賴(lài)巧暉，翁殊斐，胡競(jìng)愷，黃 敏

(1.廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510507；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市人口急劇增長(zhǎng)，城市建筑物越來(lái)越密集擁擠。面對(duì)高層建筑物密集、綠地嚴(yán)重不足的城市現(xiàn)狀，利用攀援植物進(jìn)行立體綠化，增加城市綠化覆蓋面積，是城市綠化發(fā)展的主要趨勢(shì)[1]。2015 年，廣州市規(guī)劃局、廣州市林業(yè)和園林局聯(lián)合制定了《關(guān)于推進(jìn)廣州市城市空間立體綠化的意見(jiàn)》，大力推進(jìn)建筑、橋梁的立體綠化建設(shè)工作，增加城市綠量、改善城市生態(tài)環(huán)境[2]。經(jīng)過(guò)幾年的建設(shè)，廣州市已建成具有地方特色的城市空間立體綠化景觀(guān)。攀援植物是城市立體綠化的重要組成要素，同時(shí)，園林植物配置也從過(guò)去的以觀(guān)賞功能為主，轉(zhuǎn)向注重生態(tài)、觀(guān)賞、游憩等多方面效益，從而推動(dòng)植物生態(tài)效益研究從定性轉(zhuǎn)向定量[3]。對(duì)攀援植物進(jìn)行科學(xué)、系統(tǒng)地研究，了解選用植物的生態(tài)效益，對(duì)于攀援植物發(fā)揮最佳的社會(huì)效益和生態(tài)效益具有重要意義。目前，對(duì)攀援植物的研究主要集中在種質(zhì)資源調(diào)查分析[4]、園林配置[5]、景觀(guān)評(píng)價(jià)[6—7]等方面，以及對(duì)單位葉面積固碳釋氧量、降溫增濕效應(yīng)進(jìn)行單獨(dú)研究[8]，對(duì)攀援植物單位綠地面積的綜合生態(tài)效益尚未有系統(tǒng)研究。

本文以廣州市立體綠化中應(yīng)用頻率較高的6 種攀援植物為研究對(duì)象，通過(guò)測(cè)定其在生長(zhǎng)旺季的光合速率和蒸騰速率，量化評(píng)價(jià)其單位綠地面積的固碳釋氧和降溫增濕生態(tài)效益，為廣州市立體綠化植物篩選提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

以廣州市華南農(nóng)業(yè)大學(xué)校園內(nèi)華南快速路天橋上種植的6 種攀援植物為試材，即異葉爬墻虎Parthenocissus dalzielii、簕杜鵑Bougainvillea spectabilis、使君子Quisqualis indica、炮仗花Pyrostegia venusta、紫藤Wisteria sinensis、金銀花Lonicera japonica，所選材料均為生長(zhǎng)健康的成熟植株。

1.2 方法

1.2.1葉面積指數(shù)參照劉光立等[9]的方法，采用直接測(cè)量法計(jì)算葉面積指數(shù)。

葉面積指數(shù)r (m2·m-2)=葉片平均面積(m2)×單位地表面積內(nèi)葉片總數(shù)(個(gè)·m-2)

1.2.2光合速率和蒸騰速率日變化測(cè)定采用Li-6400 紅外氣體分析儀(美國(guó)Li-Cor 公司)測(cè)定植物葉片凈光合速率和蒸騰速率。根據(jù)植物光合作用原理，植物固碳釋氧效應(yīng)的計(jì)算依賴(lài)于對(duì)植物凈光合速率的測(cè)定，選擇8～10 月晴好、無(wú)風(fēng)天氣，在室外自然光照條件下進(jìn)行活體測(cè)定。測(cè)定指標(biāo)為植物葉片凈光合速率和蒸騰速率。從當(dāng)日8:00 至18:00，每隔2 h 測(cè)量一次。

1.2.3生態(tài)效益計(jì)算

1.2.3.1固碳釋氧量植物通過(guò)光合作用吸收二氧化碳、釋放氧氣，可以在光合速率測(cè)定的基礎(chǔ)上計(jì)算植物的固碳釋氧量。參照劉光立等[9]的計(jì)算公式，測(cè)定植物固碳釋氧量。

