5種常綠園林植物秋季生態(tài)效益研究

石少昆 李靜 季淑婷 雷瓊

摘要：以臨沂地區(qū)5種常見常綠園林植物為試驗(yàn)材料，于秋季測(cè)定其光合速率和蒸騰速率，量化研究5種常綠園林植物單位面積植被的固碳釋氧量和吸熱降溫的能力。研究表明：大葉女貞、大葉黃楊、小葉黃楊3種植物的凈光合速率日變化呈雙峰型變化趨勢(shì)，第1次峰值出現(xiàn)在上午10：00.第2次峰值出現(xiàn)在下午14：00.并且在中午12：00時(shí)出現(xiàn)“光合午睡”現(xiàn)象;法國(guó)冬青及香樟的變化趨勢(shì)一致，呈單峰型變化趨勢(shì)，但最高峰值出現(xiàn)的時(shí)間不同，法國(guó)冬青的最高峰值出現(xiàn)在上午10：00.而香樟最高峰值出現(xiàn)在中午12：00。5種常綠園林植物單位葉面積日固碳釋氧能力從大到小依次為：大葉女貞>大葉黃楊>小葉黃楊>法國(guó)冬青>香樟;5種常綠園林植物增濕降溫能力從大到小依次為：大葉女貞>香樟>大葉黃楊>小葉黃楊>法國(guó)冬青。綜合評(píng)價(jià)5種常綠植物生態(tài)效益，在植物配置時(shí)，優(yōu)選大葉女貞、大葉黃楊和小葉黃楊，香樟可作為觀賞樹種適量引種。

關(guān)鍵詞：常綠植物;固碳釋氧;降溫增濕;光合速率

城市綠地作為城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)改善城市環(huán)境、維持城市生態(tài)穩(wěn)定具有重要作用。園林植物是構(gòu)成城市綠地系統(tǒng)的重要組成部分，能夠通過光合作用發(fā)揮固碳釋氧和降溫增濕的功能，在改善城市空氣質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)城市生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)方面發(fā)揮著重要作用。在進(jìn)行城市綠地建設(shè)時(shí)，不僅要考慮植物的觀賞價(jià)值，還要兼顧其生態(tài)效益的發(fā)揮，因此園林植物的選擇是城市綠地建設(shè)工作的重要內(nèi)容。近年來，對(duì)城市綠地系統(tǒng)的研究主要集中在空間規(guī)劃和植物群落植物配置等方面，而對(duì)綠地系統(tǒng)中植物生態(tài)功能定量化的研究不多。鑒于此，本研究選擇臨沂地區(qū)城市綠地常見的香樟、法國(guó)冬青、大葉女貞、小葉黃楊、大葉黃楊5種常綠園林植物，通過對(duì)其固碳釋氧、增濕降溫能力的比較和初步評(píng)估，為臨沂地區(qū)園林綠化的植物選擇和景觀空間規(guī)劃提供一定的理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1試驗(yàn)材料

在對(duì)臨沂城市綠地常綠植物應(yīng)用調(diào)查的基礎(chǔ)上，在臨沂大學(xué)校內(nèi)及周邊小區(qū)選取具有代表性的大葉女貞、法國(guó)冬青、大葉黃楊等5種常綠植物作為試驗(yàn)材料，試驗(yàn)材料均選自于綠地中生長(zhǎng)良好，大小基本一致，無病蟲害的植株，譯隋見表1。

1.2研究?jī)?nèi)容與方法

1.2.1光合蒸騰作用的測(cè)定。本研究使用美國(guó)LI-COR公司生產(chǎn)的LI-6400XT便攜式光合儀測(cè)定植物凈光合速率以及植物的蒸騰速率。于2018年9-11月，選擇晴朗無風(fēng)的天氣，在自然光照環(huán)境條件下，每次每個(gè)樹種選取向陽面葉齡相對(duì)一致的植株葉片3片，從8：00～16：00每隔2h測(cè)1次。

1.2.2固碳（CO₂）釋氧（O₂）量效益計(jì)算。根據(jù)光合作用的反應(yīng)方程式：CO₂+4H₂O—CH₂O+3H₂O+O₂可知吸收CO₂和釋放O₂的摩爾比是1：1.假設(shè)1天24h中光照時(shí)間為12h，可根據(jù)植株葉片凈光合速率日變化得出植株日平均凈光合速率，由此可估算出植物單位葉面積日固碳（CO₂）量和釋氧（O₂）量。

通過植物光合作用的日變化曲線圖可得，植物凈光合速率曲線和時(shí)間橫軸所形成的面積即同化量，故設(shè)植物凈同化量為P，因此可用公式來進(jìn)行計(jì)算：

公式中P為測(cè)定日的總同化量，單位為：mmol/（m²·d）;Pi指初測(cè)點(diǎn)光合作用的瞬時(shí)速率;Pi+1為下一測(cè)點(diǎn)光合作用的瞬時(shí)速率，單位均為umol/（m²·d）;T₁是指初測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)時(shí)間，T_i+1是指下一測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)時(shí)間，單位為h;3600指1h=3600s;1000指lmmol=1000umol。

