鄭素蘭，康紅濤，連先發(fā)

(1.閩南師范大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，福建 漳州 363000； 2.蘇州大學(xué)，江蘇 蘇州 215000)

漳州市13種園林植物光合及蒸騰特性

鄭素蘭1，康紅濤1，連先發(fā)2

(1.閩南師范大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，福建 漳州 363000； 2.蘇州大學(xué)，江蘇 蘇州 215000)

在對漳州市綠化樹種調(diào)查的基礎(chǔ)上，選擇13種常見的園林綠化植物，利用CIRAS-2便攜式光合作用測定系統(tǒng)對植物光合及蒸騰等生態(tài)指標(biāo)進(jìn)行測定及量化分析。結(jié)果表明：13種植物的瞬時(shí)光合速率曲線多為單峰曲線，峰值多出現(xiàn)在10∶00—12∶00之間；而供試植物日間的瞬時(shí)蒸騰速率多呈現(xiàn)單峰曲線，峰值多出現(xiàn)在14∶00左右。金心榕、垂榕、櫻花、紅花檵木、三角梅、黃蟬、海桐的日間固碳釋氧及蒸騰吸熱能力較強(qiáng)，而楊桃、紅背桂的日間固碳釋氧及蒸騰吸熱能力較弱。

園林植物；光合速率；蒸騰特性

城市綠地作為城市的“綠肺”，不僅可以提升城市景觀形象，同時(shí)具有生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會等多重屬性，在城市復(fù)合系統(tǒng)中占有不可替代的位置[1]。城市綠地具有良好的生態(tài)功能：可以吸附灰塵，凈化空氣；吸收二氧化碳，放出氧氣；殺菌；降低環(huán)境溫度；增加濕度等。近年來，城市生態(tài)系統(tǒng)中綠地植物群落的生態(tài)功能是學(xué)界關(guān)于城市生態(tài)研究的熱點(diǎn)之一[2]。然而，當(dāng)前園林景觀綠化設(shè)計(jì)中主要集中關(guān)注群落的種類組成、生物多樣性、垂直分層等結(jié)構(gòu)性方面，對于具體植物的生態(tài)功能效應(yīng)方面的系統(tǒng)研究仍然較少[3]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

漳州市位于福建省東南沿海，地處東經(jīng)117°—118°、北緯23.8°—25°之間。全年冬短夏長，氣候溫和，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年平均氣溫21 ℃，年均日照時(shí)間2000 h，雨量充沛，無霜期330 d以上，年均降水量1500 mm左右，是個(gè)天然“大溫室”。

1.2 試驗(yàn)材料

在對漳州市城區(qū)現(xiàn)有園林綠地植物種類實(shí)地調(diào)查基礎(chǔ)上，在閩南師范大學(xué)校園內(nèi)選擇13種常見綠化植物作為研究對象。其中包括6種喬木：金心榕(Ficusmicrocarpacv.Golden Leaves)、垂榕(Ficusbenjamina)、山杜英(Elaeocarpussylvestris)、桂花(Osmanthusfragrans)、楊桃(Averrhoacarambola)、櫻花(Cerasusserrulata(Lindl.) G.Don ex London)，7種灌木：海桐(Pittosporumtobira)、扶桑(Hibiscusrosa-sinensis)、紅花檵木(Loropetalumchinensevar.rubrum)、梔子花(GardeniajasminoidesEllis)、紅背桂(ExcoecariacochinchinensisLour)、三角梅(Bougainvillea)、黃蟬(Allemandaneriifolia)。試驗(yàn)選擇長勢良好、無病蟲害的植株為試驗(yàn)材料。

1.3 試驗(yàn)方法

選擇在晴朗、無風(fēng)的天氣情況下，利用CIRAS-2便攜式光合作用測定系統(tǒng)。在2014年6—8月期間，分別為6月28、29、30日，7月29、30、31日，8月10、11、12日，共9 d。在自然光照條件下從8∶00—18∶00，每隔2 h測定1次。每個(gè)樹種選樹齡、立地環(huán)境、樹木冠幅與高度基本相同的3～5株，選擇位于樹木朝陽面中部并生長狀況良好的葉片進(jìn)行測定。每株取4～6片葉，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，每片取3～6個(gè)瞬時(shí)光合速率值(Pn)。

