不同生活型園林植物固碳能力統(tǒng)計(jì)分析

郜 晴，馬錦義,2*，邵海燕 ，陳顥明

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，江蘇 南京 210095; 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部景觀農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210095;3.南京理工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，江蘇 南京 210094)

隨著城市化進(jìn)程的加快，環(huán)境問(wèn)題日益增多，作為天然碳匯體的園林植物，可通過(guò)光合作用有效固碳，減緩城市熱島效應(yīng)[1]。而園林植物的應(yīng)用，經(jīng)常按照生活型的不同來(lái)進(jìn)行具體安排。生活型是植物對(duì)環(huán)境條件適應(yīng)后在其生理、結(jié)構(gòu)，尤其是外部形態(tài)上的一種具體反映[2]。本文按照?qǐng)@林植物常見(jiàn)的生活型差異，將其分為常綠喬木、落葉喬木、常綠灌木、落葉灌木、藤本、花草6種類(lèi)型。由于不同植物的固碳能力各不相同，如何在有限的土地上最大程度發(fā)揮植物的固碳作用，則需要對(duì)各類(lèi)生活型植物的固碳能力進(jìn)行分析比較。但目前相關(guān)研究大多側(cè)重于少數(shù)植物種類(lèi)的固碳能力，系統(tǒng)性批量化的固碳能力比較分析研究成果鮮有報(bào)道。因此，本文對(duì)前人零散的植物固碳能力研究數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的歸納和分類(lèi)比較，為低碳型園林綠地建設(shè)，特別是在發(fā)揮不同類(lèi)型園林植物高固碳效益方面，提供科學(xué)依據(jù)和應(yīng)用參考。

1 指標(biāo)選取與數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

1.1 指標(biāo)選取

園林植物固碳是指園林植物通過(guò)光合作用吸收大氣中的二氧化碳并將其轉(zhuǎn)換為有機(jī)物，從整體上減少空氣中二氧化碳，增加氧氣的過(guò)程。反映園林植物葉片光合效率(即園林植物固碳能力)的一個(gè)重要指標(biāo)是單位葉面積日固碳量，是指植物單位面積葉片在單位時(shí)間內(nèi)所固定二氧化碳的質(zhì)量[g/(m2·d)]，這一指標(biāo)雖然反映了園林植物固碳能力，但不能直接衡量園林綠地的固碳能力高低。因?yàn)椴煌N類(lèi)園林植物形態(tài)特征變化較大，植株單位覆蓋(或稱(chēng)投影)面積上葉片總面積值(通常用葉面積指數(shù)來(lái)表示)存在較大差異，即使2種植物的單位葉面積日固碳量相近，但如果其葉面積指數(shù)差異較大，即使2者以相同方式應(yīng)用于園林綠地，園林綠地單位面積固碳能力也具有明顯差異。園林植物單位覆蓋面積日固碳量表示園林植物整株單位投影面積上所有葉片在單位時(shí)間內(nèi)所固定二氧化碳的質(zhì)量[g/(m2·d)]，這一指標(biāo)基于單位葉面積日固碳量和葉面積指數(shù)計(jì)算而來(lái)，葉面積指數(shù)測(cè)定也會(huì)受到植物生長(zhǎng)期以及生長(zhǎng)狀況等因素的影響，但對(duì)提高綠地固碳能力的園林植物應(yīng)用來(lái)說(shuō)，更具直接參考價(jià)值。因此，本文同時(shí)選取植物單位葉面積日固碳量和單位覆蓋面積日固碳量2個(gè)指標(biāo)進(jìn)行研究分析。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理方法

通過(guò)主題詞“園林植物”“固碳”在中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)檢索，查閱近25 a已公開(kāi)發(fā)表的園林植物固碳相關(guān)學(xué)術(shù)論文共153篇。通過(guò)閱讀，首先篩選出有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的文章，再對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，剔除試驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)或?yàn)榘P(guān)系的文章，如遇同種植物試驗(yàn)數(shù)據(jù)差異過(guò)大的情況，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)所在文章進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的整體比較，優(yōu)先選取核心期刊、試驗(yàn)周期更長(zhǎng)、試驗(yàn)過(guò)程更縝密的文章數(shù)據(jù)，并剔除數(shù)據(jù)相對(duì)不準(zhǔn)確的文章，最終篩選得到學(xué)術(shù)論文82篇。對(duì)其中的植物單位葉面積日固碳量以及單位覆蓋面積日固碳量研究數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納、統(tǒng)計(jì)與分析，共涉及植物445種。

利用Excel表對(duì)入選論文中各種植物的固碳數(shù)據(jù)先進(jìn)行匯總整理，對(duì)于不同作者測(cè)定相同樹(shù)種取得的多個(gè)不同數(shù)據(jù)，剔除與多數(shù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比明顯過(guò)高或過(guò)低的數(shù)據(jù)，剩下數(shù)據(jù)取平均值，即代表該樹(shù)種的固碳能力數(shù)據(jù)。之后按不同生活型對(duì)各種植物固碳能力數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，列表排序。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生活型植物單位葉面積日固碳量比較

