宋卓琴，康紅梅，牛 艷，曹冬梅，張 超，段九菊

（山西省農(nóng)業(yè)科學院園藝研究所，山西太原030031）

城市園林綠化植物作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有抗污抗菌、滯塵減噪、固碳釋氧、降溫增濕等作用[1]，對于優(yōu)化城市環(huán)境、改善城市空氣質(zhì)量、實現(xiàn)城市生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)具有非常重要的意義[2-3]。園林綠化植物通過光合作用，實現(xiàn)城市環(huán)境中的碳氧平衡，通過植物體遮陰反射和表面氣孔的蒸騰作用，實現(xiàn)降溫增濕，改善居住環(huán)境的小氣候，增加環(huán)境的舒適度[4-7]。因此，在進行城市園林綠化植物配置時，不僅要考慮植物的景觀效應，更應注重其生態(tài)效益的發(fā)揮[8]。

近年來，對城市園林綠化的研究主要集中在植物群落、植物配置、生態(tài)功能定量化等方面，常用的研究方法主要是公式計算和分類評價。劉雪蓮等[9]研究了昆明市常見的18種常綠植物的光合特性，并對測試植物的單位葉面積固碳釋氧能力進行了聚類分析；2015年邵永昌等[10]研究了上海地區(qū)的17種主要園林綠化樹種的蒸騰特性，分析了相關影響因子，并對主要綠化樹種的降溫增濕功能進行定量計算和聚類分析。但是，我國地域遼闊，各地植物種類不同，且相同種類在不同地區(qū)所表現(xiàn)出的環(huán)境效應也不相同[11-12]。而目前針對山西地區(qū)的常見園林植物生態(tài)效應的相關研究較為缺乏。

本研究在項目組前期對太原市城區(qū)園林植物應用現(xiàn)狀、景觀配置、調(diào)查分析的基礎上[13-14]，經(jīng)資料分析與實地踏查，選取了太原市常見的34種園林植物作為研究對象，通過對其光合、蒸騰特性的測定以及對固碳釋氧、降溫增濕相關生態(tài)指標的分析評估，定量探究了常見園林植物的固碳釋氧、降溫增濕效應，旨在為城市園林綠化植物的種類選擇、空間配置提供科學的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

太原市位于山西省中北部的太原盆地，地理坐標為東經(jīng) 111°30′～113°09′，北緯 37°27′～38°25′，市區(qū)坐落于汾河河谷平原上，平均海拔約800 m，屬北溫帶大陸性氣候，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥，四季分明、日照充足，晝夜溫差較大，無霜期平均202 d，年均降水量456 mm。在園林綠化植物區(qū)劃中屬暖溫帶綠化區(qū)，地帶性植物為暖溫帶季風落葉闊葉林。截至2016年底，太原市城區(qū)園林綠化總面積12 654.6 hm2，綠化覆蓋率達到41.65%，人均公園綠地面積11.88 m2。

1.2 試驗材料

供試材料為太原市34種主要園林植物，其詳細名錄列于表1，其中，喬木8種，小喬木7種，灌木5種，綠籬灌木6種，地被5種，藤本3種。

表1 太原市34種主要園林植物名稱

1.3 試驗方法

1.3.1 光合特性測定 試驗在2017年4—5月進行，選擇晴朗、無風的天氣，在自然光照條件下用LI-6400型光合儀對植物葉片進行光合日變化測定，測定時間為8：00—18：00，每2 h測一次。在太行路及其附近的綠化帶進行測定，定植年限為4 a，喬木、小喬木、灌木選擇樹體周圍2 m內(nèi)無高于1 m的植株，生長健壯、大小相似，每株選取向陽面中部的功能葉片，綠籬灌木、地被、藤本選擇覆蓋面積在10 m2左右的表面上部功能葉片，每種選3株，每株選3片葉進行測定，待光合儀數(shù)值穩(wěn)定取瞬時光合參數(shù)值，3次重復，取平均值。

1.3.2 固碳釋氧、增濕降溫能力計算 根據(jù)植物光合作用、蒸騰作用原理，植物的固碳釋氧、降溫增濕效應的計算，依賴于對植物光合速率及蒸騰速率的測定值。

1.3.2.1 固碳釋氧能力計算 參照楊士弘等[15]的方法計算凈同化量。

式中，P為單位葉面積日同化總量（mmol（/m2·d）），Pi指初測點的瞬時光合速率，Pi＋1為下 1 個測定點的瞬時光合速率（μmol（/m2·s））；ti為初測點的時間（h），ti＋1為下一個測定點的時間（h），j為測定次數(shù)，3 600指每小時3 600 s；1 000指 1 mmol為1 000 μmol。

式中，Wco2為單位葉面積固定CO2的質(zhì)量（g/（m2·d）），44 為 CO2的摩爾質(zhì)量。根據(jù)光合作用的反應方程CO2＋4H2O→CH2O＋3H2O＋O2可以計算出該植物釋放O2的質(zhì)量。

