鄧萬軍 吳建明 李軍 鮑凱

（1.江西省交通投資集團(tuán)有限責(zé)任公司，江西 南昌 330200；2.北京城建道橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100022）

在新發(fā)展理念的引領(lǐng)下，高速公路綠化設(shè)計密切結(jié)合主體工程，秉承“人與自然和諧相處”的理念，最大程度地減少工程施工對環(huán)境的擾動，并且可以利用森林的儲碳功能，吸收和固定大氣中的CO2。

G45大廣高速公路南康至龍南段擴(kuò)容工程（以下簡稱“大廣擴(kuò)容南龍段”）沿線水熱條件優(yōu)越，生態(tài)環(huán)境良好，自然植被以低山丘陵亞熱帶常綠闊葉林類型為主，鄉(xiāng)土樹種豐富。項(xiàng)目依托大廣擴(kuò)容南龍段綠化工程，研究贛南地區(qū)公路固碳釋氧生態(tài)林帶的特點(diǎn)和設(shè)計原則，為相似工程的固碳釋氧林帶設(shè)計提供參考。

一、材料與方法

（一）區(qū)域概況

大廣擴(kuò)容南龍段路線全長132.716 km，小江聯(lián)絡(luò)線路線長11.954km，起點(diǎn)位于南康十八塘鄉(xiāng)的結(jié)孜石下附近（25.92N，114.72E），終點(diǎn)位于渡江鎮(zhèn)杉樹下(24.85N，114.72E)。工程以低山丘陵和山地為主，盆地、谷地廣布，略帶鄱陽湖平原，地質(zhì)地貌豐富典型，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，具有典型的亞熱帶森林植物群落。工程縱跨重要經(jīng)濟(jì)腹地100多公里，既是我國東南地區(qū)公路的典型代表，又是緩解三益樞紐通行壓力的重要擴(kuò)容工程。

（二）研究方法

1.植被呼吸與理化性質(zhì)的測定

根據(jù)植物的固碳機(jī)理，可通過測定植物光合作用的日同化量，推算植物日固碳量和釋氧量。根據(jù)工程實(shí)踐和光合作用機(jī)理，使用光合作用測定儀測定植物的瞬時光合效率，計算樹種當(dāng)日凈同化量。

在樹木光合作用日變化曲線中，橫軸為時間，縱軸為凈光合速率曲線，樹木的同化量可以通過積分算得，即橫軸與縱軸圍合的面積。因此，某樹種的當(dāng)日凈同化量的計算公式（1）為：

公式（1）中，P為園林樹種的日同化總量（mmol·m-2·d-1）；Pi指初測點(diǎn)的瞬時光和速率，Pi+1為下一測點(diǎn)的瞬時光和速率（μmol·m-2·s-1）；同樣地，ti為初測點(diǎn)的瞬時時間，ti+1為下一測定點(diǎn)的時間，單位為小時；j為測試次數(shù)；3600為時間系數(shù)，即每小時為3600秒；1000是單位換算系數(shù)，即1mmol為1000μmol。

根據(jù)摩爾質(zhì)量公式，通過上文得到的園林樹種日同化總量，測定其日固碳量和日釋氧量為公式（2）。

公式（2）中，44 和32 分別為CO2和O2的摩爾質(zhì)量（g·mol-1），WCO2和WO2分別為每平方米地面面積上的葉片固定CO2和O2的質(zhì)量（g·m-2·d-1）。

通過測定樹種光合效率來估算其固碳釋氧量的方法，更適用于每年6月至8月，因?yàn)?月至8月園林樹種的生長旺盛，估算出來的日固碳釋氧量一般為一年之中的峰值。

凈光合速率可用光合測定儀測定，選取每個月下旬的連續(xù)3個晴天進(jìn)行測定。選取長勢良好、無病蟲害等常見的喬灌木綠化樹種作為試驗(yàn)材料，采用Li-6400便攜式光合儀，每天從8時至18時，每隔2h對所選樹種的凈光合速率進(jìn)行測定。根據(jù)各樹種的凈光合速率日變化曲線圖計算植物在測定當(dāng)日的凈同化量，計算公式為公式（1）。

一般植物夜間的暗呼吸消耗量按照白天同化量的20%計算，因此單位葉面積凈日固碳量的計算公式如（3）。

公式（3）中為樹種日固碳量（g·m2·d）。根據(jù)光合作用的反應(yīng)方程CO2+4H2O→CH2O+3H20+O2，可計算出該測定日植物釋放氧氣的量，公式如（4）。

公式（4）中Wo2為日釋氧量（g·m2·d）。

植物凈光合速率的高低決定了其固碳釋氧能力的大小，然而植物的凈光合速率的變化除與樹種的生物學(xué)特性有關(guān)外，還受許多外界生態(tài)因子的影響。植物光合作用是植物與外界環(huán)境進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的過程，在此過程中植物將大氣中的CO2固定在體內(nèi)并釋放出O2。凈固碳量越高說明此種植物與外界交換的CO2和O2量越多，固定在體內(nèi)的有機(jī)質(zhì)含量就越高。固碳釋氧能力最強(qiáng)的是雞蛋花，最弱的是中國無憂樹，結(jié)果如表1所示。