445種植物按生活型分類(lèi)，種數(shù)最多的是落葉喬木(118種)，種數(shù)最少的是藤本(33種)，各生活型植物種數(shù)與其單位葉面積日固碳量平均值、最高值和最低值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1[3-12]。

表1不同生活型植物單位葉面積日固碳量

g/(m2·d)

由表1可知，草本花卉的單位葉面積日固碳量平均值最高，藤本植物的單位葉面積日固碳量平均值最低，前者是后者的3.29倍。草本花卉之所以固碳能力最強(qiáng)，這可能與草本花卉生長(zhǎng)期短，生長(zhǎng)迅速，試驗(yàn)測(cè)得的光合速率值高有關(guān)。按平均值高低6類(lèi)生活型排序?yàn)椴荼净ɑ?落葉灌木>落葉喬木>常綠灌木>常綠喬木>藤本。單個(gè)植物種類(lèi)單位葉面積日固碳量最高的是草本花卉鵝絨委陵菜，最低的是藤本植物何首烏，前者是后者的4 432倍?？梢?jiàn)，不同生活型植物的單位葉面積日固碳量差異較大。

2.2 不同生活型植物單位覆蓋面積日固碳量比較分析

6種生活型植物單位覆蓋面積日固碳量平均值如圖1。最高的生活型為草本花卉，最低的生活型為藤本植物，這與單位葉面積日固碳量比較結(jié)果相同。這是因?yàn)椴荼净ɑ艿娜~面積指數(shù)同樣比藤本植物高，但前者是后者的4.27倍，這說(shuō)明葉面積指數(shù)的差異更大。按平均值高低，6類(lèi)生活型園林植物固碳能力的排序?yàn)椴荼净ɑ?落葉喬木>常綠灌木>落葉灌木>常綠喬木>藤本，此結(jié)果與單位葉面積日固碳量比較結(jié)果有所不同，落葉灌木從第2降到第4，其他順序不變，這是因?yàn)殡m然落葉灌木比落葉喬木、常綠灌木的單位葉面積日固碳量平均值稍高一些，但落葉灌木的葉面積指數(shù)比落葉喬木和常綠灌木都要低，這就導(dǎo)致其單位覆蓋面積日固碳量排序后移。除落葉灌木外，大部分生活型植物的單位覆蓋面積日固碳量排序與單位葉面積日固碳量排序具有一致性，說(shuō)明植物單位葉面積日固碳量是影響植物單位覆蓋面積日固碳量的重要因素。

圖1 不同生活型園林植物單位覆蓋面積日固碳量

2.3 各生活型園林植物單位葉面積日固碳量前10位排序

由于不同研究者所選樣本植物個(gè)體存在差異，導(dǎo)致植物的葉面積指數(shù)測(cè)定有一定偏差，因此，本文以植物單位葉面積日固碳量作為指標(biāo)，對(duì)各生活型園林植物固碳能力進(jìn)行排序，最后得到各生活型中固碳能力較高的前10種園林植物，結(jié)果如表2。根據(jù)植物固碳量的計(jì)算方法可知，植物的單位葉面積日固碳量與植物光合速率呈現(xiàn)正相關(guān)[13]，因此表2中的排列順序也反映了植物光合速率的排序，而根據(jù)植物葉經(jīng)濟(jì)譜包括葉片功能性狀的相關(guān)研究可知，呈現(xiàn)此種排列順序可能與這些前10位植物比葉面積大、葉氮含量高，因而能快速儲(chǔ)存周邊環(huán)境中的養(yǎng)分有關(guān)[14]。

表2 不同生活型植物單位葉面積日固碳量前10位排序

3 提升園林綠地固碳能力的植物應(yīng)用途徑分析

3.1 增加高固碳效應(yīng)植物種群個(gè)體數(shù)量

園林綠地中具有高固碳能力的植物數(shù)量越多，則綠地固碳效益就越高，所以，可通過(guò)增加高固碳能力的園林植物種群個(gè)體數(shù)量，直接擴(kuò)大高固碳能力植物的覆蓋面積，來(lái)提升園林綠地的固碳能力。如城市綠地系統(tǒng)樹(shù)種規(guī)劃中的基調(diào)樹(shù)種，是城市園林綠地系統(tǒng)中種群個(gè)體數(shù)量最大的樹(shù)種，分布面廣，覆蓋面積大，如果采用適宜的高固碳能力樹(shù)種，就能提高城市園林綠地的固碳效應(yīng)，并有效應(yīng)對(duì)氣候變暖問(wèn)題。表2中列出的喬木、灌木植物種類(lèi)單位葉面積日固碳量較高，各地可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)、植物的生態(tài)習(xí)性、觀賞特點(diǎn)等，選擇其中適宜的樹(shù)木種類(lèi)作為園林綠地植物規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)用的基調(diào)樹(shù)種，如榆葉梅、紅花碧桃、蚊母樹(shù)、夾竹桃、紫荊、衛(wèi)矛、木芙蓉、胡頹子等可作為不同地區(qū)園林綠地的高固碳基調(diào)樹(shù)種。

