于 佳 ，陳宏偉 ，閆紅偉

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，遼寧 沈陽 110161；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，遼寧 沈陽 110161;3.沈陽大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110044）

溫室氣體過度排放帶來的全球氣候變暖，已經(jīng)給人類帶來了巨大的生存問題。全球氣候變暖也已經(jīng)成為全球性的科學(xué)問題，同時(shí)也是各國政要關(guān)注的焦點(diǎn)。特別是在《京都議定書》[1-3]簽署之后，各發(fā)達(dá)國家積極采取措，減少溫室氣體，特別是CO2的排放。由于發(fā)展中國家溫室氣體排放數(shù)量的不斷加大，發(fā)達(dá)國家開始對(duì)發(fā)展中國家參與溫室氣體減排或限排施加壓力。我國一方面采取措施降低溫室氣體的排放，另外一方面努力增加碳匯，從而減低溫室氣體排放帶來的環(huán)境問題。

城市是人類生活的主要載體，城市生態(tài)環(huán)境的建設(shè)受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。作為城市生態(tài)環(huán)境重要組成部分的園林植物具有碳匯功能。而目前，對(duì)碳貯量與碳匯功能研究更多是集中在森林生態(tài)系統(tǒng)和草原生態(tài)系統(tǒng)領(lǐng)域[4-6]。隨著城市溫室氣體排放的增加和園林植物的廣泛應(yīng)用[7]，探討園林植物的碳匯功能非常必要。

本研究選取沈陽市常用的綠化樹種作為研究對(duì)象,選用沈陽城市園林綠化中常見的 7 種植物作為監(jiān)測(cè)樹種。試驗(yàn)中對(duì)不同樹種、不同月份的光合速率情況的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)獲得不同的環(huán)境影響因子[8]，分析不同植物的固碳能力，從而進(jìn)一步探究城市綠化樹種的碳匯能力。通過城市綠化樹種碳匯功能的分析，為建設(shè)低碳城市、生態(tài)城市建設(shè)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

沈陽市樹木標(biāo)本園，隸屬于中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所所有，位于沈陽市中心的南運(yùn)河中段（41°46'N，123°26'E，海拔 41.6 m），占地面積大約為5 hm2。屬北溫帶濕潤(rùn)季風(fēng)型大陸氣候，四季分明，雨熱同季。年均氣溫為7.4 ℃，極端最高氣溫為38.3 ℃，極端最低氣溫為-32.3 ℃，年均降水量755.4 mm，集中在6、7、8月，占全年的64.4%，無霜期為150 d，年均日照時(shí)數(shù)2 425.4 h，年蒸發(fā)量1 408 mm[9]。

1.2 材料

根據(jù)沈陽城市綠地普查結(jié)果綜合考慮確定出沈陽市常用園林植物，從中選取油松，銀中楊，水曲柳，蒙古櫟，紅瑞木，連翹和榆葉梅作為試驗(yàn)用材。

表 1 試驗(yàn)材料Table 1 Tested tree species

1.3 研究方法

1.3.1 數(shù)據(jù)獲取

根據(jù)綠化普查的相關(guān)數(shù)據(jù)，在沈陽樹木標(biāo)本園選取與城市綠化中每種植物的平均樹高、胸徑、冠幅等近似的油松，銀中楊，水曲柳，蒙古櫟，紅瑞木，連翹，榆葉梅的標(biāo)準(zhǔn)木作為試驗(yàn)材料。每種選擇3～5株，并掛牌標(biāo)記。于晴好無風(fēng)的天氣條件下，采用Li-6400便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)（美國Li-Cor公司生產(chǎn)），在自然條件下，隨機(jī)選取樹木在樹冠外1 /3層中點(diǎn)或偏內(nèi)的葉片取樣測(cè)定[10]。2014年4月中旬至9月中旬每日8:00～18:00，每2 h測(cè)量1次，每株取3片葉，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，每片葉取5個(gè)瞬時(shí)光合速率值，取平均值。測(cè)試時(shí)，闊葉喬灌木植物選用光合葉室測(cè)定，針葉喬木則采用簇狀葉室測(cè)定。

1.3.2 數(shù)據(jù)分析

（1）葉面積

單株植物葉面積的求算法采用Nowak[8-9]等的城市樹木葉面積回歸模型。Nowak建立的葉面積回購模型是在多樹種、多年齡結(jié)構(gòu)及多種胸徑（樹高）等級(jí)上建立起來的，具有一定的通用性。因此由模型參數(shù)引起的葉面積誤差不會(huì)太大，計(jì)算公式為：

式（1）中，Y為葉面積(m2)；H為樹冠高(m)；D為樹冠直徑(m)；S=πD(D+H)/2。

（2）植物碳固定量

植物凈同化量是植物光合作用日變化曲線中凈光合速率曲線與時(shí)間軸的圍合面積。因此，可以通過植物的凈光合速率的計(jì)算各種植物在凈同化量[11]。在測(cè)定當(dāng)日各樹種的凈同化量為計(jì)算公式為：

式（2）中，P為同化總量,單位為mmol·m-2d-1，Pi為初測(cè)點(diǎn)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·m-1s-1；ti為初測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)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。