1.3.1 光合速率計(jì)算

2)將測定日的同化總量換算為測定日固定CO2的量，計(jì)算公式為：MCO2=P·44/1000，式中：44為CO2的摩爾質(zhì)量；MCO2為單位面積的葉片固定CO2的質(zhì)量(g·m-2·d-1)。

3)根據(jù)光合作用的反應(yīng)方程式CO2+4H2O→CH2O+3H2O+O2，計(jì)算出該測定日植物釋放O2的質(zhì)量(g·m-2·d-1)，計(jì)算公式為：MO2=P·32/1000。

1.3.2 日蒸騰量計(jì)算

2)設(shè)每平方米葉片在一天中因蒸騰作用散失水分而吸收的熱量為Q，則Q=MH2O×L，式中：Q為單位葉面積每日吸收的熱量(J·m-2·d-1)；L為蒸發(fā)耗熱系數(shù)(L=2495-238×t，t為測定日的溫度)。由此可計(jì)算出各植物每平方米葉片在測定日吸收熱量的值[4]。

3)單株植物單位體積上的日固碳釋氧量為：QCO2=ILA×MCO2；QO2=ILA×MO2。式中：ILA為葉面積指數(shù)；QCO2為單位體積日固定CO2的量(g·m-2·d-1)；QO2為單位體積的日釋放O2的量(g·m-2·d-1)。

1.3.3 葉面積指數(shù)的測定 葉面積指數(shù)ILA是每單位樹冠體積上的葉片面積。使用LAI-2200冠層分析儀對植物進(jìn)行測量，用CAD軟件對植物的輪廓進(jìn)行定位。最后將所有的數(shù)據(jù)導(dǎo)入FV 2200軟件中進(jìn)行分析數(shù)據(jù)，算出植物的葉面積指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

圖1 喬木類瞬時(shí)光合速率

2.1 植物光合特性分析

圖2 灌木類瞬時(shí)光合速率

2.1.1 植物光合速率日間變化情況分析 光照、溫度、濕度等外界環(huán)境是影響園林植物生長發(fā)育的因素，光合速率、葉片細(xì)胞間的CO2濃度、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度等植物生理?xiàng)l件也會影響園林植物的蒸騰作用和 光合作用[5]。在特定的生活環(huán)境下，植物不斷地與外界環(huán)境之間進(jìn)行著物質(zhì)能量的交換。隨著光照強(qiáng)度、溫度、濕度等外界環(huán)境因子在一天中發(fā)生著明顯變化，光合速率也出現(xiàn)相應(yīng)的規(guī)律性的變化[6]。

由于測量時(shí)間為夏季，8∶00的光照強(qiáng)度已較高，因此從圖1可以看出，6種喬木光合速率的表現(xiàn)中有金心榕、垂榕、桂花3種喬木第1個(gè)峰值多出現(xiàn)在8∶00，隨后下降；另外3種植物的峰值出現(xiàn)在10∶00—12∶00之間。金心榕的光合速率曲線明顯高于其他植物，金心榕的峰值出現(xiàn)在8∶00左右，峰值為13.39 μmol·m-2·s-1，之后曲線一直下降，但還是處于較高的數(shù)值。金心榕喜半陰、溫暖而濕潤的氣候，溫度在25～30 ℃時(shí)生長較快，可能是由于隨著光強(qiáng)和溫度的升高，空氣濕度降低、陽光直射而導(dǎo)致光合速率下降。12∶00之后，多數(shù)植物出現(xiàn)光合午休現(xiàn)象，為減少蒸騰失水，在高光強(qiáng)下氣孔關(guān)閉造成的[7]。桂花在10∶00左右光合速率曲線急劇下降，可能是由于氣溫升高加劇了植物蒸騰作用，導(dǎo)致水分缺失，光合作用強(qiáng)度降低。垂榕的光合速率曲線第1個(gè)峰值出現(xiàn)在12∶00左右，峰值為7.39 μmol·m-2·s-1，其日變化幅度較小，為3.34～8.14 μmol·m-2·s-1。

