基于碳匯視角的南寧城市綠化樹(shù)種研究

韋 泰，宋書(shū)巧

(廣西師范學(xué)院地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣西 南寧 530000)

基于碳匯視角的南寧城市綠化樹(shù)種研究

韋 泰，宋書(shū)巧

(廣西師范學(xué)院地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣西 南寧 530000)

在南寧市區(qū)選擇8種使用率較高的綠化樹(shù)種，利用ECA-PB0402光合測(cè)定儀測(cè)量其光合速率的日變化率，并由此計(jì)算出其凈同化量、固碳量和釋氧量。結(jié)果表明，8種植物中除了扁桃之外，其余7種植物被測(cè)日的光合速率在13∶00時(shí)達(dá)到峰值。被測(cè)植物的光合速率與同化量、固碳量和釋氧量成正比關(guān)系，其強(qiáng)弱順序?yàn)椋喝嗣孀?羊蹄甲>芒果>榕樹(shù)>九里香>扁桃>朱槿>夾竹桃。喬木固碳、釋氧能力整體上強(qiáng)于灌木，但灌木九里香的固碳、釋氧能力要強(qiáng)于喬木扁桃。

城市綠化樹(shù)種；碳匯；釋氧；光合速率；南寧市

近年來(lái)，隨著城市快速發(fā)展，各類城市環(huán)境問(wèn)題愈加凸顯，人們更能認(rèn)識(shí)到市區(qū)內(nèi)的綠地系統(tǒng)對(duì)改善城市氣候、污染等問(wèn)題發(fā)揮著重要作用。南寧市有“綠城”之城，并榮獲“全國(guó)綠化模范城市”等獎(jiǎng)項(xiàng)。據(jù)2015年《中國(guó)國(guó)土綠化狀況公報(bào)》統(tǒng)計(jì)，全國(guó)城市建成區(qū)綠地率36.34%，綠化覆蓋率35.8%，人均公園綠地面積達(dá)13.16 m2。而《南寧年鑒》數(shù)據(jù)顯示，南寧市這3項(xiàng)指標(biāo)分別為36.82%、 42.89%和 14.27 m2，均高于全國(guó)平均水平。由此可見(jiàn)，南寧市“綠城”稱號(hào)實(shí)至名歸，但其在城市綠化設(shè)計(jì)、樹(shù)種選擇等方面依然存在不合理之處[1]。近年來(lái)有學(xué)者對(duì)南寧綠地植物進(jìn)行相關(guān)調(diào)查研究，如門(mén)媛媛[2]等于2009年對(duì)南寧市居住小區(qū)內(nèi)使用的園林植物種類進(jìn)行調(diào)查與分析；李秀娟[3]等對(duì)南寧等地園林常用樹(shù)種應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了相關(guān)研究；蘆建國(guó)[4]等對(duì)南寧主要公共綠地樹(shù)種構(gòu)成進(jìn)行相關(guān)研究。筆者發(fā)現(xiàn)，相關(guān)學(xué)者較多的是對(duì)南寧公共綠地樹(shù)種分布和數(shù)量進(jìn)行研究，而對(duì)于樹(shù)種選擇方法的研究較少，同時(shí)也缺少相關(guān)樹(shù)種選擇方法的參考依據(jù)。碳匯能力的強(qiáng)弱標(biāo)志著該樹(shù)種從大氣中吸收CO2能力的強(qiáng)弱。筆者從綠地常見(jiàn)樹(shù)種碳匯能力的角度出發(fā)，選擇南寧市8種常用綠化植物，利用相關(guān)儀器對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，對(duì)比其固碳釋氧能力，找出在相似條件下固碳釋氧能力更強(qiáng)的樹(shù)種，為南寧綠地樹(shù)種選擇提供相關(guān)參考依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