用測(cè)定日的同化總量換算為測(cè)定日固定 量為：

式（3）中44為CO2的摩爾質(zhì)量，單位為g·mol-1，WCO2為單位面積的葉片固定CO2的質(zhì)量,單位為g·m-2d-1。

植物年固碳量的計(jì)算，考慮植物光合作用在植物的著葉期內(nèi)進(jìn)行，有效的光合作用天數(shù)為150 d。

2 結(jié)果與分析

2.1 7種常用園林植物光合速率分析

植物的光合作用受隨外界的環(huán)境因子的變化，光合速率會(huì)有所波動(dòng)。從圖1和圖2中看出蒙古櫟和油松表現(xiàn)為春季＞夏季＞秋季，水曲柳表現(xiàn)為秋季＞夏季＞春季 ，銀中楊和榆葉梅表現(xiàn)為夏季＞春季＞秋季，紅瑞木和連翹表現(xiàn)為夏季＞秋季＞春季。

圖1 喬木季節(jié)光合速率變化Fig.1 Seasonal changes of photosynthesis rates of shrub trees

圖2 灌木季節(jié)光合速率變化Fig.2 Seasonal changes of photosynthesis rates of arbor trees

2.2 7種常用園林植物單位葉面積固碳量分析

對(duì)沈陽市常用的7種園林植物固碳量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表2。4種喬木的單位葉面積固碳量為4.23～17.36 g·m-2d-1，其中銀中楊最高17.36 g·m-2d-1，油松最低，為 4.23 g·m-2d-1；2 種植物相差4.1 倍。3種灌木的單位葉面積固碳量為6.79～11.24 g·m-2d-1，其中連翹最高 11.24 g·m-2d-1，榆葉梅最低，為6.79 g·m-2d-1；2 種植物相差1.38倍。銀中楊和紅瑞木相差2.09倍。7種常用園林植物固碳能力：?jiǎn)棠?，銀中楊＞油松＞水曲柳＞蒙古櫟；灌木，榆葉梅＞連翹＞紅瑞木。

表 2 7種植物固碳量Table 2 Fixed carbon amounts of seven kinds of trees

2.3 7種常用園林植物碳匯能力分析

植物通過光合作用發(fā)揮固碳功能，植物的固碳量的多少，對(duì)碳匯具有重要意義。由圖3可知，沈陽市7種常用園林植物的年固碳量為7 678.92～224 829.36 g，植物碳匯能力有一定的差異性。在4種喬木中銀中楊的碳匯能力最強(qiáng)，油松最弱；在3種灌木中碳匯能力榆葉梅最強(qiáng)紅瑞木最弱。

圖3 7種植物年固碳值Fig.3 Annual fixed carbon amounts of seven trees

2.4 7種常用園林植物碳匯能力聚類

采用SPSS11.0軟件，對(duì)沈陽市7種常用園林植物的碳匯值采用歐式距離平方進(jìn)行聚類分析，結(jié)果見圖4、圖5。7種常用園林植物種喬木共分為兩級(jí)，一級(jí)為銀中楊，蒙古櫟；二級(jí)為油松，水曲柳；灌木氛圍兩級(jí)，一級(jí)為榆葉梅；二級(jí)為紅瑞木，連翹。

3 結(jié)論與討論

圖4 喬木碳匯能力聚類Fig.4 Cluster analysis on carbon sink ability of 4 kinds of arbor species

圖5灌木碳匯能力聚類Fig.5 Cluster analysis on ability of carbon sink of 3 kinds of shrub species

（1）沈陽市7種常用園林植物的光合速率隨季節(jié)變化表現(xiàn)為蒙古櫟和油松春季＞夏季＞秋季，水曲柳秋季＞夏季＞春季 ，銀中楊和榆葉梅夏季＞春季＞秋季，紅瑞木和連翹夏季＞秋季＞春季。

（2）沈陽市7種常用園林植物中碳匯能力依次為銀中楊＞蒙古櫟＞水曲柳＞油松＞榆葉梅＞紅瑞木＞連翹。其中4種喬木的碳匯能力明顯高于3種灌木。沈陽市城市園林綠地植物選擇時(shí)，喬木優(yōu)先銀中楊，蒙古櫟；灌木優(yōu)先榆葉梅。

（3）現(xiàn)今已從單純追求城市園林綠地的景觀效果逐漸轉(zhuǎn)向追求景觀和生態(tài)效益并重的方向。園林植物既有景觀效果又能起到一定生態(tài)效益的城市綠地用材，應(yīng)該得到我們的重視同時(shí)應(yīng)該對(duì)它進(jìn)行深入的研究。本研究只對(duì)園林綠化用材中的常綠喬木，落葉喬木和落葉灌木進(jìn)行了研究，常綠灌木和園林地被植物也是園林綠化不可缺少的材料，在今后的研究中應(yīng)加大研究范圍，更深入的了解不同植物的碳匯能力。

（4）本研究通過光合速率和葉面積估算植物的碳匯值，進(jìn)而研究植物的碳匯能力。在本研究中沒有考慮植物本身的碳儲(chǔ)量以及植物的年增長(zhǎng)量帶來的生物量的變化而引發(fā)的自身碳儲(chǔ)量的增加對(duì)于碳匯的影響。在今后的研究中應(yīng)該更加深入的探討這一問題。

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