其中，P 為測(cè)定日的同化總量，單位為mmol·m-2·s-1；Pi指初測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)光合作用速率，Pi+1為下一測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)光合作用速率，單位為μmol·m-2·s-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，單位為h；j 為測(cè)試次數(shù)。

CO2摩爾質(zhì)量為44，O2摩爾質(zhì)量為32，根據(jù)光合作用反應(yīng)方程CO2+4H2O →CH2O+3H2O+O2可知，單位葉面積固碳量WCO2(g·m-2·d-1)和單位葉面積釋氧量WO2(g·m-2·d-1)計(jì)算公式如下：

1.2.3.2降溫增濕量植物通過(guò)蒸騰作用實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的降溫增濕。降溫增濕量用以下公式計(jì)算[8]：

式中，E 為植物日蒸騰總量；ei為初時(shí)測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)蒸騰作用速率，ei+1為下一時(shí)刻測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)蒸騰作用速率，單位mmol·m-2·s-1；ti為初測(cè)點(diǎn)的測(cè)試時(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)。

參照楊士弘[10]的蒸騰降溫估計(jì)方法?？紤]到空氣湍流、對(duì)流和輻射作用，空氣與葉面之間及空氣微氣團(tuán)之間不斷進(jìn)行熱量擴(kuò)散和交換，故取底面積為10 m2，高100 m 的空氣柱作為計(jì)算單元。在此體積為l000 m3的空氣柱體中，氣溫下降值用下式表示：

Q0= Q/1000

△T= Q0/PC

式中，Q0為綠地植物蒸騰使其單位體積空氣損失的熱量(J·m-3·h-1)；PC為空氣的容積熱容量，取值為1256 J·m-3·h-1。

1.2.4數(shù)據(jù)處理室外調(diào)查數(shù)據(jù)和Li-6400 紅外氣體分析儀測(cè)得的數(shù)據(jù)均采用Excel 軟件分析處理。對(duì)儀器所采數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，剔除不符合記錄條件的數(shù)據(jù)(氣孔導(dǎo)度在0 以下)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單位綠地面積固碳釋氧量種間比較

植物通過(guò)光合作用吸收CO2和釋放O2，不同植物因生理特性不同，同化CO2和釋放O2的能力有所差異。由表1 可知，由于葉面積指數(shù)不同，6 種攀援植物的單位綠地面積固碳釋氧效應(yīng)與單位葉面積的固碳釋氧效應(yīng)有差異，其中簕杜鵑和金銀花的差異最明顯。異葉爬墻虎和紫藤單位葉面積的固碳釋氧量非常接近。

從葉面積指數(shù)來(lái)看，金銀花與其他5 種植物均有顯著差異，特別是與異葉爬墻虎的差異最大，異葉爬墻虎為金銀花的5.96 倍。異葉爬墻虎、使君子和簕杜鵑三者的葉面積指數(shù)沒(méi)有顯著差異。植物葉面積指數(shù)對(duì)植物的單位綠地面積的生態(tài)效益量有直接影響。

試驗(yàn)期間，單位綠地面積日固碳量和釋氧量最高為簕杜鵑，其中日固碳量是金銀花的7.53 倍，日釋氧量是金銀花的7.52 倍。日固碳量表現(xiàn)最好的為異葉爬墻虎和簕杜鵑。紫藤、異葉爬墻虎、使君子和炮仗花日釋氧量沒(méi)有顯著差異。綜合來(lái)看，異葉爬墻虎和簕杜鵑的固碳釋氧能力最優(yōu)。

表1 6 種攀援植物的固碳釋氧量Table 1 CO2 fixation and O2 releasing capacity of six species of climbing plants

2.2 降溫增濕效益分析

2.2.1單位綠地面積的日釋水總量根據(jù)測(cè)定結(jié)果，估算出6 種攀援植物在8～10 月日蒸騰總量和日蒸騰吸熱量(表2)。6 種攀援植物單位綠地面積日釋水總量與蒸騰速率的變化趨勢(shì)相同。日釋水總量最高的是異葉爬墻虎，為6951.07 g，和排第二的簕杜鵑差異不顯著，這兩種植物對(duì)其周?chē)男…h(huán)境能起到較好的增濕作用。金銀花與異葉爬墻虎、簕杜鵑的差異顯著，與固碳釋氧量表現(xiàn)一致。