南寧市地處桂東南，市總面積和建成區(qū)面積分別為 22 099 km2和285 km2。地處亞熱帶地區(qū)，年均溫將近22℃，氣溫最低月和最高月分別為1月和7月，其均溫分別為12.8℃和28.2℃，極端最低溫-2.1℃，極端最高溫40.4℃，年均降水量 1 401 mm，年均日照時(shí)間 1 545 h。其良好的水熱條件催生了龐大的植物種群。截至2014年，南寧市轄區(qū)有高等植物(不包括苔蘚植物)244科1 044屬3 000多種。喬木種類大約為600種，以殼斗科、茶科為主要科。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)獲取

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料、文獻(xiàn)[5]和實(shí)地調(diào)查，在南寧城市綠化植物中選取5種常見(jiàn)的喬木和3種常見(jiàn)灌木作為研究對(duì)象(表1)。每種樹(shù)種隨機(jī)選擇3株，每株分別選擇3片葉面完整的向陽(yáng)葉片，在晴朗無(wú)風(fēng)的天氣，利用ECA-PB0402光合測(cè)定儀對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定。該測(cè)定儀測(cè)量所得數(shù)據(jù)包括光照強(qiáng)度、CO2濃度、溫度、氣孔導(dǎo)度、光合速率、空氣濕度、蒸騰速率等?？紤]到城市綠化植物的光照時(shí)間受建筑物影響較大，特別是太陽(yáng)高度角較小時(shí)建筑物對(duì)陽(yáng)光的遮擋面積大，故測(cè)量時(shí)間定為9∶00—17∶00，每2 h測(cè)量一次。采用葉室對(duì)樣品進(jìn)行單頁(yè)閉路測(cè)量，每次測(cè)量時(shí)間為15 s，每3 s系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，讀取瞬時(shí)光合速率，取平均值。

2.2 數(shù)據(jù)分析方法

各樹(shù)種光合速率變化折線中，光合速率與時(shí)間軸的合圍面積是植物凈同化量。因此，可以通過(guò)樹(shù)種的光合速率算出其凈同化量[6]。

表1 測(cè)量樹(shù)種

設(shè)P為凈同化量，推出某被測(cè)樹(shù)種在測(cè)量日的凈同化量的計(jì)算公式為：

(1)

式中:P為某植物日單位面積同化總量，單位為mmol/(m2·d)；Pi為首次測(cè)量的瞬時(shí)光合速率；Pi+1為下一測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)光合速率，單位為μmol/(m2·s)；ti為首次測(cè)量的時(shí)間，ti+1為下一測(cè)點(diǎn)的時(shí)間，單位h；j為測(cè)試次數(shù)，3 600指每小時(shí)為3 600 s，1 000指1 mmol為1 000·μmol。

由光合作用反應(yīng)方程式(CO2+4H2O→CH2O+3H2O+O2)，得出用某樹(shù)種的日同化總量換算成該樹(shù)種日固定CO2量和釋放O2量的公式為：

Wco2=P×44÷1000

(2)

式中:Wco2為某樹(shù)種某日單位葉面積固定CO2的質(zhì)量，單位為g/(m2·d)；44為CO2的摩爾質(zhì)量，單位為g/mol。

Wo2=P×32÷1000

(3)

式中：Wo2為某樹(shù)種某日單位葉面積通過(guò)光合作用釋放O2的質(zhì)量，單位為g/(m2·d);32為O2的摩爾質(zhì)量，單位為g/mol。

3 結(jié)果與分析

3.1 8種常用植物被測(cè)日光合速率分析

根據(jù)測(cè)量所得數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，植物的光合速率受外界溫度、光照強(qiáng)度、CO2濃度等因素影響會(huì)有所波動(dòng)。