從圖2可以看出，灌木類植物的瞬時(shí)光合速率曲線多為單峰曲線，峰值多出現(xiàn)在10∶00—12∶00之間。其中，黃蟬的峰值最高，為13.75 μmol·m-2·s-1。三角梅、扶桑的瞬時(shí)光合速率曲線為雙峰曲線，第1個(gè)峰值出現(xiàn)在10∶00左右，第2個(gè)峰值出現(xiàn)在16∶00左右。三角梅第1個(gè)峰值為10.92 μmol·m-2·s-1，之后光合速率急劇下降，在12∶00左右降為5.45 μmol·m-2·s-1，可能是由于光照強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，溫度持續(xù)升高，而導(dǎo)致光合速率逐漸下降；第2個(gè)峰值為5.97 μmol·m-2·s-1。扶桑第1個(gè)峰值為7.75 μmol·m-2·s-1；第2個(gè)峰值為6.89 μmol·m-2·s-1。

2.1.2 葉面積指數(shù)分析 植物葉面積大小對凈化空氣、防污滯塵、降低噪音等綜合環(huán)境效應(yīng)有很大影響，單株葉面積較大的樹種對環(huán)境的生態(tài)貢獻(xiàn)率會更大些。由表1可知，灌木類植物中，紅花檵木的葉面積指數(shù)最高，為9.95 m2·m-3；依次為三角梅、扶桑、海桐、梔子花、黃蟬；紅背桂最低，為1 m2·m-3。喬木類植物中金心榕的葉面積指數(shù)最高，為4.99 m2·m-3；依次為桂花、垂榕、楊桃、山杜英，櫻花最低，為1.53 m2·m-3。這反映了金心榕枝葉茂密，而櫻花枝葉相對稀疏，導(dǎo)致其單位體積內(nèi)的葉面積最低。因此，植物單位體積葉面積不能僅由植物的葉面積決定。

2.1.3 植物的光合速率強(qiáng)弱分析 植物通過光合作用進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、固碳釋氧、蒸發(fā)水分等生理活動(dòng)，為人類生存提供了物質(zhì)和能量來源。通過增加空氣含氧量、降低環(huán)境溫度的作用，進(jìn)而改善空氣質(zhì)量，將人居生態(tài)系統(tǒng)導(dǎo)入良性循環(huán)[7]。

從表1可以看出，喬木類中單位體積當(dāng)日固碳量及釋氧量的大小順序?yàn)椋航鹦拈?山杜英>垂榕>櫻花>楊桃>桂花；灌木類當(dāng)日單位體積的固碳量及釋氧量的大小順序?yàn)椋杭t花檵木>三角梅>海桐>扶桑>黃蟬>梔子花>紅背桂。說明喬木中的桂花和楊桃的固碳釋氧能力相對較弱；灌木類植物中，固碳釋氧能力較強(qiáng)的有紅花檵木、三角梅，而梔子花、紅背桂最弱。

喬木植物中金心榕日間光合速率最強(qiáng)，單位面積固碳量是桂花的3倍。從表1發(fā)現(xiàn)，單位體積當(dāng)日固碳量排序結(jié)果與單位面積當(dāng)日固碳量存在一定的差異，如紅花檵木的單位面積固碳量為0.22 g·m-2·d-1<梔子花0.27 g·m-2·d-1，而紅花檵木的單位體積固碳量為2.19 g·m-3·d-1>梔子花0.78 g·m-3·d-1。這說明植物固碳量不僅由單位面積的固碳量決定，還跟植株的葉片多少及總?cè)~面積相關(guān)，因此在試驗(yàn)中加入了葉面積指數(shù)的測定。