2.2.2降溫效益分析植物通過(guò)蒸騰作用向外界散失水分，同時(shí)從環(huán)境中大量吸收熱量，實(shí)現(xiàn)了潛熱能的轉(zhuǎn)換而達(dá)到降溫效應(yīng)。6 種植物的蒸騰速率不同，對(duì)周?chē)夂虻慕禍刈饔靡膊煌：{杜鵑的降溫最大，為0.44 ℃；異葉爬墻虎其次，降溫幅度為0.41 ℃；炮仗花的降溫作用最小，僅為0.24 ℃。異葉爬墻虎在園林中主要用于墻面綠化，包括建筑物、圍墻等，其降溫效果明顯，能較大程度地降低墻面溫度，對(duì)墻體起到保護(hù)作用。由于城市建筑密集，空氣流動(dòng)性較弱，因此攀援植物降溫和增濕效應(yīng)更加明顯。

表2 6 種攀援植物的降溫增濕效應(yīng)Table 2 Cooling and humidification of six species of climbing plants

3 討論

植物通過(guò)吸收、反射太陽(yáng)輻射和蒸騰作用增加周?chē)諝鉂穸?、降低周?chē)諝鉁囟?，從而改善周?chē)h(huán)境的小氣候。用于綠化的園林植物種類(lèi)眾多，改善小氣候的作用大小不同，通過(guò)科學(xué)有效的方法評(píng)估不同園林植物的降溫增濕能力，有利于挑選更好的植物種類(lèi)，營(yíng)建生態(tài)效益更佳的園林綠地。

園林植物的固碳釋氧量取決于其白天凈光合速率和夜間呼吸、人工修剪量、凋落物量和動(dòng)物取食量的大小，其中前兩者最為關(guān)鍵[11]。對(duì)于整株植物而言，其固碳釋氧量不僅取決于其單位葉片面積的固碳釋氧量，還取決于其葉面積指數(shù)，葉面積指數(shù)越大，單位綠地面積的葉片面積越大，固碳釋氧量就越大。因此，單位綠地面積固碳釋氧量對(duì)評(píng)價(jià)城市綠化中園林植物的生態(tài)效益具有積極意義，可用于比較同類(lèi)型園林植物的不同種類(lèi)及不同類(lèi)型園林植物之間固碳釋氧量的相對(duì)差異。

目前對(duì)于植物固碳釋氧、降溫增濕的評(píng)價(jià)大部分以植物單位葉片面積的固碳釋氧量、釋水量和吸熱量為內(nèi)容。對(duì)于整株植物而言，其固碳釋氧量、釋水量和吸熱量不僅取決于其單位葉片面積，還取決于葉面積指數(shù)，葉面積指數(shù)越大，其固碳釋氧量、釋水量和吸熱量就越大。因此，基于植物單位葉片面積的計(jì)算量有一定的局限性，而單位綠地面積對(duì)評(píng)價(jià)城市綠化中園林植物的生態(tài)效益具有更為積極的意義，可以用于比較同類(lèi)型園林植物的不同種類(lèi)及不同類(lèi)型園林植物之間固碳釋氧量的相對(duì)差異。因此，對(duì)于植物生態(tài)效應(yīng)的量化研究應(yīng)以植物單位綠地面積為單位。

也有部分學(xué)者對(duì)植物生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)體系的建立進(jìn)行研究[12]，體系內(nèi)容主要包括植物固碳釋氧和降溫增濕生態(tài)效應(yīng)。本文對(duì)6 種攀援植物的固碳釋氧和降溫增濕生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行比較分析，結(jié)果顯示，異葉爬墻虎和簕杜鵑的吸熱釋水效益最佳，對(duì)其周?chē)男…h(huán)境能起到較好的增濕作用。在炎熱的夏季，以遮陰為目的的棚架綠化可選用簕杜鵑、異葉爬墻虎和使君子。炮仗花、紫藤、金銀花等增濕效益不明顯的植物可用于假山置石綠化，或點(diǎn)綴于棚架綠化中。