從圖1和圖2可以看出，灌木和喬木的光合速率都有一個(gè)峰值，除了扁桃之外，其它被測(cè)植物峰值都出現(xiàn)在13時(shí)左右，此時(shí)的光照強(qiáng)度和溫度均達(dá)到測(cè)量時(shí)段的最大值；喬木的光合速率整體上要大于灌木，但九里香卻高于扁桃；喬木下午的光合速率變化要比上午平緩，灌木則相反，這可能是因?yàn)閱棠驹谏衔绺焓艿焦庹?，溫度變化較快，而下午灌木受到建筑物和其它高大植物的遮擋，光照時(shí)間較喬木少，溫度下降快，光合速率也變化較快。

圖1 喬木測(cè)量日光合速率Fig.1 Photosynthetic rate of trees measuring

圖2 灌木測(cè)量日光合速率Fig.2 Photosynthetic rate of shrub measuring

3.2 8種常用植物碳匯能力分析

利用圖1和圖2中的數(shù)據(jù)，算出8種被測(cè)樹(shù)種的凈同化量和固碳量(表2、圖3)。

從表2中可以看出，凈同化量和固碳量成正比關(guān)系。

圖3顯示了5種喬木碳匯能力強(qiáng)弱順序?yàn)椋喝嗣孀?16.63 g/(m2d))>羊蹄甲(14.53 g/(m2d))>芒果(13.7 g/(m2d))>榕樹(shù)(12.83 g/(m2d))>扁桃(9.27 g/(m2d))，其中碳匯能力最強(qiáng)的人面子和最弱的扁桃相差了1.8倍。3種灌木碳匯能力強(qiáng)弱順序?yàn)椋壕爬锵?11.59 g/(m2d))>朱槿(8.66 g/(m2d))>夾竹桃(7.75 g/(m2d))，其中碳匯能力

表2 被測(cè)植物同化量、固碳量和釋氧量

圖3 8種植物日固碳量Fig.3 Day carbon fixation of eight kinds of plants

最強(qiáng)的九里香和最弱的夾竹桃相差了1.5倍。由圖3可知，喬木的碳匯能力整體上要強(qiáng)于灌木，其中碳匯能力最強(qiáng)的人面子和最弱的夾竹桃相差了2.1倍，但九里香的日固碳量(11.59 g/(m2d))卻要高于扁桃(9.27 g/(m2d))。

3.3 8種常用植物釋氧能力分析

通過(guò)計(jì)算得出8種被測(cè)植物釋氧量，對(duì)比圖3和圖4可以發(fā)現(xiàn)，該8種植物的固碳與釋氧能力成正比。5種喬木釋氧能力強(qiáng)弱順序?yàn)椋喝嗣孀?12.1 g/(m2d))>羊蹄甲(10.6 g/(m2d))>芒果(10 g/(m2d))>榕樹(shù)(9.3 g/(m2d))>扁桃(6.7 g/(m2d))。3種灌木釋氧能力強(qiáng)弱順序?yàn)椋壕爬锵?8.4 g/(m2d))>朱槿(6.3 g/(m2d))>夾竹桃(5.6 g/(m2d))。喬木釋氧量整體上要高于灌木，但九里香的日釋氧量(8.4 g/(m2d))卻要高于扁桃(6.7 g/(m2d))。人面子單位葉面積釋氧量最高(12.1 g/(m2d))，夾竹桃單位葉面積釋氧量最低(5.6 g/(m2d))，兩者相差2.1倍。

圖4 8種植物日釋氧量Fig.4 Oxygenreleasingofeightkindsofplants

4 討論

選擇了南寧市區(qū)8種常見(jiàn)綠化植物，利用相關(guān)儀器對(duì)其光合速率進(jìn)行測(cè)量，并計(jì)算得出其日固碳量和釋氧量。結(jié)果表明：

1)植物的光合作用是其重要的生理過(guò)程，其受外部環(huán)境眾多因素的影響，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在變化，其主要包括溫度、光照強(qiáng)度以及CO2濃度等。即使是在近似的環(huán)境中，各類植物的光合速率也不盡相同。