式中，Wo2為單位葉面積固定氧氣的質(zhì)量（g/（m·2d））。32 為 O2的摩爾質(zhì)量。

1.3.2.2 增濕降溫能力計算 參考趙瑞文等[16]的方法計算單位葉面積日蒸騰總量。

式中，E為單位葉面積日蒸騰總量（mol（/m·2d））；ei為初測點的瞬時蒸騰作用速率（mmol（/m2·s））；ei＋1為下一測定點的瞬時蒸騰作用速率（mmol（/m2·s））；ti為初測點的測試時間（h）；ti＋1為下一測定點的時間（h）；j為測試次數(shù)。3 600指每小時3 600 s；1 000 指 1 mol為 1 000 mmol。

用測定日的蒸騰總量換算為測定日釋放水的質(zhì)量WH2O（g（/m·2d））。

式中，18為H2O的摩爾質(zhì)量。

式中，Q為單位葉面積日吸熱量（J（/m·d））；W為植物單位葉面積日蒸騰總量（g（/m2·d））；L（cal）為蒸發(fā)耗熱系數(shù)（L＝597－0.57×t，t為葉面溫度）；1 cal＝4.18 J。2

式中，ΔT為降溫值（℃）；pc為空氣的容積熱容量（1 256 J（/m·3h））；v為空氣柱體積，為10 m2×100 m。

植物蒸騰而使周圍在1 000 m3的空氣柱中增加的單位葉面積的相對濕度為Δ（f%）。

式中，Δa為空氣增加的絕對濕度（g/m3），Δe即為水汽壓的增加值，T即為日均的葉面絕對溫度值，T＝t＋273.16，e即為空氣的飽和水汽壓化。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2013軟件對試驗數(shù)據(jù)進行整理分析。

2 結果與分析

2.1 春季園林植物單位葉面積的固碳釋氧效應

從表2可以看出，6類34種園林植物中固碳釋氧能力最強的是苜蓿，最弱的是鳶尾。8種喬木中固碳釋氧能力最強的是泡桐，其固碳釋氧能力是最弱的楊樹的5.00倍；7種小喬木中最強的是衛(wèi)矛，其固碳釋氧能力是最弱的碧桃的3.09倍；5種灌木中最強的是珍珠梅，其固碳釋氧能力是最弱的月季的1.76倍；6種綠籬灌木中最強的是小葉女貞，其固碳釋氧能力是最弱的小葉黃楊的11.06倍；5種地被中最強的是苜蓿，其固碳釋氧能力是最弱的鳶尾的114.86倍；3種藤本中最強的是山蕎麥，其固碳釋氧能力是最弱的五葉地錦的4.19倍。其中，差異最大的是地被，差異最小的是灌木?？梢姡N類型不同物種之間固碳釋氧能力差異比較大。通過計算同種類型園林植物的固碳、釋氧量平均值可以得出，固碳釋氧能力大小順序為：小喬木>藤本>地被>灌木>綠籬灌木>喬木，其中，小喬木僅為喬木的1.31倍?？梢姡煌愋烷g固碳釋氧能力差異較小。

表2 春季園林植物單位葉面積的固碳釋氧量

2.2 春季園林植物單位葉面積的降溫增濕效應

由表3可知，6類34種園林植物中降溫增濕能力最強的是苜蓿，最弱的是麥冬。8種喬木中降溫增濕能力最強的泡桐，其降溫增濕能力是最弱的楊樹的5.26倍；7種小喬木中最強的是衛(wèi)矛，其降溫增濕能力是最弱的碧桃的2.63倍；5種灌木中最強的是榆葉梅，其降溫增濕能力是最弱的珍珠梅的2.50倍；6種綠籬灌木中最強的是小葉女貞，其降溫增濕能力是最弱的小葉黃楊的6.19倍；5種地被中最強的是苜蓿，其降溫增濕能力是最弱的麥冬的16.90倍；3種藤本中最強的是山蕎麥，其降溫增濕能力是最弱的五葉地錦的7.43倍。其中，差異最大的是地被，差異最小的是灌木。可見，同種類型的不同物種間差異較大。通過計算同種類型園林植物的降溫值和增濕度平均值得出，降溫增濕能力大小順序為：藤本>地被>小喬木>灌木>喬木>綠籬灌木，其中，藤本僅為綠籬灌木的1.64倍?？梢?，不同類型間的降溫增濕能力差異較小。

表3 春季園林植物單位葉面積的降溫增濕量

續(xù)表3

2.3 園林植物固碳釋氧、降溫增濕能力評價

對6類34種園林植物單位葉面積固碳釋氧、降溫增濕能力進行分類評價，固碳釋氧能力的評價標準為：Wco2＞12 g/（m2·d）為強，Wco2介于8～12 g/（m2·d）為中，Wco2＜8 g/（m2·d）為弱；降溫增濕能力的評價標準為：ΔT＞4℃為強，ΔT介于2～4℃為中，ΔT＜2 g/（m2·d）為弱。

