m2·d）。根据光合作用的反应方程CO2+4H2O→CH2O+3H20+O2，可计算出该测定日植物释放氧气的量，公式如（4）。

公式（4）中Wo2为日释氧量（g·m2·d）。

植物净光合速率的高低决定了其固碳释氧能力的大小，然而植物的净光合速率的变化除与树种的生物学特性有关外，还受许多外界生态因子的影响。植物光合作用是植物与外界环境进行能量转化的过程，在此过程中植物将大气中的CO2固定在体内并释放出O2。净固碳量越高说明此种植物与外界交换的CO2和O2量越多，固定在体内的有机质含量就越高。固碳释氧能力最强的是鸡蛋花，最弱的是中国无忧树，结果如表1所示。

2.数据分析

采用SPSS统计分析软件提供的系统聚类中的（或称离差平方和法）Ward法，聚类分析各树种的日净固碳量。研究将树种各自看成一类，选择各树种的日净固碳量作为衡量植物吸收CO2的特征向量，用Ward法对树种日净固碳量进行聚类。

如图1所示，使用Ward法将15种树种日净固碳量进行聚类，可以分为三类：第一类(日净固碳量高)如细叶榄仁、人面子、鸡蛋花、美丽异木棉和花叶艳山姜，固碳量为17g/(m2·d)～21g/(m2·d) 释氧量为12g/(m2·d)～17g/(m2·d)；第二类(日净固碳量中等)如小叶榕、三角梅、大红花、樟树和荔枝，固碳量为12g/(m2·d)～15g/(m2·d)，释氧量为9g/(m2·d)～11g/(m2·d)；第三类(日净固碳量低)如散尾葵、龙船花、九里香、腊肠树和鹅掌柴，固碳量为6g/(m2·d)～11 g/(m2·d)，释氧量为4g/(m2·d)～8g/(m2·d)。从固碳释氧力的角度出发，在绿化树种的选择上建议多选择第一类、第二类树种，第三类可不选或少选。

图1 日净固碳量聚类

表1 赣南地区高速公路常用绿化树种固碳释氧能力汇总表

二、成果

（一）树种选择

综上，在所比较的绿化植物中，固碳释氧量变化主要是植物物种的绿量差异造成的。由此可知，植物固碳释氧能力与本身物种结构有关，与植物绿量也密切相关。阔叶乔木的单株叶面积大，因此在绿化公路及服务区时，多用阔叶乔木树种，搭配灌木树种，会有较强的固碳释氧功效。

植被固碳释氧能力与单株植物的叶面积有较大关系。因此，选择在高速公路上移栽有较大单株叶面积的树种，能够最大程度地发挥绿色植被在高速公路中的固碳释氧作用。高速公路建设中，将一些大树移栽于城市绿化工程需要的位置，既美化了环境，又保护了天然资源。大树孤植既可独木成景形成别具特色的园林景观，又可起到荫庇之用。

表2 生态环保与景观一体化绿化植物组合模式

表3 林带固碳释氧效益预测

（二）赣南地区公路固碳释氧林带配置

根据上述结论及路域景观美化的需要，对高速公路功能空间分类，根据各个功能空间的功能特点和绿化要求，提出基于固碳释氧需求的主要绿化植物组合模式，如表2所示。

固碳释氧效益随时间增速，如表3所示，随着时间推移，固碳释氧生态林带将表现出很好的生态环境效益。

三、结语

综合分析和讨论，大广扩容南龙段固碳释氧生态林带绿化植物组合模式应遵循多项原则，即“突出功能性，体现交通服务理念”，高速公路包括服务区内植物绿化除了具有防止水土流失、抗污染、净化尾气、降低地表温度等作用外，还具有划分、隔离、围合、连接场地空间和美化、遮蔽、观光等作用，植物绿化过程中应结合功能性需要筛选并进行植物配置，体现交通服务的功能理念。

“追求生态性，体现可持续发展理念”，减少盲目的人工环境改造，降低工程造价，在绿化植物筛选时应充分将绿化用地的立地、环境条件考虑其中，可结合当地环境选择植物，减少各类病害的发生，方便日常绿化养护。

“体现地域性，体现景观融合理念”，强调公路生态景观的个性化，营造富有地域特色的公路生态景观，避免千篇一律。打造美丽公路，合理布置绿化层次，确保大广高速“三季有花，四季常青”，使观赏、功能、经济三者有机结合起来。