2)南寧市8種常用綠地植物的光合速率隨光照強(qiáng)度變化，除了扁桃日光合速率在11∶00時(shí)達(dá)到最大值外，其余7種植物的日光合速率在13∶00時(shí)達(dá)到最大值，且只有一個(gè)峰值。

3)基于測(cè)量得到的8種植物的日光合速率變化值，通過(guò)計(jì)算表明，8種植物的固碳、釋氧能力成正比，強(qiáng)弱順序?yàn)椋喝嗣孀?羊蹄甲>芒果>榕樹(shù)>九里香>扁桃>朱槿>夾竹桃。喬木整體上強(qiáng)于灌木。

南寧市擁有良好的氣候條件和豐富的植物資源，城市綠化植物可根據(jù)不同的需求進(jìn)行靈活調(diào)整，在考慮景觀效果的同時(shí)，從樹(shù)種固碳釋氧功能強(qiáng)弱的角度出發(fā)來(lái)選擇市區(qū)內(nèi)綠化樹(shù)種，兼顧生態(tài)效益，以提高人居環(huán)境水平。本研究為南寧市綠化樹(shù)種選擇提供一些參考依據(jù)。

[1] 胡書(shū)勇.廣西南寧城市園林綠化之現(xiàn)狀及對(duì)策藝[J].現(xiàn)代園林,2014(6):130-131.

[2] 門(mén)媛媛，王偉平，崔勇.南寧市居住小區(qū)常用園林植物調(diào)查與分析[J].廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，2(5):21-24.

[3] 李秀娟，仇碩，趙建,等.廣西園林植物應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)查與分析[J].廣西植物，2009，29(5)：635-639.

[4] 蘆建國(guó)，王先從.南寧市主要公共綠地園林植物及其景觀淺析[J].福建林業(yè)科技，2012，39(2):155-159.

[5] 溫光遠(yuǎn)，黃志輝.廣西南寧、柳州、桂林城市園林植物的調(diào)查與分析[J].廣西植物，1992，12(3)：279-287.

[6] 劉海榮，宋力.5種常用灌木固碳釋氧能力的比較研究[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，36(2)：204-207.

Urban Greening Tree Species in Nanning based on Carbon Sink

WEI Tai, SONG Shuqiao

(Institute of Geography and Planning, Guangxi Normal University, Nanning 530000, China)

Using ECA-PB0402 photosynthetic apparatus, 8 greening plants with higher utilization rate were selected in Nanning city to measure the daily change rate of photosynthetic rate, and to calculate net assimilation value, carbon sink, oxygen release. The results showed that the photosynthetic rate of 8 species of plants reached the peak at the time of 13∶00 except almond. plant photosynthesis and assimilation had a directly proportion, so did carbon sequestration and oxygen release, the strength of the order followed as Dracontomelon duperreanum Pierre>Bauhinia purourea>Mangifera indica>Ficus microcarpa>Murraya exotica>Mangifera persiciforma>Hibiscus rosa-sinensis>Nerium indicum. Carbon fixation and oxygen release capacity of trees was better than shrubs, but Carbon sequestration capacity and oxygen release ability of Murraya exotica were stronger than Mangifera persiciforma.

urban greening plants; carbon sink; oxygen release; photosynthetic rate; Nanning City

10.3969/j.issn.1671-3168.2017.01.031

2016-12-28.

廣西西江流域生態(tài)環(huán)境與一體化發(fā)展協(xié)同創(chuàng)新中心資助.

韋 泰(1990-)，男，廣西河池人，碩士研究生.研究方向:國(guó)土開(kāi)發(fā)與資源利用.

宋書(shū)巧(1964-)，女，山東煙臺(tái)人，廣西師范學(xué)院環(huán)境與生命科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)，博士，教授，碩士生導(dǎo)師.研究方向?yàn)閰^(qū)域環(huán)境、鄉(xiāng)村旅游.

S731.2；S79

A

1671-3168(2017)01-0139-04