由表4可知，8種喬木，臭椿、黃金槐、泡桐的固碳釋氧、降溫增濕能力均強，白蠟、國槐中等，銀杏、垂柳、楊樹弱；7種小喬木，衛(wèi)矛的固碳釋氧、降溫增濕能力均強，紫葉李、丁香的固碳釋氧能力強，金葉榆的降溫增濕能力強，僅次于衛(wèi)矛；5種灌木，連翹、珍珠梅的固碳釋氧能力強，降溫增濕能力中等，榆葉梅的降溫增濕能力強，固碳釋氧能力中等，月季的固碳釋氧能力弱；6種綠籬灌木，固碳釋氧、降溫增濕能力均以小葉女貞強，紅瑞木、金葉女貞中等，膠東衛(wèi)矛、紫葉小檗、小葉黃楊弱；5種地被固碳釋氧、降溫增濕能力均以苜蓿、萱草強，玉簪、麥冬、鳶尾弱；3種藤本，山蕎麥的固碳釋氧、降溫增濕能力均強，五葉地錦弱，金銀花固碳釋氧能力強，降溫增濕能力中等。

表4 太原市園林植物單位葉面積固碳釋氧、降溫增濕能力評價

3 討論

植物的固碳釋氧、降溫增濕能力受多種因素的影響，其中主要是植物本身和外界環(huán)境因素，同一種植物在不同地區(qū)以及不同生長季節(jié)的固碳釋氧、降溫增濕能力也不同[17-18]。本項目不僅對34種園林植物春季的固碳釋氧、降溫增濕生態(tài)效應進行了研究，而且對秋季的情況也進行了研究[19]，2個季節(jié)的結果顯示，春季凈光合速率的測定值比秋季的偏低，主要是由于春季光照弱、溫度低，葉片較嫩、較薄，組織結構發(fā)育不完全，光合能力未達到最佳，導致單位葉面積的固碳釋氧、降溫增濕能力均較弱。這與張婧雯[20]的研究結果一致，光合速率、蒸騰速率與表皮細胞的厚度、海面組織、葉片的厚度呈正相關，光合速率越高、固碳釋氧能力越強，則蒸騰速率越高，降溫增濕能力也越強[21]。

不同植物因其生理特性的不同，固碳釋氧、降溫增濕的能力也不同[22]。本研究中，衛(wèi)矛、小葉女貞單位葉面積固碳釋氧、降溫增濕能力強，銀杏屬于較弱的植物，國槐、西府海棠等能力中等，這與前人的研究結果一致[21，23-24]。本研究結果還表明，園林植物不同類型間固碳釋氧、降溫增濕能力差異不大，固碳釋氧能力較強的小喬木僅是喬木的1.31倍，降溫增濕能力較強的藤本僅是綠籬灌木的1.64倍；而同種類型的不同物種間差異較大，其中，地被的不同物種間差異最大，固碳釋氧能力苜蓿是鳶尾的113.09倍，降溫增濕能力苜蓿是麥冬的16.8倍，這與秦俊等[25]、陳少鵬[26]的研究結果一致。

通過對園林綠化植物固碳釋氧、降溫增濕能力進行分類評價，將強度一致的植物分為一類[21]，可為園林植物選擇與應用提供依據(jù)。本研究結果顯示，在考慮固碳釋氧及降溫增濕能力時，首選高光合、高蒸騰能力的植物，如喬木的泡桐、小喬木的衛(wèi)矛、灌木的珍珠梅或榆葉梅、綠籬灌木的小葉女貞、地被的苜蓿、藤本的山蕎麥等。在兼顧園林配置、景觀效果時，則可參照分類評價的結果，將相似度高的植物進行互換[24]，如同為小喬木的碧桃和金葉榆固碳釋氧生態(tài)效應相近，但景觀效果完全不同，在園林配置中可以更科學地應用。

4 結論

對34種測試植物單位葉面積固碳釋氧量、降溫增濕值進行分類評價，分為強、中、弱3個等級。其中，喬木的泡桐、小喬木的衛(wèi)矛、綠籬灌木的小葉女貞、地被的苜蓿、藤本的山蕎麥固碳釋氧和降溫增濕能力均最強，灌木的珍珠梅固碳釋氧能力最強、榆葉梅降溫增濕能力最強。

不同園林植物光合速率越高、固碳釋氧能力越強，蒸騰速率越高、降溫增濕能力越強；同種類型不同物種間固碳釋氧能力、降溫增濕能力差異較大，均以地被最大、灌木最小，而不同類型間的差異較小。分為同一類的植物固碳釋氧、降溫增濕效應相近，在綜合考慮園林配置、景觀效果的情況下可以互換，實現(xiàn)視覺美與生態(tài)效益相結合。