3.2 增加固碳能力相對(duì)較強(qiáng)的園林植物種類(lèi)

園林綠地植物景觀強(qiáng)調(diào)多樣性和豐富性，城市綠地系統(tǒng)植物規(guī)劃除基調(diào)樹(shù)種外，還包括骨干樹(shù)種、一般樹(shù)種和大量草本植物。除基調(diào)樹(shù)種應(yīng)選擇高固碳能力樹(shù)種外，其他植物也可以在滿(mǎn)足有關(guān)功能要求的基礎(chǔ)上，選擇應(yīng)用固碳能力相對(duì)較高的植物種類(lèi)。例如骨干樹(shù)種，在城市綠地分布范圍廣，且分布量和覆蓋面積都很大，其種數(shù)也比基調(diào)樹(shù)種多，通常為30—50種。選擇高固碳效應(yīng)樹(shù)種作為骨干樹(shù)種，也能顯著提高城市園林綠地的整體固碳效應(yīng)。如表2中的新疆楊、大葉白蠟、側(cè)柏、云杉、假檳榔、加拿利海棗、糖槭、冬青、女貞、黃櫨等植物種，既有較好的觀賞效果，又具有相對(duì)較高的固碳能力，因此可在城市骨干樹(shù)種的選擇中優(yōu)先考慮此類(lèi)樹(shù)種。另外，草本植物，特別是草本地被植物在城市綠地中應(yīng)用也十分廣泛，并具有較大的覆蓋面積，而草本花卉又是各類(lèi)生活型植物中單位葉面積日固碳量最高的，若能選擇其中固碳能力相對(duì)更高的加以應(yīng)用，無(wú)疑將會(huì)使園林綠地的整體固碳效應(yīng)得到進(jìn)一步提升。

3.3 增加園林植物群落景觀結(jié)構(gòu)層次

提高園林綠地固碳效應(yīng)的另一個(gè)途徑，則是增加植物群落景觀的結(jié)構(gòu)層次，以增加植物復(fù)合固碳效應(yīng)的方式提升園林綠地固碳能力。綠地植物群落盡量避免單層設(shè)計(jì)，多采用喬、灌、草相結(jié)合的多層結(jié)構(gòu)，增加單位面積植物群落葉面積復(fù)合指數(shù)，使得單位面積土地上有更多植物進(jìn)行光合作用，從而增加綠地固碳效益。各地根據(jù)氣候特點(diǎn)、植物生長(zhǎng)習(xí)性以及綠地特定功能要求，將表2中的植物進(jìn)行合理搭配，設(shè)計(jì)多層次結(jié)構(gòu)的植物景觀群落，并將固碳能力較強(qiáng)的喬、灌、草植物進(jìn)行組合，形成多種可供參考的高固碳植物配合模式，不僅使得單位綠地面積固碳能力較強(qiáng)的植物種數(shù)增多，同時(shí)也加大了園林綠地綜合葉面積指數(shù)，從而更進(jìn)一步提升了園林綠地單位面積的固碳效應(yīng)和綜合固碳能力。

4 結(jié)語(yǔ)

在對(duì)各類(lèi)生活型植物固碳量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的過(guò)程中，存在各種植物的數(shù)據(jù)量不同，部分植物數(shù)據(jù)為單一值(此種情況在草本花卉中尤為明顯)，同種植物重復(fù)研究多個(gè)成果數(shù)據(jù)還存在最大值和最小值差距很大的情況，并發(fā)現(xiàn)對(duì)同種植物固碳量數(shù)據(jù)的測(cè)定條件和方法有差異，所以通過(guò)取多數(shù)據(jù)平均值來(lái)排序，可以減少各種因素對(duì)排序結(jié)果的影響。另外，已有的研究?jī)H為單層植物的固碳能力研究，文中數(shù)據(jù)也只是針對(duì)單個(gè)植物的測(cè)定，而對(duì)于植物群落復(fù)合結(jié)構(gòu)中處于中下層的植物，其固碳能力如何，目前尚未見(jiàn)相應(yīng)研究成果報(bào)道，而且現(xiàn)有相同氣候帶條件下可供應(yīng)用參考的種類(lèi)數(shù)量還非常有限。園林植物固碳效應(yīng)的進(jìn)一步深入系統(tǒng)研究，可為低碳型植物景觀應(yīng)用提供更多和更有價(jià)值的科學(xué)指導(dǎo)，從而在消減溫室氣體，應(yīng)對(duì)全球氣候變暖方面發(fā)揮園林行業(yè)應(yīng)有的作用。