植物日固定CO₂量可由測(cè)定日的同化總量換算得出，公式如下：WCO₂=Px44x10^-5

其中44為CO₂的摩爾質(zhì)量，Wco₂為單位葉面積的固碳（CO₂）量，單位：夕（m²·d）。

同時(shí)根據(jù)光合作用的反應(yīng)方程式可計(jì)算出該日植物釋放O₂的質(zhì)量，公式如下：Wo₂=P x 32×10^-6

其中32為O₂的摩爾質(zhì)量，Wo₂為單位葉面積釋氧（O₂）量，單位：g/（m²·d）。

1.2.3釋水吸熱量的計(jì)算。釋水和吸熱是植物同時(shí)進(jìn)行的2個(gè)過程，植物葉片蒸騰速率的日變化可由測(cè)定植物葉片光合速率日變化時(shí)同步測(cè)得。根據(jù)植物葉片蒸騰速率日變化規(guī)律可知植物日平均蒸騰速率，假設(shè)一天的蒸騰時(shí)間以12h計(jì)算，由此可計(jì)算出單位面積葉片每天的蒸騰總量。

計(jì)算公式：E=日平均蒸騰速率（mmol/（m²·s））x蒸騰時(shí)間（12h）×3600（s）÷1000

WH₂o=Ex18

其中E為測(cè)定日的蒸騰總量，單位：mol/（m²·d）;為測(cè)定范圍內(nèi)釋水總量，單位g/（m²·d），P8是H₂O的摩爾質(zhì)量。

蒸騰作用是植物通過葉片或莖葉上的氣孔和角質(zhì)層以氣態(tài)形式向外界擴(kuò)散水分的過程，該過程不斷吸收環(huán)境中的熱量，增強(qiáng)環(huán)境濕度，從而達(dá)到降低溫度改善周邊小氣候的作用。假設(shè)植株單位葉面積在測(cè)定范圍內(nèi)因釋放水分而吸收的熱量為Q，因此計(jì)算公式為：

Q=WH₂Ox Lx4.18

L=597-0.57x T

其中Q為植株單位面積葉片日吸熱量，單位：J/（m²·d）;WH₂O為植物每日蒸騰總量，單位：g/（m²·d）;L為蒸發(fā)耗熱系數(shù);T為葉面溫度。

1.2.4數(shù)據(jù)處理分析。所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行圖表制作，利用DPS7.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行顯著性差異分析，顯著水平為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.15種常綠園林植物凈光合速率的日變化概況

由圖1可知：大葉女貞、大葉黃楊、小葉黃楊的凈光合速率日變化趨勢(shì)基本一致，變化趨勢(shì)呈雙峰型，并且在中午12：00出現(xiàn)“光合午睡”現(xiàn)象，大葉女貞等3種植物均在10：00出現(xiàn)第1高峰，其值分別為8.9umol/（m²·s）、7.7umol/（m²·s）、7.5umol/（m²·s）;在14：00時(shí)出現(xiàn)第2高峰，其值分別為7.0umol/（m²·s）、6.5umol/（m²·s）、6.3umol/（m²·s）。香樟和法國(guó)冬青變化趨勢(shì)相似，呈單峰變化趨勢(shì)，但最高峰值出現(xiàn)的時(shí)間不同，香樟最高峰值出現(xiàn)在中午12：00左右，其值為4.8umol/（m²·s），而法國(guó)冬青的最高峰值出現(xiàn)在上午10：00左右，其值為5.7umol/（m²·s）。

2.25種常綠園林植物固碳釋氧效應(yīng)

表2表明：5種不同常綠園林植物的日均凈光合速率依次為大葉女貞>大葉黃楊>小葉黃楊>法國(guó)冬青>香樟。因本試驗(yàn)中法國(guó)冬青采樣點(diǎn)多生長(zhǎng)在樹蔭下，接受到的陽光少，故光合速率低;香樟雖然生長(zhǎng)在陽光充足的地方，但其光合速率還低于身為灌木的冬青，原因可能是香樟本為南方樹種，引種至北方后，雖然能夠成活，但其生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)不如本地樹種。

大葉女貞、大葉黃楊日固碳量差異較小，但與香樟、法國(guó)冬青差異顯著，5種植物日固碳量從大到小依次為大葉女貞>大葉黃楊>小葉黃楊>法國(guó)冬青>香樟。與日固碳量相似，大葉女貞日釋氧量與其它4種植物差異顯著，小葉黃楊與大葉黃楊差異不顯著，但均與香樟和法國(guó)冬青差異顯著。5種植物日釋氧量從大到小依次為大葉女貞>大葉黃楊>小葉黃楊>法國(guó)冬青>香樟。

通過單位葉面積年固碳（CO₂）量和釋氧（O₂）量可以對(duì)試驗(yàn)植物的固碳釋氧能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，一般而言，單位葉面積年固碳釋氧量≥3500g為能力較強(qiáng)，介于2500-3500g之間為較強(qiáng)，≤2500g為弱。按照上述標(biāo)準(zhǔn)，5種園林植物固碳釋氧能力由強(qiáng)到弱依次為大葉女貞、大葉黃楊、法國(guó)冬青、香樟。