表1 供試植物單位體積的日固碳釋氧量

圖3 喬木類瞬時(shí)蒸騰速率曲線

2.2 植物日間蒸騰特性分析

圖4 灌木類瞬時(shí)蒸騰速率曲線

2.2.1 植物光合速率日間變化情況分析 蒸騰作用指水分從活的植物體表面(主要是葉片)以水蒸氣狀態(tài)散失到大氣中的過程。蒸騰作用是植物體內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)主要?jiǎng)恿?。蒸騰作用為大氣提供大量的水蒸氣，降低氣溫，保持空氣濕潤，使生態(tài)系統(tǒng)形成良性循環(huán)。蒸騰速率的高低直接影響著日蒸騰吸熱量的大小[8]。不同類型的植物由于自身內(nèi)部氣孔頻度、氣孔大小等原因，蒸騰作用就存在差異[9]。光照、溫度、濕度、風(fēng)速等這些外界環(huán)境因素都會影響植物的蒸騰作用。

從圖3～圖4可以看出，喬木類植物日間的瞬時(shí)蒸騰速率多呈現(xiàn)單峰曲線，峰值多出現(xiàn)在14∶00左右，其中櫻花的蒸騰速率曲線明顯高于其他植物，其峰值為4.53 μmol·m-2·s-1。桂花的瞬時(shí)蒸騰速率曲線為雙峰曲線，第1個(gè)峰值出現(xiàn)在10∶00左右，峰值為2.74 μmol·m-2·s-1；第2個(gè)峰值出現(xiàn)在14∶00左右，峰值為3.18 μmol·m-2·s-1。灌木類植物的瞬時(shí)蒸騰速率多呈現(xiàn)單峰曲線，峰值多出現(xiàn)在14∶00—16∶00之間，其中黃蟬的瞬時(shí)蒸騰速率曲線明顯高于其他植物，其峰值出現(xiàn)在14∶00左右，峰值為6.33 μmol·m-2·s-1。

2.2.2 植物的蒸騰能力強(qiáng)弱分析 從表2可以看出，喬木類植物中，單位體積日蒸騰水總量和蒸騰吸熱量的排序均為：金心榕>桂花>垂榕>櫻花>山杜英>楊桃。其中金心榕的蒸騰吸熱量最高，為451.25 kJ·m-3，蒸騰水總量為670.96 g·m-3；最弱的是楊桃，蒸騰吸熱量為134.73 kJ·m-3，蒸騰水總量為200.42 g·m-3。灌木類植物中，單位體積日蒸騰水總量和蒸騰吸熱量的排序?yàn)椋杭t花檵木>三角梅>黃蟬>海桐>扶桑>梔子花>紅背桂。其中紅花檵木的蒸騰水總量和蒸騰吸熱量最高，分別為1328.26 g·m-3、892.81 kJ·m-3。最弱的是紅背桂，蒸騰水總量和蒸騰吸熱量分別為75.49 g·m-3、50.75 kJ·m-3。

表2 供試植物單位體積的日蒸騰水量及蒸騰吸熱量

3 結(jié)論與討論

通過對金心榕、海桐等13種植物進(jìn)行光合指標(biāo)的測定，發(fā)現(xiàn)植物日間凈同化量和蒸騰總量直接受到光合速率和蒸騰速率高低的影響。這13種植物的瞬時(shí)光合速率曲線多為單峰曲線，峰值多出現(xiàn)在10∶00—12∶00之間。而供試植物日間的瞬時(shí)蒸騰速率多呈現(xiàn)單峰曲線，峰值多出現(xiàn)在14∶00左右。

在所調(diào)查的植物中，喬木類中金心榕、垂榕、櫻花的日間固碳釋氧及蒸騰吸熱能力較強(qiáng)；灌木類中紅花檵木、三角梅、黃蟬、海桐的日間固碳釋氧及蒸騰吸熱能力較強(qiáng)。而楊桃、紅背桂的日間固碳釋氧及蒸騰吸熱能力較弱。

