對(duì)生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)和保護(hù)功能的量化分析——以某高速公路生態(tài)驗(yàn)收調(diào)查為例

梁偉 史延萍 （天津市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 天津 300191)

0 引言

各地生態(tài)系統(tǒng)的基本功能是作為物質(zhì)生產(chǎn)和太陽(yáng)能固定的功能，具體的表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)功能。本文案例項(xiàng)目所選的區(qū)域最重要的生產(chǎn)功能是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能。由案例項(xiàng)目的占地類型以及分布來(lái)看，某一區(qū)域農(nóng)業(yè)的格局和組成分布不會(huì)受到影響，也就是說(shuō)農(nóng)業(yè)的生態(tài)結(jié)構(gòu)沒(méi)有受到不利影響，而功能一般是由結(jié)構(gòu)決定，所以它的生產(chǎn)功能基本沒(méi)有受到什么影響，只是產(chǎn)量稍微有一些影響。

生態(tài)系統(tǒng)的另一基本功能是調(diào)節(jié)和保護(hù)的功能。綠色植物可以通過(guò)光合作用吸收二氧化碳，呼出氧氣，而且有滯塵、吸收二氧化硫這些污染物的作用。本文案例所選的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和保護(hù)功能，一般是由該區(qū)域的植被所決定的，鑒于本案例項(xiàng)目的取土區(qū)域和臨時(shí)占地大都得到了及時(shí)的綠化恢復(fù)，區(qū)域植被覆蓋度的降低僅僅限于公路兩側(cè)永久占地中的路面部分，并且它的恢復(fù)措施采用的植物大多是本地物種，引進(jìn)的物種也已經(jīng)是被證明不會(huì)成為那些入侵的生物物種，如冬青、蜀檜、紫葉李等，所以這片區(qū)域的生態(tài)功能基本不會(huì)改變。

1 植物固碳的概念

固碳也叫碳封存，指的是增加除大氣之外的碳庫(kù)的碳含量的措施，它包括物理固碳和生物固碳。物理固碳是將二氧化碳長(zhǎng)期儲(chǔ)存在人類開(kāi)采過(guò)的油氣井、煤層和深海里。植物固碳是植物通過(guò)光合作用可以將大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物，并以有機(jī)碳的形式固定在植物的體內(nèi)或土壤中。而生物固碳就是利用植物的這些光合作用，提高生態(tài)系統(tǒng)的碳吸收和儲(chǔ)存能力，從而減少二氧化碳在大氣中的濃度，減緩全球變暖的趨勢(shì)。

2 量化分析

一般綠色植物的固碳釋氧量可以從一個(gè)方面定量地說(shuō)明生態(tài)系統(tǒng)的功能情況?，F(xiàn)將本文的案例公路建設(shè)前后綠色植物固碳釋氧量的變化計(jì)算如下：

2.1 計(jì)算方法

綠色植物光合作用[1]的反應(yīng)式可寫(xiě)為：

即光合作用每吸收固定1mol的CO2，就會(huì)釋放出1mol的O2。換算成質(zhì)量，即每吸收固定1g的CO2，就會(huì)釋放出0.73g的O2。

植物都有呼吸作用，其反應(yīng)式可寫(xiě)為：

固碳釋氧量的計(jì)算公式如下：

式中：P和O分別為綠色植物吸收二氧化碳量和釋放氧氣量的變化；

P1、P2、P3分別為綠化隔離帶、防護(hù)林草、收費(fèi)站和互通立交的綠化（綠色植物）吸收二氧化碳量；P4為原來(lái)的農(nóng)田吸收二氧化碳量；

O1、O2、O3分別為綠化隔離帶、防護(hù)林草、收費(fèi)站和互通立交的綠化（綠色植物）釋放氧氣量，O4為原來(lái)農(nóng)田的釋放氧氣量。

式中：Pi、Oi分別為第i類綠地吸收二氧化碳量和釋放氧氣量；

Si為第i類綠色植物的計(jì)算面積；

Fi第i類綠色植物的光合作用的時(shí)間；

Ki、Ji分別為第i類綠地光合作用強(qiáng)度系數(shù)，即單位時(shí)間單位面積吸收的二氧化碳量和放出的氧氣；

K0、J0分別為第i類綠色植物單位時(shí)間單位面積呼吸作用所放出的二氧化碳量和吸收的氧氣量；

F0為第i類綠色植物呼吸作用計(jì)算的時(shí)間。

2.2 參數(shù)選擇

研究表明，對(duì)于生長(zhǎng)良好的草坪，每平方米面積1小時(shí)可吸收二氧化碳1.5g，釋放出氧1.1g。而成年喬木由于它的葉片層次比較多，日固碳量、釋氧量相當(dāng)于同面積草坪的3～5倍?？紤]到實(shí)際情況，在計(jì)算時(shí)，參數(shù)選擇考慮如下：

①單位時(shí)間單位面積的固碳量釋氧量。[2]一般以草坪、草本植物和灌木為主的綠化隔離帶、收費(fèi)站和互通立交我們按草坪考慮，在光合作用進(jìn)行的時(shí)間內(nèi)，草坪每平方米1小時(shí)可吸收二氧化碳1.5g，放出氧氣1.1g。我們以每天的光合作用時(shí)間平均按12h計(jì)算，即每平方米每天吸收二氧化碳18g，放出氧氣13.2g。