2.35種常綠植物增濕降溫效應(yīng)

整株植物的日蒸騰釋水量取決于其單位葉面積日蒸騰量，因此植物的生態(tài)效益與物種的生態(tài)學(xué)特征緊密相關(guān)。表4表明：相同條件下，5種園林植物中大葉女貞的釋水量和吸熱量最高，其值分別為3732.48g/（m²·d）和9P36.39KJ/（m²·d），法國(guó)冬青釋水量和吸熱量?jī)H為2877.12g/（m²·d）和6852.30KJ/（m²·d），能力較低;香樟、法國(guó)冬青、大葉黃楊介于二者之間。5種園林植物單位葉面積釋水量從大到小依次為大葉女貞>香樟>大葉黃楊>小葉黃楊>法國(guó)冬青;單位葉面積吸熱量從大到小依次為大葉女貞>香樟>大葉黃楊>小葉黃楊>法國(guó)冬青。大葉女貞、香樟和大葉黃楊單位面積葉片蒸騰釋水量差異不顯著，但均與法國(guó)冬青、小葉黃楊差異顯著;就日吸熱量而言，大葉女貞與香樟差異不顯著，但與其他3種植物均差異顯著。

3 總結(jié)與討論

研究表明：大葉女貞、大葉黃楊、小葉黃楊的凈光合速率日變化趨勢(shì)基本一致，呈雙峰型變化趨勢(shì)，并且在中午12：00出現(xiàn)“光合午睡”現(xiàn)象，李萍”等對(duì)國(guó)槐研究也曾得出類似結(jié)果。香樟和法國(guó)冬青變化趨勢(shì)一致，呈單峰變化趨勢(shì)，但最高峰值出現(xiàn)的時(shí)間不同，香樟最高峰值出現(xiàn)在中午12：00.而法國(guó)冬青的最高峰值出現(xiàn)在上午10：00。

植物光合特性受多種因子影響，導(dǎo)致植物固碳釋氧、降溫增濕能力也存在差異。5種常綠園林植物中，大葉女貞、大葉黃楊單位葉面日均固碳釋氧量差異不明顯，但與香樟、法國(guó)冬青差異顯著，5種植物日均固碳釋氧能力從大到小依次為大葉女貞>大葉黃楊>小葉黃楊>法國(guó)冬青>香樟。

植物一方面能阻擋太陽輻射，減少到達(dá)地面的熱量，同時(shí)能通過蒸騰作用吸收周圍環(huán)境中的熱量降低空氣溫度，并向環(huán)境中釋放水分增加空氣濕度，從而調(diào)節(jié)環(huán)境小氣候，本研究5種常綠園林植物單位葉面積釋水量從大到小依次為大葉女貞>香樟>大葉黃楊>小葉黃楊，法國(guó)冬青;單位葉面積吸熱量依次為大葉女貞>香樟>大葉黃楊>小葉黃楊>法國(guó)冬青。其原因可能與植物體量有關(guān)，大葉女貞和香樟屬喬木，體量大，根系分布廣而深，大葉黃楊、小葉黃楊和法國(guó)冬青屬灌木或小喬木，體量小，根系部分較淺。張艷麗等”研究也認(rèn)為植物三維綠量越大，生態(tài)效益相對(duì)越好。法國(guó)冬青無論單位葉面積吸熱量還是釋水量均最小，這可能與其生長(zhǎng)在蔭蔽的環(huán)境有關(guān)。

綜合評(píng)價(jià)5種常綠園林植物可得，大葉女貞、大葉黃楊、小葉黃楊年固碳釋氧能力強(qiáng)。大葉女貞、香樟、大葉黃楊降溫增濕效果較好。在測(cè)定的5種植物中，大葉女貞、香樟屬于喬木，大葉黃楊、小葉黃楊和法國(guó)冬青屬灌木，從測(cè)定結(jié)果看，顯然無論是固碳釋氧能力還是降溫增濕能力都是喬木大葉女貞最佳，香樟雖然是喬木，但因?yàn)槭悄蠘浔狈N，雖然近年來在臨沂城市建設(shè)中引種較多，但通過測(cè)定，其單位葉面積固碳釋氧能力不如本地灌木，這一現(xiàn)象在今后綠地植物配置中應(yīng)引起足夠重視。

植物的生態(tài)效益受自身的三維綠量和環(huán)境中的多種因子及影響，本研究只針對(duì)北方城市幾種常見的闊葉常綠樹種的秋季固碳釋氧和降溫增濕能力進(jìn)行了研究，樣本數(shù)量有限，且一些喬木因樹體高大難以進(jìn)行活體數(shù)據(jù)采集，因此其生態(tài)效益評(píng)估數(shù)據(jù)存在一定誤差。今后還應(yīng)分季節(jié)大量取樣，增加多種因子如綠量、人工修剪、凋落物量等方面影響的測(cè)定和分析，才能更好地為城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供更為充分的數(shù)據(jù)參考和理論指導(dǎo)。