2.數(shù)據(jù)分析

采用SPSS統(tǒng)計分析軟件提供的系統(tǒng)聚類中的（或稱離差平方和法）Ward法，聚類分析各樹種的日凈固碳量。研究將樹種各自看成一類，選擇各樹種的日凈固碳量作為衡量植物吸收CO2的特征向量，用Ward法對樹種日凈固碳量進(jìn)行聚類。

如圖1所示，使用Ward法將15種樹種日凈固碳量進(jìn)行聚類，可以分為三類：第一類(日凈固碳量高)如細(xì)葉欖仁、人面子、雞蛋花、美麗異木棉和花葉艷山姜，固碳量為17g/(m2·d)～21g/(m2·d) 釋氧量為12g/(m2·d)～17g/(m2·d)；第二類(日凈固碳量中等)如小葉榕、三角梅、大紅花、樟樹和荔枝，固碳量為12g/(m2·d)～15g/(m2·d)，釋氧量為9g/(m2·d)～11g/(m2·d)；第三類(日凈固碳量低)如散尾葵、龍船花、九里香、臘腸樹和鵝掌柴，固碳量為6g/(m2·d)～11 g/(m2·d)，釋氧量為4g/(m2·d)～8g/(m2·d)。從固碳釋氧力的角度出發(fā)，在綠化樹種的選擇上建議多選擇第一類、第二類樹種，第三類可不選或少選。

圖1 日凈固碳量聚類

表1 贛南地區(qū)高速公路常用綠化樹種固碳釋氧能力匯總表

二、成果

（一）樹種選擇

綜上，在所比較的綠化植物中，固碳釋氧量變化主要是植物物種的綠量差異造成的。由此可知，植物固碳釋氧能力與本身物種結(jié)構(gòu)有關(guān)，與植物綠量也密切相關(guān)。闊葉喬木的單株葉面積大，因此在綠化公路及服務(wù)區(qū)時，多用闊葉喬木樹種，搭配灌木樹種，會有較強(qiáng)的固碳釋氧功效。

植被固碳釋氧能力與單株植物的葉面積有較大關(guān)系。因此，選擇在高速公路上移栽有較大單株葉面積的樹種，能夠最大程度地發(fā)揮綠色植被在高速公路中的固碳釋氧作用。高速公路建設(shè)中，將一些大樹移栽于城市綠化工程需要的位置，既美化了環(huán)境，又保護(hù)了天然資源。大樹孤植既可獨(dú)木成景形成別具特色的園林景觀，又可起到蔭庇之用。

表2 生態(tài)環(huán)保與景觀一體化綠化植物組合模式

表3 林帶固碳釋氧效益預(yù)測

（二）贛南地區(qū)公路固碳釋氧林帶配置

根據(jù)上述結(jié)論及路域景觀美化的需要，對高速公路功能空間分類，根據(jù)各個功能空間的功能特點(diǎn)和綠化要求，提出基于固碳釋氧需求的主要綠化植物組合模式，如表2所示。

固碳釋氧效益隨時間增速，如表3所示，隨著時間推移，固碳釋氧生態(tài)林帶將表現(xiàn)出很好的生態(tài)環(huán)境效益。

三、結(jié)語

綜合分析和討論，大廣擴(kuò)容南龍段固碳釋氧生態(tài)林帶綠化植物組合模式應(yīng)遵循多項(xiàng)原則，即“突出功能性，體現(xiàn)交通服務(wù)理念”，高速公路包括服務(wù)區(qū)內(nèi)植物綠化除了具有防止水土流失、抗污染、凈化尾氣、降低地表溫度等作用外，還具有劃分、隔離、圍合、連接場地空間和美化、遮蔽、觀光等作用，植物綠化過程中應(yīng)結(jié)合功能性需要篩選并進(jìn)行植物配置，體現(xiàn)交通服務(wù)的功能理念。

“追求生態(tài)性，體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展理念”，減少盲目的人工環(huán)境改造，降低工程造價，在綠化植物篩選時應(yīng)充分將綠化用地的立地、環(huán)境條件考慮其中，可結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境選擇植物，減少各類病害的發(fā)生，方便日常綠化養(yǎng)護(hù)。

“體現(xiàn)地域性，體現(xiàn)景觀融合理念”，強(qiáng)調(diào)公路生態(tài)景觀的個性化，營造富有地域特色的公路生態(tài)景觀，避免千篇一律。打造美麗公路，合理布置綠化層次，確保大廣高速“三季有花，四季常青”，使觀賞、功能、經(jīng)濟(jì)三者有機(jī)結(jié)合起來。