對(duì)于以闊葉樹(shù)種為主的防護(hù)林，因其葉片面積較大，日固碳量釋氧量取同面積草坪的5倍，即每平方米每天吸收二氧化碳90g，放出氧氣66g。

②綠色植物無(wú)論是在白天還是夜間都有呼吸作用，但白天的呼吸作用在計(jì)算時(shí)已與光合作用綜合考慮，夜間單位時(shí)間呼吸作用所消耗的O2我們按白天同時(shí)間光合作用的1/10計(jì)算。即每平方米草坪、草本植物和灌木呼吸作用消耗的O2為1.32g，呼出的二氧化碳1.8g；闊葉樹(shù)種呼吸作用消耗的O2為6.6g，呼出的二氧化碳為9g。

③在5年以后，隨著公路兩側(cè)沿線農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，林果業(yè)面積的不斷增大，經(jīng)濟(jì)作物和糧食作物間作，其參數(shù)介于闊葉樹(shù)種和草本植物之間為：以光合作用每平方米每天釋放O235g，吸收二氧化碳50g計(jì)；呼吸作用吸收氧氣3.5g，呼出二氧化碳5g計(jì)算。

④我們?nèi)∷兄脖坏纳L(zhǎng)期為270d。

⑤忽略草坪、灌木和闊葉樹(shù)的休眠期的呼吸作用。

⑥對(duì)于一般農(nóng)作物的固碳釋氧量我們認(rèn)為與草本植物的相同。

2.3 計(jì)算結(jié)果

考慮到高速公路運(yùn)營(yíng)初期防護(hù)林以及綠地的建設(shè)還不完善，5年以后，防護(hù)林樹(shù)木將長(zhǎng)成，綠地系統(tǒng)也得到了基本完善，以及公路兩側(cè)沿線的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，林果業(yè)面積不斷擴(kuò)大，那么植物的固碳釋氧量也將隨之發(fā)生很大變化。因此，分別計(jì)算目前和5年以后這兩種情況下，相對(duì)于案例工程建設(shè)前原有農(nóng)作物植被固碳釋氧量的變化。計(jì)算結(jié)果分別見(jiàn)表1和表2。

表1 案例項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)初期范圍綠色植物固碳釋氧量變化

表2 案例項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)5年以后的區(qū)域植被吸碳釋氧量變化

3 計(jì)算結(jié)果分析

本文所選案例公路的項(xiàng)目建設(shè)使土地的利用方式發(fā)生了變化，項(xiàng)目的主體工程對(duì)土地的占用改變了土地的利用性質(zhì)，使原來(lái)單一的農(nóng)作物覆被發(fā)展成為防護(hù)林、綠地、農(nóng)作物和林果等多種類型的覆被，從而使這一區(qū)域綠色植物的固碳釋氧量也隨之發(fā)生相應(yīng)變化。

由于公路建設(shè)占用了一定面積的農(nóng)田，并且侵占了植被的生長(zhǎng)空間，使區(qū)域植被覆蓋面積減少，而且目前防護(hù)林草及綠地的建設(shè)還不完善，防護(hù)林樹(shù)木和公路兩側(cè)沿線林果苗剛栽種1～2年，都還處于幼苗期；服務(wù)區(qū)、管理區(qū)、互通立交綠地和邊坡防護(hù)綠地面積有待進(jìn)一步擴(kuò)大；公路建設(shè)中產(chǎn)生的揚(yáng)塵落到植物的葉面上，堵塞氣孔，影響植物的正常光合作用，使其生長(zhǎng)緩慢，生產(chǎn)力下降，生物量將減少。因此，這一區(qū)域的植被固碳釋氧量相對(duì)公路建設(shè)前有所減少。從表1可以看出：目前該區(qū)域的植被每年少吸收二氧化碳1.3萬(wàn)t，少釋放出氧氣7288t。

而在5年以后，防護(hù)林草坪草地和綠地建設(shè)得到完善，防護(hù)林那些小樹(shù)苗也長(zhǎng)成為枝繁葉茂的大樹(shù)，綠地面積隨之?dāng)U大。同時(shí)當(dāng)?shù)卣粩嗾{(diào)整農(nóng)業(yè)發(fā)展方向，要求在公路兩側(cè)種植寬度為50～100m的林木，公路兩側(cè)沿線200m范圍內(nèi)的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)也會(huì)不斷調(diào)整，林果面積增大，現(xiàn)在的幼果林也將成長(zhǎng)為繁盛的果林。因此，案例區(qū)域植被吸收二氧化碳和釋放氧氣的量也相應(yīng)增加，從表2可以看出：公路防護(hù)林的草坪草地、綠化綠地以及公路建設(shè)帶動(dòng)的周邊農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整使該區(qū)域的植被每年多吸收二氧化碳9.7萬(wàn)t，多釋放氧氣6.7萬(wàn)t。

4 小結(jié)

本文旨在為生態(tài)調(diào)查驗(yàn)收提供一種量化的計(jì)算方法，使我們從單純的定性分析提高到運(yùn)用量化數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，借以說(shuō)明一個(gè)生態(tài)項(xiàng)目的建設(shè)完成后能否達(dá)到我們預(yù)期的生態(tài)效益；如果不能，可以根據(jù)分析結(jié)論，提出相應(yīng)的補(bǔ)償方案，在必要時(shí)可提出異地補(bǔ)償?shù)囊?，以確保這些生態(tài)的建設(shè)項(xiàng)目的生態(tài)功能不降低?！?/p>

[1]王麗勉，胡永紅，秦俊，等.上海地區(qū)151種綠化植物固碳釋氧能力的研究 [J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，26（3）：129-131.

[2]韓煥金.城市綠化植物的固碳釋氧效應(yīng)[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（5）：70-72.