本次研究只是針對13種常見喬木和灌木的固碳釋氧和蒸騰吸熱效果進(jìn)行初步觀測分析，研究范圍相對狹窄且不夠深入。在今后的研究中，應(yīng)將不同植物群落的配置方式作為主要研究方向，同時(shí)擴(kuò)大研究植物的種類，進(jìn)一步分析園林綠化植物的綜合生態(tài)效益。加強(qiáng)植物生態(tài)作用在園林綠地景觀配置中的應(yīng)用研究，為園林綠化樹種選擇提供參考，全面發(fā)揮城市綠地系統(tǒng)的生態(tài)功能。

[1]張慶費(fèi)，楊文悅，喬平.國際大都市城市綠化特征分析[J].中國園林，2004(7)：76- 78.

[2]李偉華，陳章和.城鎮(zhèn)綠地對空氣質(zhì)量的影響——以中山市小欖鎮(zhèn)為例子[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2003，9(4)：362-366.

[3]聶磊，代色平，陸璃.廣州城市綠地植物群落生態(tài)效應(yīng)分析[J].福建林業(yè)科技，2008(4)：30-33.

[4]趙萱，李海梅.11種地被植物固碳釋氧與降溫增濕效益研究[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009，21(1)：44-47.

[5]幸宏偉，代雪.6種熱帶園林植物在溫室環(huán)境下的光合及蒸騰特性的研究[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，34(6)：64-68.

[6]王保忠，王彩霞，何平，等.城市綠地研究綜述[J].城市規(guī)劃匯刊，2004(2)：62-68.

[7]韓煥金.哈爾濱市主要植物生理生態(tài)功能研究[J].江蘇林業(yè)科技，2005，32(4)：5-10.

[8]振才，黃利斌.常熟虞山森林空氣環(huán)境效應(yīng)測定分析[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，30(2)：31-32.

[9]張文豹，徐敏，張小茜.城市綠地空間3種配置模式降溫增濕效應(yīng)比較[J].江蘇林業(yè)科技，2011，38(6)：22-25.

[10]許宏剛，吳永華，廖偉彪，等.9種地被植物生態(tài)效益研究[J].甘肅林業(yè)科技，2012，37(1)：20-21.

Study on the Characteristics of Photosynthetic and Transpiration of 13 Kinds of Greening Plants in Zhangzhou

ZHENG Su-lan1，KANG Hong-tao1，LIAN Xian-fa2

(1.DepartmentofBiologyTechnology，MinnanNormalUniversity，Zhangzhou363000，F(xiàn)ujian，China； 2.SoochowUniversity，Suzhou215000，Jiangsu，China)

This paper，on the basis of investigating greening plants in Zhangzhou and choosing 13 common landscape plants，aims to measure and quantitatively analyze the plants′ ecological index that including photosynthesis and transpiration by using CIRAS-2 portable photosynthesis system.The results show that most of the 13 plants′ instantaneous photosynthetic rate curves are unimodel curves.The peaks mostly appear between the hours 10 to 12.And most of the tested plants′ daytime instantaneous transpiration rates appear unimodel curves.And their peaks mostly happen around 14 o′clock.Some plants′ carbon fixation and oxygen release and transpiration endothermic ability appear strong during the daytime.These plants areFicusmicrocarpacv.Golden Leaves，F(xiàn)icusbenjamina，Cerasusssp.，Loropetalumchinensevar.rubrum，Bougainvilea，AllamandaneriifoliaHook andP.tobira′s.WhileCarambolaandExcoecariacochinchinensisLour′s daytime carbon fixation and oxygen release and the ability of transpiration endothermic appear weak.

greening plants；photosynthetic rate；transpiration characteristics

2015-05-22；

2015-08-11

漳州市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(ZZ2012J04)

鄭素蘭(1982—)，女，福建漳州人，閩南師范大學(xué)講師，碩士，從事園林設(shè)計(jì)與園林植物與觀賞園藝研究。E-mail：xiaoxiao304@gmail.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.04.008

S688

A

1002-7351(2015)04-0037-05